趙應(yīng)文

(中鐵建大橋工程局集團第二工程有限公司，廣東 深圳518083)

1 概 述

1.1 漲殼式中空預(yù)應(yīng)力錨桿簡介

漲殼式中空預(yù)應(yīng)力錨桿由漲殼錨頭、桿體、墊板和螺帽組成。除此之外，若錨桿長度較長時還可有鏈接套進行連接。目前，經(jīng)常使用的漲殼式預(yù)應(yīng)力錨桿構(gòu)成基本類似，無非是漲殼錨頭不盡相同，但作用基本相同。本文選用錦屏二級水電站引水隧洞使用的某生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的EX 型漲殼式預(yù)應(yīng)力錨桿為例進行研究，如圖1。

圖1 EX 型漲殼式預(yù)應(yīng)力中空錨桿組成實物示意圖

1.2 錦屏二級水電站引水隧洞概況

錦屏二級水電站位于四川省涼山彝族自治州木里、鹽源、冕寧3 縣交界處的雅礱江干流錦屏大河彎上，是雅礱江干流上的重要梯級電站。錦屏二級水電站利用雅礱江下游河段150 km長大河彎的天然落差，通過長約16.67 km的引水隧洞，截彎取直，獲得水頭約310 m。電站總裝機容量4 800 MW，單機容量600 MW。工程樞紐主要由首部攔河閘、引水系統(tǒng)、尾部地下廠房3 大部分組成，為一低閘、長隧洞、大容量引水式電站。

錦屏二級水電站引水系統(tǒng)采用4 洞8 機布置形式，從進水口至上游調(diào)壓室的平均洞線長度約為16.67 km，中心距60 m，洞主軸線方位角為N58°W。引水隧洞立面為緩坡布置，底坡3.65‰，由進口底板高程1 618.00 m降至高程1 564.70 m與上游調(diào)壓室相接。引水隧洞洞群沿線上覆巖體一般埋深1 500 ～2 000 m，最大埋深約為2 525 m，具有埋深大、洞線長、洞徑大的特點。引水隧洞沿線以大理巖為主，從東至西主要巖性為:T2y6 灰黑色中薄層狀細晶大理巖、T2y5 黑色中細晶后層大理巖、T2y4 灰黑·灰白色云母條帶狀細晶大理巖、T2y6 灰黑色中薄層狀細晶大理巖、T2y6 灰黑色中薄層狀細晶大理巖、T2b 中厚層狀灰黑色大理巖夾薄層大理巖、T2b 中厚層狀灰白色中粗晶大理巖、T2b 灰白色厚層花斑狀粗晶大理巖等。區(qū)內(nèi)斷層、裂隙發(fā)育，其中6 km ～10 km為埋深最大，且以T2b 圍巖為主的地帶，巖爆頻繁，采用鉆爆法分上、下斷面臺階法開挖，錨噴支護。

在6 ～10 km強巖爆段，上斷面采用Φ32，L =6.0m 漲殼式中空預(yù)應(yīng)力錨桿，桿體延伸率≥16%，間排距1m×1m，M30 水泥砂漿注漿。錨桿距離開挖掌子面≤15 m。

2 漲殼式中空錨桿支護原理

漲殼式預(yù)應(yīng)力錨桿提供的抗剪力、抗拉力，以及錨桿的錨固力使將要滑動的巖塊得以穩(wěn)定，阻止層面的互相錯動。施工時，錨桿應(yīng)按與巖層層面垂直的方向設(shè)置。鉆爆法開挖后，原有應(yīng)力場遭到破壞，圍巖在臨空面作用下進行應(yīng)力重分布，由于隧洞埋深大，圍巖應(yīng)力較高，重分布帶來的圍巖應(yīng)變相應(yīng)變大，在達到巖石應(yīng)變極限情況下，可能發(fā)生巖爆;在圍巖軟弱地帶則可能形成坍塌、掉塊等擠壓破壞［1］。根據(jù)“新奧法”經(jīng)典理論，圍巖本身具有“自承”能力，若采用正確的設(shè)計施工方法，最大限度地發(fā)揮這種自承能力，即可以使得經(jīng)濟效果達到最佳。因此，在開挖后在圍巖由于應(yīng)力重分布引起松弛前進行及時的預(yù)應(yīng)力作為支護抗力，則可大大減小圍巖的松弛位移，減輕了圍巖的坍塌變形;同時，較大的延伸率又不會使錨桿產(chǎn)生斷裂，而是與圍巖的收斂同步變形。錨桿注漿將中空桿體及圍巖黏結(jié)成為整體，密室的漿液結(jié)實體使錨桿、圍巖的應(yīng)力傳遞更為緊密，基本達到同步傳遞的效果。

