大型洞室顶拱锚索施工工法

大型洞室顶拱锚索施工工法中国XXXXXXXX股份有限公司XXXXXXX有限公司1、前言随着科技的进度，施工技术的不断提升，水电开发的不断扩展，我国水电开发的触角已深入至施工环境更加恶劣、地形地质条件更加复杂的西南地区及其他偏远地区各流域，且更加侧重发电，即在两岸山体内开挖大型地下洞室以布置地下电站。受地质条件影响，大型洞室顶拱往往需要布置预应力锚索进行围岩加固。而顶拱锚索均为仰角或竖向布置，受锚索索体自重影响，施工困难。XXXXXXXXXX在乌东德水电站左岸地下电站主厂房、主变室及尾调室顶拱锚索施工过程中，针对锚索入索困难及固结灌浆原设计止浆环效果差等问题，研制了锚索液压自动送索装置，并与监理、设计及业主对止浆环和止浆工艺进行了改进。经多次试验，效果良好，安全、快速地完成了几百束顶拱锚索的施工。锚索液压送索装置获得国家实用新型专利（专利号：ZL201420300856.6）,目前正在申请发明专利（公开号：CN104047624A）。本工法在乌东德水电站顶拱锚索工程中成功应用，在类似工程中具有很高推广价值。2、工法特点采用锚索液压自动送索装置进行锚索送索施工，较传统采用人工配合葫芦进行入索，加快了施工速度，同时大大降低了安全风险。采用止浆柱止浆施工工艺，解决了一次灌浆压力过大而导致止浆气囊漏浆或破裂的问题，有效保证注浆质量。3、适用范围本工法适用于地下电站等大型洞室顶拱预应力锚索工程施工。4、工艺原理洞室顶拱锚索具有一定仰角，甚至为竖直向，受索体自重影响，入索十分困难。本工法采用锚索液压自动送索装置，在吊车配合下，在地面操作液压系统完成锚索入索施工，较传统方法节省了操作排架搭设和大量人力资源投入，并替代了传统工艺采用葫芦配合人工入索的方法，加快了施工速度，且避免了传统工艺在入索过程中可能出现的索体脱落伤人的现象，大大降低了安全风险。为提高锚索锚固效果及耐久性，锚索造孔完成后需根据压水试验失水情况进行全孔固结灌浆。利用气囊式止浆环止浆，先灌入浓浆2〜3m形成浆液柱，待凝24h后再进行灌浆施工。由于先期灌入的浓浆液高度仅2〜3m,因此止浆气囊漏浆量很小或不漏浆，利用形成的浆液柱作为止浆塞，止浆效果好，且可承受的压力远大于灌浆设计压力与上部浆液自重产生的压力之和，有效保证灌浆质量，且可避免损坏止浆气囊。5、施工工艺流程及操作要点施工工艺流程大型洞室顶拱锚索施工工艺流程见下图1。

施工准备图1大型洞室顶拱锚索施工工艺流程操作要点钻孔。施工前，采用全站仪按设计要求测定孔位，钻机安装就位并调整倾角及方位角，将钻机固定开钻。锚索孔开孔偏差控制在10cm以内。固结灌浆。锚孔钻进过程中，若出现不回风、不返渣、塌孔、卡钻等现象或因地质条件复杂节理裂隙发育，渗水量较大及岩石破碎等情况，按设计要求进行孔道固结灌浆处理。灌浆压力初步可采用0.2〜0.4MPa。锚索制安。钢绞线切断采用砂轮切割机，要求切口整齐无散头现象，钢绞线的下料精度控制在1cm以内。垫墩浇筑。钢垫板与围岩开挖面之间浇筑的CF35(7d)钢纤维砼，按试验室确定的配比在施工现场人工拌制、入仓，振捣采用小直径棍状物人工捣动密实，混凝土浇筑完毕后及时洒水养护。在混凝土浇筑前清理松动块体，洗净岩面，然后按设计图纸要求安装钢板垫墩的固定螺栓或锚杆，以及孔口钢套管。浇筑前按图纸要求埋置外锚段灌浆进浆、回浆管，待支好模板并润湿混凝土接触面后即可浇筑垫层混凝土。锚索灌浆。无粘结锚索灌浆分为全孔段灌浆和孔口段灌浆两部分，全孔段灌浆采用一次性灌注，孔口段灌浆则在锚索张拉结束后进行。锚索张拉。张拉作业前需对张拉设备系统(包括千斤顶、油管、压力表等)进行“油压值一一张拉力”对应关系的率定。锚索正式张拉前，先对每股钢绞线施加30KN的张拉荷载进行预紧，以使锚索各钢绞线受力均匀、完全平直，并将该荷载锁定在锚板上。