猴子岩水电站地下厂房锚索施工

闭少刚

(中国水利水电第七工程局成都水电建设工程有限公司，成都，611130)



猴子岩水电站地下厂房锚索施工

闭少刚

(中国水利水电第七工程局成都水电建设工程有限公司，成都，611130)

猴子岩水电站地下厂房位于高地应力区，相应围岩降类后，总体以Ⅲ1类为主，局部岩层发育有次级小断层、挤压破碎带，呈板状碎裂结构，以Ⅲ2、IV类为主。为保证厂房施工和运行安全，地下厂房采用自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索锚固。本文介绍了地下厂房锚索施工遇到的问题和处理措施等，通过监测资料分析，地下厂房处于稳定状态，厂房锚索施工质量总体情况良好。

高应力地区 地下厂房 预应力锚索施工 猴子岩水电站

1 工程概况

猴子岩水电站位于四川省甘孜藏族自治州康定县境内，是大渡河干流水电规划调整推荐22级开发方案的第9个梯级电站。电站采用坝式开发，枢纽建筑物主要由拦河坝、两岸泄洪及放空建筑物、右岸首部式地下引水发电系统等组成。引水发电系统布置于大渡河右岸，采用首部式地下厂房，电站装机容量1700MW(4×425MW)。

发电厂房布置于大渡河右岸略靠坝轴线上游山体内，厂房纵轴线方向为N61°W，厂房左上角距坝轴线铅直面约100m，顺坝轴线方向距右坝肩约200m。厂房最小垂直埋深约380m，最小水平埋深约250m。主厂房尺寸219.5m×29.2m×68.7m(长×宽×高)，主变室尺寸139m×18.8m×25.2m(长×宽×高)，尾调室尺寸140.5m×23.5m×75.0m(长×宽×高)；三大洞室平行布置，尾水调压室中心线和厂房顶拱中心线间距为134.9m，主变室与厂房和尾水调压室间岩柱厚度分别为45.0m和44.75m。

地下厂房布置于泥盆系下统(D11)第⑨层厚～巨厚层状，局部薄～中厚层状微风化～新鲜的白云质灰岩、变质灰岩内，岩石坚硬，岩体完整，围岩分类为Ⅱ～Ⅲ1类，考虑地下厂房位于高地应力区，相应围岩降类后，总体以Ⅲ1类为主，成洞条件较好。厂房轴线与最大主应力方向夹角较小，与主要结构面夹角较大，有利于围岩稳定；厂区岩体受次级小断层、挤压破碎带及节理裂隙切割，存在不利组合块体，对局部围岩稳定不利；厂区地下水不丰，以渗滴水为主，施工中应注意沿断层及挤压破碎带可能存在的突水、突泥问题。厂房埋深较大，水库蓄水后，外水压力将会升高。深埋洞室地下水为Ca2+-SO42-型水，对普通水泥具结晶类硫酸盐型中等腐蚀，应有抗硫酸腐蚀措施；厂区处于高地应力区。

2 锚索结构设计

2.1 锚索设计结构及参数

锚索采用自由式单孔多锚头防腐型结构，设计参数见表1。

表1 锚索设计参数统计

锚索采用公称直径φ15.20mm，强度为1860MPa的低松弛高强度无粘结钢绞线。施工前对钢绞线材质和力学性能进行检验，钢绞线的破断负荷270kN。

2.2 锚索束体结构

锚索束体的细部结构如图1、图2所示。

图1 厂房端头锚索结构示意

图2 厂房对穿锚索结构示意

2.3 锚索设计分布

猴子岩水电站地下厂房预应力锚索共布置1028束。锚索间排距按沿开挖坡面4m×4m布置在厂房顶拱、拱座、边墙、端墙，其中端头锚索居多。支护吨位有以2000kN、2500kN、3000kN，L=20m、25m锚索居多。

3 锚索施工工艺及主要技术方案

3.1 锚索造孔工艺

根据地下厂房工程地质条件，预应力锚索施工钻孔设备主要采用XYZ-50、XYZ-90型号的锚固钻机施工。

锚索施工工艺流程如图3所示。

图3 预应力锚索工艺流程

3.2 锚索造孔纠偏

钻孔孔位采用全站仪测放，开孔时按同桩号两点确定钻孔的方位角，利用地质罗盘量测钻机机架确定钻孔的开孔倾角。锚索孔开孔时采用地质罗盘、自制三角重锤仪及全站仪等器具严格控制和校核钻具的倾角及方位角，以保证开孔时钻孔的精确程度。

防斜纠斜措施。开孔应严格控制钻具的倾角及方位角，当钻进20m～30m后应校核角度，在钻进中及时测量孔斜并采用扶正器、导正加强肋及时纠偏。通过钻杆挠度、钻孔弯曲度的计算，结合岩石力学指标，确定了扶正装置在孔内的安装间距，即10m～15m安装一组；钻进40m左右进行孔内提钻强力排碴吹孔。锚索孔终孔后，为保证锚索孔成孔质量，及时采用全站仪对孔底坐标进行校核验收。

