關于大型地下硐室錨索施工關鍵技術研究與應用

1工程概況

金沙江烏東德水電站是金沙江下游河段(攀枝花宜賓)4個水電梯級(烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩)中的最上游梯級，為Ⅰ等大型工程，是我國第3座、世界第7座跨入千萬千瓦級行列的水電站。壩址所處河段的右岸隸屬云南省昆明市祿勸縣，左岸隸屬四川省涼山州會東縣。左岸地下主廠房開挖尺寸(長寬高)333.00m30.50m(32.50m)89.80m，開挖斷面為圓拱直墻型，高度居世界第一，跨度居世界第四。

主廠房邊墻主要布置2000kN級無粘結預應力錨索進展系統(tǒng)加固，包括內錨型和對穿型2種形式，錨索長20～44.85m，總量超過1250束;主廠房及主變洞頂層開挖后揭露地質條件比預期差，分布大量塊體及B類角礫巖區(qū)域，為此，設計陸續(xù)增加了總計約271束1500kN級預應力錨索進展加固，錨索長度33m/36m，錨索鉆孔方向均垂直于開挖面，鉆孔直徑均為165mm。根據國內類似工程(如三峽水電站、溪洛渡水電站、向家壩水電站等)錨索施工經歷，頂拱錨索施工一般采取布設錨固廊道的方式進展，但烏東德水電站因地質條件并考慮工期，不具備增布錨固廊道的條件。

2施工特點及難點

1)按照傳統(tǒng)錨索施工方法，需搭設排架作為錨索鉆孔、入索、注漿等工序的操作平臺，但采用排架施工主要存在以下難點或缺乏:①搭設排架需占用錨索施工直線工期，且操作空間受限，工效低下;②錨索施工排架需占用工作面，對施工空間相對較小的硐室施工來說，影響道路通行及所占壓工作面的其他施工安排，施工干擾較大;③排架作業(yè)平安風險較高，存在高處墜落、物體打擊等平安隱患;④排架利用率較低，一般錨索間排距為4.0m4.5m～6.0m6.0m，而排架搭設仍需覆蓋整個錨索布置時、費工，且深長豎向錨索自重較大，垂直向上送索時操作難度大，存在索體脫落傷人的平安隱患。

3)錨索孔口段設計為氣囊式止?jié){環(huán)，需配置專用充氣設備，灌前需提早充氣、預灌檢查，灌漿中需適時補氣以防漏漿，止?jié){效果較難以保障;且現(xiàn)場施行時，由于氣囊容易損壞而經常出現(xiàn)漏漿情況，導致錨索注漿無法施行。

4)對穿錨索鉆孔精度要求高，受邊墻密集系統(tǒng)錨桿、鎖扣錨桿及地質條件等因素影響，鉆孔偏斜控制難度較大。

3關鍵施工技術措施

3.1新型多功能錨索鉆孔設備

烏東德水電站左岸地下電站主廠房頂層開挖后底板間隔頂拱最大高度近12m，頂層以下開挖層高8m左右，傳統(tǒng)錨索造孔采用YG系列導軌式鉆機進展，該鉆機最大鉆孔高度僅為1.5m左右，且無行走機構，必須借助排架作為操作平臺，移位需借助起吊設備。而搭設排架如前所述存在搭拆周期長、干擾大、利用率低、平安風險大等問題。

為克制上述難題，在主廠房頂拱錨索施工時，結合開挖分層及錨索布置，首次研發(fā)出新型液壓高臂履帶鉆車。這種鉆機依靠自身履帶總成作為操作平臺，鉆機滑架通過液壓鉆臂與履帶總成連接，使程度鉆孔高度最大可達8.5m，也可進展頂拱大仰角錨索鉆孔，不僅無須搭設排架，對作業(yè)面要求低，且可實現(xiàn)自行行走;同時，在鉆機上加裝輔助作業(yè)平臺，用于輔助錨索注漿、錨墩施工、張拉等工序;在鉆機滑槽上設置導向裝置，解決了開孔、鉆孔精度控制問題。

新型液壓高臂履帶鉆車由電動機帶動液壓油泵形成壓力油，通過換向閥驅動液壓電動機及液壓缸工作，實現(xiàn)鉆機行走、回轉、推進及鉆架變換角度，完成各種預定動作;由空壓機提供壓縮空氣，經沖擊風閥控制驅動沖擊器工作進展鉆孔作業(yè);采用馬達加齒輪減速機構傳動，大油缸倍速給進，提拔力大，油箱散熱好，全液壓系統(tǒng)性能可靠;且在常規(guī)鉆機滑架底部增加了一個由液壓馬達驅動的回轉支撐臺，可使滑架全方位旋轉，使動力頭適應不同角度鉆孔，大幅進步了鉆機的靈敏性和適應性，且工作效率高。

該鉆機在每層(8m左右)梯段開挖后，即可進展鉆孔施工，無須搭設排架，因其占用空間小，可靈敏挪動，對其他施工干擾小;施工動力大、效率高，對加快主廠房開挖支護總體進度效果明顯。另外，因其自重較大，穩(wěn)定性好，鉆孔精度也可得到保證。

