大型洞室顶拱锚索施工关键技术

吴海涛 齐界夷

【摘要】乌东德左岸地下电站主厂房由于地质条件变化，设计增加大量预应力锚索，锚索长度20～60m。针应用对传统锚索施工方法在进行顶拱竖向锚索施工时，在钻孔、入索及灌浆环节存在个干扰大、费时费力，且安全隐患大的难题，经现场研究试验，改进了施工技术，成功完成了顶拱竖向锚索施工，值得在类似工程施工中推广。

【关键词】大型洞室顶拱锚索；施工；关键；技术

1 工程概况

乌东德水电站左岸地下厂房布置在左岸山体内，开挖尺寸长333.00m×宽30.50m（32.50m）×高89.80m，顶拱开挖后揭露出的地质条件差于预期，分布存在大量块体及B类角砾岩区域，按照设计要求陆续增加了超过1000束预应力锚索进行加固。为加快个进度，针对传统锚索施工工艺方法在主厂房顶拱锚索施工中存在的问题，结合现场实际情况，经认真研究并进行试验，顺利完成了该项目施工。

2 施工特点及难点

（1）按照传统锚索施工方法，需搭设排架作为锚索钻孔、入索、注浆等工序作业平台，存在排架搭设、拆除工期长、投入大、安全风险大的问题，且搭设排架后影响通行，导致顶拱锚索无法全面展开，影响施工进度；

（2）传统送索方法主要采用葫芦配合人工送索，时间长、而且深长竖向锚索自重较大，垂直向上送索时存在索体脱落伤人的安全隐患。

（3）竖向锚索灌浆压力可达1.3MPa，设计气囊式止浆环承受压力一般为0.3MPa左右，现场实施时，经常出现漏浆或止浆环损坏的现象，导致锚索注浆无法实施。

3 施工技术研究与应用

3.1 设备选型及措施改进

因主厂房底板距离顶拱高度约12m，采用常规导轨式锚索钻机施工，需搭设排架作为钻孔平台。锚索为间排距6m×6m布置，排架利用率太低，排架搭设、拆除周期长，且占压通道影响交通。为此，经对比选择，选用履带式液压钻机进行顶拱锚索钻孔。该钻机具有以下有点：（1）采取在液压臂上固定钻机滑架，可实现水平与竖向间任意角度钻孔，且最大钻孔深度可达100m，不需要搭设排架作为平台；（2）采用履带式行走机构，对底板不平整度适应性较强，灵活性强。履带式液压钻机的应用摆脱了传统施工方法需搭设排架而带来的不足。

由于顶拱距离底板高差较大，钻进过程中钻杆外露长度较多，导致钻杆挠度大，影响钻孔精度。为此，设置了一个简易导向装置解决了该技术问题。即将2～3m长、内径略大于钻杆直径的钢管（一般为φ89mm），沿轴线剖为两半，形成两个半弧形钢管片。将每一部分都通过钢筋和钢管焊接牢固。钢管高度可调节，最终导向装置以滑槽高度至开孔高度的1/2为宜。（右图为履带式钻机造孔施工照片）

具体工艺操作方法：

（1）钻机就位，调整钻头对准孔口位置；

（2）安装简易对中装置夹住钻杆，对中装置通过管箍夹紧；

（3）导向装置支撑钢管固定；

（4）开钻。

3.2 入索施工工艺改进

主厂房顶拱锚索施工初期，采用常规工艺进行锚索入索施工，即采用葫芦配合人工方式，在操作排架上进行。因锚索自重太大，送索施工过程中，送到一定程度就难以继续施工，且锚索难以固定，容易发生脱落伤人情况。根据现场试验情况，第一束仅送索这一工序耗时达16h。采用常规入索方法不仅施工效率低下，而且安风险较大。

