任 勇

(葛洲坝集团第二工程有限公司,四川成都 610091)

1 工程概述

溪洛渡水电站右岸 4#、5#导流洞下闸室段分别布置在 4#洞身 0+168.0～0+248.0段,5#洞身0+233.866～0+313.866段。导流洞开挖分上、中、下三层进行开挖,导流洞洞身闸室段在上层和中、下层开挖后将分别形成 14.5 m×34 m(高 ×宽)、30 m×34 m(高 ×宽)的特大跨度开挖断面。

导流洞洞身闸室段顶拱及边墙岩性为含斑玄武岩、角砾集块熔岩。层内错动带及高、中、缓倾角裂隙较发育,部分岩性较好,裂隙闭合、无充填、微风化,腰线以上围岩完整性及稳定性稍好,腰线以下围岩完整性及稳定性较差,局部部位沿长大裂隙渗、滴水。总体上 4#、5#导流洞洞身闸室段属Ⅱ、Ⅲ1类围岩。

由于闸室段洞径特别大,部分位置岩性偏差,洞室结构安全至关重要。为确保右岸闸室段在施工期岩体稳定及建筑物结构安全,避免发生重大地质灾害,设计单位在原有锚喷支护的基础上,对闸室段顶拱增设了 460根15 t预应力锚杆进行加强支护。

预应力锚杆沿闸室段顶拱梅花型布置,间排距均为 9 m,材料采用精轧螺纹钢筋,直径 32 m m。锚杆孔设计直径为 48 m m,锚固段长 3.0 m,锚固段灌浆采用水泥浆、水泥砂浆或树脂材料,要求水泥浆或水泥砂浆抗压强度不小于 M 35,树脂材料抗压强度不小于 50 M P a,锚杆孔口承压垫座尺寸为 150 m m×150 m m×10 m m,采用高强螺栓锁定。预应力锚杆采用自由段无套管预应力筋,灌浆分两次进行,锚固段灌浆及张拉锚固后,再对自由段进行二次灌浆。

2 施工方法的选择

预应力锚杆在导流洞洞身闸室段上层底板平台上进行,同时,要求必须在导流洞中层开挖推进至闸室段前全部完成预应力锚杆施工,总工期要求在 35 d以内,以免影响导流洞中、下层开挖;另外,预应力锚杆施工期间,闸室段交通不能中断。

预应力锚杆均布置在闸室段顶拱部位,距底板高差 9.5～14.5 m。若按常规采取搭设脚手架施工平台,排架搭拆周期长,对闸室段交通干扰大,快速钻孔将造成洞内环境污染严重且效率低下,工期不能保证。若在现场临时加工简易移动式平台将增加成本且搬移不便,不能形成规模化施工,同样效率低下。经综合比较,决定采用现场已有的大型液压凿岩台车造孔,利用吊车液压升降平台作为锚杆安装、张拉等作业施工平台,省略了固定施工平台,顺利地解决了施工方法问题,灵活方便,实现了规模化施工,确保了洞内交通畅通。

3 设计优化与调整

预应力锚杆施工结构如图 1所示。

首先,设计要求锚杆钻孔直径为 48 m m。但锚杆直径就达 32 m m,造孔直径仅大于锚杆直径16 m m,从而导致进浆管与回浆管无法埋设;另外,三臂凿岩台车钻杆的最大长度为 6 m,造 9 m深孔必须进行钻杆套接后才能完成,钻杆安装连接套后,造孔直径不能小于 65 m m。为了满足施工要求,在征得监理工程师与设计同意后,将孔径优化调整为 65 m m。

图 1 预应力锚杆施工结构图

锚固段若采用水泥浆或水泥砂浆锚固,施工难度大且不易控制,锚固段张拉前待凝时间长,无法实现快速施工。为此,借鉴龙滩及拉西瓦等工程预应力锚杆施工的成熟经验,锚固段采用速凝型锚固药卷,在确保设计要求强度的情况下,锚固段在灌浆完毕 24 h后即可进行张拉,从而实现了快速施工。

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孔口承压钢垫板为张拉的主要承力部件,张拉时承压高达6.5 M P a以上。为了防止张拉过程中或张拉后承压垫板发生变形、扭曲等,在征求设计同意后,将原设计的承压钢垫板尺寸 150 m m×150 m m×10 m m调整为 200 m m×200 m m×20 m m,施工更加方便,确保了张拉施工顺利进行。

