地下洞室顶拱大仰角超深锚索施工工法工法文本

地下洞室顶拱大仰角超深锚索施工工法内容材料目录TOC\o"1-1"\h\u107081、前言 1146522、工法特点 179763、合用范畴 2233344、工艺原理 280245、施工工艺流程及操作要点 3260976、材料与设备 696097、质量控制 714768、安全方法 8154849、环保方法 91351410、效益分析 9011、应用实例 10地下洞室顶拱大仰角超深锚索施工工法1、前言随着科技的进度，施工技术的不停提高，水电开发的不停扩展，我国水电开发的触角已进一步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它偏远地区各流域，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。葛洲坝集团三峡建设工程有限公司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，针对传统施工办法中锚索入索困难及灌浆止浆效果差等问题，研制了《锚索液压自动送索装置》，并对止浆环和止浆工艺进行了技术改善。经施工实践检查，效果良好，安全、快速地完毕了几百束顶拱锚索的施工，在类似工程中含有很高推广价值。本工法核心技术《一种锚索液压送索装置》获得国家知识产权局发明专利授权（专利号ZL10250361.1）。2、工法特点2.1采用履带式锚索钻机造孔，并通过加设导向装置，确保钻杆挠度与精度的控制，以解决因高差大、钻杆挠度大而钻孔精度低的难题，避免了传统办法搭设排架而带来的施工干扰大、成本高的问题；2.2采用发明的“锚索液压自动送索装置”进行锚索入索，解决了锚索安装时因锚索体刚度小、重量大难以入索的难题；同时避免搭设施工排架，进一步减少了安全风险，且减少人员投入，减少施工成本，施工工效与传统的人工送索施工办法相比提高了2～3倍。2.3采用“止浆柱”灌浆工艺实施锚索注浆，即锚索安装完毕后，先对孔口段2～3m进行注浆，待其凝固后（24～48h），形成止浆柱，再实施锚索孔内注浆。2～3m浆液止浆柱可承受较大的注浆压力，避免了锚索注浆过程中发生漏浆现象，从而确保施工质量。3、合用范畴本工法合用于地下电站等大型洞室顶拱大仰角预应力锚索工程施工。4、工艺原理4.1洞室顶拱锚索含有一定仰角，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即可完毕锚索入索施工，较传统的人工送索施工办法节省了操作排架搭设和大量人力资源投入，加紧了施工速度，且避免了入索过程中可能出现的索体脱落而伤人的现象，大大减少了安全风险。4.2为提高锚索锚固效果及耐久性，锚索安装完毕后，运用锚索体上设立的气囊式止浆环进行灌浆形成孔口止浆柱，即先对孔口段2～3m灌入浓浆形成浆液柱，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，运用形成的浆液柱作为止浆塞，止浆效果好，且可承受的压力远不不大于灌浆设计压力与上部浆液自重产生的压力之和，有效确保灌浆质量，且可避免损坏止浆气囊。5、施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程大型洞室顶拱锚索施工工艺流程见下图1。施工准备施工准备孔位测量放样钢绞线等材料检查钻机就位固定钢绞线下料钻孔锚索体编制附件加工孔斜校核冲洗、压水扫孔、压水固结灌浆锚索安装锚索张拉锚索灌浆锚墩浇筑封孔浆液制作混凝土拌制赔偿张拉锚头保护验收合格图1大型洞室顶拱锚索施工工艺流程图1大型洞室顶拱锚索施工工艺流程5.2操作要点5.2.1钻孔。施工前，采用全站仪按设计规定测定孔位，钻机安装就位并调节倾角及方位角，将钻机固定开钻。锚索孔开孔偏差控制在10cm以内。5.2.2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状况，按设计规定进行孔道固结灌浆解决。灌浆压力初步可采用0.2～0.4MPa。5.2.3锚索制安。钢绞线切断采用砂轮切割机，规定切口整洁无散头现象，钢绞线的下料精度控制在1cm以内。5.2.4锚索安装。采用发明的“锚索液压自动送索装置”（下列简称“送索装置”）进行锚索安装。先将送索装置固定在水平放置的带有操作篮的吊车大臂顶段，再将锚索的前端分别穿进送索装置的后导管和前导管，接着操作放置于地面的液压控制系统，使固定液压卡箱和移动液压卡箱由启动状态转换为闭合状态，将锚索索体牢牢卡住；然后启动吊车大臂，将锚索渐渐移动至锚索孔孔口部位并对准孔口，并操作调节吊车大臂使送索装置的定位杆顶紧孔口基岩面；再操作液压控制系统将送索装置的固定液压卡箱转换为启动状态，然后使其第一液压缸的活塞杆收缩，带动移动液压卡箱在送索装置的基架上滑动，进而带动锚索索体穿入锚索孔内；待第一液压缸的活塞杆收缩完毕，立刻调节固定液压卡箱为闭合状态，将锚索索体固定，然后调节移动液压卡箱为启动状态，再使第一液压缸的活塞杆伸出，带动移动液压卡箱向下端滑动直至送索装置基架下端；将移动液压卡箱调节为关闭状态，重复上述环节，直至送索完毕。5.2.5垫墩浇筑。钢垫板与围岩开挖面之间浇筑的钢纤维混凝土，按实验室拟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，然后按设计图纸规定安装钢板垫墩的固定螺栓或锚杆，以及孔口钢套管。浇筑前按图纸规定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。5.2.6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。5.2.7锚索张拉。张拉作业前需对张拉设备系统（涉及千斤顶、油管、压力表等）进行“油压值——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全部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，张拉过程中当达成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，达成最后一级张拉力后稳定30分钟，即可锁定。5.2.8张拉后灌浆。在锚索张拉48小时后，应力已达成稳定的设计值，应力损失没有超标，不需要赔偿张拉时，应立刻进行张拉后灌浆。张拉后灌浆应在锚索张拉后72小时内开工。5.2.9锚索锚头保护。张拉完毕后，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，其它部分用砂轮切割机截去，然后对锚头各部件作永久保护。按设计图纸规定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)，配合比通过配合比实验拟定，现场人工拌制，提橡皮桶入仓，采用φ30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6.1材料6.1.1锚索体材料。