白鹤滩右岸地下厂房顶拱对穿锚索精确施工技术

２０１６年１２月第４期　葛洲坝集　科技　总第１２０期　白鹤滩右岸地下厂房顶拱对穿锚索精确施工技术　张　欣　摘要：对穿锚索在地下Ｔ程中以其受力结构科学、控制岩体变形效果良好、提高岩体及结　构稳定性等特点得到了较为广泛的应用。顶拱对穿锚索施工由　现场条件复杂、孔深人、终　孔端成孔位置偏移影响凶素多，　此精度要求相当高，施工难度火。如何精确施工，保证对　穿锚索施工质量及终孔端锚索孑Ｌ轴线一致是目前施　存在的共性难题。本文结合白鹤滩右岸　地厂顶拱对穿锚索的施】：，研究出一套对穿锚索精确施工的方法，使得对穿锚索施工精度大　大提高。　关键词：白鹤滩；地下厂房；顶拱对穿锚索；精确施Ｉ：　１　工程概况　２　施工难点　白鹤滩右岸地下厂房顶拱布置的预应力对穿锚　地下厂房顶拱对穿锚索施工存在以下几方面的　索，分别与厂顶１＃、２＃锚固观测洞对穿贯通。锚索　技术难点。　上端头布置在厂顶ｌｉｔ、２＃锚固观测洞，下端头布置　（１）厂房中导洞顶拱已施工的系统钢筋拱肋及　在厂房顶拱。锚索设计荷载２０００１５Ｎ，理论长度　锚杆支护布置密集，对穿锚索造孔钻进过程中极易　２６．５～２９．５ｍ，理论倾角７５．６。、８０．５。。设汁要　遇¨卜系统支护钢筋，影响钻进速度，损耗钻头，甚　求锚索钻孔的孔位偏差不大于１０ｃｍ，对穿锚索终孔　至ｌ【Ｊ现废孔，大夫的增加了施工难度。　孔轴偏差不得大于孔深的１％。白鹤滩右岸地下厂房　（２）锚索造孔精度控制要求高，预应力锚索钻　顶拱预应力对穿锚索布置示意图见下图ｌ。　孔的孔位偏差不大于ｌＯｏｍ，对穿锚索终孔孔轴偏差　不得大于孔深的１％；　（３）对穿锚索在厂顶锚吲洞内施工，施工空间　狭小。　（４）围岩地质条件复杂、岩性多变，层间、层　内错动带发育，钻孔施工难度大。　（５）锚索深度达２８ｍ，造孔精度控制难度大。　３　主要施工技术　３．１　ｆ￣ｉ：ＦＬ设备选型试验　任厂顶ｌ＃锚围洞对穿锚索造孔采用进口Ｃ６ＸＰ钻　机，２＃锚固洞造孔采用ＹＸＺ一７０Ａ钻机，进行试验结　果比较，得出结果见表１。　根据设备选型试验比较，Ｃ６ｘＰ钻机造孔精度　高，速度快，但是由于钻机体积庞大，在厂顶锚固　洞小洞室内施工场地狭小，施展受限，只能施工第　图１　白鹤滩右岸地下厂房顶拱对穿锚索示意图　２、３排锚索，设备昂贵，造孔成本较高一ＫＣ６ＸＰ钻　３１　Ｎｏ．４　Ｄｅｃ．２０１６　ＧＥＺＨＯＵＢＡ　ＧＩ　ＵＰ　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮ０Ｌ０ＧＹ　表１　设备名称　Ｃ６ＸＰ钻机　钻孔试验结果表　钻孔深度　终孔用时　２８ｍ　２．５ｈ　终孔偏差　±１０～１５ａｍ　就位时间ｍｉｎ　４０～６０　备注　只能施工２、３排锚索　７０Ａ钻机　２８ｍ　６ｈ　±１５￣２０ｃｍ　２０～３０　机为进口设备，钻机一旦出现故障，维修时间较　垂，造成钻杆倾角变大，终孔偏差变大。　