3.3 锚索制作及安装

3.3.1 端头锚索编束

(1)采用1860MPa级高强度低松弛无粘结钢绞线，其直径、强度、延伸率均满足设计规定要求；

(2)钢绞线用型材切割机按施工图纸所示尺寸下料，2000kN级端头锚索截取13根钢绞线；2500kN级端头锚索截取16根钢绞线；3000kN级端头锚索截取19根钢绞线。各级锚头钢绞线下料长度为：钢绞线长度L=锚索孔深Li+挤压锚缩减长度+找平砂浆厚度Lc+钢锚墩厚度La+锚具厚度Lm+张拉长度Lz(带测力计的锚索考虑锚索测力计的长度)；

(3)按锚索施工细部结构图制作内锚头和无粘结自由段，锚固端每隔0.5m设置1组承载板，自由端沿锚索轴线方向每隔1.5m设置隔离支架，钢绞线沿隔离支架周围均匀分布；

(4)锚索挤压锚具要求。挤压时挤压套内应加专用弹簧，挤压后挤压套的长度为80mm左右、直径应不大于φ30.5mm，钢绞线在挤压套外露5mm左右。严格按挤压套挤压后的长度控制剥除锚索PE套长度，确保钢绞线的PE套与挤压套之间不留缝隙；

(5)锚索灌浆管为φ25mm聚乙稀管(壁厚3mm～3.5mm，耐压强度1.5MPa左右)、排气管与锚索束体一起埋设至锚索底部，距离孔底50cm，排气管埋设在孔口；

(6)钢绞线两端与锚头嵌固端应牢固联结，两嵌固端之间的每根钢绞线长度应对齐一致，编束时，每根钢绞线均应平顺、自然，不得有扭曲、交叉的现象；

(7)锚索体编制完成后，作通体检查，符合编束要求的则按一定规律编排并用黑铁丝每隔1.5m绑扎成束，绑扎必须牢靠、稳固，避免在运移的过程中散脱、解体。绑扎过程中避免挤伤PE套管；

(8)成束后的2000kN级、2500kN端头锚都套上φ140mm钢管导向帽，钢管导向帽与锚索体连接牢固；

(9)锚索制作完毕后应登记编号，并采取保护措施防止钢绞线污染或锈蚀，经检查验收合格后方可使用。

3.3.2 对穿锚索编束

(1)采用1860MPa级高强度低松弛无粘结钢绞线，其直径、强度、延伸率均满足设计规定要求；

(2)钢绞线用型材切割机按施工图纸所示尺寸下料，2500kN级对穿锚索截取16根钢绞线；3000kN级对穿锚索截取19根钢绞线；钢绞线下料长度为：钢绞线长度L=锚索孔深Li+(找平砂浆厚度Lc+钢锚墩厚度La+锚具厚度Lm+张拉长度Lz)×2。带测力计的对穿锚索考虑锚索测力计的长度，对穿锚需考虑两端张拉情况预留足够长度；

(3)按对穿锚索施工细部结构图制作，沿锚索轴线方向每隔1.5m设置隔离支架，钢绞线沿隔离支架周围均匀分布。编束时，每根钢绞线均应平顺、自然，不得有扭曲、交叉的现象；

(4)锚索灌浆管为φ25mm聚乙稀管(壁厚3mm～3.5mm，耐压强度1.5MPa左右)，进浆管与锚束体一起埋设至锚索底部，距离孔底50cm，排气管埋设在孔口；

(5)锚索体编制完成后，作通体检查，符合编束要求的则按一定规律编排并用黑铁丝每隔1.5m绑扎成束，绑扎必须牢靠、稳固，避免在运移的过程中散脱、解体。绑扎过程中避免挤伤PE套管；

(6)成束后的2500KN级对穿锚都套上φ140mm钢管导向帽，钢管导向帽与锚束体连接牢固；

(7)锚索制作完毕后应登记编号，并采取保护措施防止钢绞线污染或锈蚀，经检查验收合格后方可使用。

锚索体入孔前，用高压风将孔道再次冲洗，φ159mm探孔器检查钻孔质量与孔深。锚索体经核对无误且经验收合格后，由人工将锚索体扛抬至孔位附近，对于端头锚及对穿锚均采用人工送入孔内，锚索外露长度必须满足张拉施工操作。对于孔深较大的锚索孔，如穿索困难，采用钻机或葫芦导链配合人工导入。索体就位后，及时将锚索外露部分包裹，以防污损。

