溪洛渡水电站左岸泄洪洞锚杆注浆新技术及应用

唐杰伟，韩进奇

(中国水利水电第七工程局有限公司第一分局，四川 彭山 620860)

1 工程概况

溪洛渡水电站是金沙江下游规划开发的第三个梯级电站，主要由拦河大坝、引水发电建筑物、泄水消能建筑物组成，坝高278 m，总装机容量为13860 MW。电站泄洪建筑物依据“分散泄洪、分区消能”的原则，在坝身布设了7个表孔和8个深孔，在两岸布设了4条泄洪洞共同泄洪。其中左岸布置了1#、2#两条泄洪洞，其中1#泄 洪 洞 长1789.571 m，2#泄洪洞长 1583.304 m。泄洪洞均采用有压接无压，中段设置闸门室，出口采用龙落尾方式设计。

泄洪洞有压段断面为全圆洞型，根据不同围岩类别设计有E1～E4型四种开挖支护断面，开挖洞径为16.7～17.6 m，;无压段断面形式为圆拱直墙型，有F1～F4型四种开挖支护断面，开挖断面尺寸为15.7 m ×20.65 m～17.2 m ×22.1 m(宽 ×高)。隧洞支护主要采用 φ25，L=4.5 m、φ28，L=6 m、φ32，L=9 m 的普通沙浆锚杆，喷C25混凝土，挂φ6.5@15 cm×15 cm的钢筋网等，锚杆支护工程量约47288根。泄洪洞典型支护型式见图1(以ⅢⅠ类围岩为例)。

1#、2#泄洪洞沿线地层岩质坚硬，岩体新鲜，嵌合紧密，岩体多呈块状～次块状结构，局部层间、层内错动带发育段岩体呈镶嵌结构。围岩类别为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类，以Ⅱ类围岩为主，局部Ⅲ、Ⅳ类，成洞条件较好。

图1 泄洪洞典型支护型式图

2 锚杆支护类型

1#、2#泄洪洞主要支护参数为 φ25，L=4.5 m、φ28，L=6 m、φ32，L=9 m 的普通沙浆锚杆，喷C25混凝土，挂φ6.5@15 cm×15 cm钢筋网等。

左岸泄洪洞Ⅱ类围岩的支护设计形式为:

无压段:顶拱+边墙上部3 m高范围内支护形式为:10 cm 厚 C25喷混凝土;φ25，L=4.5 m和 φ28，L=6 m 交替布置，外露0.5 m，间排距2 m，随机挂网;侧墙支护形式为:φ25系统锚杆，L=4.5 m，外露0.5 m，间排距2 m。

有压段:顶拱120°范围内支护形式为10 cm厚 C25 喷混凝土;φ25，L=4.5 m 和 φ28，L=6 m交替布置，外露0.5 m，间排距2 m，随机挂网;左右侧墙60°及底部支护形式为:素喷10 cm厚C25混凝土，φ25 系统锚杆，L=4.5 m，外露0.5 m，间排距2 m。

渐变段:顶部、侧拱及边墙范围内支护形式为:挂网 φ6.5@15 cm ×15 cm，喷15 cm 厚 C25混凝土;φ28系统锚杆，L=6 m和φ32系统锚杆，L=9 m间排交替布置，外露0.5 m，间排距1.5 m。底部支护形式为:素喷5 cm厚C25混凝土。

3 锚杆注浆工艺及质量现状

3.1 注浆工艺

锚杆灌注施工有“先插杆后注浆”和“先注浆后插杆”两种施工工艺。若采用“先注浆后插杆”工艺，孔径应大于锚杆直径15 mm;若采用“先插杆后注浆”工艺，孔径应大于锚杆直径25 mm以上，同时需要在锚杆杆体上绑扎进浆管(内径≥16 mm)和回浆管(内径≥6 mm)。在采用“先插杆后注浆”工艺时，由于绑扎有进回浆管路且孔口封堵，锚杆注浆密实度质量比较容易保证，但其需要消耗较多的进回浆管且增加了施工工序，施工成本相对较高;在采用“先注浆后插杆”工艺时，由于插杆时砂浆有外溢，其外溢的多少跟砂浆的稠度、插杆的快慢及力度有直接关系，同时，其外溢量严重影响锚杆的注浆密实度质量。

