關(guān)于大型地下硐室錨索施工關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用

關(guān)于大型地下硐室錨索施工關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)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(gè)水電梯級(jí)(烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩)中的最上游梯級(jí)，為Ⅰ等大型工程，是我國(guó)第3座、世界第7座跨入千萬千瓦級(jí)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(huì)東縣。左岸地下主廠房開挖尺寸(長(zhǎng)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(jí)無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)展系統(tǒng)加固，包括內(nèi)錨型和對(duì)穿型2種形式，錨索長(zhǎng)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(zhì)條件比預(yù)期差，分布大量塊體及B類角礫巖區(qū)域，為此，設(shè)計(jì)陸續(xù)增加了總計(jì)約271束1500kN級(jí)預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)展加固，錨索長(zhǎng)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(jù)國(guó)內(nèi)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(jīng)歷，頂拱錨索施工一般采取布設(shè)錨固廊道的方式進(jìn)展，但烏東德水電站因地質(zhì)條件并考慮工期，不具備增布錨固廊道的條件。

2施工特點(diǎn)及難點(diǎn)

1)按照傳統(tǒng)錨索施工方法，需搭設(shè)排架作為錨索鉆孔、入索、注漿等工序的操作平臺(tái)，但采用排架施工主要存在以下難點(diǎn)或缺乏:①搭設(shè)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(duì)施工空間相對(duì)較小的硐室施工來說，影響道路通行及所占?jí)汗ぷ髅娴钠渌┕ぐ才牛┕じ蓴_較大;③排架作業(yè)平安風(fēng)險(xiǎn)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(shè)仍需覆蓋整個(gè)錨索布置時(shí)、費(fèi)工，且深長(zhǎng)豎向錨索自重較大，垂直向上送索時(shí)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(shè)計(jì)為氣囊式止?jié){環(huán)，需配置專用充氣設(shè)備，灌前需提早充氣、預(yù)灌檢查，灌漿中需適時(shí)補(bǔ)氣以防漏漿，止?jié){效果較難以保障;且現(xiàn)場(chǎng)施行時(shí)，由于氣囊容易損壞而經(jīng)常出現(xiàn)漏漿情況，導(dǎo)致錨索注漿無法施行。

4)對(duì)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(zhì)條件等因素影響，鉆孔偏斜控制難度較大。

3關(guān)鍵施工技術(shù)措施

3.1新型多功能錨索鉆孔設(shè)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(dǎo)軌式鉆機(jī)進(jìn)展，該鉆機(jī)最大鉆孔高度僅為1.5m左右，且無行走機(jī)構(gòu)，必須借助排架作為操作平臺(tái)，移位需借助起吊設(shè)備。而搭設(shè)排架如前所述存在搭拆周期長(zhǎng)、干擾大、利用率低、平安風(fēng)險(xiǎn)大等問題。

為克制上述難題，在主廠房頂拱錨索施工時(shí)，結(jié)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(jī)依靠自身履帶總成作為操作平臺(tái)，鉆機(jī)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(dá)8.5m，也可進(jìn)展頂拱大仰角錨索鉆孔，不僅無須搭設(shè)排架，對(duì)作業(yè)面要求低，且可實(shí)現(xiàn)自行行走;同時(shí)，在鉆機(jī)上加裝輔助作業(yè)平臺(tái)，用于輔助錨索注漿、錨墩施工、張拉等工序;在鉆機(jī)滑槽上設(shè)置導(dǎo)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(dòng)機(jī)帶動(dòng)液壓油泵形成壓力油，通過換向閥驅(qū)動(dòng)液壓電動(dòng)機(jī)及液壓缸工作，實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)行走、回轉(zhuǎn)、推進(jìn)及鉆架變換角度，完成各種預(yù)定動(dòng)作;由空壓機(jī)提供壓縮空氣，經(jīng)沖擊風(fēng)閥控制驅(qū)動(dòng)沖擊器工作進(jìn)展鉆孔作業(yè);采用馬達(dá)加齒輪減速機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，大油缸倍速給進(jìn)，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(jī)滑架底部增加了一個(gè)由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的回轉(zhuǎn)支撐臺(tái)，可使滑架全方位旋轉(zhuǎn)，使動(dòng)力頭適應(yīng)不同角度鉆孔，大幅進(jìn)步了鉆機(jī)的靈敏性和適應(yīng)性，且工作效率高。

該鉆機(jī)在每層(8m左右)梯段開挖后，即可進(jìn)展鉆孔施工，無須搭設(shè)排架，因其占用空間小，可靈敏挪動(dòng)，對(duì)其他施工干擾小;施工動(dòng)力大、效率高，對(duì)加快主廠房開挖支護(hù)總體進(jìn)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(dòng)入索技術(shù)

