大型洞室頂拱錨索施工關鍵技術

吳海濤 齊界夷

【摘要】烏東德左岸地下電站主廠房由于地質條件變化，設計增加大量預應力錨索，錨索長度20～60m。針應用對傳統錨索施工方法在進行頂拱豎向錨索施工時，在鉆孔、入索及灌漿環節存在個干擾大、費時費力，且安全隱患大的難題，經現場研究試驗，改進了施工技術，成功完成了頂拱豎向錨索施工，值得在類似工程施工中推廣。

【關鍵詞】大型洞室頂拱錨索；施工；關鍵；技術

1 工程概況

烏東德水電站左岸地下廠房布置在左岸山體內，開挖尺寸長333.00m×寬30.50m（32.50m）×高89.80m，頂拱開挖后揭露出的地質條件差于預期，分布存在大量塊體及B類角礫巖區域，按照設計要求陸續增加了超過1000束預應力錨索進行加固。為加快個進度，針對傳統錨索施工工藝方法在主廠房頂拱錨索施工中存在的問題，結合現場實際情況，經認真研究并進行試驗，順利完成了該項目施工。

2 施工特點及難點

（1）按照傳統錨索施工方法，需搭設排架作為錨索鉆孔、入索、注漿等工序作業平臺，存在排架搭設、拆除工期長、投入大、安全風險大的問題，且搭設排架后影響通行，導致頂拱錨索無法全面展開，影響施工進度；

（2）傳統送索方法主要采用葫蘆配合人工送索，時間長、而且深長豎向錨索自重較大，垂直向上送索時存在索體脫落傷人的安全隱患。

（3）豎向錨索灌漿壓力可達1.3MPa，設計氣囊式止漿環承受壓力一般為0.3MPa左右，現場實施時，經常出現漏漿或止漿環損壞的現象，導致錨索注漿無法實施。

3 施工技術研究與應用

3.1 設備選型及措施改進

因主廠房底板距離頂拱高度約12m，采用常規導軌式錨索鉆機施工，需搭設排架作為鉆孔平臺。錨索為間排距6m×6m布置，排架利用率太低，排架搭設、拆除周期長，且占壓通道影響交通。為此，經對比選擇，選用履帶式液壓鉆機進行頂拱錨索鉆孔。該鉆機具有以下有點：（1）采取在液壓臂上固定鉆機滑架，可實現水平與豎向間任意角度鉆孔，且最大鉆孔深度可達100m，不需要搭設排架作為平臺；（2）采用履帶式行走機構，對底板不平整度適應性較強，靈活性強。履帶式液壓鉆機的應用擺脫了傳統施工方法需搭設排架而帶來的不足。

由于頂拱距離底板高差較大，鉆進過程中鉆桿外露長度較多，導致鉆桿撓度大，影響鉆孔精度。為此，設置了一個簡易導向裝置解決了該技術問題。即將2～3m長、內徑略大于鉆桿直徑的鋼管（一般為φ89mm），沿軸線剖為兩半，形成兩個半弧形鋼管片。將每一部分都通過鋼筋和鋼管焊接牢固。鋼管高度可調節，最終導向裝置以滑槽高度至開孔高度的1/2為宜。（右圖為履帶式鉆機造孔施工照片）

具體工藝操作方法：

（1）鉆機就位，調整鉆頭對準孔口位置；

（2）安裝簡易對中裝置夾住鉆桿，對中裝置通過管箍夾緊；

（3）導向裝置支撐鋼管固定；

（4）開鉆。

3.2 入索施工工藝改進

主廠房頂拱錨索施工初期，采用常規工藝進行錨索入索施工，即采用葫蘆配合人工方式，在操作排架上進行。因錨索自重太大，送索施工過程中，送到一定程度就難以繼續施工，且錨索難以固定，容易發生脫落傷人情況。根據現場試驗情況，第一束僅送索這一工序耗時達16h。采用常規入索方法不僅施工效率低下，而且安風險較大。

