大型洞室頂拱錨索施工關(guān)鍵技術(shù)

吳海濤 齊界夷

【摘要】烏東德左岸地下電站主廠房由于地質(zhì)條件變化，設(shè)計(jì)增加大量預(yù)應(yīng)力錨索，錨索長度20～60m。針應(yīng)用對(duì)傳統(tǒng)錨索施工方法在進(jìn)行頂拱豎向錨索施工時(shí)，在鉆孔、入索及灌漿環(huán)節(jié)存在個(gè)干擾大、費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且安全隱患大的難題，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)研究試驗(yàn)，改進(jìn)了施工技術(shù)，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(guān)鍵詞】大型洞室頂拱錨索；施工；關(guān)鍵；技術(shù)

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(nèi)，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(zhì)條件差于預(yù)期，分布存在大量塊體及B類角礫巖區(qū)域，按照設(shè)計(jì)要求陸續(xù)增加了超過1000束預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行加固。為加快個(gè)進(jìn)度，針對(duì)傳統(tǒng)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(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，經(jīng)認(rèn)真研究并進(jìn)行試驗(yàn)，順利完成了該項(xiàng)目施工。

2 施工特點(diǎn)及難點(diǎn)

（1）按照傳統(tǒng)錨索施工方法，需搭設(shè)排架作為錨索鉆孔、入索、注漿等工序作業(yè)平臺(tái)，存在排架搭設(shè)、拆除工期長、投入大、安全風(fēng)險(xiǎn)大的問題，且搭設(shè)排架后影響通行，導(dǎo)致頂拱錨索無法全面展開，影響施工進(jìn)度；

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

（3）豎向錨索灌漿壓力可達(dá)1.3MPa，設(shè)計(jì)氣囊式止?jié){環(huán)承受壓力一般為0.3MPa左右，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)漏漿或止?jié){環(huán)損壞的現(xiàn)象，導(dǎo)致錨索注漿無法實(shí)施。

3 施工技術(shù)研究與應(yīng)用

3.1 設(shè)備選型及措施改進(jìn)

因主廠房底板距離頂拱高度約12m，采用常規(guī)導(dǎo)軌式錨索鉆機(jī)施工，需搭設(shè)排架作為鉆孔平臺(tái)。錨索為間排距6m×6m布置，排架利用率太低，排架搭設(shè)、拆除周期長，且占?jí)和ǖ烙绊懡煌?。為此，?jīng)對(duì)比選擇，選用履帶式液壓鉆機(jī)進(jìn)行頂拱錨索鉆孔。該鉆機(jī)具有以下有點(diǎn)：（1）采取在液壓臂上固定鉆機(jī)滑架，可實(shí)現(xiàn)水平與豎向間任意角度鉆孔，且最大鉆孔深度可達(dá)100m，不需要搭設(shè)排架作為平臺(tái)；（2）采用履帶式行走機(jī)構(gòu)，對(duì)底板不平整度適應(yīng)性較強(qiáng)，靈活性強(qiáng)。履帶式液壓鉆機(jī)的應(yīng)用擺脫了傳統(tǒng)施工方法需搭設(shè)排架而帶來的不足。

由于頂拱距離底板高差較大，鉆進(jìn)過程中鉆桿外露長度較多，導(dǎo)致鉆桿撓度大，影響鉆孔精度。為此，設(shè)置了一個(gè)簡(jiǎn)易導(dǎo)向裝置解決了該技術(shù)問題。即將2～3m長、內(nèi)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(gè)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(diào)節(jié)，最終導(dǎo)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(jī)造孔施工照片）

具體工藝操作方法：

（1）鉆機(jī)就位，調(diào)整鉆頭對(duì)準(zhǔn)孔口位置；

（2）安裝簡(jiǎn)易對(duì)中裝置夾住鉆桿，對(duì)中裝置通過管箍夾緊；

（3）導(dǎo)向裝置支撐鋼管固定；

（4）開鉆。

3.2 入索施工工藝改進(jìn)

主廠房頂拱錨索施工初期，采用常規(guī)工藝進(jìn)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(jìn)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(xù)施工，且錨索難以固定，容易發(fā)生脫落傷人情況。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況，第一束僅送索這一工序耗時(shí)達(dá)16h。采用常規(guī)入索方法不僅施工效率低下，而且安風(fēng)險(xiǎn)較大。

