玻利维亚米基亚斯引水隧洞锚杆施工技术

2019-10-19廖博华

科技创新导报 2019年12期

廖博华

摘要：砂浆锚杆已广泛应用于各个行业的隧道施工，且有着较为成熟的施工工艺，但是在国内施工过程中普遍存在着施工难度大、抗拔力达不到设计要求的现象。本文从注浆材料的比选到系统锚杆的施工工艺，仔细介绍了玻利维亚米基亚斯水电站引水隧洞1#隧洞的锚杆施工技术，成功地解决了施工困难和质量难以达标的问题，在国内外的隧道锚杆施工过程中具有一定的借鉴意义。

关键词：引水隧洞锚杆施工

中图分类号：TV554.12 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）04（c）-0041-02

玻利维亚米基亚斯水电站引水隧洞1#隧洞长7261.66m，断面尺寸为3.65m×3.65m。隧洞支护类型分为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲa级、Ⅲb级、Ⅳ级5种，每种支护类型中均设计有间距1.5m×1.0m（纵向×环向）、长度2m的Φ25系统锚杆，系统锚杆设计抗拔力为100kN。根据业主方施工技术条款中的规定，系统锚杆注浆材料可采用水泥砂浆或水泥净浆，只需满足水泥砂浆及水泥净浆的7d抗压强度不小于28MPa即可。砂浆锚杆现已广泛应用于国内各个行业的隧道施工，但普遍存在着施工难度大、抗拔力难以达到设计要求的现象。本文从注浆材料的比选到系统锚杆的施工工艺，仔细介绍了玻利维亚米基亚斯水电站引水隧洞1#隧洞的锚杆施工技术，在国内外的隧道锚杆施工过程中具有一定的借鉴意义。

1 注浆材料的比选

1.1 经济指标分析

1.1.1 材料费

水泥砂浆配合比为890kg：890kg：10.7kg：356kg（水泥：砂：减水剂：水）。根据当地市场价格，水泥按1400元/t、砂按120元/m?、减水剂按27元/kg计算，砂的比重取1.65，注浆用砂必须重新过筛，根据现场实际情况，当地砂的利用率约为50%。由此计算每方水泥砂浆的单价为：890×1.4+890/50%/1.65×0.12+10.7×27=1664元/m?。

水泥净浆的水灰比为0.4：1，每方水泥净浆水泥用量取1364kg。由此计算每方水泥净浆的单价为：1364×1.4=1910元/m?。

每米锚杆的注浆量按[（0.045/2）2-（0.025/2）2]×3.14=1.099×10-3，锚杆设计总长度为58507m，由此可以计算出总注浆方量为：58507×1.099×10-3=64.3m?。

考虑到每根锚杆所需注浆量相当少，在实际施工过程中损耗量会偏大，故损耗率按50%计算。所有锚杆的注浆材料采用水泥净浆和水泥砂浆的材料费用差额为：（1910-1664）×64.3×1.5=23727元。

1.1.2 人工费

当注浆材料采用水泥砂浆时，需要额外付出砂子过筛的人工费。砂需要量为：64.3×1.5×0.89/1.65=52m?。

玻利维亚当地工人日工资为69元，由于当地工人效率较低，根据当地实际情况，按每人每天生产注浆用砂2m?砂计算，人工费为：52/2×69=1794元。

综上可以计算出：

采用水泥净浆费用-采用水泥砂浆费用=23727-1794=21933元。

1.2 技术指标分析

当采用水泥净浆，较采用水泥砂浆施工，有如下几处优点：

（1）水泥净浆浆液凝固的时间便于调节，可根据现场施工的实际情况动态控制凝固时间。

（2）水泥净浆浆液的析水率低，具有较好的稳定性。

（3）采用水泥净浆施工工艺简单，可操作性强，在施工过程中易于锚杆的安装。

1.3 施工环境分析

在玻利维亚隧洞锚杆施工过程中注浆材料大多采用水泥净浆，质量检测结果比较理想，业主方更倾向于采用水泥净浆施工。

通过对系统锚杆注浆材料的经济指标分析、技术指标分析和施工环境分析，当注浆材料采用水泥净浆时具有施工方便、操作简单、施工质量保障性高等优势，且又能得到业主方的认可;而在费用方面，仅比采用水泥砂浆多花费21933元。综上比较，在玻利维亚米基亚斯水电站引水隧洞1#隧洞系统锚杆施工过程中，注浆材料将采用水灰比为0.4∶1的水泥净浆。