普通选用1860级高强度低松弛带PE护层的钢绞线，各项指标均符合GB5223-、GB/T5224-和JG161-的规定。国内生产的有江西新余、江苏无锡等地品牌厂家。6.1.2锚具。选用以适合钢绞线为宜，重要类型有HVM15-14等。锚具的性能和质量应符合GB/T14370-等原则的有关规定。6.1.3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。浆液配合比根据实验选用。6.2设备6.2.1顶拱部位锚索在穿索、张拉、垫层混凝土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。普通属于高处作业，机械设备宜选用可移动式和装配式且作业效率规定较高。6.2.2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″）等满足测量精度规定的仪器。6.2.3造孔设备。可选用HM90A型锚固工程钻机。6.2.4灌浆设备。可选用NJ600制浆机、JJS200型浆液搅拌桶、SNS型灌浆泵。6.2.5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对应的型号。油泵可选用ZB4-500型和ZB4-500S型等。6.2.6切割钢绞线设备。可选用操作简朴的电动砂轮切割机。7、质量控制7.1工程质量控制原则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-）、《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（DL/T5148-）、《水工预应力锚固施工规范》（SL46-94）等执行。7.2质量确保方法7.2.1锚索施工属于隐蔽工程，施工时应全程监控，确保工程质量。7.2.2加强操作人员技能培训和设备性能控制。7.2.3施工中的水泥、外加剂、钢绞线、锚具等多个原材料均应有厂家提供的材质证明书、产品合格证、实验检测报告等。灌浆材料配合比应按规范规定进行现场实验拟定。7.2.4锚索钻孔的位置、方向、孔径及孔深，应符合施工图纸规定，同时按下述规定进行控制：（1）钻孔的孔位坐标误差不得不不大于10cm。（2）终孔孔轴偏差：内锚型不得不不大于孔深的2%，对穿型不得不不大于孔深的1%，钻孔方位角的允许偏差为2º，钻进中及时测量孔斜并纠偏。（3）钻孔孔径不应不大于施工图纸和厂家产品阐明书规定的规定，终孔有效孔深不得欠深，超深不得不不大于20cm。7.2.5锚索制作完毕后应妥善寄存，并登记、挂牌标明锚索编号与长度；寄存点规定防潮、防水、防锈、防污染。7.2.6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规定，控制浆液配比，搅拌质量和注入质量，并按规定规定，留取批次力学试样，作为浆材强度检测的根据。7.2.7为确保张拉控制力的精确，在第一束锚索张拉前或张拉设备发生异常等状况时，应对张拉设备（千斤顶、油泵、压力表等）进行“油压值—张拉力”的标定。8、安全方法8.1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-）、《水利水电工程施工作业人员安全操作规程》（SL401-）等规定。8.2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，建立安全生产确保体系，确保施工安全。8.3施工前对全部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。8.4锚索运输、入索和灌浆过程中，严禁作业下方人员走动，全部人员要服从管理，统一指挥。8.5经常检查施工电源和线路及设备电器部分，按有关规定设立保护装置，确保用电安全。8.6搅拌机、注浆泵等承压设备或容器，使用前须全方面检查，满足安全规定后再投入使用，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，发现后要及时解决。8.7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），均实施持证上岗。8.8施工作业时，任何状况下，注浆管前方都严禁站人。8.9锚索张拉作业，千斤顶出力方向严禁站人。9、环保方法9.1大型洞室顶拱锚索施工应根据ISO14001规定并结合工程特点制订生态环保方法。9.2锚索钻孔规定配备消声、吸尘装置，作业人员安全防护用品佩戴齐全，制订施工污染解决方法。9.3锚索造孔岩渣、水泥袋及废浆管等垃圾，应及时清运出场。9.4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，节省投资，缩短工期，同时大大减少了安全风险。10.1经济效益。本工法采用锚索液压自动入索装置，单束锚索可节省人工投入约12人。按人工工资6500元/月计算，除去入索装置成本，每月可节省成本7.0万元。同时节省了约2万㎡的排架搭设、拆除，缩短工期约2个月。10.2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，大大减少了安全风险。10.3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，加紧施工进度。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，更有助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、施工安全的规定，同时减少了施工成本减少和安全风险，含有极大的推广价值。得到监理、业主的良好评价，为提高葛洲坝集团三峡建设工程有限公司公司技术竞争力起到了主动作用。11、应用实例11.1乌东德水电站主厂房顶拱锚索施工11.1.1概述乌东德水电站左岸地下电站主厂房设计长×宽×高为333m×30.5m（32.5m）×89.8m。顶拱高程855m，底板高程765.2m。揭发围岩重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230束预应力锚索，采用带PE套管无粘结预应力锚索构造型式。11.1.2施工状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，施工强度高的状况下，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、进度提出了更高规定。为此，葛洲坝集团三峡建设工程有限公司研制并改善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履带式锚索钻机钻孔锚索液压自动送索机索体吊车臂锚索液压自动送索机索体吊车臂图11-2锚索液压自动送索装置送索作业图11-3顶拱锚索止浆柱注浆11.1.3工程效果该施工工法较传统入索技术有下