观音阁输水工程新奥法施工的质量控制与管理

咸 伟

(本溪市观音阁输水工程建设管理局，辽宁 本溪 117000)

观音阁输水工程新奥法施工的质量控制与管理

咸 伟

(本溪市观音阁输水工程建设管理局，辽宁 本溪 117000)

新奥法施工实际上就是动态设计、动态施工、动态管理的一种隧洞施工方法，从岩体力学观点出发，进行支护设计和施工时，将围岩和支护结构作为一个完整体系，观音阁输水工程依据“新奥法”原理，严格按“超前支护、短进尺、弱爆破、少扰动、早封闭、强支护、勤量测”的工艺要求进行施工，确保围岩成洞的稳定，杜绝围岩塌方等重大事故发生，保证观音阁输水工程能够安全顺利实施。

新奥法施工；光面爆破；锚喷支护；监控量测；质量控制

1 工程概况

辽宁省观音阁水库输水工程位于太子河干流上，是将已建的观音阁水库水经过输水隧洞及管线自流输入到本溪市的大(2)型Ⅱ等工程，是观音阁水库与大伙房水库输水工程的配套工程，工程主要任务是保障本溪市生活饮用水安全，解决本钢、北台钢厂等大型企业存在的水量与水质安全问题，并为本溪市和本溪新城经济社会发展提供安全可靠的水源[1]。

取水头部设计规模为125 万 m3/d，设计年平均取水量为3.74 亿 m3，输水线路总长91.3 km，其中隧洞长度41.5 km，管线长度49.8 km，隧洞施工采用新奥法施工。

2 新奥法施工的特点

2.1 新奥法的要点

新奥法的要点主要有如下5点：

1)将围岩和支护视为统一的承载结构体系，而且将岩体视为主要的承载单元。

2)允许开挖后围岩产生有限的应力松弛，作为承载环的支护结构也允许产生有限的变形[2]。

3)通过试验、监控量测决定围岩和支护结构的承载-变形-时间特性。

4)按“预计的”围岩局部应力松弛选择开挖方法和支护结构。

5)在施工中，通过对支护的量测、监视、信息反馈，修改设计，决定支护措施或进行二次衬砌[3]。

2.2 新奥法的三大支柱

光面爆破、锚喷支护、现场监控量测是新奥法的三大支柱，因此必须保证质量、协调配合很好完成。

3 光面爆破技术

1)开挖轮廓设计应预留变形。

2)洞室周边应采用光面爆破技术。

3)采用光面爆破的目的：①使开挖轮廓规则、光滑、圆顺；②承载能力最好，不致产生局部应力集中；③保持围岩的完整性，不致被震裂；④线性超挖及眼痕率满足技术要求[4]。

4)对光面爆破设计的要求：①炮孔应均匀布置，孔位偏差≤±50 mm；②钻孔直径≤50 mm；③孔深按循环进尺确定；④炮孔的外扩角度或扩斜率应一致；⑤周边孔应选用低爆速炸药或采用间隔装药、专用小直径药卷连续装药；⑥周边孔应同时起爆[5]。

5)光面爆破质量检查：①眼痕率：硬岩≥80%，中硬岩≥50%，较破碎和破碎岩≥20%；②软岩中隧洞周边成型应符合设计轮廓；③岩面不应有明显的爆震裂缝；④隧洞周边不应欠挖，平均线性超挖值应<150 mm。

4 锚喷支护技术

4.1 初期支护的含义和目的

1)初期支护的说法是相对于二次混凝土衬砌而言。

2)初期支护的内涵从新奥法来说，主要包括：安装锚杆、张挂钢筋网、喷射混凝土。

3)初期支护的目的是确保施工期的安全和稳定[6]。

4.2 锚喷支护的作用和特点

4.2.1 锚喷支护的作用

锚喷支护是将锚杆、钢筋网、喷射混凝土等结构组合起来的支护型式。

锚喷支护它是采用机械的方法对围岩进行加固，提高喷射混凝土支护层的抗拉能力、抗裂性及抗震性。锚喷初期支护的主要作用：①及时支护围岩；②限制其有害变形的发展；③防止围岩坍塌；④保证施工安全。

