第３０卷第４期 隧道建设 Ｔｕｎｎｅｌ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｖ０１．３Ｏ ＮＯ．４ Ａｕｇ． ２０１０ ２０１０年８月 大型地下洞室高边墙围岩固壁预应力锚固新技术研究 杨瑞莲，刘 文 （中国水利水电第十四工程局有限公司曲靖分公司，－Ｘ－南曲靖６５５０００） 摘要：针对彭水水电站地下厂房薄层、陡倾角灰岩、夹软弱页岩自稳时间短、变形破坏机制不易被掌控等特点，系统地采用钢质楔 头涨壳式预应力中空注浆锚杆新技术，及时加固浅层围岩；以钢垫板锚墩头替代混凝土锚墩头，简化施工工艺、保证工程质量、加快 施工进度，使得围岩及时得以深层锚固，降低围岩卸荷变形的可能。新型锚固技术的综合应用，成功地解决了软弱页岩层的浅层和 深层锚固问题，经济效益和社会效益显著，具有良好的应用推广价值。 关键词：钢质楔头涨壳式预应力中空注浆锚杆；钢垫板锚墩头；大型地下厂房发电工程；彭水水电站 中图分类号：ＴＶ ７ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１６７２—７４１Ｘ（２０１０）０４—０４３９—０７ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ Ａｎｃｈｏｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｕｓｅｄ ｉｎ Ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅ Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ｐｌａｎｔ ＹＡＮＧ Ｒｕｉｌｉａｎ，ＬＩＵ Ｗｅｎ （Ｑｕｊｉｎｇ Ｂｒａｎｃｈ ｏｆＳｉｎｏｈｙｄｒｏ Ｂｕｒｅａｕ １４ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｑｕｊｉｎｇ ６５５０００，Ｙｕｎａｎ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｓｔｅｅｐ—ｉｎｃｌｉｎｅｄ ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ，ｐｏｏｒ ｓｅｌｆ－ｓｕｐｐｏｒｔ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｗｅａｋ ａｎｄ ｓｏｆｔ ｓｈａｌｅ ａｎｄ ｄｉｆｉｃｕｌｆｔｉｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｃｋ ｍａｓｓ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔ ｏｆ Ｐｅｎｇｓｈｕｉ ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｎｅｗ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ ｔｙｐｅ ｈｏｌｌｏｗ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｂｏｌｔ ｗｉｔｈ ｓｔｅｅｌ ｗｅｄｇｅ ｉｓ ａｄｏｐｔ— ｅｄ ｔｏ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅ ｔｈｅ ｓｈａｌｌｏｗ—ｃｏｖｅｒｅｄ ｒｏｃｋ ｍａｓｓ．