猴子岩电站地下厂房对穿预应力锚索孔斜控制施工技术

闭少刚，陈波汲

(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)



猴子岩电站地下厂房对穿预应力锚索孔斜控制施工技术

闭少刚，陈波汲

(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)

针对猴子岩水电站地下厂房地质条件复杂，锚索施工过程中易出现造孔困难，孔斜超标的现象，经施工单位深入研究，对不同的地层采取严格的孔斜控制措施，不断改进控制办法，基本解决了对穿锚索造孔孔斜控制的技术问题，满足了设计要求，并积累了对穿锚索孔斜控制施工的经验。

地下厂房 对穿预应力锚索 孔斜控制施工技术 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。拦河坝为混凝土面板堆石坝，最大坝高223.50m；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，需采取支护处理措施。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，需加强抽排水处理措施。厂房埋深较大，水库蓄水后，外水压力将会升高，应考虑外水压力的不利影响，需采取排水减压措施。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，施工中应重视岩爆的预防处理措施；施工时应及时进行有害气体的检测，并加强通风等措施。此外，对于洞室交叉处、紧邻洞室间岩柱等应力集中部位岩体，应进行及时有效的保护措施。

2 对穿预应力锚索设计及孔斜技术要求

2.1 对穿锚索设计参数及结构

表1 对穿预应力锚索设计参数统计

对穿锚索采用公称直径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 对穿锚索束体结构

对穿锚索束体的细部结构见图1所示。

图1 厂房对穿锚索结构示意

2.3 对穿锚索孔斜技术要求

(1)开孔位置偏差不得大于10cm；

(2)终孔孔轴偏差不得大于孔深的2%；

(3)钻孔完成后，冲洗干净，保证孔内清洁。

3 对穿锚索的钻孔施工技术

3.1 钻孔施工设备

根据地下厂房系统工程地质条件，对穿预应力锚索施工钻孔设备主要采用轻型锚固钻机，直接利用潜孔锤风动冲击回转钻进技术钻孔。冲击器采用φ122mm，配带φ165mm钻头进行钻孔。锚索孔钻孔相关配置及钻进使用参数见表2。

表2 轻型锚固钻机钻进设备及参数一览

3.2 对穿锚索孔定位

3.2.1 根据设计蓝图对穿锚索孔位要求，通知测量队采用经纬仪放出孔位，并用红油漆标示，同时测放钻孔方位后视点，在钻孔排架上做好标识。

3.2.2 钻机安装校正及固定，锚索孔位通过测量确定好之后，锚固钻机通过导链人工搬运到锚索高程附近的排架通道上；再通过导链人工在铺满木板的通道上移动钻机至锚索开孔位置。通过测量放点，利用两根顺着锚索方位和倾角的架管与排架立杆锁定，再进行加固；钻机通过葫芦导链吊运到架管上，初步固定后，再次利用全站仪校核锚索方位角和倾角，完全满足要求后固定牢固，开始钻进。

3.3 钻孔工艺参数

厂房2500kN、3000kN对穿锚索孔深分别为45m、46.7m，钻孔孔径均采用φ165mm。钻进参数控制：①风量(15～17)m3/min；②风压大于1.0MPa(与冲击器性能有密切关系)；③钻压适当，推荐为(200～500)kg/cm2；④转速(15～30)r/min。并根据岩层情况调整钻进参数，以使在不同岩层条件、不同结构面影响下获得较好的钻孔偏斜控制效果。

4 对穿锚索钻孔孔斜控制措施

厂房与主变室之间对穿锚索，在前期40束对穿锚索中出现了较大的孔斜偏差，最大偏差达到5.33%，有35%孔不满足设计要求，需要重新造孔施工，增加了施工成本。

表3 前期对穿锚索孔斜检测结果成果

4.1 对穿锚索孔斜偏差原因

经过对孔斜超标的原因进行分析，主要存在以下问题：

(1)操作人员培训不足，责任心差，人员变动频繁，熟练操作手少；

(2)锚索施工排架未按要求搭设和加固；

(3)开孔角度、方位角未采用全站仪进行方位角控制、罗盘进行倾角控制，钻进过程中未采用罗盘进行倾角校正或控制不足；

(4)钻机、钻具未择优选用及钻机性能的稳定性差；

(5)地层发育有次级小断层、挤压破碎带，呈板状碎裂结构，软硬不均；

(6)钻具未配置扶正器或配置不合理；

(7)浅层支护已经施工完成的锚杆、锚筋束对钻孔的影响；

(8)对穿锚索孔斜控制措施不完善。

4.2 孔斜控制措施

4.2.1 加强操作人员技能培训，提高人员操作水平及责任心，加强对质检员及作业人员的技术交底、详细讲解孔斜原因、控制措施、施工技术要求，提高对孔斜质量的认识。

4.2.2 完善锚固钻机人机一体化管理体系，加强对穿锚索钻孔质量控制。将投入到厂房进行预应力锚索施工的锚固钻机分作业机班组统一编号，并比选竞聘爱岗、敬业、操作技能水平高的技术工人作为钻机责任人。对钻机编号并追踪建档管理，重点统计、分析钻机造孔质量控制情况，并定期进行总结，寻找提高钻孔精度、防止钻孔偏斜的有效措施和手段。

