摘要：介紹隧洞和地下洞室支護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)安裝四臺單機容量為375MW的混流可逆式水輪發(fā)電機組，總裝機容量為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、進廠交通洞、通風兼安全洞、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，噴錨支護作為一種可以充分利用圍巖自承能力、變荷載體為承載機構(gòu)的支護方式得到廣泛使用。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用的錨桿形式——中空漲殼張拉錨桿的應用。
二、中空漲殼張拉錨桿的作用結(jié)構(gòu)及特點
（一）漲殼式中空預應力錨桿是一種粗鋼筋類先錨后注漿中空式錨桿，兼具永久支護和臨時支護功能于一身錨桿支護形式。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錨固力，可對錨桿施加預應力控制圍巖變形，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：用高強度鋼材制成，通過內(nèi)榫把漲殼夾片漲開成錨桿預應力內(nèi)部承載體，是機械點錨式錨固體系。
墊板、螺母：預應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）與中空錨桿注漿機配合使用。
（二）漲殼式中空預應力錨桿特點
1、迅速初期支護，控制圍巖變形，保證圍巖穩(wěn)定；
2、中空設計，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，達到長期支護的目的；
5、安裝方便，不需現(xiàn)場加工螺紋，就可方便地安設墊板、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)錨固支護諸多問題的錨固體系。
三、中空漲殼張拉錨桿應用范圍及運用
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，超前預支護；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力，通過施加足夠的預應力來控制圍巖變形，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。
（一）中空漲殼張拉錨桿的施工
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，并接到鉆機上，開動鉆機，通過其沖擊和轉(zhuǎn)動使?jié)q殼錨頭在孔內(nèi)充分漲開。
卸去鉆機和釬尾，安裝墊板、螺母及注漿管。預應力按照規(guī)定荷載鎖定。
預應力的方法有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：預應力完成后應及時注漿，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。
注漿設備：使用注漿壓力為1～1.5MPa的螺桿泵型注漿機，彭水電站使用的為杭州圖強公司生產(chǎn)的DML30型錨桿專用注漿機。該注漿泵能用極濃液（W/C=0.35∶1），以提高灌漿機與孔壁之間的飽和度，減少水泥漿的收縮率。
漲殼中空預應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漿，此時中空錨桿體的空腔成為排氣通道。當錨桿向下安裝時，中空錨桿體為進漿道，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應力方式
扭力扳手進行錨桿預應力和雙活塞空心柱千斤頂進行預應力。
采用扭力扳手進行錨桿預應力時，用扳手扭緊六角螺母，使錨桿體預應力。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，張拉力準確，但是較繁瑣。
?。ㄈ┲锌諠q殼張拉錨桿扭矩與預應力的關(guān)系
對于系統(tǒng)巖石錨桿，一般預應力＜150kN時，以扭力扳手進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與錨桿預緊力P的關(guān)系，根據(jù)圖1可確定錨桿預緊力P與所需要的扭力扳手扭矩G的大小值。
舉例說明如下：設計預應力的扭矩值為60kN錨桿，即預應力為60KN，當表格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，當扭矩達到G=580Nm值時，扳手會發(fā)出噠噠的聲音，指示扭矩達到制定值。即表達預緊力已經(jīng)達到預計值，張拉預應力完畢。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，需要快速進修封閉支護，由于中空錨桿的有些工序很復雜，費時費工，我們在工作中對其工序進行了改進，提高了施工效率，保證了廠房的順利開挖。
?。ㄒ唬┿@孔
錨桿鉆孔采用錨桿臺車、三臂鑿巖臺車、重型手風鉆或電動鉆機等鉆孔。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。
施鉆時鉆頭要對準巖壁上錨桿孔孔位標識下鉆，最大偏差≤50mm，開孔應用小功率緩慢鉆進，鉆進約50cm后，校正鉆孔方向，全功率鉆進。為了準確地控制鉆孔的角度，在施鉆時要由當班技術(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，當不成幾何倍數(shù)時，則在鉆桿上標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。
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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行沖洗。工作面較大時，可一邊鉆孔一邊洗孔。當孔內(nèi)不再有濁水流出時，結(jié)束沖洗，然后用壓力風槍將孔內(nèi)積水吹出孔外，為確保墊板與錨桿垂直，使預應力沿錨桿軸線方向施加，對孔口范圍內(nèi)局部參差不平應用水泥砂漿抹平。為使砂漿較快達到強度，可在砂漿中加一些相應的外加劑，如早強劑等，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)檢員復檢，復檢合格后報聯(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手風鉆通過沖擊與旋轉(zhuǎn)，使綁扎漲殼的鉛絲斷開，漲開漲殼，當錨桿不再旋轉(zhuǎn)時，漲殼與孔壁緊密的榫合在一起，即可施加預應力。
?。ㄎ澹╊A應力施加
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)整在預定的預應力值上，2～3個人共同施加預應力，當施工加值較高時，可采用加力桿，當扭力扳手的指針到達預設值時，說明預應力已經(jīng)達到了設計值。
（六）注漿
錨桿的張拉鎖定應快速注漿，注漿設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計要求。水平孔注漿自中空錨桿注進，孔內(nèi)空氣自墊板上的小孔排出，當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
錨桿張拉鎖定完成后，應組織人員適時觀測，每6t應檢查記錄一次應力錨桿周邊巖石的變化，若48t內(nèi)應力損失大，錨桿墊板松動，應及時補充張拉。
（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
?。ㄒ唬┦┕ぶ幸捎煤侠淼乃冶龋魹榱朔奖阕{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應力的強度。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散的效果。
?。ǘ┳{設備和注漿時的止?jié){要求。注漿設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，通過預應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應力錨桿的關(guān)鍵，在施工中是通過擰緊螺母由墊板給錨桿施加預應力，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散到周邊圍巖。
?。ㄋ模┮ＷC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，孔道不直，直接影響到錨桿的安裝和施加預應力。
?。ㄎ澹╊A應力的施加，要嚴格按照扭矩G與預應力P相對應值進行預應力。
?。q殼式中空預應力錨桿可以克服錨桿長度短、錨固力低的缺陷，采用注漿與預應力錨桿兩種不同性能支護的組合結(jié)構(gòu)。安裝方便，保證預應力施加能及時進行，從而提高施工進度。
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