Ｔｈｅ ａｎｃｈｏｒ ｐｉｅｒｓ ｗｉｔｈ ｓｔｅｅｌ ｐｌａｔｅｓ，ｗｈｉｃｈ ａｒｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｒｅｐｌａｃｅ ｔｈｅ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ａｎｃｈｏｒ ｐｉｅｒｓ，ｃａｎ ｓｉｍｐｌｉｆｙ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｕｃｔｉｏｎ ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ ｅｎｈａｎｃｅ ｔｈｅ ｃｏｎ－ｒ ｓｔｒｕｅｔｉｏｎ ｓｐｅｅｄ．Ｔｈｕｓ，ｔｈｅ ｗａｌｌ ｒｏｃｋｓ ａｒｅ ｄｅｅｐｌｙ ａｎｄ ｉｍｍｅｄｉａｔｅｌｙ ａｎｃｈｏｒｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｒｉｓｋｓ ｏｆ ｔｈｅ ｗａｌｌ ｒｏｃｋｓ ａｒｅ ｍｉｎｉｍｉｚｅｄ．Ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｎｅｗ ａｎｃｈｏｒｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｅｎｓｕｒｅｓ ｔｈｅ ｓｈａｌｌｏｗ ａｎｄ／ｏｒ ｄｅｅｐ ａｎｃｈｏ— ｒｉｎｇ ｑｕａｌｉｔｙ ｉｎ ｓｏｆｔ ａｎｄ ｗｅａｋ ｓｈａｌｅ．Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｎｅｗ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ａｎｄ ｓｏｃｉａｌ ｂｅｎｅｆｉｔｓ ａｎｄ ｃａｎ ｂｅ ｐｏｐｕｌａｒｉｚｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ ｔｙｐｅ ｈｏｌｌｏｗ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｂｏｌｔ ｗｉｔｈ ｓｔｅｅｌ ｗｅｄｇｅ；ａｎｃｈｏｒ ｐｉｅｒｓ ｗｉｔｈ ｓｔｅｅｌ ｐｌａｔｅ；ｌａｒｇｅ— ｓｃａｌｅ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；Ｐｅｎｇｓｈｕｉ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ ０ 引言 彭水水电站地下电站主厂房为浅埋式大型地下洞 征，采取传统的锚固支护技术进行施工主要存在以下问 题：锚杆成孔后如不能及时插杆，会产生塌孔现象；锚杆 室，岩体中断裂构造较发育，局部裂隙密集发育呈带 状，由结构面组合切割形成的块体较多，薄层、陡倾角 灰岩、夹软弱页岩层对洞室高边墙、顶拱局部稳定不 注浆过程中窜浆。彭水电站地下主厂房一次支护的工 程量大、类型多、工艺复杂、施工技术含量高，各类锚杆 共计２９ ５３５根，系统锚杆参数主要是西３２，Ｌ＝６～１８ 利；因此，除在开挖过程中对爆破进行有效控制外，还 要及时实施作锚杆等系统支护，才能保证围岩稳定和 安全。地下洞室全断面支护通常采用锚喷支护、预应 力锚索和普通砂浆锚杆进行围岩固壁。采用预应力锚 索和普通砂浆锚杆进行围岩固壁虽有很多成功的案 例 。ｊ，但是针对大型地下洞室围岩薄层、陡倾角、软 弱页岩层地质结构开挖卸荷变形快，且不易控制等特 收稿日期：２０１０—０５—３０；修回日期：２０１０—０６—１９ ｍ，锚索１ ４８７束，Ｌ＝１８～３０ ｍ。本课题将多种预应 力锚固新技术综合应用于主厂房支护施工，在对洞室 顶拱及高边墙稳定、提高岩壁梁结构的安全度等方面 取得了良好的效果。 ｌ 工程概况 重庆彭水水电站是乌江干流水电开发的第１Ｏ个 梯级，工程为Ｉ等工程，以发电为主，兼顾航运、防洪及 作者简介：杨瑞莲（１９７７一），女，四川达州人，２０００年毕业于长江工程职工大学，大专，工程师，主要从事地下工程施工技术研究及水利水电工程施工 技术管理工作。 