大孔徑錨桿樹脂錨固劑推送技術探究

(1.中國水利水電建設工程咨詢北京有限公司，北京 100024；2.中國葛洲壩集團第一工程有限公司，湖北 宜昌 443000)

河南天池抽水蓄能電站，主廠房頂拱中導洞試驗段開挖揭示，頂拱下游側發育一組與開挖面近平行的裂隙，有局部剝落現象。對該組裂隙在廠房區的發育分布情況及其對圍巖穩定的影響進行分析后，決定對主廠房拱腳部位采用預應力錨固措施，采用直徑為28mm，長為9.0m，設計張拉力100kN的普通樹脂預應力錨桿進行加強支護。樹脂錨桿鉆孔孔深8.8m，孔徑為76mm。現場施工過程中，由于孔徑大，孔深長，樹脂錨固劑推送過程中很容易與孔壁摩擦而導致樹脂錨固劑塑料膜破裂，使其快速反應凝固。因此，解決大孔徑普通預應力錨桿樹脂錨固劑推送變得尤為重要。

1 工程概況

天池抽水蓄能電站地下廠房開發方式系尾部式開發，主廠房軸線方向為N69°W，機組縱軸線距上庫進出水口水平距離約3000m，距下庫進出水口水平距離約450m。引水隧洞經岔管后的引水支管以單機單管方式進入主機間，與廠房軸線交角為75°。

主廠房由主機間、安裝間和副廠房組成，呈“一”字形布置，安裝間和副廠房分別布置在主機間的左、右兩端，洞室斷面為城門洞型，主廠房洞室開挖尺寸為156.50m×23.50m×51.80m。主廠房拱腳部位支護采取直徑為28mm，長為9.0m，設計張拉力為100kN的普通預應力樹脂錨桿進行加強支護。

2 普通預應力樹脂錨桿施工方法介紹

2.1 基本構造

預應力樹脂錨桿由桿體、樹脂錨固劑、防墜圈、鋼墊板、擋圈、螺帽及半球鋼墊圈組成。桿體、半球鋼墊圈、螺帽及鋼墊板由現場加工。樹脂錨固劑及防墜圈均采用國內廠家的定型產品。

桿體采用Ⅲ級鋼筋，直徑28mm，一端加工成M28，長300mm螺紋；另一端加工成45°角的楔形面，并焊上擋圈，如圖1、圖2所示。

2.2 施工流程

普通預應力樹脂錨桿的施工流程：造孔→錨桿加工→錨固劑安放→錨桿安裝→施加預應力→灌漿。

圖1 普通預應力樹脂錨桿孔口及張拉段結構圖 (單位：mm)

圖2 普通預應力樹脂錨桿錨固段結構圖 (單位：mm)

3 樹脂錨固劑推送技術探究

3.1 樹脂錨固劑規格及相關參數

本工程樹脂錨桿錨固劑采用中速凝固樹脂錨固劑，樹脂錨固劑內含雙組份，錨固劑采用兩種，分別為直徑28mm，長度350mm；直徑23mm，長度350mm。為滿足設計要求，確保錨固劑與圍巖的黏結強度及施加預應力達到設計要求，單孔推送樹脂錨固劑九組，每組由3支直徑28mm樹脂錨固劑及1支直徑23mm樹脂錨固劑組成。

3.2 推送試驗

現場共做6組推送試驗。參照以往施工經驗，采用人工手持硬塑料管緩慢助推錨固劑方式推送。在現場實驗推送過程中，因錨固劑為4支綁扎成組推送，重量大，單憑人工手持硬塑料管推送方式很容易造成錨固劑與孔壁摩擦而堵塞，若繼續加以推送，容易導致樹脂錨固劑塑料膜破裂。

以往工程經驗中，因孔徑較小，多采用單支樹脂錨固劑人工推送。天池抽水蓄能電站錨桿設計根據最新巖土錨桿與噴射混凝土支護工程技術規范(GB 50086—2015)，水泥漿或水泥砂漿保護層厚度不應小于20mm。普通預應力樹脂錨桿孔孔徑D76mm，樹脂錨桿孔孔徑較大，天池抽水蓄能電站采用多支樹脂錨固劑綁扎成組推送，推送難度變大，以往工程經驗無法適用于目前施工且無類似工程經驗可借鑒。試驗結果表明，制作一種既方便、快捷，又能滿足施工進度要求的大孔徑錨固劑推送工具成為普通預應力樹脂錨桿施工的重點和難點。

