開挖庫邊豎井采用噴錨加錨索支護技術的應用

于龍

開挖庫邊豎井采用噴錨加錨索支護技術的應用

于龍

根據(jù)遼寧省重點輸水工程中檢修豎井的施工實例，介紹在水庫邊開挖引水豎井過程中所采取的支護措施，并著重論述普通錨噴技術加預應力錨索組合加固技術的應用，對于類似工程的設計與施工將有一定的借鑒意義。

庫邊引水豎井 開挖支護 錨噴技術 預應力錨索 組合加固

遼寧省重點輸水工程中新建一座引水豎井，開挖坡度較陡，巖體破碎，直接危及施工安全，因此，開挖時采用何種支護措施是工程成敗的關鍵。該豎井設計開挖頂高程為319.6 m，底高程275 m，最大開挖深度為44.6 m。

1 工程地質(zhì)條件

該豎井開挖地層巖性上部為第四系坡積土夾塊石，厚度2～4 m，下部為含礫巖屑凝灰?guī)r，其中強風化巖厚10～15 m，弱風化巖厚30～40 m，開挖巖性以弱風化—微風化為主。

2 支護方案

根據(jù)地勘資料，原豎井開挖支護方案為噴射混凝土100～150 mm，錨桿為Φ22@1 500 mm、L= 2 500 mm和Φ22@1 500 mm、L=3 000 mm，梅花形布置。但是，實際開挖揭露出的巖屑凝灰?guī)r巖體結(jié)構(gòu)面發(fā)育，含有風化裂隙或夾泥層，層間結(jié)合不良，對坡面穩(wěn)定性影響較大。邊坡支護必須隨開挖及時跟進，除采用普通錨桿、掛鋼筋網(wǎng)加噴混凝土的支護方式外，局部增加預應力錨索進行加固，以提高邊坡巖體的整體性和穩(wěn)定性。具體為：Φ25@1 500 mm、L=3 000 mm錨桿和Φ32@1 500 mm、L=6 000 mm錨桿梅花形布置；鋼筋網(wǎng)為Φ12@200 mm×200 mm；噴射混凝土性能指標為C30W10，厚150 mm；錨索類型為端頭錨，間距6 m，級別1 000 kN，每根錨索由7Φ5 mm鋼絞線（強度1 860 MPa）組成，內(nèi)錨段長6.5 m，張拉段長8.5 m，外露長度1.3 m。見圖1。

3 支護施工技術

3.1 支護施工工藝

圖1 豎井支護布置剖面簡圖

根據(jù)本工程的特點，支護隨開挖及時進行，即當每層的開挖清渣結(jié)束后，立即按設計進行本層的支護施工。

支護施工工藝見圖2。

圖2 支護施工工藝

3.2 錨桿安裝

為節(jié)省安裝時間，本工程中錨桿長度為3 m的采用水泥卷錨桿，錨桿長度為6 m的采用普通水泥砂漿錨桿。

錨桿孔采用YT-28手風鉆成孔，成孔孔徑45～50 mm。當鉆機鉆至規(guī)定深度后，用高壓風吹孔，清除孔內(nèi)巖粉、積水等。桿體尾部的墊板應緊貼巖壁，未接觸部位應楔緊或采用異形墊板以保證接觸緊密。注漿材料未終凝前不得隨意敲擊、碰撞錨桿。

3.2.1 水泥卷錨桿安裝

水泥卷在安裝前應先浸水，浸水時間以水泥卷不冒泡為準。藥卷裝入錨桿孔采用堅硬、順直的木棍或相似的物體送至孔底，錨桿則用手風鉆帶動，邊旋轉(zhuǎn)邊徐徐推進，最后保證桿體露出巖面的長度不大于噴射混凝土的厚度。

3.2.2 水泥砂漿錨桿安裝

水泥砂漿錨桿采用“先注漿后插錨桿”的施工工藝。

首先用HS-150型砂漿泵向孔內(nèi)注入約孔深2/3的水泥砂漿，注漿管要插至距孔底50～100 mm處，隨漿液注入緩慢均勻地拔出。注完漿后立即由人工插入錨桿，孔口砂漿不滿部分應進行補灌，并用砂漿將孔口抹平。