4 施工过程

4.1 施工程序

预应力锚杆的主要施工程序为:施工准备→钻孔→清孔→内锚段速凝型锚固药卷灌注→杆体安装→封口→孔口垫座安装→张拉→自由段注浆→外露锚杆杆体保护。

4.2 机械化造孔

预应力锚杆采用现场正在进行导流洞开挖支护施工的 H 175三臂液压台车造孔。造孔前,应根据设计图纸要求对锚杆孔孔位进行测量放样,定出孔位并用红油漆标识。钻孔时要求钻杆垂直岩面,钻孔平直,孔轴方向偏差不大于 1°～3°。由于多臂钻钻杆仅长 6 m,在钻杆钻进 5 m深左右时,安装钻杆连接套,再连接一根 3 m长钻杆继续钻进至终孔,多臂钻钻进速度为 0.5～0.8 m/m in,造孔完成后,加大钻臂水阀,边冲边退钎,冲洗钻孔。钻机就位后,15 m i n左右即可完成单孔造孔,造孔效率相当高。

4.3 内锚段灌注及锚杆安装

利用吊车液压升降平台作为内锚段灌浆及锚杆安装作业平台,使用锚固剂风枪将速凝型水泥锚固剂药卷打入内锚段,锚固剂药卷经锚固剂风枪打入输送管(1″P E管),再经输送管打入内锚段孔底(锚固剂输送管插入孔内距孔底 50 c m左右),每打入一卷锚固剂,输送管向孔外拉出 5 c m左右,直至打入锚固剂药卷 60支左右或孔内锚固剂距孔底 3 m处(内锚段长度为 3 m)结束。

锚固剂药卷在打入前先在水中浸泡,浸泡时间控制在 2.5 m i n左右,浸泡直观效果原则上以药卷中心留有黄豆颗粒大小的白蕊或药卷在水中不冒或冒少量气泡为止。将锚固剂风枪工作风压控制在 0.5～0.6 M P a左右,在风枪的风管输入端安装压力表控制风压。

在将锚固段速凝水泥药卷打入结束后,立即进行预应力锚杆杆体安装,采用在吊车液压升降平台上人工插杆,利用人工扶杆,吊车液压升降臂将锚杆缓慢顶入,从而减轻了作业人员的劳动强度,锚杆杆体端部加 φ 40钢管辅助送杆。

插杆前对锚杆杆体进行加工:预应力锚杆朝向孔底的一端应削尖。在距锚杆底部3 m处设止浆环,每 3 m设对中环一个,对中环采用 φ 6.5圆钢与锚杆杆体焊接,外露端长 50 c m,端头用砂轮切割机切平(套丝长 50 c m),以便于安装与精轧螺纹钢筋配套的螺母。在锚杆杆体自由段安装进浆管(内径 15 m mP V C管)和回浆管(内径 8 m m硬质塑料管),回浆管应牢固绑扎在杆体上,管口端部距止浆环 15 c m。进、回浆管在孔口通过钢垫板预留孔口引出。

锚杆杆体插入内锚段后,立即采用木楔(长 6～10 c m)进行锚杆孔口封口,以防止锚杆从孔内滑出。木楔应完全打入孔内,不得留出孔外,以免影响锚杆孔口钢垫板的安装和锚杆张拉。

孔口承压垫座钢垫板面应与锚孔轴线垂直,承压垫座必须平整、牢固。若钢垫板面与锚孔轴线不垂直,孔口外侧可用快凝砂浆找平,砂浆强度增长应满足 12 h承载 15 t张拉力的要求。

