摘要：介紹隧洞和地下洞室支護(hù)施工中所采用的漲殼式中空張拉錨桿的結(jié)構(gòu)、功能、作用機(jī)理、快速施工方法及工程實踐中的體會。
一、引言
仙居抽水蓄能電站位于浙江省仙居縣湫山鄉(xiāng)境內(nèi)，距仙居縣城50km。電站由上水庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房、地面開關(guān)站及下水庫等建筑物組成。地下廠房內(nèi)安裝四臺單機(jī)容量為375MW的混流可逆式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量為1500MW(4×375MW)。地下廠房系統(tǒng)主要包括：主副廠房洞、主變洞、母線洞、尾水事故閘門洞、500kV出線洞、進(jìn)廠交通洞、通風(fēng)兼安全洞、排水廊道、排水洞等附屬洞室組成。主副廠房洞開挖尺寸為176m×26.5m×55m(長×寬×高)，主變洞開挖尺寸為169.7m×19.5m×22.5m(長×寬×高)。
在地下廠房、隧洞施工支護(hù)，噴錨支護(hù)作為一種可以充分利用圍巖自承能力、變荷載體為承載機(jī)構(gòu)的支護(hù)方式得到廣泛使用。做為其中重要一環(huán)的錨桿，其種類相當(dāng)繁多，有砂漿錨桿、樹脂錨桿、水脹式錨桿等。本文在此介紹一種已在工程中廣泛運(yùn)用的錨桿形式——中空漲殼張拉錨桿的應(yīng)用。
二、中空漲殼張拉錨桿的作用結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)
?。ㄒ唬q殼式中空預(yù)應(yīng)力錨桿是一種粗鋼筋類先錨后注漿中空式錨桿，兼具永久支護(hù)和臨時支護(hù)功能于一身錨桿支護(hù)形式。主要由鋼制漲殼錨頭、中空注漿錨桿體、墊板、螺母、注漿管、止?jié){塞組成。通過漲殼于巖石壁形成漲壓力，安裝錨桿后迅速形成支護(hù)錨固力，可對錨桿施加預(yù)應(yīng)力控制圍巖變形，錨桿能360°任意方向安裝和注漿。
中空桿體：為全螺紋中空錨桿體，具有注漿和排氣的功能。
漲殼錨頭：用高強(qiáng)度鋼材制成，通過內(nèi)榫把漲殼夾片漲開成錨桿預(yù)應(yīng)力內(nèi)部承載體，是機(jī)械點(diǎn)錨式錨固體系。
墊板、螺母：預(yù)應(yīng)力外部鎖定固件和傳遞荷載構(gòu)件，墊板上帶有灌漿孔。
灌漿管和排氣管：塑料管一端深入鉆孔內(nèi)，另一端留在孔外。根據(jù)錨桿安裝方式（向上安裝或向下安裝）與中空錨桿注漿機(jī)配合使用。
（二）漲殼式中空預(yù)應(yīng)力錨桿特點(diǎn)
1、迅速初期支護(hù)，控制圍巖變形，保證圍巖穩(wěn)定；
2、中空設(shè)計，使錨桿實現(xiàn)了注漿管的功能，避免了傳統(tǒng)施工工藝注漿管拔出時造成的砂漿流失；
3、注漿飽滿，并可實現(xiàn)壓力注漿，提高工程質(zhì)量；
4、由于各配件的作用，桿體的居中性很好，砂漿可以將錨桿體全長包裹，避免了銹蝕的危險，達(dá)到長期支護(hù)的目的；
5、安裝方便，不需現(xiàn)場加工螺紋，就可方便地安設(shè)墊板、螺母；
6、結(jié)合配套的錨桿專用注漿泵和注漿工藝，是目前國內(nèi)唯一徹底解決了傳統(tǒng)錨固支護(hù)諸多問題的錨固體系。
三、中空漲殼張拉錨桿應(yīng)用范圍及運(yùn)用
