閉少剛，陳波汲

(中國水利水電第七工程局成都水電建設工程有限公司，成都，611130)

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猴子巖電站地下廠房對穿預應力錨索孔斜控制施工技術

閉少剛，陳波汲

(中國水利水電第七工程局成都水電建設工程有限公司，成都，611130)

針對猴子巖水電站地下廠房地質條件復雜，錨索施工過程中易出現造孔困難，孔斜超標的現象，經施工單位深入研究，對不同的地層采取嚴格的孔斜控制措施，不斷改進控制辦法，基本解決了對穿錨索造孔孔斜控制的技術問題，滿足了設計要求，并積累了對穿錨索孔斜控制施工的經驗。

地下廠房 對穿預應力錨索 孔斜控制施工技術 猴子巖水電站

1 工程概況

猴子巖水電站位于四川省甘孜藏族自治州康定縣境內，是大渡河干流水電規(guī)劃調整推薦22級開發(fā)方案的第9個梯級電站。電站樞紐建筑物主要由攔河壩、兩岸泄洪及放空建筑物、右岸首部式地下引水發(fā)電系統(tǒng)等組成。攔河壩為混凝土面板堆石壩，最大壩高223.50m；引水發(fā)電系統(tǒng)布置于大渡河右岸，采用首部式地下廠房，電站裝機容量1700MW(4×425MW)。

發(fā)電廠房布置于大渡河右岸略靠壩軸線上游山體內，廠房縱軸線方向為N61°W，廠房左上角距壩軸線鉛直面約100m，順壩軸線方向距右壩肩約200m。廠房最小垂直埋深約380m，最小水平埋深約250m。主廠房尺寸219.5m×29.2m×68.7m(長×寬×高)，主變室尺寸139m×18.8m×25.2m(長×寬×高)，尾調室尺寸140.5m×23.5m×75.0m(長×寬×高)；三大洞室平行布置，尾水調壓室中心線和廠房頂拱中心線間距為134.9m，主變室與廠房和尾水調壓室間巖柱厚度分別為45.0m和44.75m。

地下廠房布置于泥盆系下統(tǒng)(D11)第⑨層厚～巨厚層狀，局部薄～中厚層狀微風化～新鮮的白云質灰?guī)r、變質灰?guī)r內，巖石堅硬，巖體完整，圍巖分類為Ⅱ～Ⅲ1類，考慮地下廠房位于高地應力區(qū)，相應圍巖降類后，總體以Ⅲ1類為主，成洞條件較好。廠房軸線與最大主應力方向夾角較小，與主要結構面夾角較大，有利于圍巖穩(wěn)定；廠區(qū)巖體受次級小斷層、擠壓破碎帶及節(jié)理裂隙切割，存在不利組合塊體，對局部圍巖穩(wěn)定不利，需采取支護處理措施。廠區(qū)地下水不豐，以滲滴水為主，施工中應注意沿斷層及擠壓破碎帶可能存在的突水、突泥問題，需加強抽排水處理措施。廠房埋深較大，水庫蓄水后，外水壓力將會升高，應考慮外水壓力的不利影響，需采取排水減壓措施。深埋洞室地下水為Ca2+～SO42-型水，對普通水泥具結晶類硫酸鹽型中等腐蝕，應有抗硫酸腐蝕措施。廠區(qū)處于高地應力區(qū)，施工中應重視巖爆的預防處理措施；施工時應及時進行有害氣體的檢測，并加強通風等措施。此外，對于洞室交叉處、緊鄰洞室間巖柱等應力集中部位巖體，應進行及時有效的保護措施。

2 對穿預應力錨索設計及孔斜技術要求

2.1 對穿錨索設計參數及結構

表1 對穿預應力錨索設計參數統(tǒng)計

對穿錨索采用公稱直徑φ15.20mm，強度為1860MPa的低松弛高強度無粘結鋼絞線。施工前對鋼絞線材質和力學性能進行檢驗，鋼絞線的破斷負荷270kN。

2.2 對穿錨索束體結構

對穿錨索束體的細部結構見圖1所示。

圖1 廠房對穿錨索結構示意

2.3 對穿錨索孔斜技術要求

(1)開孔位置偏差不得大于10cm；

(2)終孔孔軸偏差不得大于孔深的2%；

(3)鉆孔完成后，沖洗干凈，保證孔內清潔。

3 對穿錨索的鉆孔施工技術

3.1 鉆孔施工設備

根據地下廠房系統(tǒng)工程地質條件，對穿預應力錨索施工鉆孔設備主要采用輕型錨固鉆機，直接利用潛孔錘風動沖擊回轉鉆進技術鉆孔。沖擊器采用φ122mm，配帶φ165mm鉆頭進行鉆孔。錨索孔鉆孔相關配置及鉆進使用參數見表2。