3.2錨索自動入索技術

傳統(tǒng)錨索入索采用手拉葫蘆配合人工方式在排架上進展操作，需配置大量人力方可滿足錨索體的挪動和順利入索，且工效很低，同時搭設排架也存在第2節(jié)所述問題。而對于硐室頂拱錨索入索，因錨索自重大，隨著深度增加送索難度越來越大，送索至一定程度就難以繼續(xù)進展。烏東德左岸廠房頂拱錨索施工期間，經現(xiàn)場試驗，僅送索耗時長達16h。之后采用了一種豎向錨索快速送索裝置，雖然可保證錨索順利入索，但操作比較繁瑣，且需2臺汽車式起重機配合施行，本錢較大。為進一步進步工效和平安性，研制出一種錨索液壓自動送索裝置(國家創(chuàng)造專利號:ZL202210250361.1)，該裝置安裝在汽車式起重機大臂頂端或新型錨索鉆機輔助臂頂端，人工只需配合索體一端穿入錨索液壓自動送索裝置的導向管，操作汽車式起重機就位，然后在地面操作液壓控制系統(tǒng)即可實現(xiàn)錨索快速自動入索，解決了錨索質量大、葫蘆配合人工送索速度慢、平安風險大的難題，大大進步了施工效率。

3.3自脹式止?jié){技術

地下硐室錨索灌漿通常采用氣囊式止?jié){環(huán)止?jié){，但氣囊止?jié){環(huán)固定困難，施工中易發(fā)生挪動或損壞，止?jié){效果較差，影響施工質量;同時，施工需裝備專用供風設備，灌前需提早充氣、預灌檢查，灌漿中還需適時進步止?jié){氣囊的充氣壓力以防漏漿。

為此，研制出一種自脹式止?jié){裝置，即在止?jié){包包裹的注漿管上預留長約5cm的缺口，止?jié){包一般采用帆布制作，注漿時利用漿液及壓力充脹止?jié){包，有效填充索體和孔壁之間的空隙，實現(xiàn)止?jié){功能，并利用漿液流動阻力形成的進、回漿壓力差進步止?jié){效果，從而保證錨索灌漿質量，并可節(jié)省工序、縮短灌漿時間。

3.4對穿錨索鉆孔精度控制技術

烏東德左岸地下電站主廠房與主變洞、主變洞與尾調室之間均布置有對穿型預應力錨索，造孔深度33.25m/45m，設計要求鉆孔允許偏斜不大于孔深的2%。在對穿錨索施工初期，鉆孔穿孔位置偏向較大，一次鉆孔合格率平均僅71.6%，重新鉆孔不僅影響工期，而且增加本錢投入。為解決對穿錨索鉆孔精度控制的問題，通過仔細研究分析，并經現(xiàn)場試驗，總結形成了一套有效的對穿錨索鉆孔精度控制技術。①對鉆桿增加扶正器，根據鉆孔深度在鉆桿適當位置安裝扶正器，從而調整沖擊器與鉆桿之間的重力平衡以及主副扶正器之間的相對位置，以保證鉆頭始終處于設計鉆孔中心軸線上。一般在第3根鉆桿(一般長1.5m)后加設第1根扶正器，再鉆進6～7根鉆桿時加設第2根扶正器，再鉆進8～9根鉆桿時加設第3根扶正器，在鉆進過程中需退出鉆桿2～3次檢查鉆孔，并根據偏斜情況及時調整主、副扶正器之間間隔。②根據地質條件適時調整開孔參數及鉆進參數，一般情況下假設開孔地質條件較好，那么控制鉆桿上傾60.5，鉆進速度控制在4～5m/h，假設地質條件較差，那么控制鉆桿上傾6.50.5(一般取偏大值)，鉆進速度控制在3～4m/h。③對開孔前視點和后視點進展準確放樣，即在錨索孔位上方邊墻準確放出前視點，在錨索孔上方用鋼筋焊制后視點支架，在此支架上準確放出后視點，從而準確控制鉆孔方位角偏向。

3.5豎向錨索高壓止?jié){技術

為進步錨索運行耐久性，同時考慮進步錨索孔周邊巖體的整體性和承載力，更好地發(fā)揮錨索的錨固作用，錨索孔均需進展灌漿。通常采用水泥漿灌注，灌漿壓力一般為0.3～0.5MPa。而對于頂拱豎向錨索灌漿，孔口止?jié){裝置需承受設計灌漿壓力和漿液自重產生的壓力，孔深40m左右豎向孔，孔口止?jié){裝置實際承受的壓力到達1.0MPa左右。受高壓力影響，常規(guī)氣囊式止?jié){環(huán)在灌漿中易出現(xiàn)漏漿，甚至出現(xiàn)止?jié){環(huán)破裂現(xiàn)象，嚴重影響灌漿質量和施工進度。為此進展了施工工藝改進，即利用氣囊式止?jié){環(huán)阻塞孔口，并增加1根進漿管，限量灌入濃水泥漿或水泥砂漿，在孔口形成2～3m高漿液柱，待凝固后作為止?jié){裝置，24h后可進展后續(xù)灌漿作業(yè)。由于凝固后的漿液柱具有良好的止?jié){效果，且可承受很大壓力，解決了頂拱豎向錨索高壓止?jié){的技術難題，并在一定程度上進步了工效，保證了施工質量。

4應用情況

以上施工技術在烏東德水電站左岸地下硐室錨索施工中得到成功應用，施工進度滿足現(xiàn)場要求，一次性驗收合格率達100%;經初步估算，僅進步工效、節(jié)約材料所產生的經濟效益約達500萬元，且未出現(xiàn)任何質量、平安事故，得到了業(yè)主、監(jiān)理及設計等參建單位的一致好評。

5結語

隨著我國江河水電站的不斷開發(fā)，在兩岸山體內布置大型地下電站是首選方式，而為保證地下電站硐室群施工期及運行期的圍巖穩(wěn)定，往往需要布置大量預應力錨索進展加固。烏東德水電站左岸地下硐室錨索施工過程中，通過研發(fā)新