中空漲殼張拉錨桿主要用于地質(zhì)條件中等良好的圍巖永久系統(tǒng)支護(hù)，超前預(yù)支護(hù)；尤其在硬巖，巖層水平層理，節(jié)理裂隙開夾泥或地下水發(fā)場合，可通過漲殼錨桿迅速形成支護(hù)力，通過施加足夠的預(yù)應(yīng)力來控制圍巖變形，保持其穩(wěn)定。用于防止和治理巖爆，邊坡治理和工程病害治理。
?。ㄒ唬┲锌諠q殼張拉錨桿的施工
造孔：用多臂鉆巖臺車和履帶式液壓鉆機(jī)造孔，保證造孔精度不扁曲，影響錨桿的安裝。對Ф25的錨桿，鉆頭使用Ф42～46mm，可以根據(jù)漲殼錨頭的大小來調(diào)整造孔的大小。
造孔結(jié)束后用將安裝好的漲殼錨頭錨桿插入孔中，一端按上安裝工具，廠家提供的釬尾，并接到鉆機(jī)上，開動鉆機(jī)，通過其沖擊和轉(zhuǎn)動使?jié)q殼錨頭在孔內(nèi)充分漲開。
卸去鉆機(jī)和釬尾，安裝墊板、螺母及注漿管。預(yù)應(yīng)力按照規(guī)定荷載鎖定。
預(yù)應(yīng)力的方法有2種：用扭力扳手鎖定或用雙活塞空心柱千斤頂鎖定荷載。
注漿：預(yù)應(yīng)力完成后應(yīng)及時注漿，注漿的質(zhì)量是保障錨桿耐久性的關(guān)鍵。
注漿的材料：采用純水泥漿，水灰比W/C=（0.35∶0.45）∶1，可以根據(jù)實際情況調(diào)整，但是絕對不能是用水泥砂漿。
注漿設(shè)備：使用注漿壓力為1～1.5MPa的螺桿泵型注漿機(jī)，彭水電站使用的為杭州圖強(qiáng)公司生產(chǎn)的DML30型錨桿專用注漿機(jī)。該注漿泵能用極濃液（W/C=0.35∶1），以提高灌漿機(jī)與孔壁之間的飽和度，減少水泥漿的收縮率。
漲殼中空預(yù)應(yīng)力錨桿特定的向上注漿和向下注漿功能提高了錨桿的可靠性。當(dāng)錨桿朝上安裝時，即如地下洞室的頂拱部位，注漿液從注漿管進(jìn)漿，漿體逐漸充溢鉆孔并向上流動。注漿體從漲殼錨頭尾端進(jìn)漿，此時中空錨桿體的空腔成為排氣通道。當(dāng)錨桿向下安裝時，中空錨桿體為進(jìn)漿道，塑料管為排氣通道，漿體從漲殼錨頭底部出漿，并逐漸充溢鉆孔道。漿體從塑料管流出，并保持約30s后壓力停止注漿。
?。ǘ╊A(yù)應(yīng)力方式
扭力扳手進(jìn)行錨桿預(yù)應(yīng)力和雙活塞空心柱千斤頂進(jìn)行預(yù)應(yīng)力。
采用扭力扳手進(jìn)行錨桿預(yù)應(yīng)力時，用扳手扭緊六角螺母，使錨桿體預(yù)應(yīng)力。采用千斤頂時，需要張拉錨桿，并用扳手扭緊螺母鎖定，用千斤頂張拉錨桿適用范圍大，張拉力準(zhǔn)確，但是較繁瑣。
?。ㄈ┲锌諠q殼張拉錨桿扭矩與預(yù)應(yīng)力的關(guān)系
對于系統(tǒng)巖石錨桿，一般預(yù)應(yīng)力＜150kN時，以扭力扳手進(jìn)行張拉簡單方便實用。Ф25普通中空錨桿體的扭力扳手扭矩G與錨桿預(yù)緊力P的關(guān)系，根據(jù)圖1可確定錨桿預(yù)緊力P與所需要的扭力扳手扭矩G的大小值。
舉例說明如下：設(shè)計預(yù)應(yīng)力的扭矩值為60kN錨桿，即預(yù)應(yīng)力為60KN，當(dāng)表格P=60kN時，G=580Nm，將扳手測定調(diào)節(jié)至所需要刻度值。
使用步驟：
1、扭力工具：使用圖強(qiáng)公司的TG1000型刻度扭力扳手及TG-M25型螺母式套筒。改扳手最大扭矩為1000Nm，安裝扳手臂及配套套筒。