表2 輕型錨固鉆機鉆進設備及參數一覽

3.2 對穿錨索孔定位

3.2.1 根據設計藍圖對穿錨索孔位要求，通知測量隊采用經緯儀放出孔位，并用紅油漆標示，同時測放鉆孔方位后視點，在鉆孔排架上做好標識。

3.2.2 鉆機安裝校正及固定，錨索孔位通過測量確定好之后，錨固鉆機通過導鏈人工搬運到錨索高程附近的排架通道上；再通過導鏈人工在鋪滿木板的通道上移動鉆機至錨索開孔位置。通過測量放點，利用兩根順著錨索方位和傾角的架管與排架立桿鎖定，再進行加固；鉆機通過葫蘆導鏈吊運到架管上，初步固定后，再次利用全站儀校核錨索方位角和傾角，完全滿足要求后固定牢固，開始鉆進。

3.3 鉆孔工藝參數

廠房2500kN、3000kN對穿錨索孔深分別為45m、46.7m，鉆孔孔徑均采用φ165mm。鉆進參數控制：①風量(15～17)m3/min；②風壓大于1.0MPa(與沖擊器性能有密切關系)；③鉆壓適當，推薦為(200～500)kg/cm2；④轉速(15～30)r/min。并根據巖層情況調整鉆進參數，以使在不同巖層條件、不同結構面影響下獲得較好的鉆孔偏斜控制效果。

4 對穿錨索鉆孔孔斜控制措施

廠房與主變室之間對穿錨索，在前期40束對穿錨索中出現了較大的孔斜偏差，最大偏差達到5.33%，有35%孔不滿足設計要求，需要重新造孔施工，增加了施工成本。

表3 前期對穿錨索孔斜檢測結果成果

4.1 對穿錨索孔斜偏差原因

經過對孔斜超標的原因進行分析，主要存在以下問題：

(1)操作人員培訓不足，責任心差，人員變動頻繁，熟練操作手少；

(2)錨索施工排架未按要求搭設和加固；

(3)開孔角度、方位角未采用全站儀進行方位角控制、羅盤進行傾角控制，鉆進過程中未采用羅盤進行傾角校正或控制不足；

(4)鉆機、鉆具未擇優(yōu)選用及鉆機性能的穩(wěn)定性差；

(5)地層發(fā)育有次級小斷層、擠壓破碎帶，呈板狀碎裂結構，軟硬不均；

(6)鉆具未配置扶正器或配置不合理；

(7)淺層支護已經施工完成的錨桿、錨筋束對鉆孔的影響；

(8)對穿錨索孔斜控制措施不完善。

4.2 孔斜控制措施

4.2.1 加強操作人員技能培訓，提高人員操作水平及責任心，加強對質檢員及作業(yè)人員的技術交底、詳細講解孔斜原因、控制措施、施工技術要求，提高對孔斜質量的認識。

4.2.2 完善錨固鉆機人機一體化管理體系，加強對穿錨索鉆孔質量控制。將投入到廠房進行預應力錨索施工的錨固鉆機分作業(yè)機班組統(tǒng)一編號，并比選競聘愛崗、敬業(yè)、操作技能水平高的技術工人作為鉆機責任人。對鉆機編號并追蹤建檔管理，重點統(tǒng)計、分析鉆機造孔質量控制情況，并定期進行總結，尋找提高鉆孔精度、防止鉆孔偏斜的有效措施和手段。

4.2.3 錨索鉆孔開鉆前需要進行測量放線，以確定鉆孔位置。當鉆機穩(wěn)機就位后，由施鉆人員提出開孔申請，填寫好開孔申請單并按技術要求進行鉆孔的高程與樁號、傾角、方位角量測。施鉆人員利用地質羅盤、自制三角重錘儀及全站儀等工器具進行上述鉆孔參數的量測，同時仔細檢查鉆機的穩(wěn)定程度，確保鉆機架設平穩(wěn)、鉆進方向準確。

4.2.4 錨索開孔鉆遇巖面不平易造成鉆孔開孔段偏斜，開孔前應利用沖擊器盡量將孔位巖面修平。開孔時沖擊器盡量不回轉或輕微回轉，待進尺10cm左右后再使沖擊器正?；剞D；進尺至30cm左右時，重新校核鉆具軸線，檢測鉆孔傾角及方位角是否符合設計要求。

4.2.5 開孔嚴格控制鉆具的傾角及方位角，當鉆進30m后校核角度，在鉆進中及時測量孔斜并采用扶正器、導正加強肋及時糾偏。通過對鉆桿撓度、鉆孔彎曲度的計算，結合巖石力學指標，確定扶正裝置在孔內的安裝間距，即10m～15m安裝一組，鉆進40m左右進行孔內提鉆強力排碴吹孔。錨索孔終孔后為保證錨索孔成孔質量，及時采用全站儀對孔底坐標進行校核驗收。