长，耽误生产。　为保证造孔质量，另行选取五个孔（ＤＧＭ３－６、　ＹＸＺ－７０Ａ钻机虽然机械性能等各方面不如进口　ＤＧＭ３—８、ＤＧＭ３—１０、ＤＧＭ３—１１和ＤＧＭ３—１５）进行造孔试　Ｃ６ＸＰ钻机，但在狭小空间内操作灵活自如，而且造　验。钻机开孔倾角定为７４．８。在造孔时加强现场管　孔可以通过各种控制措施能达到精度要求。ＹＸＺ一　理，每隔２根钻杆加一根扶正钻杆，保证成孔质　７０Ａ钻机价格低廉，操作简单，钻机故障可以快速　量。钻机开孔前，钻机就位加固后，先在混凝土路　排除。故钻孔设备选用ＹＸＺ一７０Ａ钻机。　３．２钻孔施工　面上钻头对准位置进行凿毛，防止开孔倾角发生偏　差。为确保钻机钻进倾角不发生变化，开孔后钻进　首次采用ＹＸＺ一７０Ａ锚索钻机在厂顶２＃锚固洞内　２ｍ、３ｍ、５ｍ、１０ｍ使用测斜仪对孔斜进行检查，若　选择ＤＧＭ３—１　ＤＧＭ３—２７内的锚索进行造孔试验。首　发现偏差，及时对钻机进行调整，以后每１０ｍ检查　次开孔两个ＤＧＭ３—３、ＤＧＭ３—５，开孔钻机倾角按设计　一次；对加固钢管架连接扣件进行紧固。在钻进过　　７５．６。开孔。为了准确掌握钻孔精度，事先在主厂　程中采用自制导向器，减少钻杆扰动引起的偏差。　房顶拱使用全站仪放出终孔孔位，造孔成果见表　钻孔成果见表３。２。根据试验数据可以看出，ＤＧＭ３—３、ＤＧＭ３—５终孔　偏差均不满足设计要求。　计允许偏差，分析其主要原因为：　钻进钻头容易打滑，造成开孔倾角偏差；　连接扣件容易松动，易产生偏差；　从表３可以看出，通过现场的过程控制，采取　有效的措施后，确保了钻孔精度，终孔偏差５～　造孔施工采用ＹＸＺ一７０Ａ型锚索钻机，造孔前采　加强过程控制，成孔质量较好，对于特殊部位（如　　对穿锚索造孔终孔偏差达￣ｌｊ３５－－４０ｃｍ，大于设　２０ａｍ，小于设计允许偏差，成孔质量较好。①钻机钻头与混凝土路面没有咬合点，开孔　用钢管架对钻机进行加固，并在开孔和钻进过程中　　②钻机钻进过程中，钻机产生震动，钢管架　厂房顶拱超欠挖较大）应详细计算锚索钻孔深度，根据钻孔深度微调开孔倾角。在钻孔过程中要注意　③钻进过程中遇到断层等软弱地质，造成钻　回水回渣情况，从回水回渣中判断当前钻进岩层情　况，来及时调整钻机钻进压力，钻进速度，正常地　进过程中发生偏差；　　④钻机钻进过程由于钻杆自身重量钻杆下　质条件下利用钻杆自重慢速钻进，不可盲目增压，表２　造孔成果检查表　＼　＼孔号　项目　孔径　孔深　开孔角度　设计值　３０　终孔偏差（＼　（ｍｍ）　２５（ｍ）　（。　）　５～　．．ｃｍ）　｝　｝　４０　３５　备注　回水颜色正常　回水颜色正常　＼　１６５　＼．　２８５　７５．６。　７５．６　７５．６　厂南　厂北　上游　下游　１０　｝　｝　５　ＤＧＭ３—３　ＤＧＭ３——５　３２　ｌ６５　１６５　２６．５　２６．５　２０ｌ６年ｌ２月第４期　葛洲坝集团科技　第ｌ２０期　表３　造孑Ｌ成果检查表　、　～　设计值　～　＼　＼　项目　孔径　孔深（ｍ）　（ｉｎｍ）　开孔角度　终孔偏差（ＣＩｌ１）　（。　