2、按上述確定的扭矩G=580Nm，將扳手測定調(diào)節(jié)至所需刻度值。用扳手及螺母配套筒在錨桿六角螺母上就位。用力扭緊螺母，當(dāng)扭矩達(dá)到G=580Nm值時，扳手會發(fā)出噠噠的聲音，指示扭矩達(dá)到制定值。即表達(dá)預(yù)緊力已經(jīng)達(dá)到預(yù)計值，張拉預(yù)應(yīng)力完畢。但是要注意的是在用扭力扳手施加力的時候，扭緊前，錨桿和螺母咬合部位應(yīng)涂上黃油，以利螺母扭緊時力的有效傳遞。
四、施工實例與作用體現(xiàn)
彭水電站地下廠房邊墻巖體分布有陡傾角薄層巖和條帶灰?guī)r，需要快速進(jìn)修封閉支護(hù)，由于中空錨桿的有些工序很復(fù)雜，費(fèi)時費(fèi)工，我們在工作中對其工序進(jìn)行了改進(jìn)，提高了施工效率，保證了廠房的順利開挖。
（一）鉆孔
錨桿鉆孔采用錨桿臺車、三臂鑿巖臺車、重型手風(fēng)鉆或電動鉆機(jī)等鉆孔。鉆孔角度根據(jù)洞室的結(jié)構(gòu)形式和錨桿所處的部位可分為：900、450、00、<00等幾種方向。當(dāng)錨桿軸線與巖石層面夾角過小時，鉆孔角度須根據(jù)監(jiān)理工程師指示局部調(diào)整。根據(jù)規(guī)范要求，結(jié)合鉆孔設(shè)備的實際技術(shù)參數(shù)，鉆孔孔徑選用Φ55～80mm。
施鉆時鉆頭要對準(zhǔn)巖壁上錨桿孔孔位標(biāo)識下鉆，最大偏差≤50mm，開孔應(yīng)用小功率緩慢鉆進(jìn)，鉆進(jìn)約50cm后，校正鉆孔方向，全功率鉆進(jìn)。為了準(zhǔn)確地控制鉆孔的角度，在施鉆時要由當(dāng)班技術(shù)員用地質(zhì)羅盤配合操作手一起控制鉆桿的方向，使鉆孔角度偏差控制在3%以內(nèi)。
鉆孔深度可根據(jù)鉆桿的長度控制：當(dāng)孔深與鉆桿的長度成幾何倍數(shù)時，由鉆桿的根數(shù)控制孔深，當(dāng)不成幾何倍數(shù)時，則在鉆桿上標(biāo)好長度記號以控制鉆孔深度，要求鉆孔深度不小于桿體有效長度，并不大于錨桿體有效長度的50mm。
（二）洗孔和孔口處理
該工作區(qū)錨桿孔全部鉆完后，用壓力水槍對所有鉆孔依次進(jìn)行沖洗。工作面較大時，可一邊鉆孔一邊洗孔。當(dāng)孔內(nèi)不再有濁水流出時，結(jié)束沖洗，然后用壓力風(fēng)槍將孔內(nèi)積水吹出孔外，為確保墊板與錨桿垂直，使預(yù)應(yīng)力沿錨桿軸線方向施加，對孔口范圍內(nèi)局部參差不平應(yīng)用水泥砂漿抹平。為使砂漿較快達(dá)到強(qiáng)度，可在砂漿中加一些相應(yīng)的外加劑，如早強(qiáng)劑等，孔口砂漿還可以有止?jié){的作用。
?。ㄈ┿@孔檢查與驗收
鉆孔清洗完畢，進(jìn)行孔位編號，并對各孔的實際孔徑、孔深、孔位、孔向和孔潔凈度進(jìn)行班組自檢，填好自檢記錄表。自檢合格后報隊級質(zhì)檢員復(fù)檢，復(fù)檢合格后報聯(lián)營體質(zhì)量部終檢，合格后報請監(jiān)理工程師驗收，監(jiān)理工程師驗收合格后方可才用干凈的水泥紙或其他物品將孔口蓋好。
?。ㄋ模┌膊鍡U體、漲殼張開與頂緊
人工安裝，將第一根錨桿與漲殼錨頭相連，第二根錨桿通過連接套與第一根錨桿相連。漲殼張開及頂緊，將特制的釬尾與錨桿尾部相連，采用YT28手風(fēng)鉆通過沖擊與旋轉(zhuǎn)，使綁扎漲殼的鉛絲斷開，漲開漲殼，當(dāng)錨桿不再旋轉(zhuǎn)時，漲殼與孔壁緊密的榫合在一起，即可施加預(yù)應(yīng)力。
?。ㄎ澹╊A(yù)應(yīng)力施加