4.2.2 锚喷支护的特点

锚喷支护及时，能有效地控制围岩变形，防止岩块坠落坍塌，充分发挥围岩自承能力[7]。

4.3 锚杆支护的设计和施工

4.3.1 锚杆支护的设计要点

锚杆宜采用直径16～32 mm的Ⅱ、Ⅲ级钢筋，杆体水泥砂浆保护层厚度< 8 mm，水泥砂浆的强度等级≥M20。

4.3.2 观音阁水库输水工程对水泥卷式锚固剂的要求

要求主要有以下3点：

1)水泥基强度≥P.O.42.5级。

2)具有快凝、快硬、高强、微膨胀性能。

3)提供的锚固力。

30 min应达到50 kN以上；1 h应达到达80 kN以上；后期强度稳定。

4.3.3 观音阁输水工程规定锚杆拉拔力设计值

1)Ⅱ、Ⅲ类围岩 100kN

2)Ⅳ类围岩 70kN

3)Ⅴ类围岩 50kN

4.3.4 锚杆施工质量合格条件

同组锚杆的拉拔力平均值应符合设计要求，任意一根锚杆的拉拔力不应低于设计值的90%，注浆密实度不应低于70%，锚杆的拉拔力不符合要求时，检测应再增加一组，如仍不符合要求，可用加密锚杆的方式予以弥补[8]。