在充分利用吊车液压升降平台的情况下,内锚段灌浆及预应力锚杆安装在 15～20 m i n即可完成单根锚杆施工,工效较高。

4.4 张拉与锁定

在内锚段锚固剂灌浆完毕 24 h左右开始进行锚杆张拉。

张拉设备采用 T G-2000型扭力扳手。锚杆张拉前,对扭力扳手进行率定。施工中扭力扳手易损坏,要求每周率定一次。

张拉前,将钢垫板套入锚杆,调整垫板与锚杆垂直后紧锁螺帽。锚杆正式张拉前,取 20%的设计张拉荷载(即 3 t),对其预张拉 1～2次,使其各部位接触紧密。

张拉力施加顺序依次为:第一次张拉力为设计值的 25%(3.75 t),持荷 5 m i n后进行第二次张拉,张拉力为设计值的 50%(7.5 t),持荷5 m i n后进行第三次张拉,张拉力为设计值的75%(11.25 t),持荷5 m i n后进行第四次张拉,张拉力为设计值的 100%(15 t),最后一级张拉力达到设计值后稳压 30 m i n结束张拉并锁定。每张拉一次均应量测锚杆杆体的伸长值并作好原始记录。张拉工效为 2根/40～50 m i n左右。

锚杆锁定后 48 h内,若发现预应力损失大于锚杆拉力设计值的 10%时,应进行补偿张拉。

4.5 自由段注浆

张拉结束后开始对锚杆自由段进行回填灌浆施工,灌浆采用纯水泥浆,2S N S型灌浆泵注浆。在确认排气管畅通后,才能进行孔内自由段注浆,自由段注浆应饱满,当排气孔不再排气并有浆液溢出时,可结束自由段注浆。浆体凝固前,不得敲击、碰撞和拉拔杆体。

自由段灌浆在一批(30～50根)锚杆张拉完成后集中进行,可实现规模化施工,单根锚杆自由段灌注平均耗时 3～5 m i n即可完成。

5 施工的合理组织

根据导流洞中层开挖施工的要求,从尽量减少与导流洞施工干扰出发,施工安排与该部位附近导流洞施工协调一致。造孔安排由 5#下游区→5#上游区→4#下游区→4#上游区依次分区分片进行。多臂台车兼顾导流洞支护施工,在满足导流洞支护造孔的前提下,及时协调进行预应力锚杆造孔,每批造孔量为 20～30个左右。造孔完成后,对已造孔部位及时开始内锚段灌浆及锚杆安装作业,张拉作业滞后锚杆安装作业 1～2 d进行。同时,安排液压凿岩台车开始下一施工区的造孔作业,各作业程序根据施工强度合理均衡安排,搭接紧密,实现了流水作业,工程进展顺利。

6 质量控制措施

预应力锚杆施工工序复杂,技术要求严格,为确保施工质量,施工过程中严格按照施工程序施工,每道工序完成并经检查验收后方可进入下道工序施工。除了严把程序检查验收关,对以下几个质量重点做了严格的控制:

(1)对锚杆精轧螺纹钢、锚固剂药卷、水泥等重要材料,要求其相关资料齐全并进行进场抽检,以确保材质优良。张拉前,首先对扭力扳手进行率定,率定合格后再用于张拉施工。施工过程中扭力扳手极易损坏,要求每周率定一次,以确保张拉精度。

(2)造孔是质量控制的关键环节之一,孔位必须经测量放样并用红油漆标识。液压凿岩台车要选用经验丰富,责任心强的操作手,开钻前要认真调整好钻臂方向,确保孔向垂直岩面后再开钻,钻杆匀速钻进并不断加水冲洗岩粉。钻孔准确度高,不但确保了锚固效果,而且确保了插杆及承压垫板安装及张拉施工。

(3)内锚段灌浆是否密实是确保张拉成功的关键环节。首先要确保锚固剂药卷浸泡充分,要求将浸泡时间控制在 2.5 m i n左右。其次,每打入一卷锚固剂,输送管向孔外拉出 5 c m左右,要确保打入锚固剂药卷 60支左右,填满 3 m锚固段。

(4)张拉是预应力锚杆施工最重要的环节,严格按技术要求进行分级张拉,全过程严格监控并做好详实、细致的原始记录。

7 结 语

溪洛渡水电站右岸导流洞锚杆施工,在施工手段、设计优化、施工组织等方面均有一定程度突破,特别是多臂液压凿岩台车的使用及造 9 m深孔的突破,将预应力锚杆施工至关重要的造孔环节实现了机械化快速施工,极大地提高了施工效率。在确保导流洞闸室段交通畅通及导流洞中下层开挖正常进行的情况下,闸室段顶拱预应力锚杆施工按预期进度目标进行,并取得了良好的效果。