錦屏二級水電站東端4#引水隧洞漲殼式中空預應力錨桿快速施工技術淺析

【摘 要】漲殼式中空預應力錨桿施工技術要求高，工藝復雜，施工周期長，特別是在極強巖爆洞段內施工，空間狹窄，施工干擾大，工期很難確保。錦屏二級水電站東端4#引水隧洞巖爆洞段漲殼式中空預應力錨桿施工，從優化設計參數，采用合理施工手段，加強現場管理協調，充分利用現場先進的大型造孔設備等角度入手，有效地解決了施工難題，實現了機械化快速施工。

【關鍵詞】錦屏二級水電站；東端4#引水隧洞；漲殼式中空預應力錨桿；巖爆洞段；機械化快速施工

0.工程簡介

錦屏二級水電站引水系統采用4洞8機布置形式，從進水口至上游調壓室的平均洞線長度約為16.67km，中心距60m，洞主軸線方位角為N58°W。引水隧洞立面為緩坡布置，底坡3.65‰，由進口底板高程1618.00m降至高程1564.70m與上游調壓室相接。引水隧洞洞群沿線上覆巖體一般埋深1500～2000m，最大埋深約為2525m，為世界上規模最大的水工隧洞工程。

C5標為東端3#、4#引水隧洞，采用鉆爆法和TBM法相結合的施工。

東端4#引水隧洞施工范圍從C5標與C3標分標界面引⑷4+700～C 5標與C6標分界面引⑷16+540段均為鉆爆法施工開挖，4#洞全長11840m，全部采用鉆爆法上下臺階法開挖，開挖直徑13～13.8m。4#引水隧洞分上下斷面開挖，上半斷面開挖高度8m，下半斷面開挖高度5-5.8m。

由于4#引水隧洞引（4）7+000～9+000段屬于高埋深弱風化洞段，巖石整體性好，在高地應力作用下，上臺階兩側邊墻圍巖應力松弛和垮塌破壞現象越來越嚴重。為確保圍巖的長期穩定和施工安全，根據勘察設計研究院設計修改通知單，我單位在此強巖爆洞段兩側邊墻新增系統錨桿加強支護漲殼式預應力中空錨桿工程項目。

漲殼式中空預應力錨桿沿洞內頂拱梅花型布置，間排距長9m，材料采用精軋螺紋鋼筋，直徑?32mm。錨桿孔設計鉆孔直徑為?48mm，錨固段長3.0m，錨固段灌漿采用水泥漿、水泥砂漿或樹脂材料，要求水泥漿或水泥砂漿抗壓強度不小于M35，樹脂材料抗壓強度不小于50Mpa，錨桿孔口承壓大墊板尺寸為300mm×300mm×10mm，高強螺栓鎖定。漲殼式中空預應力錨桿采用自由段無套管預應力筋，灌漿分兩次進行，錨固段灌漿及張拉錨固后，再對自由段進行二次灌漿。

1.作業平臺選擇

漲殼式中空預應力錨桿在4#洞上半斷面開挖工作面上進行，同時，由于強巖爆影響，要求漲殼式中空預應力錨桿緊跟掌子面，作業面小，施工條件差，時間要求緊，施工難度大；另外，漲殼式中空預應力錨桿施工期間，洞內交通不能中斷。

漲殼式中空預應力錨桿均布置在隧洞頂拱部位，距底板高差8.5～13.5m，若按常規采取搭設腳手架施工平臺，排架搭拆周期長，對洞內交通干擾大，快速鉆造孔洞內環境污染嚴重，且效率低下，不能滿足支護緊跟掌子面要求。若現場臨時加工簡易移動式平臺，成本增加，搬移不便，不能形成規?；┕ぃ瑯有实拖?。經綜合比較，決定采用現場已有的三臂鑿巖臺車造孔，利用吊車液壓升降平臺作為錨桿安裝、張拉等作業施工平臺，省略了固定施工平臺，順利解決了施工手段問題，靈活方便，實現了規?；┕?，并確保了洞內交通暢通。

2.設計的優化調整

由于設計錨桿鉆孔直徑為?48mm，而錨桿直徑就達?32mm，造孔直徑僅大于錨桿直徑16mm，導致進漿管與回漿管無法埋設；三臂鑿巖臺車鉆桿最大長度為6m，造9m深孔必須進行鉆桿套接后才能完成，鉆桿安裝連接套后，造孔直徑不能小于?65mm，為了滿足施工要求，在征得監理、設計、發包人三方同意下，將鉆孔徑優化調整為?65mm。

錨固段若采用水泥漿或水泥砂漿錨固，施工難度大，不易控制，錨固段張拉前待凝時間長，無法實現快速施工。為此，借鑒溪洛渡、二灘等工地漲殼式中空預應力錨桿施工成熟經驗，錨固段采用速凝型錨固藥卷，在確保設計要求強度的情況下，錨固段在灌漿完畢24小時后即可進行張拉，實現了快速施工。