4.2.3 锚索钻孔开钻前需要进行测量放线，以确定钻孔位置。当钻机稳机就位后，由施钻人员提出开孔申请，填写好开孔申请单并按技术要求进行钻孔的高程与桩号、倾角、方位角量测。施钻人员利用地质罗盘、自制三角重锤仪及全站仪等工器具进行上述钻孔参数的量测，同时仔细检查钻机的稳定程度，确保钻机架设平稳、钻进方向准确。

4.2.4 锚索开孔钻遇岩面不平易造成钻孔开孔段偏斜，开孔前应利用冲击器尽量将孔位岩面修平。开孔时冲击器尽量不回转或轻微回转，待进尺10cm左右后再使冲击器正常回转；进尺至30cm左右时，重新校核钻具轴线，检测钻孔倾角及方位角是否符合设计要求。

4.2.5 开孔严格控制钻具的倾角及方位角，当钻进30m后校核角度，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。通过对钻杆挠度、钻孔弯曲度的计算，结合岩石力学指标，确定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。

4.2.6 根据钻机性能参数，优化选择与配置钻孔设备，以满足在复杂地质条件下大孔径、深孔的作业能力，如90型钻机，针对地层特点、钻孔参数进行钻杆及冲击器的配置，轻型锚固钻机配置φ89mm钻杆、φ122mm冲击器等粗径钻具来增大刚度、减少偏心，以减少或预防钻孔偏斜。在选择钻进参数时，也根据地层的实际情况，分别采用高频低冲击功作业参数、适合的给进压力、给进速度及供风量，以减少对钻孔周边岩层的扰动，控制进尺速度，避免塌孔、掉块而引起的钻孔偏斜或孔内事故，也可及时发现漏风等现象，避免埋钻的发生。

4.2.7 优选钻具组合，增强钻杆、冲击器的刚度，减少因钻孔较深而使钻杆在孔内产生挠度过大，并按一定的间隔距离，增设扶正装置，禁止使用磨损过度的钻头、扶正器，禁止新旧钻头扶正器混合使用。

4.2.8 在冲击器与钻杆连接部位增设耐磨球齿合金，同时增设反吹装置，以减少孔内积碴或卡钻造成钻孔偏斜。

4.2.9 钻孔施工过程中在冲击器尾部设置主导正器，导正器最大直径小于钻头直径5mm左右。导正器选用肋骨式导正器，采用现场制作，三根肋骨呈品字形布置，肋骨采用合适直径的螺纹钢制作，长度为10cm～15cm。

4.2.10 钻孔施工过程中，在钻杆合适位置加入副导正器，保证钻杆处于钻孔中部，以减少由此造成的钻孔偏斜问题。副导正器按20m～30m设置一个。当副导正器选用肋骨式时，注意其直径大于钻杆直径10m～20mm即可，不得过大，导致钻孔时摩阻过大。

5 孔斜控制效果

主副厂房与主变室之间1706.00m、1710.00m高程以上80束对穿锚索施工，采用经纬仪进行孔偏斜率检测统计，检测结果见表4。

表4 对穿锚索孔斜检测成果

从表4中孔斜统计数据分析，最大孔斜偏差为2.31%，最小孔斜偏差为0.05%，平均孔斜偏差为0.52%，孔斜得到较好的控制，提高了对穿锚索一次验收合格率，取得较好效果。但仍存在孔斜偏差超过2%的情况，主要原因为：主厂房下游边墙岩体受次级小断层、挤压破碎带及节理裂隙切割，锚索孔钻进过程中，高压风漏失，破碎的岩粉屑及岩块不易排出，从而使冲击器及钻杆的运行轨迹受到影响，并非如通常想象的那样处于钻孔中心部位，导致部分锚索钻孔产生施工中常见的“顺层跑”情形，造成孔斜偏差。

6 结语

猴子岩水电站厂房系统对穿锚索施工已完工，根据锚索测力计、多点位移计、锚杆应力计监测数据表明，主厂房和主变室之间围岩是稳定的，厂房对穿锚索施工质量总体情况良好。其主要经验总结如下：

(1)开孔前及时通知项目部测量人员对锚索孔位、方位角、倾角进行放样，并全程进行跟踪，保证锚索开孔孔位及钻孔方位角的准确性；

(2)钻孔排架搭设到位后通知现场技术人员进行验收；

(3)钻进过程中如发现排架及钻机有松动迹象及时停钻进行检查、加固。加固完成后对排架和钻机方位角、倾角进行校核无误方才继续钻进；

(4)在钻孔过程遇岩体破碎带、小断层等难以钻进时，立即停止钻进，在钻杆上焊接肋骨增强扶正；在冲击器上盖头前镶焊硬质合金耐磨块；采用反吹装置、加长加粗钻具及钻杆，同时掌握好吹孔与扫孔时间；

(5)研究制作扶正器及反吹装置。通过多次现场施工试验，钻孔施工过程中在冲击器尾部设置主扶正器，在钻杆合适位置设置副扶正器，并在后续的钻进过程中每10m～15m均加一个副扶正器，能有效保证锚索成孔孔斜及质量。

〔1〕关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京:人民交通出版社，2003.

〔2〕蔡胜华，黄智勇，董建军等.注浆法[M].北京：中国水利水电出版社，2006.

〔3〕马国彦，常振华.岩体灌浆排水锚固理论与实践[M].北京：中国水利水电出版社，2003.

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2095-1809(2015)05-0070-04

闭少刚(1984-)，男，四川眉山市人，助理工程师，从事水力水电施工技术管理工作；

陈波汲(1988-)，男，四川渠县人，助理工程师，从事水力水电施工技术管理工作。