）　２５．５～　’　’　～　备注　３０　孔号　＼　１６５　１６５　１６５　７５．６。　７４．８　７４．８　１Ｏ　，　ｉ　５　２８．５　ＤＧＭ３—６　ＤＧＭ３—８　２６．５　２６．５　厂　南　Ｊ‘北　上游　下游　ｆ　，　２０　１５　水颜色正常　旧水颜色正常　ＤＧＭ３一ｌ０　ＤＧＭ３—１１　ＤＧＭ３一ｌ５　１６５　ｌ６５　１６５　２７．５　２７．５　２７．５　７４．５　７４．５　７４．５　１０　ｆ　｝　｝　１５　１Ｏ　１０　ｆ　２０　７　１　５　水颜色正常　川水颜色正常　水颜色正常　加快钻进速度，若钻进过程中遇到不良地质段，町　程中采用翻斗车配合人工运索，索体运至锚索孔　适当加压，快速通过。　通过试验表明，为减小成孔偏差，对锚索孔钻　后，在锚索孔口布置一个自制简易支架，索体通过　简易支架穿进锚索孔内，利用索体自重滑入锚索孔　机开孔角度进行调整，将第一、四排钻机开孔倾角　定为７９．５。～８０。，第二、三排钻机开孔倾角定为　７４．５。～７５。。　内。索体末端通过卷扬机控制下索速度。通过试验　表明，这种半人工，半机械的运索技穿索方法不仅　提高下索功效，而且简单实用，特别适合场地狭小　的施工环境，大大的节约了下索劳动力。　３．４锚索锚具安装　锚索锚具安装是否对中直接影响到锚索张拉质　３．３运索及下索施工　厂项对穿锚索钢绞线长度长，施ｌ丁场地狭小，　机械车辆无法进入，常规施工中采用多人合作抬运　送索，劳动力需求量大，工效低，若人工运索过程　量，右岸主厂顶拱对穿锚索锚墩为钢锚墩，钢垫板　中协调不一致，还会导致索体掉落，发生索体伤人　开孔直　为１６５ｍｍ，锚具外径为１７５ｍｍ，锚具与钢垫　等安全事故，故住厂顶锚吲洞对穿锚索下索施工过　板接触长度只有５ｍｍ，为保证锚具安装时能简　快　速对中，在锚索孔ｒ］安装的钢垫板上设置对中系　统，在该钢垫板（与锚具接触面）对中加工一个比锚　具外径人Ｉｍｍ的凹形恻槽（见图２），深ｌ『唧即可。　安装锚具时，锚具直接卡在凹形圆槽内再行紧固即　可实现锚具与锚索￣Ｌ　ｒｔ＇，３准确快速对中安装。采用该　锚索锚具安装快速精准对中装置，施工快速准确，　易于操作，人大提高施Ｔ效率。　３．５锚索张拉　右岸厂顶预应力对穿锚索上端头布置在ｒ　顶　ｌ＃、２＃锚固洞，下端头布置在主厂房中导洞顶拱，　高度为ｌＯｍ，很难实现水平对穿锚索两端张拉，故　图２　钢垫板对中凹槽装置　在锚索张拉时进行了下端头固定、上端头张拉、分　级进行的方法。主要以张拉力控制为（转第１８页）　３３　Ｎｏ．４　Ｄｅｃ．２０１６　ＧＥＺＨ０ＵＢＡ　ＧＲＯＵＰ　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣ　ＯＬ０ＧＹ　Ｓｅｒｉａｌ　Ｎｏ．１２０　由表２可见，Ｊ１３Ｙｌ５０＿Ａ多功能全液压钻机明显　４＿３取消常规支护排架搭设　优于其他两种钻机，不仅效率高，而且成本低，还　开挖、支护及施工环保相互制约的难题。　