溪洛渡水电站左岸泄洪洞锚杆主要为普通砂浆锚杆。根据技术条款、相关规范并考虑洞内施工环境要求，施工时除9 m锚杆采用先插杆后注浆的方法进行施工外，其它锚杆全部采用“先注浆后插杆”的方法进行施工。为保证锚杆注浆质量，采用“先注浆后插杆”工艺时，必须采取有效措施防止插杆时砂浆过度外溢，以保证注浆密实度满足规范要求。

3.2 锚杆支护质量现状

按设计要求，锚杆注浆密实度应不低于80%。在锚杆施工中，采用常规的棉纱对锚杆孔口进行堵塞以防砂浆过度外溢，基本可以保证锚杆密实度的要求。但根据业主建设典范工程的质量需要，要求锚杆注浆密实度优良率(密实度为90%以上的锚杆比例)大于80%。通过采用声波无损检测技术进行密实度检测，我单位施工的锚杆注浆密实度合格率达100%，优良率为60%左右。因此，必须改进注浆工艺，提高锚杆注浆的密实度大于90%的比例达80%以上。

4 锚杆注浆新技术的研发

通过对锚杆注浆密实度优良率不高的问题进行专题质量研究，并对无损检测波形图进行比对(典型波形图见图2)，发现注浆不饱满的位置主要集中在距离锚杆孔口1～2 m的位置。为此，我局对注浆施工过程进行了全程跟踪观察记录，在排除了注浆配合比和注浆设备等因素外，初步确定造成注浆密实度优良率不高的主要原因有两点:一是注浆过程中注浆导管外拔过快，导致注浆量不够和部分砂浆中裹入空气;二是插杆过程中用力过大、速度过快，导致浆液外溢过多。

针对以上原因，通过对注浆工艺进行研究和系列技术攻关并采取生产性注浆的工艺试验，最终确定了两项简单并易于施工但可大大提高锚杆注浆密实度的新技术:其一，在注浆管上研制增加安装了止浆塞;其二，在插杆时的锚杆杆体上研制增加了止浆片。止浆塞和止浆片可循环使用。

5 注浆新技术的施工实践

5.1 止浆塞

5.1.1 止浆塞的制作及规格

止浆塞由尼龙棒加工而成，形状为一中空的圆台，圆台高度为40～50 mm，锥度可根据孔径试验调整。止浆塞规格经我局试验确定的有40～45 mm、45～50 mm、50～55 mm、60～70 mm 等几种规格，适用于YT－28气腿钻、100B潜孔钻、多臂钻施工不同孔径的锚杆孔。止浆塞见图2。

5.1.2 止浆塞的止浆原理

图2 尼龙止浆塞

采用先注浆后插杆工艺注浆作业时，锚杆孔内的浆液靠插入锚杆孔内的注浆管输送，注浆工凭经验边注浆边拔管，拔管速度不均匀，拔管作业受人为操作因素干扰，拔管速度过快时孔内浆液不饱满。而在插杆时，因锚杆孔内浆液不饱满的地方空气可能不易排出而形成空腔。止浆塞的止浆作用原理就是缩小注浆管外径与锚杆孔径之间的间隙，在不用人工拔管的情况下，注浆管依靠回浆阻力对锚杆止浆塞的推动，连带缓慢退出锚杆孔，从而避免了人工拔管形成的空腔，保证了孔内浆液的饱满。

5.1.3 注浆效果

止浆塞措施在泄洪洞顶拱及边墙锚杆施工时进行了工艺试验，止浆效果明显。以φ32锚杆施工为例，锚杆孔由多臂钻造孔，注浆管使用外径为32 mm的PVC管，锚杆孔径为64 mm时，锥形止浆塞锥度为40～45 mm，此时，止浆塞与锚杆孔径间隙适当，即止浆塞外径与锚杆孔径有17 mm左右的间隙时效果最优，间隙过大则回浆阻力相对减小，回浆阻力对锚杆止浆塞的推动力降低，起不到浆液推动止浆塞的作用。间隙过小，回浆阻力增大，对止浆塞推动作用力增大。但止浆塞与锚杆孔径间隙缩小，遇到Ⅲ类以上围岩或错动带发育的部位，锚杆孔孔壁相对粗糙，插注浆管时锚杆孔容易掉皮、塌孔、卡塞注浆管而不利于施工。

