巴基斯坦Neelum-Jhelum水电工程地下厂房双层防护预应力锚杆施工技术应用

　　摘要：Neelum-Jhelum水电工程位于巴基斯坦AzadJammuKashmir州的Muzaffarabad区，海拔约600～1100m。属引水式电站，总装机容量96.3万kW。永久建筑物主要由右岸导流隧洞、混凝土重力坝、左岸进水口和沉砂池、引水隧洞、调压井和地下厂房等组成，其中主厂房长约137m，最大开挖跨度26m，最高开挖高度53m。
　　关键词：双层防护，预应力锚杆，地下厂房，施工应用
　　1.工程概况
　　Neelum-Jhelum水电工程的地下厂房布置在电站河流流域主干的支流Agar-Nullah右岸山体内，水平埋深600m～700m，垂直埋深约400m～500m，轴线NE80°。整个洞室位于沉积岩内，岩性以砂岩和泥岩为主，岩层走向为NW，倾向为SW，有两条发育剪切破碎带，为顺层发育。
　　2.难点分析
　　相对国内水电工程地下厂房，本工程的地下厂房尺寸跨度不算特别大，但处于地震多发区，地质条件却比较复杂，是其施工难点。因洞室围岩以砂岩为主，且埋深最高500m，在高应力条件下易发生脆性破坏，同时由于砂岩岩层中所含地下水丰富，开挖易遭遇大渗水，并侵蚀开挖后裸露的泥岩发生塌方；两条剪切破碎带为顺层发育，是影响洞室稳定性的主要因素。为此，厂房支护中密集地使用大荷载预应力锚杆，并且尽可能紧跟开挖面（预应力锚杆落后开挖面不超过10m），以有效地控制开挖后的收敛，减小洞室塑性变形范围。
　　3.预应力锚杆施工方案
　　3.1预应力锚杆支护方案
　　本工程厂房系统洞室预应力锚杆长10m，矩形布置，间排距一般为5.0m×5.0m，局部围岩较差部位减小至4.0m×4.0m。
　　3.2杆体结构
　　预应力锚杆主要由镀锌精扎螺纹钢筋、热缩套管、连接器等部件组成，详见图1。
　　
　　1.导向帽2.波纹管3.对中架4.连接器5.镀锌精扎螺纹钢筋6.排气管7.热缩套管
　　8.止浆器9.垫板10.球形螺母11.螺母12.保护罩13.防腐油脂14.连接套管
　　图1预应力锚杆杆体结构图
　　4.施工工艺
　　预应力锚杆施工工艺流程见下图
　　图2预应力锚杆施工工艺流程图
　　4.1钻孔
　　预应力锚杆孔道直径为130mm，孔深分别10m，钻孔设备以锚索钻机为主，辅以三臂台车或SD-100E型钻机。施工利用常规支护使用的移动式自制平台车，对部分位置或用48mm钢管搭设施工平台。排架下部基础要完整、坚实，并用锚筋与基础、岩壁连接牢固。孔位及钻孔方位用全站仪测定、控制，钻孔倾角由地质罗盘测定。机位调整好后，再将钻机与排架固定牢靠。开孔前复测钻机定位参数（孔向、孔位、孔斜、孔径和孔深），孔钻采用低转速、低压推进，进尺约50cm时，再次校核孔向及施工平台，过程测控，及时调整加固。钻孔结束后，采用高压风、水冲洗孔道，确保孔内清洁干净。钻进过程中，若出现不回风（水）、不返碴、塌孔、卡钻现象或因地质条件复杂节理裂隙发育，渗水量较大及岩石破碎等情况，进行注浆固结处理，待处理完毕再次进行造孔作业。孔道经检查合格后，临时做好孔口封闭保护。
　　4.2预应力锚杆制作
　　预应力锚杆的制作流程见下图。
　　图3预应力锚杆的制作流程图
　　钢筋杆体按10m组合进行组装，组装时的连接器的旋合长度两端一致。锚杆自由段钢筋上均匀涂抹一层防腐油脂，然后套入热缩套管并使其收缩至最小尺寸，在锚固段端缠上防水密封胶带4~5圈左右，整个自由段两端均用小热缩套管进行收紧。导向帽与波纹管安装时，采取水泥堵住波纹管与导向帽之间的空隙；灌注环氧浆材时，波纹管保持与水平面尽量大的夹角，以保证环氧浆体能有效粘结波纹管与导向帽之间的空隙。环氧浆体的凝固至少需要24小时。止浆器注环氧前先将钢筋与止浆器的间隙用水泥封堵，环氧浆材搅拌好后，灌止浆器内，静置至少24小时，待环氧凝固后，进行下一步操作。用铁丝将止浆袋两端绑紧在止浆器上，在止浆袋靠近孔口端割出一个小口，以刚好放入止浆管为准，同样用铁丝把止浆袋与止浆管绑扎牢固。将装配好的钢筋安装入波纹管内，波纹管套入止浆器内，绑扎牢固。
　　4.3预应力锚杆运输
　　因本工程所采用的锚索长度较小，重量不大，制作好的锚索采用5t平板车从加工车间运送至施工现场，再由人工搬运上施工平台。