常规无粘结预应力锚索将所有钢绞线一起张拉至超张拉力。锚索张拉控制以拉力为主，辅以伸长值校核，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5分钟即可进行下一级张拉，达到最后一级张拉力后稳定30分钟，即可锁定。张拉后灌浆。在锚索张拉48小时后，应力已达到稳定的设计值，应力损失没有超标，不需要补偿张拉时，应立即进行张拉后灌浆。张拉后灌浆应在锚索张拉后72小时内开工。锚索锚头保护。张拉完成后，卸下工具锚、千斤顶及限位板后从工作锚外端量起留存6〜10cm长钢绞线，其余部分用砂轮切割机截去，然后对锚头各部件作永久保护。按设计图纸要求对锚头用混凝土封闭保护。混凝土浇筑前，应将锚具、钢绞线外露头、钢垫板表面水泥浆及锈蚀等清理干净，并将垫层混凝土与锚头保护混凝土结合面凿毛，涂刷一道环氧基液。外锚头保护混凝土为一级配C25(28d),配合比通过配合比试验确定，现场人工拌制，提橡皮桶入仓，采用小30插入式振捣器将混凝土振捣密实，混凝土浇筑完毕后及时洒水养护。6、材料与设备材料锚索体材料。一般选用1860级高强度低松弛带PE护层的钢绞线，各项指标均符合GB5223-2002、GB/T5224-2003和JG161-2004的规定。国内生产的有江西新余、江苏无锡等地品牌厂家。锚具。选用以适合钢绞线为宜，主要类型有HVM15-14等。锚具的性能和质量应符合GB/T14370-2007等标准的有关规定。灌浆材料。选用水泥或水泥砂浆以高强、早强、微膨胀、可灌性好、对钢绞线不产生锈蚀和应力损失为宜。水泥浆液水灰比宜采用0.3〜0.4,水泥砂浆水灰比宜采用0.45〜0.5。浆液配合比根据试验选用。设备顶拱部位锚索在穿索、张拉、垫层砼浇筑等方面比边墙部位锚索更具困难性，具体施工手段也更具复杂性。一般属于高处作业，机械设备宜选用可移动式和装配式且作业效率要求较高。测量仪器。可选用拓普康OS-100型全站仪（测量精度为1〃、测距精度为2mm+2ppm）、CX-5B测斜仪（顶角测量精度为±0.1°、方位角测量精度为±2°）、蔡司010型经纬仪（测量精度为2〃）等满足测量精度要求的仪器。造孔设备。可选用HM90A型锚固工程钻机。灌浆设备。可选用NJ600制浆机、JJS200型浆液搅拌桶、SNS型灌浆泵。预紧张拉机具。预紧设备可选用YDC240Q型、YCQ-23型、YC25A等型号。张拉设备可选用YCW-150型、YCW-250型、YCW-400型等型号。预紧设备与张拉设备均应根据不同设计吨位来选用相应的型号。油泵可选用ZB4-500型和ZB4-500S型等。切割钢绞线设备。可选用操作简单的电动砂轮切割机。7、质量控制工程质量控制标准预应力锚索施工必须遵照《水利水电工程预应力锚索施工规范》（DL/T5083-2010）、《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（DL/T5148-2001）、《水工预应力锚固施工规范》（SL46-94）等执行。质量保证措施锚索施工属于隐蔽工程，施工时应全程监控，确保工程质量。加强操作人员技能培训和设备性能控制。施工中的水泥、外加剂、钢绞线、锚具等各种原材料均应有厂家提供的材质证明书、产品合格证、试验检测报告等。灌浆材料配合比应按规范要求进行现场试验确定。锚索钻孔的位置、方向、孔径及孔深，应符合施工图纸要求，同时按下述要求进行控制：(1)钻孔的孔位坐标误差不得大于10cm。(2)终孔孔轴偏差：内锚型不得大于孔深的2%，对穿型不得大于孔深的1%，钻孔方位角的允许偏差为2，钻进中及时测量孔斜并纠偏。(3)钻孔孔径不应小于施工图纸和厂家产品说明书规定的要求，终孔有效孔深不得欠深，超深不得大于20cm。