4.4 钢拱架支护的设计和施工

钢拱架支护的设计和施工主要包含了：钢拱架加工质量控制要求、钢拱架安装技术要求、钢拱架安装质量的控制要点和喷射混凝土的设计和施工。

4.4.1 钢拱架加工质量控制要求

钢拱架加工质量控制要求主要有3点：

1)沿隧洞周边轮廓误差>30 mm。

2)各单元螺栓孔眼中心距误差>0.5 mm。

3)平放时，平面翘曲 <20 mm 。

4.4.2 钢拱架安装技术要求

钢拱架安装技术要求主要有4点：

1)应在开挖或初喷混凝土后及时架设。

2)钢拱架底脚应置于牢固的基础上。

3)钢拱架安装允许偏差：榀距、横向和高程允许偏差±50 mm；垂直度为±2°。

4)各节钢拱架以连接板螺栓连接并密贴。

4.4.3 钢拱架安装质量的控制要点

钢拱架安装质量的控制要点主要有5个方面：

1)要在一个垂直面上。

2)要撑紧洞壁或喷射混凝土。

3)直段钢拱架的长短要互相匹配，确保顶拱撑紧洞壁。

4)做好钢拱架之间的连接。

5)现场核准钢拱架的实际榀数[9]。

4.5 喷射混凝土的设计和施工

4.5.1 观音阁水库输水工程对喷射混凝土规定的要点

1)本工程喷射混凝土的强度等级为C25。

2)喷射混凝土1h的强度≥5 MPa。

3)喷射混凝土的施工采用湿喷法。

4)地下洞室喷射混凝土的回弹率：拱部≤ 20%，边墙≤10%。

5)喷射混凝土的厚度最小≥50 mm；最大≤200 mm；对于含水岩层，最小≥80 mm。

6)喷射混凝土的养护应遵守下列规定：喷射混凝土终凝2 h后，应喷水养护；养护时间≥14 d；气温低于+5 ℃时，不得喷水养护。

4.5.2 喷射混凝土技术要求要点

喷射混凝土技术要求主要有3点：

1)喷头与受喷面垂直，保持0.6～1.0 m距离。

2)喷射作业应分段、分片自下而上进行。

3)分层喷射，后一层应在前一层终凝后进行；若终凝1 h后再喷，应清洗前一层面。

4.5.3 锚杆、钢筋网喷射混凝土作业要点

作业要点主要有7点：

1)钢筋网与岩面距离宜为30～50 mm。

2)钢筋网应同锚杆连接牢固。

3)采用双层钢筋网，第二层钢筋网应在第一层被喷射混凝土覆盖后再铺设。

4)应适当减小喷头与受喷面的距离。

5)调整喷射角度，避免喷头正对着钢筋。

6)及时清除钢筋网与岩面间的脱落、回弹物。

7)钢筋网的保护层厚度≥50 mm。

4.5.4 钢拱架喷射混凝土施工

钢拱架喷射混凝土作业的规定：

1)钢拱架与壁面之间的间隙必须用喷射混凝土充填密实。

2)喷射顺序：先喷射钢拱架与壁面之间的混凝土；后喷射钢拱架之间的混凝土。

3)钢拱架应被喷射混凝土覆盖，保护层厚度≥40 mm。

5 现场监控量测技术

5.1 现场监控量

1)现场监控量测遵从新奥法的3个理念：围岩是承载主体的理念；允许变形的理念；支护措施动态管理的理念。

2)现场监控量测的目的：①判定围岩变形是稳定了还是没有稳定；②没有稳定的变形究竟会有多大变形；现场监控量测是动态管理的一种手段。

5.2 现场监控量测的内容

现场监控量测的内容主要有3方面：

1)观察洞内围岩地质、支护状况、洞外地表、边坡稳定、地表水渗透等。

2)水平收敛位移量测。

3)拱顶下沉位移量测。

5.3 监测断面布置在满足断面间距要求的前提下

钻爆段应布置在距掌子面1 m范围内，在开挖后12 h内或下一循环开挖之前，完成测点安装并测取初始读数。

5.4 数据处理

数据处理主要有4个方面：

1)承包商全面负责现场监控量测工作，及时进行测点安装并测取初始读数。

2)根据量测数据，及时绘制水平收敛和拱顶下沉位移时态曲线。

3)当位移时态曲线的曲率趋于平缓时，应对数据进行回规分析，确定位移变化规律，推算最终位移值。

4)当量测数据出现异常时，应特事特报。

6 成果应用

当判别围岩处于不稳定状态时，应采取加强支护措施；

当判别围岩处于下列状态时，必须停止掘进，立即采取加强支护措施 。

新奥法施工实际上就是动态设计、动态施工、动态管理的一种隧洞施工方法，从岩体力学观点出发，进行支护设计和施工时，将围岩和支护结构作为一个完整体系，观音阁水库输水工程依据“新奥法”原理，严格按“超前支护、短进尺、弱爆破、少扰动、早封闭、强支护、勤量测”的工艺要求进行施工，确保围岩成洞的稳定，杜绝围岩塌方等重大事故发生，保证观音阁水库输水工程能够安全顺利实施。

[1]宋玉强.浅谈观音阁水库输水工程建设的重要意义[J].中国水能及电气化，2013(12)：31-35.

[2]乔云飞，杨延忠.浅论新奥法施工的院里及其特点[J].四川水力发电，2007,26(S2)：44-49.

[3]文建华，卢箐.梅花山隧道新奥法施工围堰变形监测研究[J].科学技术与工程，2014,14(17)：286-290.

[4]刘旺生.新奥法施工在湾坞供水工程中的应用[J].黑龙江水利科技，2013,41(08)：269-272.

[5]李祖彪，刘天津，何继平，黄伟.新奥法施工在引水隧洞中的应用[J].长江工程职业技术学院学报，2010,27(01)：29-31.

[6]王振忠.隧洞新奥法施工中围岩量测分析技术的应用[J].甘肃水利水电技术，2003,39(04)：31-33.

[7]赵寿基.黄土公路隧道新奥法施工防排水控制[J].交通科技，2014(02)：33-35.

[8]刘利军.大伙房水库输水工程语音报警系统限值问题的研究[J].黑龙江水利科技，2014,42(08)：4-7.

[9]董霞，宋荫富.辽宁省观音阁水库输水工程规模确定[J].吉林水利，2011(08)：45-46.

1007-7596(2014)12-0069-03

2014-05-19

咸伟(1982-)，男，辽宁本溪人，工程师。

U455.48

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