【摘要】張河灣抽水蓄能電站下水庫進(jìn)/出水口高程EL479.6以下至尾水隧洞頂部之間，上下均為臨空面，利用懸吊錨桿將上下臨空的巖石錨固成一整體，根據(jù)開挖揭露的巖石情況和懸吊錨桿施工結(jié)果來看，對提高該部位圍巖的整體穩(wěn)定性，達(dá)到了預(yù)期的效果。
1、工程概況
張河灣抽水蓄能電站位于河北省石家莊市井陘縣測魚鎮(zhèn)附近的甘陶河干流上。距石家莊市區(qū)直線距離為53km，公路里程77km，距井陘縣城公路里程45km。電站總裝機(jī)容量1000MW，裝機(jī)4臺，單機(jī)容量250MW。電站樞紐主要由上水庫、水道系統(tǒng)、地下廠房系統(tǒng)及地面出線場、下水庫攔河壩和攔排沙工程等組成。電站建成后接入冀南電網(wǎng)，在系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)調(diào)峰填谷、調(diào)頻調(diào)相和緊急事故備用等任務(wù)。
水道系統(tǒng)由上水庫進(jìn)/出水口、壓力管道、尾水隧洞、下水庫進(jìn)/出水口、排水廊道組成。引水系統(tǒng)采用一管二機(jī)的布置方式，尾水系統(tǒng)采用一管一機(jī)的布置方式。上水庫兩個進(jìn)/出水口均為岸邊側(cè)式，平行布置，并設(shè)置事故閘門。高壓管道布置為豎井式，兩條管道相互平行，垂直進(jìn)入廠房，全線均為地下埋藏式鋼管。4條尾水隧洞平行布置，斜出廠房，其中心線與機(jī)組中心線的夾角為83°，內(nèi)徑均為5.0m，采用鋼襯與鋼筋混凝土襯砌。
下水庫進(jìn)/出水口布置在下水庫左岸，位于主變及開關(guān)室下游，已建的下水庫環(huán)庫公路（8#公路）從其頂部通過。根據(jù)結(jié)構(gòu)需要，在進(jìn)/出水口布置有四個閘門井，其開挖高程為EL479.600m～EL432.514m，開挖高度47.086m，斷面為12.36m×8.06m（長×寬）。其中1#與2#及3#與4#閘門井中心線之間距離均為21.836m，2#與3#閘門井之間距離為23.831m，閘門井與下游邊坡之間最小巖體厚度為8.62m，周圍預(yù)留巖體厚度均較小。每個閘門井內(nèi)分別布置一道事故閘門和一道檢修閘門。
下水庫共布置四個進(jìn)/出水口，分別與對應(yīng)機(jī)組的尾水隧洞相連接，進(jìn)/出水口主要由漸變段、閘門井井座段和擴(kuò)散段組成，總長45.21m，其中漸變段長7.0m，斷面由圓形過渡為方形，閘門井井座段長15.21m，擴(kuò)散段長23.0m，其底板坡度為19，頂板坡度為22.43。四個進(jìn)/出水口相鄰之間巖石較薄，其中1#與2#及3#與4#之間巖壁厚4.28m，2#與3#之間巖壁厚6.28m，洞口橫向跨度最大為16.922m。
進(jìn)/出水口、閘門井、隧洞部位巖石巖性為變質(zhì)安山礫巖、變質(zhì)安山巖，其主要特點是傾角陡峭、裂隙發(fā)育、局部巖體蝕變，施工過程中，邊坡及洞室成型不易掌握。閘門井井體及隧洞洞身結(jié)構(gòu)尺寸跨度大，相互間巖層及與臨坡面厚度較小，在施工期間受周圍開挖爆破振動的影響嚴(yán)重，故隧洞及閘門井預(yù)留支撐巖體的穩(wěn)定性是施工過程中控制的關(guān)鍵。
進(jìn)/出水口懸吊錨桿布置在下水庫閘門井下游，頂部為479.6高程檢修平臺，懸吊錨桿貫穿于檢修平臺與尾水隧洞頂拱之間巖石。