傳統(tǒng)錨索入索采用手拉葫蘆配合人工方式在排架上進(jìn)展操作，需配置大量人力方可滿足錨索體的挪動(dòng)和順利入索，且工效很低，同時(shí)搭設(shè)排架也存在第2節(jié)所述問題。而對(duì)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(jìn)展。烏東德左岸廠房頂拱錨索施工期間，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，僅送索耗時(shí)長(zhǎng)達(dá)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(tái)汽車式起重機(jī)配合施行，本錢較大。為進(jìn)一步進(jìn)步工效和平安性，研制出一種錨索液壓自動(dòng)送索裝置(國(guó)家創(chuàng)造專利號(hào):ZL202210250361.1)，該裝置安裝在汽車式起重機(jī)大臂頂端或新型錨索鉆機(jī)輔助臂頂端，人工只需配合索體一端穿入錨索液壓自動(dòng)送索裝置的導(dǎo)向管，操作汽車式起重機(jī)就位，然后在地面操作液壓控制系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)錨索快速自動(dòng)入索，解決了錨索質(zhì)量大、葫蘆配合人工送索速度慢、平安風(fēng)險(xiǎn)大的難題，大大進(jìn)步了施工效率。

3.3自脹式止?jié){技術(shù)

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(dòng)或損壞，止?jié){效果較差，影響施工質(zhì)量;同時(shí)，施工需裝備專用供風(fēng)設(shè)備，灌前需提早充氣、預(yù)灌檢查，灌漿中還需適時(shí)進(jìn)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(yù)留長(zhǎng)約5cm的缺口，止?jié){包一般采用帆布制作，注漿時(shí)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(shí)現(xiàn)止?jié){功能，并利用漿液流動(dòng)阻力形成的進(jìn)、回漿壓力差進(jìn)步止?jié){效果，從而保證錨索灌漿質(zhì)量，并可節(jié)省工序、縮短灌漿時(shí)間。

3.4對(duì)穿錨索鉆孔精度控制技術(shù)

烏東德左岸地下電站主廠房與主變洞、主變洞與尾調(diào)室之間均布置有對(duì)穿型預(yù)應(yīng)力錨索，造孔深度33.25m/45m，設(shè)計(jì)要求鉆孔允許偏斜不大于孔深的2%。在對(duì)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(duì)穿錨索鉆孔精度控制的問題，通過仔細(xì)研究分析，并經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，總結(jié)形成了一套有效的對(duì)穿錨索鉆孔精度控制技術(shù)。①對(duì)鉆桿增加扶正器，根據(jù)鉆孔深度在鉆桿適當(dāng)位置安裝扶正器，從而調(diào)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(duì)位置，以保證鉆頭始終處于設(shè)計(jì)鉆孔中心軸線上。一般在第3根鉆桿(一般長(zhǎng)1.5m)后加設(shè)第1根扶正器，再鉆進(jìn)6～7根鉆桿時(shí)加設(shè)第2根扶正器，再鉆進(jìn)8～9根鉆桿時(shí)加設(shè)第3根扶正器，在鉆進(jìn)過程中需退出鉆桿2～3次檢查鉆孔，并根據(jù)偏斜情況及時(shí)調(diào)整主、副扶正器之間間隔。②根據(jù)地質(zhì)條件適時(shí)調(diào)整開孔參數(shù)及鉆進(jìn)參數(shù)，一般情況下假設(shè)開孔地質(zhì)條件較好，那么控制鉆桿上傾60.5，鉆進(jìn)速度控制在4～5m/h，假設(shè)地質(zhì)條件較差，那么控制鉆桿上傾6.50.5(一般取偏大值)，鉆進(jìn)速度控制在3～4m/h。③對(duì)開孔前視點(diǎn)和后視點(diǎn)進(jìn)展準(zhǔn)確放樣，即在錨索孔位上方邊墻準(zhǔn)確放出前視點(diǎn)，在錨索孔上方用鋼筋焊制后視點(diǎn)支架，在此支架上準(zhǔn)確放出后視點(diǎn)，從而準(zhǔn)確控制鉆孔方位角偏向。

3.5豎向錨索高壓止?jié){技術(shù)

為進(jìn)步錨索運(yùn)行耐久性，同時(shí)考慮進(jìn)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(jìn)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(duì)于頂拱豎向錨索灌漿，孔口止?jié){裝置需承受設(shè)計(jì)灌漿壓力和漿液自重產(chǎn)生的壓力，孔深40m左右豎向孔，孔口止?jié){裝置實(shí)際承受的壓力到達(dá)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(yán)重影響灌漿質(zhì)量和施工進(jìn)度。為此進(jìn)展了施工工藝改進(jìn)，即利用氣囊式止?jié){環(huán)阻塞孔口，并增加1根進(jìn)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(jìn)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(shù)難題，并在一定程度上進(jìn)步了工效，保證了施工質(zhì)量。

4應(yīng)用情況

以上施工技術(shù)在烏東德水電站左岸地下硐室錨索施工中得到成功應(yīng)用，施工進(jìn)度滿足現(xiàn)場(chǎng)要求，一次性驗(yàn)收合格率達(dá)100%;經(jīng)初步估算，僅進(jìn)步工效、節(jié)約材料所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益約達(dá)500萬元，且未出現(xiàn)任何質(zhì)量、平安事故，得到了業(yè)主、監(jiān)理及設(shè)計(jì)等參建單位的一致好評(píng)。

5結(jié)語

隨著我國(guó)江河水電站的不斷開發(fā)，在兩岸山體內(nèi)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(yùn)行期的圍巖穩(wěn)定，往往需要布置大量預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)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