3.4 锚索孔灌浆

在钻孔过程中，如遇岩体破碎、漏风、卡钻等难以钻进时，立即停止钻进，应改进钻孔工艺，采取对岩体进行预固结灌浆等措施处理，以提高在破碎带内造孔孔壁的稳定性及钻孔工效。固结灌浆采用纯压式，灌浆压力0.1MPa～0.3MPa，浆液比级1∶1～0.4∶1，采用全孔一段灌浆，特殊情况下可适当缩减或加长。灌浆结束标准，流量≤1L/min，屏浆10min。灌浆中若遇地层破碎、吃浆量较大时，则灌一定量的水泥浆液后，改用砂浆注浆机灌注水泥砂浆，之后再采用纯水泥浆屏浆。

灌浆前，首先检查进浆管的通畅情况，确保进浆管通畅，否则进行疏通处理。灌浆时灌浆管进浆，排气管上安装压力表，采用有压循环灌浆法。开始灌浆时敞开排气管，以排出气体、水和稀浆，回浓浆时逐步关闭排气阀，使回浆压力达到0.3MPa～0.4MPa，吸浆率小于1L/min时，再屏浆20min～30min即可结束。

自由式单孔多锚头防腐型锚索注浆水灰比为0.35∶1，采用纯水泥浆液灌注。

首先，在距离灌浆锚索最近的灌浆站中，灌浆设备需要按照三参数大循环的方式连接好进回浆管和记录仪器。再通过现场制浆站，把制好的浆液用送浆管送至灌浆站的储浆桶中，所有工作准备就绪方可开始灌浆。灌浆采用强度等级不低于42.5#的抗硫酸盐硅酸盐水泥，并符合规定的质量标准。锚索孔道采用高强水泥砂浆封孔，水泥砂浆封堵厚度不得小于50cm，预埋L=4m、φ25mm厚壁PVC管作为灌浆管，并将隔离支架对中，挂标识牌。

3.5 钢锚墩安装

地下洞室锚索孔道灌浆完成后，采用M40砂浆浇筑找平垫层，并安装钢锚墩。钢锚墩为二层Q235钢板重叠满焊连接而成，外锚头钢板应进行除锈，并采用点焊将2块锚垫板对中焊为整体。钢锚墩采用1.5t葫芦吊装，再用膨胀螺栓固定。2000kN、2500kN级锚索钢垫板规格为：700mm×700mm×50mm、500mm×500mm×50mm；钢锚墩采用4根φ22mm、长200mm的定制膨胀螺栓固定。M40砂浆配合比及外加剂掺量详见表2。

表2 M40砂浆施工配合比

3.6 锚索张拉施工技术

3.6.1 张拉方式

锚索张拉优先采用整体张拉，张拉工艺为先采用单孔千斤顶对预应力钢绞线逐股预紧，使锚索各股预应力钢绞线的应力均匀后，再整索张拉。预紧应力宜为0.1%σ～0.2%σ。对不具备整体张拉条件的锚索，按《水电水利工程预应力锚索施工规范》(DL/T5083-2010)第6.5.5条相关要求，采用分组单根循环张拉方法。

3.6.2 张拉设备选型及准备

3.6.2.1 张拉机具

自由式单孔多锚头防腐型锚索分组单根张拉、预紧，采用YDC240QX-200型千斤顶；整体张拉采用YCW-250B、YCW-350B型液压千斤顶；油泵采用ZB4-500S型电动油泵。

3.6.2.2 张拉准备

张拉前，对拟投入使用的千斤顶和压力表进行配套标定，绘制出油表压力与千斤顶张拉力的关系曲线。张拉设备和仪器标定间隔期控制在6个月内，超过标定期或遭强烈碰撞的设备和仪器，必须重新标定后方可投入使用；然后剥去外露钢绞线PE套管，用汽油清洗，并用棉纱擦洗干净。锚索张拉应在锚固灌浆抗压强度达到35MPa后进行，且各工序验收合格。为了保证张拉人员安全，张拉的锚索周围搭建张拉平台。张拉油泵由人工倒运到锚索附近的工作面或者专门搭建的承重平台上。

3.6.2.3 分组单根循环张拉

(1)采用单根张拉，先张拉锚具中心部位钢绞线，然后张拉锚具周边部位钢绞线，按照间隔对称分序进行。一个张拉循环完毕，进行下一个循环张拉，直至达到设计荷载。张拉应分级进行，并及时准确记录；

(2)地下洞室边墙部位锚索张拉程序为：预紧→25%σ→50%σ→70%σ(锚索锁定吨位为60%σ)；

(3)张拉过程中，当达到每一级的控制张拉力后量测伸长值，稳压5min即可进行下一级张拉，达到最后一级张拉力后稳定10min，即可锁定。张拉时，升荷速率每分钟不宜超过设计应力的1/10，卸荷速率每分钟不超过设计应力的1/5；