3.施工工序

3.1施工程序

漲殼式中空預應力錨桿主要施工程序如下：施工準備—鉆孔—清孔—內錨段速凝型錨固藥卷灌注—桿體安裝—封口—孔口墊板安裝—張拉—自由段注漿—外露錨桿桿體保護。

3.2機械化造孔

漲殼式中空預應力錨桿采用進口Rocket Boomer353E的三臂液壓臺車造孔，造孔前應根據設計圖紙要求對錨桿孔孔位測量放樣，定出孔位，并用紅油漆標識。鉆孔時要求鉆桿垂直巖面，鉆孔平直，孔軸方向偏差不大于1°～3°。由于多臂鉆鉆桿僅6m長，鉆桿鉆進5m深左右時，安裝鉆桿連接套，再連接一根3m長鉆桿繼續鉆進至終孔，多臂鉆鉆進速度為0.5～0.8m/min，造孔完成后，加大鉆臂水閥，邊沖邊退釬，沖洗鉆孔。鉆機就位后，在14分鐘左右，就可以完成單孔造孔，造孔效率相當高。

3.3內錨段灌注及錨桿安裝

利用吊車液壓升降平臺作為內錨段灌漿及錨桿安裝作業平臺，速凝型水泥錨固劑藥卷使用錨固劑風槍將錨固劑打入內錨段，錨固劑藥卷經錨固劑風槍打入輸送管（1″PE管），再經輸送管打入內錨段孔底（錨固劑輸送管插入孔內距孔底50cm左右），每打入一卷錨固劑，輸送管向孔外拉出 5cm左右，直至打入錨固劑藥卷60支左右或孔內錨固劑距離孔底3.0m處（內錨段長度為3.0m）結束。

在錨固段速凝水泥藥卷打入結束后立即進行漲殼式中空預應力錨桿桿體安裝，采用吊車液壓升降平臺上人工插桿，可利用人工扶桿的情況下，吊車液壓升降臂將錨桿緩慢頂入，減輕了作業人員勞動強度，錨桿桿體端部加?40mm鋼管輔助送桿。

錨桿桿體插入內錨段后，立即采用木楔（長度6～10cm）進行錨桿孔口封口，防止錨桿從孔內滑出。木楔應完全打入孔內，不得留出孔外，以免影響錨桿孔口鋼墊板安裝和錨桿張拉。

3.4張拉與鎖定

在內錨段錨固劑灌漿完畢后24小時左右開始進行錨桿張拉。張拉設備采用TG-2000型扭力扳手。錨桿張拉前，對扭力扳手進行率定。施工中扭力扳手易損壞，要求每周率定一次。

3.5自由段注漿

張拉結束后開始對錨桿自由段回填灌漿施工，灌漿采用純水泥漿，2SNS型灌漿泵注漿。確認排氣管暢通后，才能進行孔內自由段注漿，自由段注漿應飽滿，當排氣孔不再排氣，并有漿液溢出時，可結束自由段注漿。漿體凝固前，不得敲擊、碰撞和拉拔桿體。

4.過程質量控制

漲殼式中空預應力錨桿施工工序復雜，技術要求嚴格，為確保施工質量，施工過程中嚴格按照施工程序施工，每道工序完成經檢查驗收后方可進入下道工序施工。除了嚴把程序檢查驗收關，對如下幾個質量重點做了嚴格的控制：

（1）對漲殼式預應力中空注漿錨桿桿體、錨固劑藥卷、水泥等重要材料，要求相關資料齊全，并進行進場抽檢，以確保材質優良。張拉前首先對扭力扳手進行率定，率定合格后再用于張拉施工。施工過程中扭力扳手極易損壞，要求每周率定一次，確保張拉精度。

（2）三臂臺車造孔是質量控制的關鍵環節之一，孔位必須經測量放樣，并用紅油漆標識。液壓鑿巖臺車要選用經驗豐富，責任心強的操作手，開鉆前要認真調整好鉆臂方向，確?？紫虼怪睅r面在開鉆，鉆桿勻速鉆進，并不斷加水沖洗巖粉。鉆孔準確度高，不但確保了錨固效果，且確保插桿及承壓墊板安裝及張拉施工。

（3）內錨段灌漿是否密實，是確保張拉成功的關鍵環節，首先要確保錨固劑藥卷浸泡充分，要求浸泡時間控制在2.5分鐘左右。其次，錨固劑每打入一卷錨固劑，輸送管向孔外拉出5cm左右，要取保打入錨固劑藥卷60支左右，填滿3m錨固段。

（4）張拉是漲殼式中空預應力錨桿施工最重要的環節，張拉嚴格按技術要求進行分級張拉，全過程嚴格監控，并做好詳實細致的原始記錄。

5.結語

雅礱江錦屏二級水電站4#引水隧洞漲殼式中空預應力錨桿施工，在施工工藝、設計優化、施工方案等方面均有一定程度突破，特別是三臂液壓鑿巖臺車的使用及造9m深孔的突破，將漲殼式中空預應力錨桿施工至關重要的造孔環節實現了機械化快速施工，極大提高了施工效率。在確保4#洞交通及后續工作正常進行的情況下，洞內頂拱漲殼式中空預應力錨桿施工按預期進度目標進行，取得了良好的效果。