3 施工工藝

3.1 施工條件

引水隧洞漲殼式中空預(yù)應(yīng)力錨桿施工條件包括:必要的風、水、電，以及鉆孔機械、注漿機械、拌漿機械、預(yù)應(yīng)力施加設(shè)備等。施工環(huán)境條件包括足夠的照明條件、通風條件、經(jīng)防護的安全施工場地等。

3.2 施工機械

施工機具主要有鉆孔設(shè)備，注漿設(shè)備和加力設(shè)備。錨桿施工采用機械鉆孔、機械注漿，扭力扳手加力。錨桿鉆孔采用機械鉆孔，阿特拉斯三臂鑿巖臺車鉆孔，孔徑Φ76 mm。錨桿注漿采用砂漿注漿泵，注漿壓力0.3 MPa。錨桿加力采用扭力扳手人工加力80 kN。

3.3 施工工藝

1)錨桿鉆孔。錨桿鉆孔孔徑較大，需要Φ76 mm孔徑，必須采用扭矩較大的機械鉆孔，實踐中采用Atlas 生產(chǎn)的三臂臺車施工，鉆孔效率較高，但占用空間大，動力要求高。鉆孔后采用高壓風水沖洗孔內(nèi)沉渣，對塌孔洞段進行二次或多次掃孔。

2)錨桿安裝。先將漲殼錨固件(錨頭)拼裝好后安裝在錨桿端頭，再用鐵線將錨頭綁扎牢固，但不宜太過結(jié)實，防止錨頭無法正常張開錨固。將安裝好錨頭的錨桿插入錨孔，安裝好排氣管、錨墊板及止?jié){塞，然后用螺帽固定錨桿及墊板，至人力無法扭動為止。

3)錨桿加力。加力前對扭力扳手進行率定，率定合格后才能對錨桿加力。用扭力扳手對螺帽進行旋鈕至率定書上規(guī)定的加力標準時，達到80 kN預(yù)應(yīng)力。

4)錨桿注漿。加力完畢后采用低壓水泥砂漿泵注漿機進行注漿。注漿前先用高壓風沖洗孔內(nèi)確保桿體暢通。將經(jīng)過試驗配制的M30 水泥砂漿利用砂漿注漿機通過桿體注入孔內(nèi)，注漿至0.3 MPa壓力為止。

4 效果評價

效果評價如下:①漲殼式中空預(yù)應(yīng)力錨桿及時支護對圍巖的的松弛變形是有效的;②漲殼式中空預(yù)應(yīng)力錨桿施工簡單、方便，對施工條件要求寬松;③可以實現(xiàn)快速施工，比同類預(yù)應(yīng)力錨桿施工更為方便。

5 改進及發(fā)展方向

5.1 工藝的不足之處

有待改進之處主要有:①錨桿安裝后，通過鉆機旋轉(zhuǎn)摩擦使束縛其錨頭的鐵絲斷裂而使錨頭漲開有一定的失敗率，失敗后錨頭一般無法取出，同時該錨桿也可能失效無法加力。操作上也耗時耗力，不夠先進;②扭力扳手人工加力雖然解決了精確加力的目的，但加力效率低，拱頂?shù)歉卟课皇┕ふ加每臻g大。

5.2 發(fā)展及改進

根據(jù)工程實踐，建議在以后的發(fā)展中，漲殼式中空預(yù)應(yīng)力錨桿應(yīng)該注意如下方面的改進:①耐腐蝕桿體材料的開發(fā)，使錨桿適用范圍進一步拓寬;②錨頭的固定方式應(yīng)該進行必要的優(yōu)化，使工藝上更為科學(xué)、可靠;③開發(fā)更為有效的加力設(shè)備、張拉設(shè)備，如動力便攜式加力設(shè)備;④支護后發(fā)生巖爆劈裂破壞后如何利用已支護的錨桿進行加固?應(yīng)進一步研究。

［1］馮夏庭，張傳慶，陳炳瑞，等. 巖爆孕育過程的動態(tài)調(diào)控［J］. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2012，31(10):1983 －1997.