5.1.4 止浆塞的变革

我局在溪洛渡水电站施工的φ28锚杆、φ25锚杆均采用“先注浆后插杆”工艺，二者锚杆孔孔径均为50 mm，孔径满足规范要求大于锚杆直径的15 mm要求。注浆管使用外径为32 mm的PVC管，孔径与注浆管间隙仅为18 mm，不适合安装图2所示的止浆塞。在推广应用过程中，实际采用的是在距离注浆管端口15 cm的地方用胶带缠3～5 mm厚，以起到缩小注浆管与锚杆孔间隙的作用。“胶带止浆塞”增大了回浆阻力，使注浆管在回浆阻力推动下自由滑动，匀速退出锚杆孔，避免了人为拔动注浆管造成的空腔。

5.2 止浆片

5.2.1 止浆片的制作及规格

止浆片由1 cm厚的传送皮带制作，机械车床加工，不同孔径锚杆制作不同外径的止浆片。φ32锚杆造孔孔径为64 mm，止浆片外径为12 cm、内孔孔径为3.2 cm;φ28锚杆造孔孔径为50 mm，止浆片外径为10 cm、内孔孔径为2.8 cm;φ25锚杆造孔孔径为50 mm，止浆片外径为10 cm、内孔孔径为2.5 cm。止浆片在锚杆上的安装情况见图3。

图3 止浆片预先套接在锚杆上的情形

5.2.2 止浆片的止浆原理

利用止浆片与锚杆的套接形成的握裹力，在锚杆插杆过程中，杆体推动使得止浆片始终紧压在锚杆孔口，以防止插杆时的冲量使孔内浆液无阻挡地过量溢出，从而起到止浆效果。

5.2.3 止浆片的止浆效果

(1)锚杆台车施工的局限性。

高边墙锚杆施工若以自制台车为作业平台，人工可站在台车上用棉纱堵孔，防止浆液过量溢出，但自制台车因其梁柱杆件较多，自身结构复杂，难以满足锚杆长度空间的作业要求，从而导致注浆操作空间受限，效率低下且自制台车体形庞大，在凹凸不平的开挖面上不能自由移动，适用性差。故高边墙不适宜用锚杆台车施工。

(2)止浆片的针对性及优点。

在左岸泄洪洞Ⅱ层锚杆支护施工时是以8 t或16 t汽车吊吊臂钢筋笼为作业平台，汽车吊回转摆动自由灵活，施工效率高。但狭小的作业平台使得人工无法在插杆过程中始终靠近孔口，故通常采用的棉纱封堵孔口、防止浆液过量溢出的措施无法实施。而止浆片克服了无法在孔口止浆的缺点。锚杆在施工前预先套接止浆片(图3)，插杆过程中止浆片始终紧贴在锚杆孔口，防止插杆用力不均匀而导致孔内浆液过量溢出，造成锚杆孔内不密实。我局现在左岸泄洪洞采用的吊车+止浆片的施工方法，既提高了注浆效率，又防止了注浆过量溢出，保证了注浆密实度。

(3)止浆片止浆效果的施工要点。

因止浆片为一平面物件，当锚杆孔口不平整时，止浆片与锚杆孔口将不能紧密吻合，空隙将造成溢浆量得不到有效控制，从而起不到止浆效果。所以，当开挖面不平整时，宜对工作面先行喷浆，以保证锚杆孔口平整，并且锚杆造孔时喷浆面对锚杆孔口有锁口作用，能够保护孔口完整，有利于止浆片的功效发挥。

5.3 止浆塞和止浆片联合使用的效果

经过采用孔口“止浆片”和孔内“尼龙止浆塞”“胶带止浆塞”措施对比后发现，锚杆合格率提高到100%，优良率由以前的60%提高到95%以上，见表1。采取该新技术施工后，先前孔口1～2 m部位注浆不密实的问题基本解决，密实度大大提高。

6 该项新技术的推广应用

锚杆“止浆片”、“止浆塞”新技术的研制应用，极大地提高了锚杆注浆密实度，在保证合格率的前提下能够大幅提高优良率。其根本作用在于克服了常规注浆施工当中人为因素的影响，能够保证锚杆孔内砂浆的饱满，能够避免插杆过程当中浆液过量外溢造成的空腔。锚杆密实度的提高，保证了支护质量，有效地避免了不合格锚杆，带来的是质量、安全、进度、投资控制的全面效益。

表1 锚杆注浆新技术使用前后密实度对比表

经我局在泄洪洞采用锚杆“止浆片”、“止浆塞”新技术施工后，锚杆注浆密实度的优良率不断提升，同时引起了业主方的高度关注。在经过对注浆新技术的深入了解后，业主认为该注浆技术不仅能够大大提高锚杆的施工质量，而且简单、易于操作，遂将该项技术在全工地进行了推广应用，取得了较好的质量效果。