為解決上述問題，施工技術(shù)人員經(jīng)過認(rèn)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(shí)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(shè)計(jì)，由螺栓、螺母、U型螺栓和卡索環(huán)（卡錨索和鋼絲繩）組成且有利于保護(hù)鋼絞線。施工過程中，吊車為主人工配合，將索體和孔口對(duì)準(zhǔn)，利用吊車卷揚(yáng)系統(tǒng)將鋼絲繩緩慢提升，每上升2～3m，人工將對(duì)應(yīng)夾索裝置拆除，再上升、再拆除夾索裝置，以此類推。采用機(jī)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(fēng)險(xiǎn)。

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(fēng)險(xiǎn)，但需要投入兩臺(tái)吊車配合人工進(jìn)行，成本投入仍然較大，且工藝仍較繁瑣。為此對(duì)入索工藝進(jìn)行了進(jìn)一步改進(jìn)，即發(fā)明了錨索液壓自動(dòng)入索裝置。該裝置由基架、液壓油缸、液壓卡箱、導(dǎo)管等部件組成，使用時(shí)，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(nèi)錨段穿入導(dǎo)管內(nèi)，通過液壓操作控制桿控制液壓卡箱的液壓油缸，使內(nèi)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(shè)置有人員指揮平臺(tái)），啟動(dòng)吊車將錨索液壓自動(dòng)入索裝置起吊并抵至錨索孔周邊巖體，將錨索內(nèi)錨段對(duì)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(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)入索。采用錨索液壓自動(dòng)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(dá)30m的錨索入索施工，大大加快了施工速度。

3.3 漿柱止?jié){工藝

根據(jù)設(shè)計(jì)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(zhì)條件的巖層。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況，失水率一般大于技術(shù)要求標(biāo)準(zhǔn)。故需進(jìn)行固結(jié)灌漿施工，固結(jié)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(shù)要求的壓力外，還需克服豎向漿柱壓力、孔口至灌漿設(shè)備高差壓力、壓力損失等。以50m孔為例，灌漿壓力需達(dá)到1.3Mpa壓力。原設(shè)計(jì)氣囊式止?jié){環(huán)阻塞器在施工過程中頻繁出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象，需反復(fù)充氣止?jié){，導(dǎo)致氣囊式止?jié){環(huán)壓力過大而破裂，無法繼續(xù)注漿。為此，采取以下改進(jìn)措施，即利用氣囊式止?jié){環(huán)阻塞孔口，灌入濃漿2～3m，待凝24h后即可進(jìn)行后續(xù)注漿作業(yè)。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(jié)合，保證不漏漿，而且可承受很大的注漿壓力，不會(huì)出現(xiàn)損壞或反復(fù)給止?jié){環(huán)充氣的情況，有效保證了錨索固結(jié)灌漿質(zhì)量即錨索錨固質(zhì)量。

4 實(shí)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(dǎo)向裝置進(jìn)行錨索鉆孔，采用錨索液壓自動(dòng)入索裝置入索，以及采用漿柱止?jié){工藝，均得到了成功應(yīng)用，解決了傳統(tǒng)施工方法工效低、成本大、干擾大、安全風(fēng)險(xiǎn)大等問題，順利完成了頂拱錨索施工，滿足了施工質(zhì)量、施工進(jìn)度及施工安全的要求。

5 結(jié)語

本文所述的頂拱豎向錨索施工關(guān)鍵技術(shù)，很好的解決了豎向錨索施工中的重大施工技術(shù)難題，與國內(nèi)同類施工技術(shù)相比，具有機(jī)械化水平高、施工工效高、施工工藝簡(jiǎn)單，以及安全風(fēng)險(xiǎn)小等優(yōu)點(diǎn)，技術(shù)水平處于國內(nèi)領(lǐng)先，值得在同類施工中推廣。

作者簡(jiǎn)介：1.吳海濤，男，工程師，中國葛洲壩集團(tuán)三峽建設(shè)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(tuán)三峽建設(shè)工程有限公司，湖北宜昌。