4.2.6 根據鉆機性能參數，優(yōu)化選擇與配置鉆孔設備，以滿足在復雜地質條件下大孔徑、深孔的作業(yè)能力，如90型鉆機，針對地層特點、鉆孔參數進行鉆桿及沖擊器的配置，輕型錨固鉆機配置φ89mm鉆桿、φ122mm沖擊器等粗徑鉆具來增大剛度、減少偏心，以減少或預防鉆孔偏斜。在選擇鉆進參數時，也根據地層的實際情況，分別采用高頻低沖擊功作業(yè)參數、適合的給進壓力、給進速度及供風量，以減少對鉆孔周邊巖層的擾動，控制進尺速度，避免塌孔、掉塊而引起的鉆孔偏斜或孔內事故，也可及時發(fā)現漏風等現象，避免埋鉆的發(fā)生。

4.2.7 優(yōu)選鉆具組合，增強鉆桿、沖擊器的剛度，減少因鉆孔較深而使鉆桿在孔內產生撓度過大，并按一定的間隔距離，增設扶正裝置，禁止使用磨損過度的鉆頭、扶正器，禁止新舊鉆頭扶正器混合使用。

4.2.8 在沖擊器與鉆桿連接部位增設耐磨球齒合金，同時增設反吹裝置，以減少孔內積碴或卡鉆造成鉆孔偏斜。

4.2.9 鉆孔施工過程中在沖擊器尾部設置主導正器，導正器最大直徑小于鉆頭直徑5mm左右。導正器選用肋骨式導正器，采用現場制作，三根肋骨呈品字形布置，肋骨采用合適直徑的螺紋鋼制作，長度為10cm～15cm。

4.2.10 鉆孔施工過程中，在鉆桿合適位置加入副導正器，保證鉆桿處于鉆孔中部，以減少由此造成的鉆孔偏斜問題。副導正器按20m～30m設置一個。當副導正器選用肋骨式時，注意其直徑大于鉆桿直徑10m～20mm即可，不得過大，導致鉆孔時摩阻過大。

5 孔斜控制效果

主副廠房與主變室之間1706.00m、1710.00m高程以上80束對穿錨索施工，采用經緯儀進行孔偏斜率檢測統(tǒng)計，檢測結果見表4。

表4 對穿錨索孔斜檢測成果

從表4中孔斜統(tǒng)計數據分析，最大孔斜偏差為2.31%，最小孔斜偏差為0.05%，平均孔斜偏差為0.52%，孔斜得到較好的控制，提高了對穿錨索一次驗收合格率，取得較好效果。但仍存在孔斜偏差超過2%的情況，主要原因為：主廠房下游邊墻巖體受次級小斷層、擠壓破碎帶及節(jié)理裂隙切割，錨索孔鉆進過程中，高壓風漏失，破碎的巖粉屑及巖塊不易排出，從而使沖擊器及鉆桿的運行軌跡受到影響，并非如通常想象的那樣處于鉆孔中心部位，導致部分錨索鉆孔產生施工中常見的“順層跑”情形，造成孔斜偏差。

6 結語

猴子巖水電站廠房系統(tǒng)對穿錨索施工已完工，根據錨索測力計、多點位移計、錨桿應力計監(jiān)測數據表明，主廠房和主變室之間圍巖是穩(wěn)定的，廠房對穿錨索施工質量總體情況良好。其主要經驗總結如下：

(1)開孔前及時通知項目部測量人員對錨索孔位、方位角、傾角進行放樣，并全程進行跟蹤，保證錨索開孔孔位及鉆孔方位角的準確性；

(2)鉆孔排架搭設到位后通知現場技術人員進行驗收；

(3)鉆進過程中如發(fā)現排架及鉆機有松動跡象及時停鉆進行檢查、加固。加固完成后對排架和鉆機方位角、傾角進行校核無誤方才繼續(xù)鉆進；

(4)在鉆孔過程遇巖體破碎帶、小斷層等難以鉆進時，立即停止鉆進，在鉆桿上焊接肋骨增強扶正；在沖擊器上蓋頭前鑲焊硬質合金耐磨塊；采用反吹裝置、加長加粗鉆具及鉆桿，同時掌握好吹孔與掃孔時間；

(5)研究制作扶正器及反吹裝置。通過多次現場施工試驗，鉆孔施工過程中在沖擊器尾部設置主扶正器，在鉆桿合適位置設置副扶正器，并在后續(xù)的鉆進過程中每10m～15m均加一個副扶正器，能有效保證錨索成孔孔斜及質量。

〔1〕關寶樹.隧道工程施工要點集[M].北京:人民交通出版社，2003.

〔2〕蔡勝華，黃智勇，董建軍等.注漿法[M].北京：中國水利水電出版社，2006.

〔3〕馬國彥，常振華.巖體灌漿排水錨固理論與實踐[M].北京：中國水利水電出版社，2003.

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2095-1809(2015)05-0070-04

閉少剛(1984-)，男，四川眉山市人，助理工程師，從事水力水電施工技術管理工作；

陳波汲(1988-)，男，四川渠縣人，助理工程師，從事水力水電施工技術管理工作。