懸吊錨桿分四個部位施工，共分四個單元，分別對應(yīng)1#、2#、3#、4#四個進(jìn)/出水口，2#、3#、4#進(jìn)/出水口懸吊錨桿每個單元24根，分三排，從上游至下游成扇形布置，錨桿間距2.0m，排距1.5m，其中第一排孔垂直角度22.7°，孔深29.4m；第二排孔角度24.8°，孔深29.3m；第三排孔角度27°，孔深28.7m。由于1#進(jìn)/出水口地質(zhì)條件較差，實際開挖成形線比原設(shè)計開挖線靠上游變化較大，后經(jīng)設(shè)計單位重新布置，1#進(jìn)/出水口懸吊錨桿共30根，分四排，從上游至下游成扇形布置，錨桿間距2.0m，排距1.5m，其中第一排孔垂直角度23.6°，孔深28.1m；第二排孔角度24.5°，孔深26.9m；第三排孔角度25.7°，孔深25.4m；第四排孔角度27°，孔深24.0m。
2、懸吊錨桿施工技術(shù)思路
下水庫進(jìn)/出水口巖石整體地質(zhì)條件差，隧洞口頂部邊坡巖石裂隙發(fā)育，相互切割，底部四條隧洞左右跨度大，上游為閘門井，懸吊錨桿所處位置三面臨空，懸吊錨桿作用主要是提高隧洞頂部圍巖的完整性和穩(wěn)定性，為底部隧洞的開挖和進(jìn)洞施工及電站長期運(yùn)行安全提供有力保障。
懸吊錨桿主要施工工序分：鉆孔→洗孔→驗孔→補(bǔ)強(qiáng)灌漿→待凝→掃孔→安裝錨桿→灌注砂漿。
懸吊錨桿施工需解決以下問題：⑴懸吊錨桿施工平臺位于進(jìn)/出水口479.6檢修平臺，由于地質(zhì)條件差，開挖面高低不平，鉆孔施工必須搭設(shè)施工平臺，以便鉆機(jī)施工；⑵鉆孔孔深24m～29m不等，每個單元最外側(cè)一排孔離下游邊坡開挖面平均距離只有1.0m左右，如果鉆孔精度控制不好，有可能從側(cè)面打穿，或同一單元內(nèi)懸吊錨桿孔相互打穿；⑶懸吊錨桿孔和邊坡布置的系統(tǒng)砂漿錨桿孔孔軸向相互垂直，如果不控制好每個孔的孔向，很有可能造成懸吊錨桿和砂漿錨桿孔交叉報廢或影響懸吊錨桿施工質(zhì)量，如何協(xié)調(diào)好邊坡系統(tǒng)錨桿和懸吊錨桿施工非常關(guān)鍵；⑷在各單元懸吊錨桿施工結(jié)束之前，相應(yīng)進(jìn)/出水口隧洞無法進(jìn)洞開挖，如不按期完成懸吊錨桿施工任務(wù)，將勢必造成進(jìn)/出水口施工工期整體拖后；⑸懸吊錨桿長約24～29米不等，錨桿鋼筋必須進(jìn)行可靠連接才能實現(xiàn)，無論采用什么樣的連接方式，都必須保證懸吊錨桿的連接質(zhì)量，并且施工進(jìn)度也必須要保證。
3、懸吊錨桿鉆孔施工
懸吊錨桿在EL479.6平臺進(jìn)行施工，平臺開挖面高低不平，鉆孔時在每個施工單元巖石最高點找一平面，在離水平面約0.1m處用鋼管腳手架搭設(shè)一施工平臺，平臺頂部鋪設(shè)馬道板，造孔位置預(yù)留缺口，馬道板兩端用鉛絲綁扎牢靠，鉆機(jī)采用人工撬移。
懸吊錨桿孔深約24～29米，按照錨固規(guī)范，鉆孔橫向偏移量不能超過終孔孔深的1/40，這就意味著無論選用什么樣的鉆孔設(shè)備，懸吊錨桿孔終孔后的偏移量在0.6m～0.72m之間。經(jīng)過仔細(xì)比選，決定采用SGZ-Ⅲ型地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行造孔施工，掃孔采用YG-60全液壓潛孔鉆機(jī)。根據(jù)巖石錨固規(guī)范：采用“先注漿后安裝錨桿”的程序施工時，鉆孔直徑大于錨桿直徑15mm以上；以“先安裝錨桿后注漿”的程序施工時，鉆孔直徑大于錨桿直徑25mm以上，本部位懸吊錨桿施工采用“先安裝錨桿后注漿”的方式，且加上孔內(nèi)注漿管的直徑，確定鉆孔孔徑為90mm。
施工前先用全站儀放出每根懸吊錨桿的精確位置，鉆機(jī)就位開孔前，用地質(zhì)羅盤調(diào)整鉆機(jī)機(jī)架的傾角、方位角與對應(yīng)孔號是否吻合，然后用鋼管腳手架加固好鉆機(jī)，在鉆進(jìn)過程中每鉆進(jìn)5m，對鉆具角度進(jìn)行校核，及時糾偏，以保證鉆孔精度。
