锦屏二级水电站东端4#引水隧洞涨壳式中空预应力锚杆快速施工技术浅析

精品文档-下载后可编辑锦屏二级水电站东端4#引水隧洞涨壳式中空预应力锚杆快速施工技术浅析【摘要】涨壳式中空预应力锚杆施工技术要求高，工艺复杂，施工周期长，特别是在极强岩爆洞段内施工，空间狭窄，施工干扰大，工期很难确保。锦屏二级水电站东端4#引水隧洞岩爆洞段涨壳式中空预应力锚杆施工，从优化设计参数，采用合理施工手段，加强现场管理协调，充分利用现场先进的大型造孔设备等角度入手，有效地解决了施工难题，实现了机械化快速施工。

【关键词】锦屏二级水电站；东端4#引水隧洞；涨壳式中空预应力锚杆；岩爆洞段；机械化快速施工

0.工程简介

锦屏二级水电站引水系统采用4洞8机布置形式，从进水口至上游调压室的平均洞线长度约为16.67km，中心距60m，洞主轴线方位角为N58°W。引水隧洞立面为缓坡布置，底坡3.65‰，由进口底板高程1618.00m降至高程1564.70m与上游调压室相接。引水隧洞洞群沿线上覆岩体一般埋深1500～2000m，最大埋深约为2525m，为世界上规模最大的水工隧洞工程。

C5标为东端3#、4#引水隧洞，采用钻爆法和TBM法相结合的施工。

东端4#引水隧洞施工范围从C5标与C3标分标界面引⑷4+700～C5标与C6标分界面引⑷16+540段均为钻爆法施工开挖，4#洞全长11840m，全部采用钻爆法上下台阶法开挖，开挖直径13～13.8m。4#引水隧洞分上下断面开挖，上半断面开挖高度8m，下半断面开挖高度5-5.8m。

由于4#引水隧洞引（4）7+000～9+000段属于高埋深弱风化洞段，岩石整体性好，在高地应力作用下，上台阶两侧边墙围岩应力松弛和垮塌破坏现象越来越严重。为确保围岩的长期稳定和施工安全，根据勘察设计研究院设计修改通知单，我单位在此强岩爆洞段两侧边墙新增系统锚杆加强支护涨壳式预应力中空锚杆工程项目。

涨壳式中空预应力锚杆沿洞内顶拱梅花型布置，间排距长9m，材料采用精轧螺纹钢筋，直径?32mm。锚杆孔设计钻孔直径为?48mm，锚固段长3.0m，锚固段灌浆采用水泥浆、水泥砂浆或树脂材料，要求水泥浆或水泥砂浆抗压强度不小于M35，树脂材料抗压强度不小于50Mpa，锚杆孔口承压大垫板尺寸为300mm×300mm×10mm，高强螺栓锁定。涨壳式中空预应力锚杆采用自由段无套管预应力筋，灌浆分两次进行，锚固段灌浆及张拉锚固后，再对自由段进行二次灌浆。

1.作业平台选择

涨壳式中空预应力锚杆在4#洞上半断面开挖工作面上进行，同时，由于强岩爆影响，要求涨壳式中空预应力锚杆紧跟掌子面，作业面小，施工条件差，时间要求紧，施工难度大；另外，涨壳式中空预应力锚杆施工期间，洞内交通不能中断。

涨壳式中空预应力锚杆均布置在隧洞顶拱部位，距底板高差8.5～13.5m，若按常规采取搭设脚手架施工平台，排架搭拆周期长，对洞内交通干扰大，快速钻造孔洞内环境污染严重，且效率低下，不能满足支护紧跟掌子面要求。若现场临时加工简易移动式平台，成本增加，搬移不便，不能形成规模化施工，同样效率低下。经综合比较，决定采用现场已有的三臂凿岩台车造孔，利用吊车液压升降平台作为锚杆安装、张拉等作业施工平台，省略了固定施工平台，顺利解决了施工手段问题，灵活方便，实现了规模化施工，并确保了洞内交通畅通。

2.设计的优化调整

由于设计锚杆钻孔直径为?48mm，而锚杆直径就达?32mm，造孔直径仅大于锚杆直径16mm，导致进浆管与回浆管无法埋设；三臂凿岩台车钻杆最大长度为6m，造9m深孔必须进行钻杆套接后才能完成，钻杆安装连接套后，造孔直径不能小于?65mm，为了满足施工要求，在征得监理、设计、发包人三方同意下，将钻孔径优化调整为?65mm。

锚固段若采用水泥浆或水泥砂浆锚固，施工难度大，不易控制，锚固段张拉前待凝时间长，无法实现快速施工。为此，借鉴溪洛渡、二滩等工地涨壳式中空预应力锚杆施工成熟经验，锚固段采用速凝型锚固药卷，在确保设计要求强度的情况下，锚固段在灌浆完毕24小时后即可进行张拉，实现了快速施工。

