大孔径锚杆树脂锚固剂推送技术探究

(1.中国水利水电建设工程咨询北京有限公司，北京 100024；2.中国葛洲坝集团第一工程有限公司，湖北 宜昌 443000)

河南天池抽水蓄能电站，主厂房顶拱中导洞试验段开挖揭示，顶拱下游侧发育一组与开挖面近平行的裂隙，有局部剥落现象。对该组裂隙在厂房区的发育分布情况及其对围岩稳定的影响进行分析后，决定对主厂房拱脚部位采用预应力锚固措施，采用直径为28mm，长为9.0m，设计张拉力100kN的普通树脂预应力锚杆进行加强支护。树脂锚杆钻孔孔深8.8m，孔径为76mm。现场施工过程中，由于孔径大，孔深长，树脂锚固剂推送过程中很容易与孔壁摩擦而导致树脂锚固剂塑料膜破裂，使其快速反应凝固。因此，解决大孔径普通预应力锚杆树脂锚固剂推送变得尤为重要。

1 工程概况

天池抽水蓄能电站地下厂房开发方式系尾部式开发，主厂房轴线方向为N69°W，机组纵轴线距上库进出水口水平距离约3000m，距下库进出水口水平距离约450m。引水隧洞经岔管后的引水支管以单机单管方式进入主机间，与厂房轴线交角为75°。

主厂房由主机间、安装间和副厂房组成，呈“一”字形布置，安装间和副厂房分别布置在主机间的左、右两端，洞室断面为城门洞型，主厂房洞室开挖尺寸为156.50m×23.50m×51.80m。主厂房拱脚部位支护采取直径为28mm，长为9.0m，设计张拉力为100kN的普通预应力树脂锚杆进行加强支护。

2 普通预应力树脂锚杆施工方法介绍

2.1 基本构造

预应力树脂锚杆由杆体、树脂锚固剂、防坠圈、钢垫板、挡圈、螺帽及半球钢垫圈组成。杆体、半球钢垫圈、螺帽及钢垫板由现场加工。树脂锚固剂及防坠圈均采用国内厂家的定型产品。

杆体采用Ⅲ级钢筋，直径28mm，一端加工成M28，长300mm螺纹；另一端加工成45°角的楔形面，并焊上挡圈，如图1、图2所示。

2.2 施工流程

普通预应力树脂锚杆的施工流程：造孔→锚杆加工→锚固剂安放→锚杆安装→施加预应力→灌浆。

图1 普通预应力树脂锚杆孔口及张拉段结构图 (单位：mm)

图2 普通预应力树脂锚杆锚固段结构图 (单位：mm)

3 树脂锚固剂推送技术探究

3.1 树脂锚固剂规格及相关参数

本工程树脂锚杆锚固剂采用中速凝固树脂锚固剂，树脂锚固剂内含双组份，锚固剂采用两种，分别为直径28mm，长度350mm；直径23mm，长度350mm。为满足设计要求，确保锚固剂与围岩的黏结强度及施加预应力达到设计要求，单孔推送树脂锚固剂九组，每组由3支直径28mm树脂锚固剂及1支直径23mm树脂锚固剂组成。

3.2 推送试验

现场共做6组推送试验。参照以往施工经验，采用人工手持硬塑料管缓慢助推锚固剂方式推送。在现场实验推送过程中，因锚固剂为4支绑扎成组推送，重量大，单凭人工手持硬塑料管推送方式很容易造成锚固剂与孔壁摩擦而堵塞，若继续加以推送，容易导致树脂锚固剂塑料膜破裂。

以往工程经验中，因孔径较小，多采用单支树脂锚固剂人工推送。天池抽水蓄能电站锚杆设计根据最新岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范(GB 50086—2015)，水泥浆或水泥砂浆保护层厚度不应小于20mm。普通预应力树脂锚杆孔孔径D76mm，树脂锚杆孔孔径较大，天池抽水蓄能电站采用多支树脂锚固剂绑扎成组推送，推送难度变大，以往工程经验无法适用于目前施工且无类似工程经验可借鉴。试验结果表明，制作一种既方便、快捷，又能满足施工进度要求的大孔径锚固剂推送工具成为普通预应力树脂锚杆施工的重点和难点。