4、補(bǔ)強(qiáng)灌漿、掃孔
進(jìn)/出水口地質(zhì)條件差，巖石破碎、裂隙發(fā)育，一些裂隙相互貫穿，鉆孔過程中塌孔、卡鉆現(xiàn)象時常發(fā)生，而且一部分孔與其相臨孔之間通過裂隙相互串通，為避免塌孔和保證錨桿孔注漿密實，對懸吊錨桿孔進(jìn)行全孔補(bǔ)強(qiáng)灌漿。
由于懸吊錨桿施工邊坡巖石較薄，灌漿壓力不能太大，設(shè)計單位建議將灌漿壓力控制在0.2～0.4Mpa。懸吊錨桿孔平均孔深約28m左右，如果采用自流方式灌漿時，孔底壓力將接近設(shè)計壓力，經(jīng)過業(yè)主、設(shè)計、監(jiān)理和施工單位共同商討確定，懸吊錨桿補(bǔ)強(qiáng)灌漿全孔采用自流式灌漿方式既可。
灌漿前，先向孔內(nèi)注入清水進(jìn)行沖洗，待孔內(nèi)返水變清后繼續(xù)清洗10min即可結(jié)束清洗工作。灌漿采用純水泥漿液，水泥采用鼎鑫P•O32.5普通硅酸鹽水泥，漿液比級采用3：1、1：1、0.6：1三個比級，開灌比為3：1，灌漿過程中密切關(guān)注邊坡巖石的變化情況，避免發(fā)生邊坡巖石抬動及破壞。因基巖裂隙相互貫穿，灌漿過程中進(jìn)/出水口邊坡可能會出現(xiàn)漏漿、冒漿現(xiàn)象，根據(jù)以往各工程基礎(chǔ)處理灌漿施工經(jīng)驗，可采用嵌縫、間歇、變換漿液比級等方法進(jìn)行處理；在本工程施工中，邊坡較陡，采用吊欄將人員放至漏漿部位進(jìn)行封堵，發(fā)生孔內(nèi)串漿情況時，等灌漿孔灌漿結(jié)束后，在漿液即將初凝之前，用壓力水將被串孔內(nèi)漿液沖洗干凈，再進(jìn)行被串孔灌漿作業(yè)。
補(bǔ)強(qiáng)灌漿結(jié)束三天后，用YG-60潛孔鉆機(jī)在原孔進(jìn)行掃孔，將孔清洗干凈，并使孔深達(dá)到原設(shè)計深度。
5、錨桿制作安裝
懸吊錨桿采用Φ36二級鋼筋，每根毛料鋼筋質(zhì)量將近96kg，EL479.6施工平臺上游是四個閘門井，下游均為臨空面，施工面比較狹窄，懸吊錨桿安裝無法采用機(jī)械設(shè)備吊裝，96kg重、12m長的鋼筋單靠人工支撐起來非常困難，而且安全也不容易保證，為了安全、快捷地安裝懸吊錨桿，經(jīng)過仔細(xì)研究后決定，每根懸吊錨桿分四段安裝，即最底部為一根12m長毛料鋼筋，其頂部三段全部加工成6m長鋼筋。錨筋長度確定好后，關(guān)鍵看四段錨筋如何進(jìn)行可靠連接，一般情況下，鋼筋連接主要有焊接和機(jī)械連接兩種，根據(jù)鋼筋焊接驗收規(guī)范，直徑在28mm以上的鋼筋焊接須進(jìn)行幫條焊接。在本工程中，幫條焊接后，接頭處太粗，安裝錨桿時容易被巖石卡住，而且按照要求，在“先安裝錨桿后注漿”的錨桿施工方式中，必須沿錨桿桿體布置注漿管路，幫條焊連接方式不但接頭多，而且，在接頭處容易把灌漿管路壓斷或壓扁，使錨桿灌漿質(zhì)量無法得到保證。機(jī)械連接就是采用直螺紋套筒連接，在被連接兩段鋼筋端部加工螺紋，采用直螺紋套筒將兩段鋼筋連接到一起，這種連接方式既簡單、又快捷，鋼筋連接質(zhì)量又能得到保證，在其他工程中都廣泛采用。
懸吊錨桿制作前，先對Φ36鋼材進(jìn)行質(zhì)量檢查，確保所選鋼材沒有外觀缺陷，并對鋼筋進(jìn)行系統(tǒng)除銹后，進(jìn)行螺紋加工。在組成錨桿的四根鋼筋中，12m長鋼筋一端加工螺紋，6m長3根鋼筋其中兩根兩端都加工螺紋，最頂部一根鋼筋一端加工螺紋。連接套筒按要求從市場采購，套筒長100mm，外徑55mm，壁厚10mm，套筒質(zhì)量滿足相應(yīng)要求。進(jìn)/出水口懸吊錨桿所處位置巖石破碎，巖體前后上下均為臨空面，懸吊錨桿的施工質(zhì)量直接影響到底部隧洞的施工安全和施工進(jìn)度，在其各施工工序中，錨桿連接為重中之重。在施工前，對錨桿直螺紋連接強(qiáng)度進(jìn)行了試驗，試驗數(shù)據(jù)如表1。通過試驗，三組試件都是套筒區(qū)域外鋼筋塑斷，說明套筒與鋼筋之間直螺紋連接是可靠的。