隧道建设 第３Ｏ卷 其综合利用。彭水地下电站安装有５台单机容量３５０ ＭＷ的大型混流式水轮发电机组，总装机容量１ ７５０ １８９ ｎ１）、集水井处最大开挖高度８４．５ ｍ（高程２４８～ １６３．５ ｉｎ），开挖跨度为岩锚梁以上３０ ｉｎ至岩锚梁以下 ＭＷ，地下厂房中部布置、流道采用单机单洞布置方案。 地下厂房尺寸为２５２ ｉｎ×３０ ＩＴＩ×８４．５０ ｎｌ（长×宽× ２８．５ １ＴＩ，洞室群尺寸规模较大、围岩为顺岩层走向的陡 程为ＥＬ２３３．８３～ＥＬ２３０．８０ｉｎ。厂房洞室布置见图１。 倾角层状岩体。岩壁吊车梁布置厂房上下游边墙上，高 高）。主厂房洞的全段面开挖高度５９ １ＴＩ（高程２４８～ 图１ 彭水地下厂房布置示意图 Ｆｉｇ．１ Ｌａｙｏｕｔ ｏｆ Ｐｅｎｇｓｈｕｉ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔ 彭水水电站位于坝址右岸山体内，主厂房上覆岩 中将出现以下问题：１）上游边墙极易产生失稳现象， 主要表现为松动变形，以倾倒变形后的坍塌为主。具 有变形时间长，影响深度大、变形量较大、难以控制的 体厚度最大约２００ ｎｌ，最小约１３０ ｉｎ，左端距河床最小 距离１００ ＩＴＩ。主厂房纵轴线平行于地层走向（ＮＥ２２～ ２５。）布置，岩层倾角较陡（６０～７０。），围岩为Ｏ。 ～ ０ 层灰岩、白云岩及含灰质串珠体页岩。地下主厂 房上游边墙出露岩层为南津关组Ｏ 游侧墙围岩为南津关组０。 ，０。 ，０ ，０ 灰岩，为薄层、陡倾角逆坡向产状，岩层倾向洞壁内；下 ，０， 卜 灰岩和 特征。２）下游侧将出现典型的滑动破坏，根据经验分 析，破坏机制具有突然性、不易被监测设施所捕捉等特 征。针对本工程的地质特征和结构布置特点，开挖支 护施工核心是降低出露围岩的应力松弛、卸荷变形，及 早施加支护锚固力，解决顺岩层布置大型地下洞室高 边墙的围岩稳定。 ０ 白云质页岩，为陡倾角、顺向岩层组合，岩层倾向 洞内，存在临空面，对围岩稳定十分不利；下游侧壁 ０ ，Ｏ， ¨ 等层属于软岩或以软岩为主的软硬岩相间 互层状，自稳时间短，抗风化能力弱，为Ⅳ类围岩。主 厂房位于Ｗ８４与ＫＷ５１ ２个岩溶系统之问，地温２５～ ３ 钢质楔头涨壳式预应力中空注浆锚杆新技术 ３．１ 应用钢质楔头涨壳式预应力中空注浆锚杆的必 要性 普通的深层砂浆锚杆施工通常分为先插杆后注浆 和先注浆后插杆２种，如采用传统的普通砂浆锚杆进 ２７℃，地下水位较高，约２８０～３２０ｍ，洞室围岩外水压 力较大。主厂房轴线与坝区最大主应力平行，最大主 行系统支护，无论是选取上述哪种施工方式，都不能使 洞室围岩及时得以锚固。采用先插杆后注浆法施工， 由于围岩顺层滑移，锚杆注浆管容易被损坏或被片状 层岩切断，锚杆的注浆质量将很难得到保障；采用先注 浆后插杆法施工，由于层状软弱页岩在注浆过程中容 应力约８～１０ ＭＰａ。 ２ 工程难点及解决方案 一般情况下，大洞室轴线与岩层走向夹角较大有 利于围岩的稳定，与岩层走向平行的方案在工程实践 中不多见。彭水水电站厂区岩层受ＫＷ５１和Ｗ８４岩 溶及地质结构条件的，该工程设计将地下厂房洞 室结构纵轴线与岩层走向呈０。夹角方案布置，该布置 方案在国内外同等地质条件下为首次应用 Ｊ。导致 易窜浆，且极易塌孔，为此，围岩出露后不能及时得以 锚固，势必将加速其变形、破坏机率；同时，后续处理施 工难度大，影响工程建设目标。预应力锚索对解决洞 室围岩深层稳定虽然具有良好的效果，但是锚索施工 高边墙稳定问题突出，施工技术难度高。其施工过程 耗时较长，不利于控制开挖后的薄层、陡倾角、软弱页 快质 第４期 ————————————————～ 童 墼竺里堂 竺 竺望塑苎 副 一 岩层卸荷变形。 