通过采取上述施工方法，坡面锚杆、排水孔及　设置有环保装置，有效地解决了解决了高边坡快速　挂网、喷混凝土施工工序均不需进行排架搭设。与　设计沟通，将图纸中锚索优化至马道上方约２ｍ的位　置，不需再搭设覆盖坡面的排架，仅通过搭设小作　业平台便可进行锚索施工。从而减少了排架施工占　压工期，最终达Ｎ２个月完成３个梯段边坡开挖支护　施工进度要求。　４主要施工技术　４．１研制了新型ＪＢＹ１５０—Ａ钻机　通过联合专业设备厂家进行技术攻关，研发了　适应现场施工条件的新型ＪＢＹ１５０－Ａ钻机，孔径为　６６ｍｍ、７６ｒａｍ，与设计锚杆钻孔孔径相同，钻孔高度　５　结语　７．５ｍ，比普通钻机相比（ＣＭ３５１、ＣＭ３５８钻机、Ｄ７等　在乌东德水电站缆机平台高陡边坡开挖支护施　钻孔孔径均大于９０ｒａｍ，钻孔高度２．５－３ｍ）减少了梯　工过程中，通过研制一种新型３－ＢＹ１５０－Ａ钻机，创造　段分层出渣的次数，具有“小钻孔、深钻进”的特　了“一次预裂、二次爆破（、分层出渣、锁口支　点，提高了功效，节约了注浆成本。　４．２高梯段边坡开挖支护施工工艺　护、速喷封闭、随层支护、系统跟进”的快速开挖　支护施工工艺，确保了工程的施工质量，加快了工　对于１５ｍ高的人工边坡，现场按照“一次预　程的进度，为同类型高陡边坡开挖支护项目积累了　施工经验。　裂、二次爆破（前区两次爆破每次爆破高度７．５ｍ，　后区一次预裂高度１５ｍ）、分层出渣、锁口支护、速　喷封闭、随层支护、系统跟进”的原则组织施工。　开挖支护施工过程中缩短了各工序之间的衔接时　间，并与业主、设计、地质、监理积极沟通配合，　及时发现不稳定块体、明确处理方案，减少支护对　开挖的影响。　［作者简介］　孙华艳　女　中国葛洲坝集团三峡建设工程有限公司　助理工程师湖北宜昌４４３００２　（接第３３页）主，伸长值校核的双控方法进行张拉　普遍，对于超深的对穿锚索，即使对穿锚索终孔孔　质量控制。厂房监测锚索先行，以便指导工作锚索　轴偏差只有孔深的１％，２９ｍ对穿锚索终孔端也有　的施工，并且来判定是否进行补偿张拉。具体施工　２９ｃｍ偏差，孔深越大，偏差也越大。研究顶拱对穿　工艺为：单根预紧一整体分级张拉一锁定。　锚索精确施工方法，提高施工精度，以提升公司在　顶拱对穿锚索施工领域的技术水平，为水电工程地　下洞室顶拱垂斜向对穿锚索施工提供成功的技术支　４　应用前景　水利工程永久建筑物一般都存在超深、垂斜式　持和参考范例。　对穿锚索，随着我国水利水电工程的进一步开发发　展，将会遇到越来越多的超深、垂斜式对穿锚索施　工难题，该项目的研究和成果的成功应用可为快速　处理此类锚索施工提供有效的技术手段和借鉴意　义，具有广阔的市场潜力和良好的推广应用价值。　［作者简介］　张欣　男　中国葛洲坝集团三峡建设工程有限公司　湖北宜昌４４３００２　助理工程师５　结语　在地下厂房工程中，顶拱对穿锚索应用越来越　】８