在組成懸吊錨桿四段鋼筋的每段鋼筋中部，繞鋼筋軸線方向制作四個定位耳環(huán)，錨桿安裝到孔內(nèi)后，使桿體處于孔中心位置，這樣一方面可以使灌注的砂漿完全包裹住鋼筋，提高錨桿的“握裹力”，另一方面，在定位耳環(huán)的空隙部位布置注漿管，可以防止錨桿在安裝過程中將注漿管擠裂，從而保證錨桿的注漿質(zhì)量。
懸吊錨桿采用三腳架、滑輪組人工配合安裝，安裝時，將最底部12m長鋼筋裝入孔中，在其加工螺紋一端距孔口上部0.3m左右時，用特制工具將鋼筋固定，接上直螺紋套筒，然后在套筒的另一側(cè)將6m長兩端帶螺紋鋼筋用管鉗緊到位，然后將鋼筋繼續(xù)下至孔內(nèi)，到6m長鋼筋頂部一端距孔口上部0.3m左右時，按照以上方法類推，直到最后一段鋼筋安裝完畢。在每一段鋼筋放入孔內(nèi)之前，用細(xì)綁絲每隔4m將塑料注漿管與鋼筋簡單綁扎，每孔最底部一段鋼筋布置注漿管時，注漿管口距鋼筋底部0.5m左右，以防鋼筋下至孔底后孔底巖渣堵塞注漿管。
6、灌注砂漿、封孔
懸吊錨桿注漿采用敞口式無壓（自流）注漿，用砂漿泵通過先前布置在錨桿上的注漿管，將砂漿緩緩注入孔內(nèi)，灌注5分鐘左右時，緩慢將布置在錨桿上的塑料注漿管向上拔出，拔管速度要均勻，不能過快，一邊拔管，一邊灌注砂漿，灌注砂漿過程中，間斷性敲擊錨桿，通過錨桿振動使孔內(nèi)砂漿更加密實、均勻，直到孔口注滿砂漿為止。
7、結(jié)語
懸吊錨桿施工結(jié)束、底部隧洞開挖完成后，通過現(xiàn)場觀察，懸吊錨桿孔內(nèi)砂漿灌注密實，錨桿孔周邊巖石裂隙內(nèi)水泥結(jié)石充填飽滿。通過施工前后巖體波速探測試驗顯示，懸吊錨桿施工后，巖體波速比施工前連續(xù)、完整。這說明懸吊錨桿的施工對進(jìn)/出水口圍巖完整性和穩(wěn)定起到了積極的作用，并達(dá)到了預(yù)期的目的。
張河灣進(jìn)/出水口懸吊錨桿施工結(jié)束后，張河灣蓄能電站工程建設(shè)各方專家通過檢測資料和現(xiàn)場聯(lián)合驗收，給予了高度評價，認(rèn)為“張河灣懸吊錨桿的一系列施工方法是科學(xué)、有效的，也是非常成功的，施工中采取的一系列施工技術(shù)對今后類似工程施工有一定借鑒意義”，一致認(rèn)為，張河灣抽水蓄能電站工程進(jìn)/出水口懸吊錨桿施工是成功的。
表1鋼筋直螺紋套筒連接拉伸試驗報告
試件
編號 牌號 公稱
直徑
(mm) 拉伸試驗 套筒
長度(mm) 連接方式 試件破壞
情況描述
屈服點
(MPa) 抗拉
強(qiáng)度
(MPa)
第一組 HRB335 36 390 570 99 直螺紋套筒連接 套筒區(qū)域外塑斷
HRB335 36 405 580 100 直螺紋套筒連接 套筒區(qū)域外塑斷
HRB335 36 405 570 102 直螺紋套筒連接 套筒區(qū)域外塑斷
第二組 HRB335 36 390 570 99 直螺紋套筒連接 套筒區(qū)域外塑斷
HRB335 36 405 580 100 直螺紋套筒連接 套筒區(qū)域外塑斷
HRB335 36 405 570 102 直螺紋套筒連接 套筒區(qū)域外塑斷
第三組 HRB335 36 365 585 99 直螺紋套筒連接 套筒區(qū)域外塑斷
HRB335 36 370 595 100 直螺紋套筒連接 套筒區(qū)域外塑斷
HRB335 36 365 585 102 直螺紋套筒連接 套筒區(qū)域外塑斷
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