　　4.4预应力锚杆安装
　　锚索采用人工配合手动葫芦安装，安装前对杆体先进行详细检查，确保防护层、配件完好。锚杆安放平顺，孔口安装注浆器，等待注浆。
　　4.5预应力锚杆注浆
　　注浆采用一次性灌浆法。灌浆之前，先检查管道是否通畅和阻浆系统的密封性。使用高速搅拌机拌制水泥砂浆，从灌浆管一次自下而上连续缓慢灌注浆液，排气管兼回浆管返浆，灌浆压力为0.3-0.5MPa。
　　灌浆结束标准为灌浆量大于理论吸浆量，并且回浆量比重不小于进浆量，同时稳压20分钟后，孔内不再吸浆。
　　4.6锚墩制作
　　锚墩包括钢垫板和混凝土两部分，钢垫板尺寸30cm×30cm×2cm，锚墩混凝土设计强度为C35。锚墩进行现场浇筑，浇筑前将将钢垫板固定在锚墩钢筋上，方向与锚孔方向一致，钢垫板与锚杆孔倾角方向垂直，摆放平整，尤其是在锚孔周围，仔细振捣，以保证质量。
　　4.7预应力锚杆张拉
　　本工程所有的预应力锚杆均需进行张拉验收试验，验收荷载采用英国规范BS8081，取锚杆体的极限荷载的75%，经试验确定为620kN，完成验收试验后，再进行张拉锁定，锁定荷载设计为220kN，每根锚杆超张拉10%，以保证质量，具体张拉程序步骤见下表。
　　表1预应力锚杆张拉程序一览表
　　程序 张拉荷载（kN） 说明
　　步骤1 62 张拉预紧，取验收荷载的10%，稳定15分钟后记录拉伸值。
　　步骤2 186 张拉至验收荷载的30%，稳定5分钟后记录拉伸值。
　　步骤3 310 张拉至验收荷载的50%，稳定5分钟后记录拉伸值。
　　步骤4 434 张拉至验收荷载的70%，稳定5分钟后记录拉伸值。
　　步骤5 558 张拉至验收荷载的90%，稳定5分钟后记录拉伸值。
　　步骤6 620 张拉至验收荷载的100%，稳定15分钟，每5分钟记录1次拉伸值。
　　步骤7 558 卸载至验收荷载的90%，稳定5分钟后记录拉伸值。
　　步骤8 434 卸载至验收荷载的70%，稳定5分钟后记录拉伸值。
　　步骤9 310 卸载至验收荷载的50%，稳定5分钟后记录拉伸值。
　　步骤10 186 卸载至验收荷载的30%，稳定5分钟后记录拉伸值。
　　步骤11 62 卸载至验收荷载的10%，稳定5分钟后记录拉伸值，分析拉伸值，验收锚杆。
　　步骤12 110 张拉至锁定荷载的50%，稳定5分钟后记录拉伸值。
　　步骤13 154 张拉至锁定荷载的70%，稳定5分钟后记录拉伸值。
　　步骤14 220 张拉至锁定荷载的100%，稳定5分钟后记录拉伸值。
　　步骤15 242 张拉至锁定荷载的110%，稳定5分钟后记录拉伸值，锁定锚杆。
　　
　　张拉设备为一台YDC240QX-200千斤顶和一台YCW100B千斤顶，并有一台YCW250B千斤顶备用。张拉前先进行张拉设备的配套率定，当注浆体达到预计强度后进行张拉，先将杆体外露部分清洗干净，安装好螺母，张拉千斤顶的轴线必须与杆体轴线一致。张拉时，加载速率保持平缓，速率控制在设计预应力值10%/min左右，卸荷载速率控制在设计预应力的20%/min。
　　在张拉时，采用张拉力与杆体伸长值双值校核来综合控制锚杆应力。张拉力由率定的液压油表控制；杆体伸长值使用如下公式进行理论计算：
　　——锚杆伸长值，mm；
　　L——预应力锚杆从张拉端至计算截面的孔道长度，6850mm；
　　E——预应力锚杆弹性模量，2.0×105MPa；
　　A——预应力锚杆的截面积，804.2mm2；
　　P——预应力锚杆的平均张拉力。
　　通过验收试验记录下的拉伸值，计算出弹性变形拉伸值和塑性变形拉伸值，要求弹形变性拉伸值与理论拉伸值偏差小于10%，以确保锚杆应力满足设计要求。
　　4.8封锚
　　预应力锚杆锚头安装保护罩防护，保护罩采用镀锌钢板加工制成，使用螺帽固定在锚墩上，保护罩内锚杆部件涂防腐油脂，最后喷混凝土10cm封闭。
　　5结语
　　本工程的地下厂房洞室在不稳定的地质条件下，采用高强度、耐腐蚀（钢筋预应力锚杆钢筋镀锌、波纹管双层防护）的预应力锚杆，在开挖过程跟进密集支护，稳定了围岩，确保了施工安全，并为电站的长久运行提供可靠的保障。

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