3.3 树脂锚固剂推送工具制作

3.3.1 推送工具的初步形成

为解决本工程大孔径普通预应力锚杆树脂锚固剂推送难题，通过改进推送工具来提高树脂锚固剂推送的成功率及效率，参照冲压式蜂窝煤成型机原理，尝试制作推送工具并做现场试验。

推送工具的组成为：由直径68mm，内径65mm，长度400mm的无缝钢管作为锚固剂放置区(一端不封口；另一端封口且圆心处设置孔洞，直径20mm)、长度9000mm，直径23mm，内径20mm钢套管、直径12mm，长度9400mm推送钢筋及直径60mm，厚度5mm圆形推送垫片等4部分组成。其中，锚固剂放置区与钢套管采用焊接连接，推送钢筋及圆形推送垫片采用焊接连接(推送钢筋焊接在圆形推送垫片的圆心处)组成活塞杆，如图3所示。

图3 推送工具纵剖面注 图3中1为锚固剂放置区；2为推送钢筋；3为推送垫片。

锚固剂推送机理：将每组树脂锚固剂塞至锚固剂放置区，将整个推送设备缓慢匀速送入孔内，待推送工具送至孔底时，手握钢套管向外拔出，同时将推送钢筋向里推送，通过推送垫片将树脂锚固剂挤出锚固剂放置区，从而完成单组树脂锚固剂推送循环，再将此循环往复，将九组树脂锚固剂推送完成并确保每组锚固剂紧密接触。

现场实施过程中，由于普通预应力树脂锚杆孔造孔多采用三臂凿岩台车，因孔径较大，受三臂凿岩台车钻头重量、转速等因素影响，大孔径成孔后实测孔斜偏差较小孔径成孔孔斜偏差(实测均在规范允许偏差范围内)有所增加，实验证明采用钢性推送工具推送锚固剂无法将其完全准确送入孔底。

3.3.2 锚固剂推送工具的改进

为解决因孔斜偏差导致钢性推送工具无法将锚固剂送入孔底这一问题，对已制作的推送工具进行有针对性的优化、改进，将刚性套管改为PVC套管。

改进后推送工具的组成为：由直径68mm，内径65mm，长度400mm的无缝钢管作为锚固剂放置区(一端不封口；另一端封口且圆心处设置孔洞，直径20mm)、长度9000mm，直径20mmPVC套管、内径20mm钢套筒、直径12mm，长度9400mm推送钢筋及直径60mm，厚度5mm推送垫片等5部分组成。其中，锚固剂放置区与PVC套管采用内径20mm钢套筒连接，推送钢筋及推送垫片采用焊接连接(推送钢筋焊接在推送垫片的圆心处)组成活塞杆，如图4所示。锚固剂推送机理：将每组树脂锚固剂塞至锚固剂放置区，将整个推送设备缓慢匀速送入孔内，待推送工具推送至孔底时，手握PVC套管向外拔出，同时将推送钢筋向里推送，通过推送垫片将树脂锚固剂挤出锚固剂放置区，从而完成单组树脂锚固剂推送循环，再将此循环往复，将九组树脂锚固剂推送完成并确保每组锚固剂紧密接触。

图4 推送工具改进后纵剖面注 图4中1为锚固剂放置区；2为推送钢筋；3为推送垫片；4为PVC套管；5为钢套筒。

实验证明，通过将钢套管改为PVC套管材料后，增强了推送工具的柔韧性，既保证了树脂锚固剂推送质量，也提高了大孔径、深孔锚固剂推送效率，同时提高了普通预应力树脂锚杆的施工效率。

4 结 语

通过对大孔径树脂锚杆锚固剂推送工具的改进探究，证明改进后的锚固剂推进工具能够有效解决锚固剂推送过程中与孔壁摩擦而导致树脂锚固剂塑料膜破裂问题，也极大地提高了锚固剂推送效率、送至孔底的准确度及每组锚固剂之间的紧密度，保证了大孔径普通预应力树脂锚杆的施工质量。实践证明，这种锚固剂推送工具可有效解决大孔径普通预应力锚杆树脂锚固剂推送这一难题，同样也适用于大孔径、深孔锚杆其他类型锚固剂推送应用。