锚索制作完毕后应妥善存放，并登记、挂牌标明锚索编号与长度；存放点要求防潮、防水、防锈、防污染。锚索注浆过程中，由三检人员配合监理旁站监督、检查，严格按照设计及规范要求，控制浆液配比，搅拌质量和注入质量，并按规定要求，留取批次力学试样，作为浆材强度检测的依据。为保证张拉控制力的准确，在第一束锚索张拉前或张拉设备发生异常等情况时，应对张拉设备(千斤顶、油泵、压力表等)进行“油压值一张拉力”的标定。8、安全措施大型洞室顶拱预应力锚索施工应符合《安全生产法》、《水利水电工程土建施工安全技术规程》(SL399-2007)、《水利水电工程施工作业人员安全操作规程》(SL401-2007)等要求。顶拱预应力锚索施工工序复杂、难度大、危险源较多，应加强安全组织教育，建立安全生产保证体系，确保施工安全。施工前对所有参加该项目施工的人员进行安全施工的岗前培训，并持证上岗。锚索运输、入索和灌浆过程中，严禁作业下方人员走动，所有人员要服从管理，统一指挥。经常检查施工电源和线路及设备电器部分，按有关规定设置保护装置，确保用电安全。搅拌机、注浆泵等承压设备或容器，使用前须全面检查，满足安全要求后再投入使用，在使用过程中如发现压力表失灵和损坏，应及时更换并经常检查易损部位，发现后要及时处理。特种作业人员（驾驶员、起重工、张拉操作工、氧电焊工、电工、空压机操作手、架设工等），均实行持证上岗。施工作业时，任何情况下，注浆管前方都严禁站人。锚索张拉作业，千斤顶出力方向严禁站人。9、环保措施大型洞室顶拱锚索施工应根据ISO14001要求并结合工程特点制定生态环境保护措施。锚索钻孔要求配备消声、吸尘装置，作业人员安全防护用品佩戴齐全，制定施工污染处理措施。锚索造孔岩渣、水泥袋及废浆管等垃圾，应及时清运出场。严禁在施工现场焚烧任何废弃物和会产生有毒、有害气体、烟尘、臭气的物质。10、效益分析对于大型洞室顶拱锚索施工，采用锚索液压自动送索装置同传统采用人工配合葫芦入索比较，节约投资，缩短工期，同时大大降低了安全风险。经济效益。本工法采用锚索液压自动入索装置，单束锚索可节约人工投入约12人。按人工工资6500元/月计算，除去入索装置成本，每月可节约成本7.0万元。同时节省了约2万壮的排架搭设、拆除，缩短工期约2个月。安全效益。本工法采用锚索液压自动入索装置，避免了传统工艺在入索过程中可能出现的索体脱落伤人的现象，大大降低了安全风险。社会效益。大型洞室顶拱锚索施工工法，较传统工艺避免了脚手架的搭设、拆除，不仅提高了施工工效，加快施工进度。另外，采用锚索液压自动送索装置入索作业占压施工空间小，更有利于大型洞室开挖支护多工作面交叉平行作业。该项工法已在乌东德水电站左岸地下厂房锚索施工中得到成功实施，满足了施工质量、施工进度、施工安全的要求，同时降低了施工成本降低和安全风险，具有极大的推广价值。得到监理、业主的良好评价，为提升XXXXXXXXXX企业技术竞争力起到了积极作用。11、应用实例乌东德水电站主厂房顶拱锚索施工概述乌东德水电站左岸地下电站主厂房设计长X宽X高为333mx30.5m(32.5m)x89.8m。顶拱高程855m,底板高程765.2m。揭露围岩主要为互层状大理岩化白云岩及厚层灰岩、大理岩及厚层白云岩。局部出露B类角砾岩、块体(约32个)、缓倾角裂隙等不良地质。左岸主厂房顶拱共布置567束预应力锚索，采用带PE套管无粘结预应力锚索结构型式。施工情况简述乌东德水电站左岸主厂房受开工推迟，滞后工期约3个月。为确保工程安全优质、高效顺利进行，在支护种类多，工程量大，工序衔接紧

密，施工干扰大，施工强度高的情况下，左岸主厂房顶拱预应力锚索施工困难，对设备性能、施工质量、安全、进度提出了更高要求。为此，XXXXXXXXXX研制并改进了锚索液压自动送索装置。本工法已成功运用在乌东德水电站左岸主厂房顶拱锚索施工领域。图11-1履