3.施工工序

3.1施工程序

涨壳式中空预应力锚杆主要施工程序如下：施工准备―钻孔―清孔―内锚段速凝型锚固药卷灌注―杆体安装―封口―孔口垫板安装―张拉―自由段注浆―外露锚杆杆体保护。

3.2机械化造孔

涨壳式中空预应力锚杆采用进口RocketBoomer353E的三臂液压台车造孔，造孔前应根据设计图纸要求对锚杆孔孔位测量放样，定出孔位，并用红油漆标识。钻孔时要求钻杆垂直岩面，钻孔平直，孔轴方向偏差不大于1°～3°。由于多臂钻钻杆仅6m长，钻杆钻进5m深左右时，安装钻杆连接套，再连接一根3m长钻杆继续钻进至终孔，多臂钻钻进速度为0.5～0.8m/min，造孔完成后，加大钻臂水阀，边冲边退钎，冲洗钻孔。钻机就位后，在14分钟左右，就可以完成单孔造孔，造孔效率相当高。

3.3内锚段灌注及锚杆安装

利用吊车液压升降平台作为内锚段灌浆及锚杆安装作业平台，速凝型水泥锚固剂药卷使用锚固剂风枪将锚固剂打入内锚段，锚固剂药卷经锚固剂风枪打入输送管（1″PE管），再经输送管打入内锚段孔底（锚固剂输送管插入孔内距孔底50cm左右），每打入一卷锚固剂，输送管向孔外拉出5cm左右，直至打入锚固剂药卷60支左右或孔内锚固剂距离孔底3.0m处（内锚段长度为3.0m）结束。

在锚固段速凝水泥药卷打入结束后立即进行涨壳式中空预应力锚杆杆体安装，采用吊车液压升降平台上人工插杆，可利用人工扶杆的情况下，吊车液压升降臂将锚杆缓慢顶入，减轻了作业人员劳动强度，锚杆杆体端部加?40mm钢管辅助送杆。

锚杆杆体插入内锚段后，立即采用木楔（长度6～10cm）进行锚杆孔口封口，防止锚杆从孔内滑出。木楔应完全打入孔内，不得留出孔外，以免影响锚杆孔口钢垫板安装和锚杆张拉。

3.4张拉与锁定

在内锚段锚固剂灌浆完毕后24小时左右开始进行锚杆张拉。张拉设备采用TG-2000型扭力扳手。锚杆张拉前，对扭力扳手进行率定。施工中扭力扳手易损坏，要求每周率定一次。

3.5自由段注浆

张拉结束后开始对锚杆自由段回填灌浆施工，灌浆采用纯水泥浆，2SNS型灌浆泵注浆。确认排气管畅通后，才能进行孔内自由段注浆，自由段注浆应饱满，当排气孔不再排气，并有浆液溢出时，可结束自由段注浆。浆体凝固前，不得敲击、碰撞和拉拔杆体。

4.过程质量控制

涨壳式中空预应力锚杆施工工序复杂，技术要求严格，为确保施工质量，施工过程中严格按照施工程序施工，每道工序完成经检查验收后方可进入下道工序施工。除了严把程序检查验收关，对如下几个质量重点做了严格的控制：

（1）对涨壳式预应力中空注浆锚杆杆体、锚固剂药卷、水泥等重要材料，要求相关资料齐全，并进行进场抽检，以确保材质优良。张拉前首先对扭力扳手进行率定，率定合格后再用于张拉施工。施工过程中扭力扳手极易损坏，要求每周率定一次，确保张拉精度。

（2）三臂台车造孔是质量控制的关键环节之一，孔位必须经测量放样，并用红油漆标识。液压凿岩台车要选用经验丰富，责任心强的操作手，开钻前要认真调整好钻臂方向，确保孔向垂直岩面在开钻，钻杆匀速钻进，并不断加水冲洗岩粉。钻孔准确度高，不但确保了锚固效果，且确保插杆及承压垫板安装及张拉施工。

（3）内锚段灌浆是否密实，是确保张拉成功的关键环节，首先要确保锚固剂药卷浸泡充分，要求浸泡时间控制在2.5分钟左右。其次，锚固剂每打入一卷锚固剂，输送管向孔外拉出5cm左右，要取保打入锚固剂药卷60支左右，填满3m锚固段。

（4）张拉是涨壳式中空预应力锚杆施工最重要的环节，张拉严格按技术要求进行分级张拉，全过程严格监控，并做好详实细致的原始记录。

5.结语

雅砻江锦屏二级