地下洞室顶拱预应力锚索快速施工技术李世春

地下洞室顶拱预应力锚索快速施工技术

李世春，王浩

（中国水利水电第十四工程局有限公司，云南昆明　６５００４１）

摘　要：地下洞室预应力锚索施工的技术含量高，工序繁多、复杂，特别是顶拱的预应力锚索施工难度大，所需时间长，质量要求高，预应力锚索的施工成为影响施工进度的重要因素之一。因此，研究如何在保证施工质量及控制成本的前提下，实现地下洞室顶拱预应力锚索的快速施工，有着十分重要的现实意义。依托鲁地拉地下厂房系统工程，通过选择合适的锚索结构形式、优化锚固浆体的配合比、选择先进的钻孔设备、采用实用的锚索安装方法等手段，成功的实现了地下洞室顶拱预应力锚索的快速施工，对缩短工期、减少资源投入、减少施工成本等有着重要的意义。

关键词：地下洞室；顶拱；预应力锚索；快速施工

中图分类号：ＴＶ５５４．＋１３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００６－３９５１（２０１２）０６－００１８－０３

ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－３９５１．２０１２．０６．００６

１　概述

鲁地拉水电站工程是金沙江中游河段梯级开发的第七级电站，上接龙开口水电站，下接观音岩水电站。电站以发电为主，兼有水土保持、库区航运、旅游等综合效益的水利水电枢纽工程。电站属大（Ⅰ）型一等工程，主要建筑物为１级，次要建筑物为３级。枢纽主要建筑物由碾压混凝土重力坝、右岸地下厂房、泄洪表孔、底孔等建筑物组成。水库正常蓄水位为１　２２３．０ｍ，总库容为１７．１８×１０８　ｍ３，右岸地下厂房安装６台３６０ＭＷ水轮发电机组，总装机容量为２　１６０ＭＷ。

鲁地拉地下厂房系统工程在主厂房、主变室及尾水调压室顶拱共布置了２０７束１　５００ｋＮ，Ｌ＝２０ｍ，间排距为４．５ｍ的无粘结型端头预应力锚索，其中主厂房顶拱１１８束，主变室顶拱４３束，尾水调压室顶拱４６束。鲁地拉地下厂房系统工程洞室顶拱的预应力锚索工程量大，而预应力锚索的结构复杂，工序繁多，施工难度大，质量要求高，施工所需要的时间长，地下洞室顶拱预应力锚索的施工成为影响

施工进度的重要因素之一。因此，研究如何通过相应的施工技术手段，加快其施工进度，有效的缩短工期，同时保证施工质量与安全有着重要的意义。

２　地下洞室顶拱预应力锚索快速施工技术

２．１　预应力锚索的基本组成构件

鲁地拉地下厂房系统工程洞室顶拱预应力锚索为无粘结型端头锚索，预应力锚索均由锚索束体（简称束体）、外锚头和锚固孔（简称锚孔）３个基本构件组成。详见图１。

束体是采用钢绞线按一定方式编制而成，其下端与锚孔底部固结，上端与外锚头相连，中间部分起到产生并传递预应力的作用。

外锚头—保持预应力并向被加固体传递预应力，由锚具、墩座以及部分束体等组成。

锚孔—起安放、固定束体，控制施工方向的作用，采用机械钻凿方法在岩体中成型。

预应力锚索束体在预应力锚索中起着关键性作用，依照它的不同部位实际所发挥的功能，

可将其划

＊收稿日期：２０１２－１０－０８

作者简介：李世春（１９７６－），男，云南云县人，工程师，从事水利水电工程施工技术工作。

分成３大段：内锚段（锚固段）、自由段和外锚段（外锚固段）。

内锚段：是指束体下端最先与孔壁固结在一起的部分。它与锚固浆体以及锚孔下部共同组成预应力锚索的内持力端（也称为锚固体），担负着对锚索所承受的集中荷载扩散传入稳定介质中的关键作用。

自由段：是产生预应力的源头。指束体中能自由伸长并产生预应力的部分；预锚锁定后指内锚段上端至工作锚具间的这一段束体。

外锚段：是指伸出工作锚板外，可供千斤顶张拉、建立预应力的那部分束体。建立预应力后，此段束体大部分将被切除，只有很小的一段将与工作锚板、锚墩等共同组成预应力锚索的外持力端。２．２　地下洞室顶拱预应力锚索施工的特点