為解決上述問題，施工技術人員經過認真研究，采取改裝吊車鋼絲繩牽引索體人工配合送索方案，單束錨索入索平均耗時約3h，施工工效大大提高。該方案具體方法為：①將鋼絲繩一端每隔2～3m和索體利用夾索裝置捆綁在一起；②鋼絲繩另一端有一定富裕度，與吊車輔鉤鋼絲繩利用繩卡可靠牢固連接（施工過程中將輔鉤拆除）；③夾索裝置采用易裝易拆設計，由螺栓、螺母、U型螺栓和卡索環（卡錨索和鋼絲繩）組成且有利于保護鋼絞線。施工過程中，吊車為主人工配合，將索體和孔口對準，利用吊車卷揚系統將鋼絲繩緩慢提升，每上升2～3m，人工將對應夾索裝置拆除，再上升、再拆除夾索裝置，以此類推。采用機械牽引，解決了錨索重量大、葫蘆配合人工送索速度慢的難題，大大提高了施工效率，降低了安全風險。

上述方案雖然較人工配合葫蘆入索提高了施工工效，降低了安全風險，但需要投入兩臺吊車配合人工進行，成本投入仍然較大，且工藝仍較繁瑣。為此對入索工藝進行了進一步改進，即發明了錨索液壓自動入索裝置。該裝置由基架、液壓油缸、液壓卡箱、導管等部件組成，使用時，將其放置在錨索施工工作面附近地面，將編制好的錨索體內錨段穿入導管內，通過液壓操作控制桿控制液壓卡箱的液壓油缸，使內錨段從入索裝置的另一端穿出，然后將該裝置固定在吊車起重臂的頂端下部（起重臂的頂端上部設置有人員指揮平臺），啟動吊車將錨索液壓自動入索裝置起吊并抵至錨索孔周邊巖體，將錨索內錨段對中鉆孔并穿入鉆孔，之后在吊車起重臂上部的指揮人員的指揮下，由地面人員操作控制液壓系統實現自動入索。采用錨索液壓自動入索裝置入索，僅需投入5人左右、40分鐘左右便可完成一束長達30m的錨索入索施工，大大加快了施工速度。

3.3 漿柱止漿工藝

根據設計要求，錨索鉆孔完成后需洗孔注水檢查失水情況，因豎向深度太大，穿越不同地質條件的巖層。根據現場試驗情況，失水率一般大于技術要求標準。故需進行固結灌漿施工，固結灌漿采用全孔一次灌漿，之后重新掃孔。

邊坡錨索灌漿壓力一般為0.4MPa，豎向錨索灌漿壓力除技術要求的壓力外，還需克服豎向漿柱壓力、孔口至灌漿設備高差壓力、壓力損失等。以50m孔為例，灌漿壓力需達到1.3Mpa壓力。原設計氣囊式止漿環阻塞器在施工過程中頻繁出現漏漿現象，需反復充氣止漿，導致氣囊式止漿環壓力過大而破裂，無法繼續注漿。為此，采取以下改進措施，即利用氣囊式止漿環阻塞孔口，灌入濃漿2～3m，待凝24h后即可進行后續注漿作業。因先期灌注的漿液在孔口可形成一水泥漿阻塞柱，該漿液柱不僅與孔壁緊密結合，保證不漏漿，而且可承受很大的注漿壓力，不會出現損壞或反復給止漿環充氣的情況，有效保證了錨索固結灌漿質量即錨索錨固質量。

4 實施效果

烏東德水電站左岸地下電站主廠房頂拱錨索施工，采用履帶式液壓鉆孔，配合導向裝置進行錨索鉆孔，采用錨索液壓自動入索裝置入索，以及采用漿柱止漿工藝，均得到了成功應用，解決了傳統施工方法工效低、成本大、干擾大、安全風險大等問題，順利完成了頂拱錨索施工，滿足了施工質量、施工進度及施工安全的要求。

5 結語

本文所述的頂拱豎向錨索施工關鍵技術，很好的解決了豎向錨索施工中的重大施工技術難題，與國內同類施工技術相比，具有機械化水平高、施工工效高、施工工藝簡單，以及安全風險小等優點，技術水平處于國內領先，值得在同類施工中推廣。

作者簡介：1.吳海濤，男，工程師，中國葛洲壩集團三峽建設工程有限公司，湖北宜昌。2.齊界夷 男，工程師，中國葛洲壩集團三峽建設工程有限公司，湖北宜昌。