一一～一翩～渤一 一 意啦厂稳 电眙水 与组站 下 岫 一～一一～～ 嘞一一一一娃一一 ，一属一一～ 锚 ～一瓣娜黜鳓做一蝴彻觏鹏麒褪 黼 注：图 楔头涨壳式预应力中空注浆锚杆性能参ｋ 黜ｅｐａｒａｍ眦ｒ８ ０ｆｅｘｐａｎｓｉｏｎ ａｎｄ…～数表 ｐｒｅｓｔｒ ｅｓｓｅｄ ｔｙｐｅ 叫 ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｂｏｌｔ ｗｉｔｈ ｓｃｅｅｌ — ｗｅｄｇｅ ２７ ３ ６３２ ７Ｏ ４。。。 ２口 ５、中空注浆锚杆体譬力中空注浆锚杆由钢制涨壳 、垫板、螺母、注浆 、’ 茗 厂呻 高 边 胀 剧 水ｂ 隧道建设 第３０卷 制。钢质楔头涨壳式预应力中空注浆锚杆是一种兼具 永久支护和临时支护功能于一身的中空涨壳张拉锚 杆，既能保证工程建设的施工安全及进度，也省去了临 时支护费用的投入。彭水水电站地下厂房围岩锚固单 就顶拱系统地采用中空预应力锚杆与采用传统的预应 力锚索和普通砂浆锚杆联合支护相比，按照当期合同 单价对其经济效益进行对比分析，可一次性节约工程 投资２１１万余元。 ・锚杆体 ・连接套 ・止浆塞 ・涨壳锚头 ・堵浆塞 ・螺母 ・拱形垫板 图３ 钢质楔头涨壳式预应力中空注浆锚杆结构图 Ｆｉｇ．３ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ ｔｙｐｅ ｈｏｌｌｏｗ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｂｏｌｔ ｗｉｔｈ ｓｔｅｅｌ ｗｅｄｇｅ ３．３钢质楔头涨壳式预应力中空注浆锚杆施工技术 ３．３．１施工工艺流程 如图４。 ２）造孔及清孔。主厂房位于ＫＷ８４与 ＫＷ５１ ２个岩溶系统之间，地下水位较高。主厂房 围岩为Ｏ ～Ｏ， 层，主厂房轴线与地层走向基本一 致。开挖揭露的岩石为陡倾角、薄层、遇水软化，采用 污染少的湿钻进行造孔容易发生塌孔、卡钻等常见现 象，导致造孔困难、增加成孔难度。为了减少造孔、成 孑Ｌ难度，加快施工进度，采用以干钻为主，湿钻为辅的 造孑Ｌ设备。 锚杆孔 基岩 锚杆造孔以ＨＣＲ１２００一ＥＤ液压履带式潜孑Ｌ钻 机、三臂凿岩台车为主，根据设计要求孔径为咖６５ ｍｍ，孑Ｌ深偏差不大得于５ ｃｍ，开孔孔位允许偏差为 １００ ｍｍ。水平系统锚杆若无其他冲突，为利于灌浆均 向下倾斜５。。 插入锚杆 开孔采用小功率缓慢钻进，钻进约５０ ｃｍ后，校正 钻孔方向，全功率钻进。为了准确地控制钻孔的角度， 在施钻时要由当班技术员用地质罗盘配合操作手一起 控制钻杆的方向，使钻孔角度偏差控制在３％以内。 钻孔深度钻杆的长度控制：当孔深与钻杆的长度成几 扭紧螺母产生预应力 何倍数时，由钻杆的根数控制孔深；当不成几何倍数 时，则在钻杆上标好长度记号以控制钻孑Ｌ深度，要求钻 孔深度不小于杆体有效长度，并不大于锚杆体有效长 度５０ｍｍ。 锚扦注浆 １个工作区锚杆孔全部钻完后，“清孔”采用高压 风一次进行吹洗，慎用高压水冲洗锚杆孔，防止和降低 图４ 钢质涨壳式预应力中空注浆锚杆施工工艺流程图 Ｆｉｇ．４ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ ｔｙｐｅ ｈｏｌ— ｌｏｗ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｂｏｌｔ ｗｉｔｈ ｓｔｅｅｌ ｗｅｄｇｅ 薄层软弱页岩岩层受水流侵蚀后发生泥化而加速卸荷 变形的能力。当工作面较大时，可一边钻孔一边洗孑Ｌ。 当孔内不再有粉层或浊水流出时，结束冲洗，然后用压 力风将孔内积水吹出孔外。为确保垫板与锚杆垂 参差不平应用水泥砂浆抹平。为使砂浆较快达到强 度，可在砂浆中适当配比一些相应的＃ｌ－￣ｎ剂，如早强剂 ３．３．