3.3 樹脂錨固劑推送工具制作

3.3.1 推送工具的初步形成

為解決本工程大孔徑普通預應力錨桿樹脂錨固劑推送難題，通過改進推送工具來提高樹脂錨固劑推送的成功率及效率，參照沖壓式蜂窩煤成型機原理，嘗試制作推送工具并做現場試驗。

推送工具的組成為：由直徑68mm，內徑65mm，長度400mm的無縫鋼管作為錨固劑放置區(一端不封口；另一端封口且圓心處設置孔洞，直徑20mm)、長度9000mm，直徑23mm，內徑20mm鋼套管、直徑12mm，長度9400mm推送鋼筋及直徑60mm，厚度5mm圓形推送墊片等4部分組成。其中，錨固劑放置區與鋼套管采用焊接連接，推送鋼筋及圓形推送墊片采用焊接連接(推送鋼筋焊接在圓形推送墊片的圓心處)組成活塞桿，如圖3所示。

圖3 推送工具縱剖面注 圖3中1為錨固劑放置區；2為推送鋼筋；3為推送墊片。

錨固劑推送機理：將每組樹脂錨固劑塞至錨固劑放置區，將整個推送設備緩慢勻速送入孔內，待推送工具送至孔底時，手握鋼套管向外拔出，同時將推送鋼筋向里推送，通過推送墊片將樹脂錨固劑擠出錨固劑放置區，從而完成單組樹脂錨固劑推送循環，再將此循環往復，將九組樹脂錨固劑推送完成并確保每組錨固劑緊密接觸。

現場實施過程中，由于普通預應力樹脂錨桿孔造孔多采用三臂鑿巖臺車，因孔徑較大，受三臂鑿巖臺車鉆頭重量、轉速等因素影響，大孔徑成孔后實測孔斜偏差較小孔徑成孔孔斜偏差(實測均在規范允許偏差范圍內)有所增加，實驗證明采用鋼性推送工具推送錨固劑無法將其完全準確送入孔底。

3.3.2 錨固劑推送工具的改進

為解決因孔斜偏差導致鋼性推送工具無法將錨固劑送入孔底這一問題，對已制作的推送工具進行有針對性的優化、改進，將剛性套管改為PVC套管。

改進后推送工具的組成為：由直徑68mm，內徑65mm，長度400mm的無縫鋼管作為錨固劑放置區(一端不封口；另一端封口且圓心處設置孔洞，直徑20mm)、長度9000mm，直徑20mmPVC套管、內徑20mm鋼套筒、直徑12mm，長度9400mm推送鋼筋及直徑60mm，厚度5mm推送墊片等5部分組成。其中，錨固劑放置區與PVC套管采用內徑20mm鋼套筒連接，推送鋼筋及推送墊片采用焊接連接(推送鋼筋焊接在推送墊片的圓心處)組成活塞桿，如圖4所示。錨固劑推送機理：將每組樹脂錨固劑塞至錨固劑放置區，將整個推送設備緩慢勻速送入孔內，待推送工具推送至孔底時，手握PVC套管向外拔出，同時將推送鋼筋向里推送，通過推送墊片將樹脂錨固劑擠出錨固劑放置區，從而完成單組樹脂錨固劑推送循環，再將此循環往復，將九組樹脂錨固劑推送完成并確保每組錨固劑緊密接觸。

圖4 推送工具改進后縱剖面注 圖4中1為錨固劑放置區；2為推送鋼筋；3為推送墊片；4為PVC套管；5為鋼套筒。

實驗證明，通過將鋼套管改為PVC套管材料后，增強了推送工具的柔韌性，既保證了樹脂錨固劑推送質量，也提高了大孔徑、深孔錨固劑推送效率，同時提高了普通預應力樹脂錨桿的施工效率。

4 結 語

通過對大孔徑樹脂錨桿錨固劑推送工具的改進探究，證明改進后的錨固劑推進工具能夠有效解決錨固劑推送過程中與孔壁摩擦而導致樹脂錨固劑塑料膜破裂問題，也極大地提高了錨固劑推送效率、送至孔底的準確度及每組錨固劑之間的緊密度，保證了大孔徑普通預應力樹脂錨桿的施工質量。實踐證明，這種錨固劑推送工具可有效解決大孔徑普通預應力錨桿樹脂錨固劑推送這一難題，同樣也適用于大孔徑、深孔錨桿其他類型錨固劑推送應用。