取下釬尾，將鋼墊板套在外露錨桿上，與孔口抹平的砂漿緊貼并在錨桿上安裝止?jié){帶，扭緊墊板上的六角螺母，將專門加工的套筒與六角螺母相連，扭力扳手與套管相連。將扭力扳手的刻度調(diào)整在預(yù)定的預(yù)應(yīng)力值上，2～3個人共同施加預(yù)應(yīng)力，當(dāng)施工加值較高時，可采用加力桿，當(dāng)扭力扳手的指針到達(dá)預(yù)設(shè)值時，說明預(yù)應(yīng)力已經(jīng)達(dá)到了設(shè)計值。
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錨桿的張拉鎖定應(yīng)快速注漿，注漿設(shè)備采用中空錨桿專用注漿泵DML30型，壓力為1～1.5MPa，推薦使用水灰比（0.35～0.45）∶1，施工中可以根據(jù)實際情況作出調(diào)整，彭水電站廠房經(jīng)過試驗采用M30純水泥漿可以滿足設(shè)計要求。水平孔注漿自中空錨桿注進(jìn)，孔內(nèi)空氣自墊板上的小孔排出，當(dāng)漿液滿時會自中空孔中溢出，保持約30s后即可停止，垂直孔采用灌漿管從墊板上的小孔灌漿和水平的相反，自排氣孔注入，中空錨桿中孔排氣。
?。ㄆ撸┍O(jiān)測與維護(hù)
錨桿張拉鎖定完成后，應(yīng)組織人員適時觀測，每6t應(yīng)檢查記錄一次應(yīng)力錨桿周邊巖石的變化，若48t內(nèi)應(yīng)力損失大，錨桿墊板松動，應(yīng)及時補(bǔ)充張拉。
（八）文明施工
施工過程中注意施工材料的堆放，確?，F(xiàn)場文明施工，保證施工安全和質(zhì)量。
五、結(jié)論
（一）施工中要采用合理的水灰比，若為了方便注漿加大水灰比，則會使粘結(jié)材料收縮太大影響錨桿注漿的飽滿度，同時材料的收縮影響到錨桿預(yù)應(yīng)力的強(qiáng)度。如水灰比小了，會出現(xiàn)堵塞注漿管路，漿體實現(xiàn)不了向周邊巖縫隙擴(kuò)散的效果。
?。ǘ┳{設(shè)備和注漿時的止?jié){要求。注漿設(shè)備要保證為中空錨桿專用注漿泵，目前中空錨桿止?jié){大多數(shù)為橡膠錐形塞，通過預(yù)應(yīng)力的擠壓壓在孔口上，但是由于地形的不同有時止?jié){塞和孔壁密封不緊和注漿壓力大時都會出現(xiàn)漏漿，可以內(nèi)裝止?jié){帶來輔助達(dá)到注漿效果。
（三）錨桿和巖石承受面的垂直度，必須保證鋼墊板的安裝正確，鋼墊板是中空漲殼預(yù)應(yīng)力錨桿的關(guān)鍵，在施工中是通過擰緊螺母由墊板給錨桿施加預(yù)應(yīng)力，這樣可以有效的防止圍巖的松動變形，同時通過鋼墊板把錨固力擴(kuò)散到周邊圍巖。
（四）要保證造孔的質(zhì)量，不合適的鉆頭或操作不規(guī)范，都會造成孔道孔徑不準(zhǔn)，孔道不直，直接影響到錨桿的安裝和施加預(yù)應(yīng)力。
（五）預(yù)應(yīng)力的施加，要嚴(yán)格按照扭矩G與預(yù)應(yīng)力P相對應(yīng)值進(jìn)行預(yù)應(yīng)力。
?。q殼式中空預(yù)應(yīng)力錨桿可以克服錨桿長度短、錨固力低的缺陷，采用注漿與預(yù)應(yīng)力錨桿兩種不同性能支護(hù)的組合結(jié)構(gòu)。安裝方便，保證預(yù)應(yīng)力施加能及時進(jìn)行，從而提高施工進(jìn)度。
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