２施工方法 使预应力沿锚杆轴线方向施加，对孑Ｌ口范围内局部 １）锚杆孑Ｌ孔ＩＺｌ定位。锚杆孔孑上位严格按照设计 直，蓝图定位，由值班技术员配合测量工采用全站仪按设 计图纸（或根据现场监理工程师的指示）对锚杆孔进 行定位。 等，孑Ｌ口砂浆还可以有止浆的作用。 第４期 杨瑞莲，等： 大型地下洞室高边墙围岩固壁预应力锚固新技术研究 对钻孔的孔径、孔向、孔深及孔内清洁度由值班技 术员进行认真检查记录。 ６）锚杆和岩石承受面的垂直度，必须保证钢垫板 的安装正确，钢垫板是中空涨壳预应力锚杆的关键，在 施工中是通过拧紧螺母通过垫板给锚杆施加预应力， 这样可以有效地防止围岩的松动变形，同时通过钢垫 板把锚固力扩散到周边围岩。 ３）锚杆安装。①孔口垫板范围内岩面或钢纤维 混凝土面凿成光滑面，或者用水泥砂浆找平，使锚固支 承垫与岩面接触紧密；②安装前，先检查杆体中孔是否 畅通，若有异物堵塞，及时清理；③将锚杆的各项组件 临时加以固定，组装后应保证楔子在胀壳内顺利滑行； ７）保证造孔的质量，使用不合适的钻头或操作不 规范，会造成孔道孑Ｌ径不准，孔道不直，直接影响到锚 杆的安装和施加预应力。 ８）预应力的施加，应严格按照扭矩Ｇ与预应力Ｐ ④依次安装锚杆、承压垫板、垫圈、螺帽；⑤锚杆送人孔 内要求的深度后，应立即拧紧杆体，安装好止浆塞、垫 板、螺母。 ４）张拉和锁定。孔口设施装配完毕后即可按设 计吨位施加预应力，采用扭力扳手进行张拉。操作过 程中注意以下几点：①丝杆、螺帽、垫圈应涂润滑油，以 减少旋转过程中的摩擦阻力；②根据锁定吨位预先计 算扭力扳手刻度读数（根据现场试验绘制出“扭力扳 手刻度读数一锚杆受力”曲线图）；③张拉用具须经率 定，超张拉持荷稳定时间及张拉力符合设计要求；④张 拉结束后，孔口装置永久保留。 ５）注浆。注浆的目的是使浆液包裹预应力锚杆 体，有效地防止杆体锈蚀致使锚杆失效；同时，浆液充 填裂隙，改良围岩。所以，注浆必须注意质量，保证注 浆饱满，应采用配套的专用注浆机和注浆接头，以保证 整个预应力锚固体系的有效性。 考虑到预应力锚杆注浆的目的主要在于防止杆体 锈蚀，以及充填裂隙，改良围岩，采用具有良好渗透性 的纯水泥浆进行注浆。本工程锚杆注浆全部采用Ｍ３０ 水泥净浆灌注。 ３．３．３施工控制要点 １）安装前，检查杆体是否畅通，若有异物堵塞，及 时清理。 ２）锚杆安装前，将锚杆的各项组件临时加以固 定，组装后应保证楔子在胀壳内顺利滑行。锚杆送人 孔内要求的深度后，应立即拧紧杆体。 ３）张拉用具须经标定认可，超张拉持荷稳定时间 及张拉力符合设计要求。 ４）施工中一定要保证合理的水灰比，若为了方便 注浆加大水灰比，则会使粘结材料收缩太大影响锚杆 注浆的饱满度，同时材料的收缩影响到锚杆预应力的 强度。如果小了，就会出现堵塞注浆管路，浆体实现不 了向周边岩缝隙扩散的效果。 ５）注浆设备和注浆时的止浆，注浆设备要保证为中 空锚杆专用注浆泵（ＤＭＬ３０型，压力为１～１．５ ＭＰａ），目 前中空锚杆止浆大多数为橡胶锥形塞，通过预应力的 挤压压在孔口上，但是由于地形的不同有时止浆塞和 孔壁密封不紧和注浆压力大时都会出现漏浆，可以内 装止浆带来辅助来达到注浆效果。 相对应值进行预应力。 ３．４应用效果 ３．４．１锚杆的质量检验 １）每批锚杆材料，均附有产品合格证，按施工图 纸要求和国家标准规定的材质标准，检验锚杆材料的 性能。 ２）按ＳＤＪ ５７—１９８５《水利水电地下工程喷锚支护 施工技术规范》规定的方法，进行注浆密实性试验，检 测其密实度。 ３）每３００～４００根锚杆中至少抽查１组（３根）测 定其抗拔力，抗拔试验的锚杆取样，选择边坡中具有代 表性的支护锚杆。当地质情况复杂和原材料变动时， 增抽１组试验锚杆。 ４）按ＳＤＪ ５７一ｌ９《水利水电地下工程喷锚支护施 工技术规范》规定的方法，进行锚杆抗拔力试验，其２８ ｄ龄期的抗拔力，不低于５０ ｋＮ； ３．４．