随着越来越多大型地下工程的建设，预应力锚索的应用越来越多，预应力锚索的作用越来越突出。地下洞室预应力锚索施工的特点越来越值得关注，以便能针对地下洞室预应力锚索施工的特点，制定相应的预应力锚索施工方案，以满足施工进度、质量要求，并达到经济的目的。通过考查目前已施工或正在施工的地下洞室，得出地下洞室顶拱预应力锚索施工具有以下几个明显的特点。

１）预应力锚索的工程量越来越大，工期越来越紧。随着地下洞室规模越来越大，地质条件越来越复杂，所使用的预应力锚索支护工程量也越来越大；而在另一方面，越来越多的工程工期越来越紧，地下洞室施工条件复杂，工序干扰大，施工难度大，预应力锚索施工又必须跟进开挖适时进行。所以，预应力锚索施工进度、强度制约着地下洞室施工总进度，往往是工程的关键线路。

２）预应力锚索施工程序复杂，施工难度大。预应力锚索的施工一般都需要经过造孔→锚索制作及安装→锚墩施工→注浆→张拉→锚头保护等程序，其施工程序复杂，占用时间长，施工难度大，技术含量高。其中难度最大的是造孔、锚索安装、锚墩施工等几项工序，特别是顶拱预应力锚索，由于其索体重量大，由下往上安装难度大。

３）预应力锚索吨位大，孔深，孔径大，钻孔难度大，工程造价高。在地下洞室中，预应力锚索的吨位较大，一般均是１　０００ｋＮ以上，钻孔直径一般在１００～１８０ｍｍ之间，孔深一般超过１５ｍ，由此带来钻孔难度大，相应的工程造价也高。

２．３　影响预应力锚索施工进度的因素

针对地下洞室顶拱预应力锚索施工的特点，以及预应力锚索自身结构特点，对影响预应力锚索施工的因素进行分析，总结出影响地下洞室顶拱预应力锚索施工进度的主要因素主要有以下几个方面：１）预应力锚索的结构形式影响预应力锚索施工进度。预应力锚索的结构形式直接影响着施工程序及工艺，不同的施工程序及工艺所用的时间是不同的，特别是锚墩，采用不同的形式所需要的时间有着很大的差异。

２）锚固浆体的配合比影响预应力锚索施工进度。预应力锚索的注浆后，须待浆液满足强度要求后才能进行张拉锁定，因此锚固浆体的配合比必须着重考虑这一因素。

３）钻孔是预应力锚索施工的重要工序，所用时间较长，造孔的进度直接影响着预应力锚索的施工进度。

４）锚索安装影响预应力锚索的施工进度。由于锚索质量大，要从下往上将索体送入孔中难度大将严重影响预应力。

２．４　地下洞室顶拱预应力锚索快速施工方法针对影响预应力锚索施工进度的因素，采取行之有效的技术措施、方法，是实现地下洞室顶拱预应力锚索快速施工的重要手段，因此下面就逐一阐述针对预应力锚索各工序的快速施工的方法、技术。２．４．１　选择合适的锚索结构形式

鲁地拉电站地下洞室预应力锚索均采用了无粘结（自由式）锚索，锚墩采用了钢锚墩的形式，每个钢锚墩由３块４ｃｍ厚的钢板组成。该结构对预应力锚索的快速施工起到了重要作用，一方面较采用传统混凝土锚墩的预应力锚索来说，减少了混凝土锚墩的养护时间，为实现预应力锚索的快速施工奠定了基础；另一方面，在地下洞室顶拱中，混凝土锚墩施工的难度极大，且混凝土锚墩质量难以保证，因此在顶拱预应力锚索施工中该结构形式的优化最为突出。

在鲁地拉地下厂房系统顶拱预应力锚索施工过程中，由于前期锚墩采用圆形结构，加工较为困难，且材料浪费较大，后期经过调整将圆形结构调整为方型结构，该结构的锚墩加工速度快、施工方法简单、安装快捷，大大加快了地下洞室顶拱预应力锚索的施工速度。

２．４．２　优化锚固浆体的配合比

为了满足鲁地拉地下厂房系统地下洞室工期较紧的现状，根据鲁地拉水电站地下洞室锚索施工技

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