3.3 掛鋼筋網(wǎng)

鋼筋網(wǎng)在巖面初噴混凝土并安裝錨桿后進行。

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，鋼筋在加工廠下料制作，現(xiàn)場人工綁扎。鋼筋網(wǎng)隨受噴面的起伏鋪設，在有錨桿的部位用錨桿墊板把鋼筋網(wǎng)與錨桿聯(lián)結(jié)在一起，其它部位可利用手風鉆打淺孔，用U形卡固定網(wǎng)片。整個鋼筋網(wǎng)片應綁扎牢固，在噴射混凝土時鋼筋不得晃動。

3.4 噴射混凝土

噴射混凝土采用“濕噴”法，由TK-500濕噴機施噴。每層石方開挖完成后立即進行混凝土初噴，厚度30～50 mm；待鋼筋網(wǎng)片綁扎完成驗收合格后進行復噴，保證混凝土最終厚度達到150 mm。

混合料利用強制式攪拌機拌和，混凝土罐車運輸，濕噴機布置在地面，噴射手在井下作業(yè)?；炷羾娚淝皯酶邏猴L吹掃巖面，并根據(jù)施噴面積分成1.5～2.0 m的小段，在每段內(nèi)由下向上進行混凝土噴射。為保證噴射厚度，在每小段內(nèi)的巖壁上都用短鋼筋埋設厚度標志。混凝土終凝2 h后開始養(yǎng)護，養(yǎng)護時間不少于7 d。

3.5 預應力錨索

根據(jù)現(xiàn)場實際開挖情況，在第2級與第3級馬道邊坡上（巖坎側(cè)邊坡除外）共設置23根預應力錨索，傾角向下15°，間距6 m；在隧洞口上方垂直邊坡上矩形布置4根預應力錨索，傾角向上15°。

3.5.1 預應力錨索施工工藝

預應力錨索施工工藝見圖3。

圖3 預應力錨索施工工藝

3.5.2 錨孔測量定位

將錨孔位置按照設計要求準確測放到坡面上，并用油漆標注。錨孔位置偏差最大不得超過100 mm。

3.5.3 鉆孔

鉆孔選用潛孔鉆機。根據(jù)孔位準確安裝、固定鉆機，開孔時應控制鉆具的傾角和方位角，鉆進中及時檢測孔斜誤差并及時糾偏，鉆進達到設計深度后，應穩(wěn)鉆1～2 min，確保錨索鉆孔孔徑、孔深等滿足設計及規(guī)范要求。鉆孔完成后，使用高壓風將孔內(nèi)巖粉及水體全部清除出孔外。若遇錨孔中有承壓水流出，應采取邊鉆孔邊固結(jié)灌漿的措施。

3.5.4 錨索制作

為便于安裝、減少運輸環(huán)節(jié)，錨索制作采用現(xiàn)場編索方式。鋼絞線必須采用切割機下料，下料長度符合設計要求，各根鋼絞線的長度誤差不大于±10 mm。鋼絞線要去皮、去油、去污，編索時由人工抬運，不得在地上拖運。架線環(huán)每米設置1個，導向帽與鋼絞線間以點焊方式連結(jié)，灌漿管為Φ25 mm塑料管，按設計編入索體。

制作完成的錨索順直地存放到專用臺架上，臺架距地面大于20 cm。

3.5.5 錨索安裝

索體采用人工下錨，緩慢、均勻地從孔口送入，避免索體扭曲，送入過程中不得轉(zhuǎn)動或者反復拖拽索體，并隨時檢查架線環(huán)及止?jié){環(huán)有效性，發(fā)現(xiàn)有移動、損壞、脫落等問題要及時處理，并確保將錨索體推送至預定深度，注、回漿管暢通。