为解决上述问题，施工技术人员经过认真研究，采取改装吊车钢丝绳牵引索体人工配合送索方案，单束锚索入索平均耗时约3h，施工工效大大提高。该方案具体方法为：①将钢丝绳一端每隔2～3m和索体利用夹索装置捆绑在一起；②钢丝绳另一端有一定富裕度，与吊车辅钩钢丝绳利用绳卡可靠牢固连接（施工过程中将辅钩拆除）；③夹索装置采用易装易拆设计，由螺栓、螺母、U型螺栓和卡索环（卡锚索和钢丝绳）组成且有利于保护钢绞线。施工过程中，吊车为主人工配合，将索体和孔口对准，利用吊车卷扬系统将钢丝绳缓慢提升，每上升2～3m，人工将对应夹索装置拆除，再上升、再拆除夹索装置，以此类推。采用机械牵引，解决了锚索重量大、葫芦配合人工送索速度慢的难题，大大提高了施工效率，降低了安全风险。

上述方案虽然较人工配合葫芦入索提高了施工工效，降低了安全风险，但需要投入两台吊车配合人工进行，成本投入仍然较大，且工艺仍较繁琐。为此对入索工艺进行了进一步改进，即发明了锚索液压自动入索装置。该装置由基架、液压油缸、液压卡箱、导管等部件组成，使用时，将其放置在锚索施工工作面附近地面，将编制好的锚索体内锚段穿入导管内，通过液压操作控制杆控制液压卡箱的液压油缸，使内锚段从入索装置的另一端穿出，然后将该装置固定在吊车起重臂的顶端下部（起重臂的顶端上部设置有人员指挥平台），启动吊车将锚索液压自动入索装置起吊并抵至锚索孔周边岩体，将锚索内锚段对中钻孔并穿入钻孔，之后在吊车起重臂上部的指挥人员的指挥下，由地面人员操作控制液压系统实现自动入索。采用锚索液压自动入索装置入索，仅需投入5人左右、40分钟左右便可完成一束长达30m的锚索入索施工，大大加快了施工速度。

3.3 浆柱止浆工艺

根据设计要求，锚索钻孔完成后需洗孔注水检查失水情况，因竖向深度太大，穿越不同地质条件的岩层。根据现场试验情况，失水率一般大于技术要求标准。故需进行固结灌浆施工，固结灌浆采用全孔一次灌浆，之后重新扫孔。

边坡锚索灌浆压力一般为0.4MPa，竖向锚索灌浆压力除技术要求的压力外，还需克服竖向浆柱压力、孔口至灌浆设备高差压力、压力损失等。以50m孔为例，灌浆压力需达到1.3Mpa压力。原设计气囊式止浆环阻塞器在施工过程中频繁出现漏浆现象，需反复充气止浆，导致气囊式止浆环压力过大而破裂，无法继续注浆。为此，采取以下改进措施，即利用气囊式止浆环阻塞孔口，灌入浓浆2～3m，待凝24h后即可进行后续注浆作业。因先期灌注的浆液在孔口可形成一水泥浆阻塞柱，该浆液柱不仅与孔壁紧密结合，保证不漏漿，而且可承受很大的注浆压力，不会出现损坏或反复给止浆环充气的情况，有效保证了锚索固结灌浆质量即锚索锚固质量。

4 实施效果

乌东德水电站左岸地下电站主厂房顶拱锚索施工，采用履带式液压钻孔，配合导向装置进行锚索钻孔，采用锚索液压自动入索装置入索，以及采用浆柱止浆工艺，均得到了成功应用，解决了传统施工方法工效低、成本大、干扰大、安全风险大等问题，顺利完成了顶拱锚索施工，满足了施工质量、施工进度及施工安全的要求。

5 结语

本文所述的顶拱竖向锚索施工关键技术，很好的解决了竖向锚索施工中的重大施工技术难题，与国内同类施工技术相比，具有机械化水平高、施工工效高、施工工艺简单，以及安全风险小等优点，技术水平处于国内领先，值得在同类施工中推广。

作者简介：1.吴海涛，男，工程师，中国葛洲坝集团三峡建设工程有限公司，湖北宜昌。2.齐界夷 男，工程师，中国葛洲坝集团三峡建设工程有限公司，湖北宜昌。