２应用效果 主厂房顶拱，根据出露的岩层条件及顶拱受力特 性，系统张拉锚杆的间距１．５ ｍ×１．５ ｍ，采用长短１０， ８ ｍ相间， ３２ ｍｍ的中空注浆张拉锚杆，单根锚杆张 拉力１５ ｔ。施工过程中，在造孔完毕插杆后即可施加 预应力，随后进行灌浆固结，可以及时对出露围岩提供 支护力并保证锚杆注浆的密实度，取得了较好的效果。 同时解决了深层锚固锚索施工周期长，围岩揭露不能 及时受到支护力的弊端，减小了洞室围岩的变形，加快 了施工进度。 ４ 无粘结预应力成套技术中以钢垫板锚墩头 替代混凝土锚墩头施工技术 ’ ４．１工程概述 为加强主厂房上下游高边墙的深层锚固，彭水水 电站地下主厂房预应力锚索分布于主厂房上下游边墙 ＥＬ１８９～ＥＬ２４０，为１５０ ｔ级，长度分别为１８，２０，２５，３０ ｍ，孔间距为４．５ ｍ×４．５ ｍ（下游边墙有部分孔排距为 ３ｍ×３ｍ），共１ ４８７束。主厂房上游边墙为上倾锚索， 下游边墙分别设有上倾和下倾２种锚索型式。锚索布 置情况见表２。 隧道建设 第３０卷 表２ 彭水电闸地下主厂房预应力锚索布置统计表 Ｔａｂｌｅ ２ Ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ ｂｏｌｔｓ ｉｎｓｔａｌｌｅｄ ｉｎ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｍａｉｎ ｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔ ｏｆ Ｐｅｎｇｓｈｕｉ ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ 凝土锚墩锚索进行了试验，试验锚索位置定在主厂 房上游边墙ＥＬ２３７．５ １ＴＩ高程，桩号ＸＣＦＯ＋２４７．５和 ＸＣＦＯ＋２４３，下游边墙ＥＬ２３７．５ ｍ高程，桩号ＸＣＦＯ＋ ２４７．５，孔深均为２５ １ＴＩ，上仰角度为１０。。二次扩挖过 程中进行了严格的爆破控制，但由于主厂房边墙岩体 分布有陡倾角的薄层页岩和条带灰岩，边墙破环十分 严重，对后期的张拉十分不利，且由于二次扩挖爆破， ｒ． ．ｉ． 高边墙应力的重新分布，极容易造成高边墙的不稳定。 经与设计、监理工程师磋商，并根据《地下厂房预应力 主厂房锚索工程量大，直接成了制约厂房工期的 锚索试验大纲》进行了现场工艺性试验，决定采用钢 垫墩代替混凝土锚墩。试验内容包括：试验准备、造 孔、编索、穿索、灌浆、试验拉拨、承载力试验。结果证 明采用钢垫墩做外锚墩的方案可行，降低了施工难度， 加快了施工进度，使得上下游高边墙得到了及时的深 层锚固。 瓶颈，为了加快施工进度，通过工艺性试验，将锚索外 锚墩由混凝土锚墩改为钢垫墩，减少了二次爆破，避免 了因二次应力分布造成主厂房高边墙不稳定的情况发 生，以加快施工进度。 ４．２选用钢垫墩的必要性 ｒ＿ 了 按设计图纸，原锚索外锚墩形式为混凝土锚墩， ２０７ ｎｌ高程以上锚索为防止与防潮隔墙相冲突，嵌入 岩石内４０ ｃｍ。由此，必须对主厂房高边墙进行二次扩 为了保证钢垫墩与岩石面结合良好，根据实际情 况可用人工凿出一楔形体，用高强砂浆找平，或直接抹 高强砂浆找平后将钢板就位，钢板用插筋固定。艿＝５ ｃｍ钢垫板加工图详见图５。 挖。根据设计代表、监理工程师现场商定，取３束混 ｆ ｖ、ｆ ０ １一 －：・ 件１ 、Ｉ； ， ｆ 、Ｉ ｛卜ＩＩ ｝ ＩＩ １ ７５ ｌ１ ７５ Ｉ －Ｉ 件２ （ａ）钢垫板加 板ＡＳＯ０×５ ００×５０ ￣Ｂ３５ｏ×３５０ ５ ０ ． 。． ・ ．一 方法１ 边墙刻槽后钢纤维砂浆找平建基面 方法２ 钢纤维砂浆找平安装建基面 （ｂ）钢垫墩安装图 图５ 锚索钢垫墩应用占＝５ ｃｍ钢垫板加工图 Ｆｉｇ．５ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｏｆ ６＝５ ｃｍ ｓｔｅｅｌ ｐｌａｔｅ ｏｆ ａｎｃｈｏｒ ｐｉｅｒｓ 第４期 杨瑞莲，等： 大型地下洞室高边墙围岩固壁预应力锚固新技术研究 ４．３采用钢垫墩的优点 采用钢垫板代替混凝土锚墩进行锚索施工，节约了锚 墩混凝土等强时间７ ｄ，即每层开挖节约时间７ ｄ，主厂 房开挖共分９层，节约工期约２个月。采用钢垫墩后， 由于减少了繁杂的扩挖和混凝土浇注等工序，施工难 度大大降低，并且减少了人员的投入，加快了施工进 度，未影响到主厂房开挖的直线工期，达到了预期的效 果。 １）降低施工难度。按照设计图纸，原锚索外锚墩 形式为混凝土锚墩，２０７ ｍ高程以上锚索为防止与防 潮隔墙相冲突，嵌入岩石内４０ ｃｍ，结构见图６。由此， 必须对主厂房高边墙进行二次扩挖。扩挖的工序为： 测量放线一造孔一安全防护一装药爆破一基础松动石 块清理。混凝土锚墩基础扩挖的结构为内大々 小的结 构，造孑Ｌ角度控制需十分精确；为加快施工进度，主厂 ３）保证主厂房高边墙的稳定。将外锚墩由混凝 土锚墩改为钢垫墩的形式，减少了二次开挖爆破，避免 了因二次应力分布引起高边墙不稳定；同时，锚索施工 进度加快了，保证了支护的及时性，对减少围岩变形、 房开挖支护采用立体多层次，平面多工序的方法施工， 在扩挖时不能对附近工作面造成影响，所以必须对混 凝土锚墩基础进行安全防护，由于防护面为垂直面，防 护十分困难；混凝土锚墩基础扩挖最大面积只有１ ｍ ， 内大外小，且主厂房边墙分布有陡倾角的薄层页岩和 条带灰岩，成型非常困难。由于主厂房开挖前３层分 保证洞室围岩稳定起到了十分重要的作用。主厂房高 边墙得到了及时的深层锚固，为下层开挖时边墙稳定 提供了保障。 ４．４应用效果 层大多为９ ｍ左右，往后分层４．５ ｍ左右，预应力锚索 的施工排架较高，混凝土锚墩浇注时所需的钢筋、模 板、混凝土上下转运比较困难。而将外锚墩改为钢垫 墩后，不仅不需要进行难度大的二次扩挖，还省去了钢 彭水地下主厂房预应力锚索施工经监理评定，共 评定１ ４８７个施工单元（每束锚索作为一个的施 工单元），合格单元１ ４８７个，合格率为１００％，优良单 元１ ４５７个，优良率为９７．９８％，证明采用钢垫墩作为 外锚墩，是可以保证锚索的施工质量的。 通过实践证明：彭水水电站主厂房预应力锚索将 筋制安、立模、混凝土浇注等繁杂的工作，只需人工凿 平后用高强度砂浆找平或直接抹砂浆找平，再加钢垫 板就位即可，省掉了较多的工序，大大降低了施工难 度 外锚墩由混凝土锚墩改为钢垫墩的方案是正确可行 的，也是非常有必要的，降低了施工难度，加快了施工 进度，使得上下游高边墙得到了及时的锚固，有利于主 厂房开挖支护的快速施工。在彭水水电站主厂房预应 力锚索施工中，在同等的地质条件和施工条件下，以钢 垫墩为外锚墩的形式比混凝土锚墩具有更大的优越 性。 ５ 结论 与已建或同期在建的地下水电站比较，一般情况 下，大洞室轴线与岩层走向夹角较大有利于围岩的稳 定，与岩层走向平行的方案在工程实践中是不多见的。 彭水水电站地下厂房发电工程在复杂岩溶地区，首次 将大型地下洞室结构纵轴线与自稳时间短、开挖卸荷 变形不易被掌控的薄层、陡倾角灰岩、夹软弱页岩层呈 Ｏ。夹角布置。为了高效快捷地实现工程建设目标，采 用新型钢质楔头涨壳式预应力中空注浆锚杆，及时加 图６ 应用钢垫板锚墩之前的混凝土锚墩结构图（单位：ｃｍ） Ｆｉｇ．６ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ａｎｃｈｏｒ ｐｉｅｒｓ ｂｅｆｏｒｅ ａｎｃｈｏｒ ｐｉｅｒｓ ｗｉｔｈ 固浅层围岩；同时，对无粘结预应力锚索的混凝土锚墩 ｓｔｅｅｌ ｐｌａｔｅ ａｒｅ ｕｓｅｄ（ｃｍ） 头进行创新和改进，以钢板锚墩取代传统的钢筋混凝 土锚墩，从而保证了深层围岩稳定。 