錨索安裝完成后對外露鋼絞線進行臨時防護，對于上傾錨索還應采取固定措施，防止索體滑落。

3.5.6 灌漿

灌漿分二期進行：一期為內(nèi)錨段灌漿，二期為張拉完成后對張拉段灌漿。

灌漿采用常規(guī)方法并嚴格按照設計參數(shù)進行，灌漿壓力通過試驗確定，漿液采用高速攪拌機制漿，選用HS-150型注漿泵灌注。注漿至回漿管冒漿時，停5 min后再進行補充注漿，直到回漿管溢出與攪拌濃度相同的漿液，然后封閉回漿管。

3.5.7 張拉及錨定

當墊墩混凝土達到設計強度的80%后才可進行張拉。

錨索張拉需采用經(jīng)率定的專用設備，按照設計要求和施工規(guī)范規(guī)定，通過現(xiàn)場張拉試驗確定張拉及錨定工藝。張拉方法采用“雙控法”，以張拉力控制為主，用伸長值校核。預張拉前先進行單根鋼絞線預緊，使錨索各股鋼絞線應力均勻后再整體張拉。張拉采用5級張拉，每次加載與卸載速率應緩慢平緩，并作好加荷和觀測變形記錄。錨索張拉至設計應力待壓力表穩(wěn)定后加以鎖定，將鋼絞線從錨具量起留出長5 cm，其余部分截去，然后用水泥凈漿注滿錨墊板及錨頭各部分空隙，最后對錨頭采用C30細骨料混凝土進行封錨。

4 施工體會

（1）巖屑凝灰?guī)r具有易風化、遇水易軟化、完整性差的特點，為保證施工安全，支護必須及時跟進。

（2）開挖過程中對較大滲水、軟弱夾層、剪切破碎帶等地質(zhì)缺陷部位加強監(jiān)測，一旦出現(xiàn)裂縫或滑動跡象，立即停止施工，會同設計、地質(zhì)人員進行檢查處理。

（3）沿邊坡頂設置1道截水溝，做好施工過程中的排水、疏水工作。

5 結(jié)語

遼寧省重點輸水工程引水豎井開挖具有邊坡高、坡度陡、地質(zhì)條件差、距離庫區(qū)近湖水影響大等特點，常規(guī)的錨噴掛網(wǎng)支護措施難以保證開挖順利進行，但經(jīng)過錨噴支護與預應力錨索組合的加固措施，則增強了邊坡的整體穩(wěn)定性，有效地保證了工程順利、安全地實施。跟蹤觀測結(jié)果表明用加固后的邊坡基本穩(wěn)定，可見該支護方案是可行的，在類似工程中是值得推廣、應用。

以上述斷面為例，對觀測斷面各測線回歸方程進行分析。

測線AB：

5 結(jié)語

（1）從本文實例斷面觀測情況分析，圍巖趨于穩(wěn)定時間較短，且相對位移較小，對后期仰拱乃至邊頂拱混凝土襯砌施工提供便利條件，進而對開敞式TBM掘進與混凝土襯砌平行作業(yè)及跟進速度具有深遠意義。

（2）通過監(jiān)控量測的數(shù)據(jù)收集與整理，有利于承包商協(xié)調(diào)TBM噴射混凝土施工與掘進速度，從而獲得最佳掘進速度。

（3）TBM在穿越較大斷層帶時應穩(wěn)中求勝，充分發(fā)揮監(jiān)控量測的作用，避免埋機事故的發(fā)生。

作者簡介

李熙乾 男 助理工程師 中水北方勘測設計研究有限責任公司 天津 300222

韓鵬程 男 助理工程師 中水北方勘測設計研究有限責任公司 天津 300222

譚聰睿 女 工程師 中水北方勘測設計研究有限責任公司 天津 300222

楊貴崇 男 工程師 中水北方勘測設計研究有限責任公司 天津 300222

（收稿日期 2015-05-29）

TV52

B

1007-6980（2015）03-0048-03

2015-05-29）

于龍 男 工程師 遼寧省水利廳 遼寧沈陽 110003