(4)锚索锁定后，当预应力损失超过设计应力10%时，应进行补偿张拉；

(5)2000kN锚索张拉顺序：先张拉第五组5-1、5-2，再进行第四组4-1、4-2，第三组3-1、3-2、3-3，第二组2-1、2-2、2-3，最后张拉第一组1-1、1-2、1-3；

(6)2500kN锚索张拉顺序：先张拉第六组6-1、6-2，再张拉第五组5-1、5-2，再进行第四组4-1、4-2、4-3，第三组3-1、3-2、3-3，第二组2-1、2-2、2-3，最后张拉第一组1-1、1-2、1-3。

3.6.2.4 整体张拉

根据《水电水利工程预应力锚索施工规范》(DL/T2083-2010)要求，“长度超过24m的对穿锚索宜采用两端同步张拉”。对穿锚索采用单根预紧、整体分级张拉法。

安装千斤顶→0→预紧20%σ/股→测量钢绞线伸长值→卸千斤顶，由内层向外层对称对每股钢绞线进行张拉。此过程使各钢绞线受力均匀，并起到调直对中作用。

(1)2000kN端头锚索钢绞线单根预紧顺序：先预紧第五组5-1、5-2，再预紧第四组4-1、4-2，第三组3-1、3-2、3-3，第二组2-1、2-2、2-3，最后预紧第一组1-1、1-2、1-3；

(2)2500kN端头锚索钢绞线单根预紧顺序：先预紧第六组6-1、6-2，再预紧第五组5-1、5-2，再预紧第四组4-1、4-2、4-3，第三组3-1、3-2、3-3，第二组2-1、2-2、2-3，最后预紧第一组1-1、1-2、1-3；

(3)2500kN对穿锚索钢绞线单根预紧顺序：1-1、1-2、1-3、1-4、1-5、1-11、1-8、1-14、1-6、1-12、1-10、1-16、1-7、1-13、1-9、1-15。

整体分级张拉，所有钢绞线一起整体分级张拉至70%σ时进行锁定。分级张拉过程：预紧→25%σ→50%σ→70%σ(锚索锁定吨位为60%σ)；

(4)每级张拉完毕、稳压及升级前，均应测量伸长值并记录，张拉过程中，达到每一级张拉力后稳定5min即可进行下一级张拉，达到最后一级张拉力后稳定10min即可锁定。张拉时，升荷速率每分钟不超过设计应力的1/10，卸荷速率每分钟不超过设计应力的1/5。

3.7 锚索张拉异常情况处理

3.7.1 伸长值异常处理

张拉过程中，在每级拉力下持荷稳定时，量测钢铰线的伸长值，以用于校核张拉力。实际量测的钢铰线伸长值，须与理论计算的伸长值基本相符。当实际量测的伸长值大于理论计算值的10%或小于理论计算值的5%时，暂停张拉，待查明原因并采取相应措施调整后，方可恢复张拉，直至张拉正常为止。

3.7.2 夹片错牙的防范措施

张拉准备阶段钢绞线清洗后，应采用防护罩及时保护，锚垫板的锚孔应清洗干净，每个夹片打紧程度应均一；张拉过程中，操作人员应严格按照规范操作，特别是锚索张拉升压、卸载过程严禁过快。

3.7.3 张拉断丝的防范措施

钢锚墩制安时，应对锚索进行保护，防止焊渣灼伤钢绞线；锚杆、排水孔、锚索钻孔时，应严格控制倾角及方位角，防止出现钻孔过程相交打伤钢绞线的情况。

3.7.4 锚索退锚措施

锚索张拉后出现异常情况需要退锚，退锚采用专用退锚器具进行。

3.8 锚索封锚

3.8.1 锚头保护

(1)待锚索孔口段灌浆完毕后，锚板外留足10cm，其余部分用砂轮切割机截去；

(2)锚头按施工图纸要求用喷护混凝土封闭保护，混凝土保护层的厚度不小于6cm；

(3)由于部分区域网喷混凝土已施工完成，无法按设计蓝图《预应力锚索结构图》(CD164-SG-451-1(5))要求的，由网喷混凝土进行封闭，拟加工定型模具采用C20混凝土进行外锚头保护，混凝土保护层的厚度不小于6cm。模具为梯形结构，下底30cm，上底15cm，高25cm。

4 结语

目前厂房开挖支护项目施工已经完成，根据测力计监测反馈情况，并结合多点位移计、锚杆应力计资料分析，猴子岩水电站地下厂房处于稳定状态，厂房锚索施工质量总体情况良好。由此证明，锚索结构合理、施工措施和工艺方法得当，可以为类似地下厂房加固治理借鉴参考。

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2095-1809(2015)05-0052-06

闭少刚(1984-)，男，四川眉山市人，长江工程职业技术学院专科，主任，助理工程师，从事水力水电施工技术管理工作。