彭水水电站地下厂房发电工程于２００３年１０月初 开始开挖，２００６年５月开挖支护全部结束。彭水水电 ２）加快施工进度。主厂房长为２５２ ｍ，上下游边 墙同高程每排布置有锚索约１５０根，ＥＬ２１８以下由于 地质原因布置更多，约为２００根。为及时跟进支护，必 站于２００８年２月至１２月实现了１年５台机组投产发 电，在同等地质、同等规模的大型地下水电站中，创造 了国内大型水电机组连续建成投产的最快速度。厂房 须完成该层的锚索施工才能进行下一层的开挖。在厂 房开挖过程中，控制进度的是支护，而支护中锚索占的 时间又最长，其主要占用时间是锚墩混凝土等强时间。 发电工程正式投产运行至今， （下转４６４页） 隧道建设 第３０卷 处理不当而产生涌水、涌砂等危险情况，确保了沉井按 期完成下沉任务。 ［５］ 张瑞锦．沉井下沉施工若干问题的防治［Ｊ］．中国市政工 程，２００６（２）：５６—５７． ［６］ 马晓良，魏连芹．浅谈特殊地质层沉井下沉的施工方法 ［Ｊ］．黑龙江交通科技，２００２（１２）：４８—４９． 参考文献： ［７］唐宏波，林鲁生．软弱土层中深沉井施工难点及对策［Ｊ］． 广东水利水电，２００８（２）：３５—３７． ［１］ 叶俊锋．浅谈沉井施工中的常见问题及预防措施［Ｊ］．工 业技术，２００９（１１）：９６—９７． ［８］ 高宏飙．不均匀软土地基中沉井施工技术［Ｊ］．电力建设， ２００５，２６（２）：１９—２０． ［２］ 刘宣进，郭建锋．大口径沉井不排水下沉施工技术［Ｊ］．山 西建筑，２００６，３２（１４）：１Ｉ１—１１２． ［９］钟鸣．水下钻孔爆破在沉井施工中的应用［Ｊ］．珠江水运， ２００７（３）：３５—３７． ［３］余志法，孙以权，郦飞．大型沉井下沉施工技术研究［Ｊ］． 广西城镇建设，２００８（２）：５５—５７． ［４］邱拥军．大型沉井施工技术［Ｊ］．山西建筑，２００８，３４ （２４）：１６２—１６３． ［１０］ 孟宪良，李继洲，温世平，等．竖井内深水下松动爆破的 研究与实践［ｃ］／／第８届中国工程爆破学术经验交流 会论文集．郑州：中国力学会，２００４：５０８～５１１． （上接４５５页） 因此会造成暂时抬升而后又下沉引起房屋频繁波动， 且浅孔注浆很容易造成地表隆升，如果房屋周围存在 管线，很容易引起事故。 １０）如果需对房屋进行抬升，则应采取多点同时 注浆，严格控制抬升量，抬升速率控制在１．５ ｍｍ／ｄ以 勤量测”进行施工，杜绝超进尺开挖。初支背后往往 会存在一定的空隙，如果回填不及时或者不密实，将会 使房屋在较长一段时间难达到稳定。 内最好。使测点缓慢抬升，逐渐减小相邻测点间的差 异沉降。 参考文献： ［１］卓越，王梦恕，孙国庆，等．浅埋隧道下穿越浅基础建筑 物注浆保护技术［Ｊ］．北京交通大学学报，２００９（１）：７５— ８Ｏ． １ １）跟踪注浆时应安排专门的监测人员进行跟踪 监测，加大监测频率，及时测算出各点的沉降情况，尤 其是房屋差异沉降的变化，以便现场技术人员根据教 案测数据及时调整施工安排。 ［２］ 李继宏，许燕锋，王凤忠．跟踪注浆在保护周边建筑物中 的应用［Ｊ］．现代隧道技术，２００２（１）：３２—３６． １２）隧道各部在穿越房屋时应保持一定的步距， 最好是各部能够单独穿越房屋，多个洞室同时穿越，会 造成叠加效应，增大沉降速率，不利于房屋保护。 １３）在浅埋隧道穿越房屋时应增大支护的刚度， ［３］ 张云．浅埋暗挖隧道近接建筑沉降控制技术［Ｊ］．隧道 建设，２００４，２４（２）：４０—４２，４５． ［４］王瑾．顶管沿线建筑物及管线的保护措施［Ｊ］．特种结 构，２００９，２６（５）：２２—２４． 各部穿越房屋的时间越短越好，严格按照浅埋暗挖工 法的要点“管超前、预注浆、短进尺、强支护、早封闭、 ［５］ 李立．地铁区问隧道穿越建筑物基础的保护方案探讨 ［Ｊ］．隧道建设，２００８，２８（６）：６５６—６５９．