2 系统锚杆现场施工

2.1 施工准备

（1）系统锚杆钻孔采用阿特拉斯20m?的移动螺杆式空压机、天水YT28型气腿式凿岩机进行，注浆采用河南耿力排浆量7m3/h、压力16MPa的双液注浆机进行。在施工前，首先对这些设备进行检查并试运行，确保风、水、电管线路运行正常，确保作业区域内具有良好的通风与照明。

（2）采用全站仪对隧道开挖断面进行检查，对欠挖处及时进行处理，确保其净空尺寸满足设计要求。

（3）对岩面有渗漏水处采用钻孔及埋设引排水管进行处理。

（4）根据设计与业主技术条款的要求，首先进行一层5cm厚的初喷混凝土施工。

2.2 系统锚杆施工

2.2.1 工艺流程

系统锚杆施工工艺流程：布孔→钻孔→清孔→注浆→插入锚杆→安装垫板与螺母。

2.2.2 施工工藝

（1）布孔：根据设计图纸采用红油漆将系统锚杆位置在岩面上做出标记，锚杆的具体位置及间距可由地质工程师根据现场围岩的实际情况向业主方提出申请，做出适当的调整。

（2）钻孔：由工人在自制的操作平台上采用手持式气腿凿岩机进行钻孔，钻头采用?42十字合金钻头，钻孔方向原则上沿隧洞的径向方向进行，但同时也应根据现场围岩的节理走向做出适当调整，应与围岩的主要结构面垂直。

（3）清孔：注浆前，采用高压风以不小于350kPa的压力清洁钻孔，清除孔内金属屑、石渣、泥浆、油污等杂物。

（4）注浆：注浆采用河南耿力排浆量7m3/h、压力16MPa的双液注浆机进行，水泥净浆的拌制采用小型拌和机现场拌制，随拌随用，拌合严格按照配合比进行拌制，且在整个注浆施工过程中，为防止浆液沉淀，需不停拌合。注浆管端头连接一根?32轻质钢管，注浆时先将钢管孔内至孔底5～10cm处，开启注浆机，将钢管缓慢从孔内抽出，直至浆液自孔内溢出，采用提前准备好的水泥袋堵住孔口，停止注浆。

（5）插入锚杆：匀速将锚杆插入孔内，保证锚杆入孔长度达到锚杆设计长度的95%以上。在插入锚杆过程中如出现大量浆液溢出的现象则需重新进行注浆，确保孔内浆液饱满。

（6）待浆液终凝后安装垫板、垫圈与螺母，垫片、垫圈和螺母均须用水泥净浆涂抹进行防锈防腐保护。

2.3 系统锚杆施工注意事项

（1）钻孔时，要保证孔位直顺，否则在注浆时和锚杆安装时锚杆不易安装到孔底。

（2）钻孔时要严格按设计深度钻孔，在钻杆上做定位标记，用于控制孔深，钻孔过深将影响锚固质量。

（3）注浆前孔内一定要清洗干净，不得有杂物，否则会造成注浆困难，同时影响锚固质量。

（4）注浆时注浆钢管应插至距孔底5～10cm，随浆液的注入缓慢匀速拔出，不能很快抽出，会造成孔内浆液不足存在孔隙，无法完全包裹杆体，导致锚固力下降。

（5）錨杆插入孔内长度不应小于设计长度的95%。插入锚杆时一定要匀速、慢慢插入，严禁使劲打击锚杆，造成孔内浆液向外喷出，导致浆液不饱满，降低锚杆的锚固能力。

（6）锚杆垫板安装时一定要紧贴支护面，使锚杆能均匀承受围岩变形的应力。

3 结语

通过在玻利维亚米基亚斯水电站引水隧洞1#隧洞系统锚杆现场的施工情况和施工过程中锚杆检测情况来看，锚杆抗拔力均大于100kN，完全满足设计要求。

采用水泥净浆作为注浆材料较之水泥砂浆施工方便，操作简单，锚杆更易于插入孔内，孔内浆液密实度得到了很大提高，保证了锚杆的锚固能力。