涨壳式预应力中空锚杆在锦屏引水隧洞的应用

 

　　1、工程概况

 

　　锦屏二级水电站利用雅砻江下游河段150km长大河弯的天然落差，通过长约16.67km的引水隧洞，截弯取直，获得水头约310m。4#引水隧洞沿线上覆岩体一般埋深1500～2000m，最大埋深约为2525m，具有埋深大、洞线长、洞径大的特点。现在已经开挖至里程引（4）10+900，已经入强岩爆区，埋深2000m左右。

 

　　为了使系统支护起到真正的作用，华东水利水电设计院结合现场施工情况，将原设计的普通砂浆锚杆变更为涨壳式预应力中空锚杆，涨壳式预应力锚杆可以通过改变预紧力，减小或消除拱顶及侧墙的拉应力区，弥补岩体抗拉强度低的弱点，支护形成的承载结构特性和锚杆的预拉力（初锚力）对岩层的稳定性起到了更为关键的作用。

 

 

　　涨壳式预应力锚杆的锚头端通过旋转涨开与岩层锚固，以锚头与岩层的摩擦力形成抗拉拔力，采用扭力扳手施加预应力，承受岩层压力，维护岩层稳定。

 

　　2.1支护机理

 

　　涨壳式预应力锚杆可在岩层内部通过涨壳产生着力点，能有效抵抗深部围岩传递的压力，在注浆时中空注浆锚杆是一根注浆管，注浆完毕后即能起到一根高强锚杆或锚索的作用，因而能有效抑制围岩变形。注浆作为改善围岩性质的重要技术，能在原位提高破碎岩体的力学性能，并显著提高破碎岩体的完整性，破碎岩体注浆并进行锚杆支护后，可为锚杆内着力点和拱形压缩带的形成创造可靠条件。而涨壳式预应力中空注浆锚杆可以克服锚固力低的缺陷，采用注浆与预应力锚杆两种不同性能支护的组合结构对岩层进行联合支护，能发挥两种支护形式的各自特点。

 

　　3、施工工艺

 

　　3.1锚杆造孔

 

　　采用353E和DT1130三臂台车进行锚杆孔的施工，锚杆孔的孔轴方向满足施工图纸的要求（1m×1m），其孔位偏差不大于100mm，为规范锚杆孔位置，采用测量班放基准线的方法。即按锚杆间距，每隔6米放一环锚杆孔位基准线。其锚杆的孔轴方向尽可能垂直于开挖面。涨壳式预应力锚杆均采用“先安装锚杆后注浆”施工工艺，上倾孔钻孔直径应大于锚杆直径25mm以上，下倾孔钻孔直径应大于锚杆直径40mm以上。锚杆孔深必须达到施工图纸的规定（4.5m），孔深偏差值不大于50mm。用高压风冲洗、清扫锚杆孔，确保孔内不留石粉，不得用水冲洗钻孔。

 

　　3.2锚杆安装

 

　　安装前检查孔深，清除钻孔内的石屑与岩粉，安装好锚头涨壳，锚头涨壳以反转式旋转安装至锚杆锚头。锚杆外漏以锚杆就位后其外漏段的丝扣长度可以安装锚垫板、螺帽等部件为适度。根据设计要求锚杆外漏长度不得大于10cm。

 

　　3.3锚杆涨壳涨开

 

　　采用YT28凿岩钻机通过纤维套连接锚杆体，然后高速旋转杆体，通过涨壳与岩层的摩擦力，使其涨开，锚固岩层。在涨壳涨开过程中，直至钻机旋转不动锚杆体为止，证明涨壳已经涨开。如遇个别涨壳无法涨开，应检查涨壳是否损坏或孔道是否有塌腔，进行及时更换涨壳或重新施工钻孔。

 

　　3.4预应力施加

 

　　3.4.1涨壳式预应力中空锚杆孔口处，如有不平整岩面，应先采用早强砂浆找平处理，砂浆强度必须保证能承受锚杆张拉的最大荷载。然后安装螺母和锚垫板。螺母先用普通扳手对其旋转拧紧，使其牢固。

 

　　3.4.2张拉前对扭力扳手进行率定。根据率定结果进行一元线性回归分析，得出一元线性相关方程，并根据一元线性相关方程计算达到T=80KN的初始预应力所对应的扭矩值。采用扭力扳手进行张拉，通过连接套筒，旋转锚杆螺母，使锚杆张拉伸长。张拉过程中保持锚杆轴向受力，必要时在锚垫板和螺帽之间设置球面垫圈。

 

　　3.4.3涨壳式预应力中空锚杆正式张拉前，先将扭力扳手设定到相应的扭矩值。张拉前检查套筒和螺母是否连接完好，防止偏心受力。涨壳式预应力锚杆正式张拉，张拉至设计荷载的100%时，扭力扳手会发出“咔嚓”的响声，证明也张拉指设计值。涨壳式预应力锚杆锁定后48h内，若发现预应力损失大于锚杆设计值的10%时，进行补偿张拉。张拉力的大小必须满足设计要求。张拉锚杆拧紧螺帽的扭矩不小于100Nm。锚垫板安装后，定期检查其紧固情况，如有松动，及时处理。对于间距较小的锚杆群，注意锚杆张拉时的相互影响。扭力扳手应该定期进行校验。

 

　　3.5锚杆注浆

 

　　3.5.1注浆机具选用UB6型注浆泵注浆，采用浆液搅拌桶制浆。砂浆拌和均匀，保证随拌随用，一次拌和的砂浆在初凝前必须用完，并严防石块、杂物混入。

 

　　3.5.2注浆过程中现场技术人员全程旁站，填写注浆记录。注浆时，当锚杆平行或向下时，中空锚杆本身作为注浆管，锚垫板有预留出浆口。采用锚杆连接螺母将注浆管和锚杆杆体连接，浆液通过锚杆体内注进，从锚垫板出浆口溢出同浓度浆液后，完成注浆。当锚杆向上时，锚垫板预留出浆口作为进浆口，锚杆杆体作为出将口。浆液通过进浆口进入，逐渐溢满孔道，再通过锚杆头流入锚杆体内，直至溢出，完成注浆。在整个过程中，应注意注浆压力及流量，防止注浆管爆裂。

 

 

　　涨壳式预应力中空锚杆技术是一种将现代注浆加固技术与新型锚杆（兼顾注浆管和高强锚杆双重特性）支护技术有机结合在一起的新型加固支护技术，即保证了锚杆的支护，又克服了普通锚杆锚固力仅依赖锚杆两端作用的弊端，大大提高了锚杆支护效能。

 

　　涨壳式预应力中空锚杆主要工序为锚杆张拉和锚杆注浆，比其它锚杆没有更多繁琐的工序。张拉时采用扭力扳手，只需一两个人几分钟就可以简单的完成。注浆过程也普同其它锚杆。但在结构上，涨壳式预应力锚杆却比其它锚杆有效的加固了围岩，实现了锚杆对岩层的主动支护，保证了施工安全，加快了施工进度，值得广泛推广。

 

 

　　涨壳式预应力中空锚杆在锦屏4#引水隧洞中有效的得到了应用，对岩层的加固作用得到了充分的体现，有机的结合了临时支护和永久支护，对高地应力下的岩爆也提到了良好的防治作用，对施工安全和施工进度都得到了最大程度的提高。