花管錨樁在沙灣電站引水隧洞圍巖變形中的應(yīng)用

楊軍船

(甘肅信爾達(dá)工程試驗檢測有限公司，甘肅 蘭州 730030）

1 工程概況

沙灣水電站工程位于甘肅省白龍江干流宕昌縣境內(nèi)，樞紐上距兩河口鄉(xiāng)11km，上游已有修建的石門坪電站。壩址距宕昌縣縣城70km,距隴南市武都區(qū)約50km,壩址左岸有國道212 線通過，對外交通便利。工程主要任務(wù)是發(fā)電，樞紐主要建筑物由閘壩及引水發(fā)電建筑物等組成。樞紐正常蓄水位1189.5m,電站設(shè)計水頭29m,設(shè)計引水流量202.5 m3/s,電站裝機(jī)容量51MW,多年平均發(fā)電量2.043 億kW.h，年利用小時數(shù)4006h。根據(jù)《水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計安全標(biāo)準(zhǔn)》(DL5180-2003) 的有關(guān)規(guī)定,工程規(guī)模為三等中型工程,主要建筑物為3 級，次要建筑物為4 級，臨時建筑物為5 級,工程區(qū)地震設(shè)防烈度為Ⅷ級。引水隧洞為有壓引水隧洞，全長4923.4m（進(jìn)水口至調(diào)壓井中心）,隧洞設(shè)計為圓形斷面，支護(hù)型式采用鋼筋混凝土全斷面襯砌，襯砌洞徑為8.4m。

2 工程地質(zhì)

引水隧洞布置于右岸山體中，沿線地形較起伏，為中高山地貌，山體基巖大部分裸露，岸坡陡峭，相對高差100～300m，山體完整性較好，沿線沖溝較為發(fā)育，除巴楞溝外，其余沖溝溝底距離洞室大于80m，大部分溝底基巖裸露。

引水隧洞所經(jīng)過的圍巖巖性有第四系全新統(tǒng)洪積碎石土層（Q4ql）、泥盆系中統(tǒng)（D2）灰?guī)r、砂巖、碳質(zhì)板巖及志留系下統(tǒng)（Sl）的板巖、灰?guī)r，千枚巖等。見表1。

表1 隧洞圍巖分類一覽

3 花管錨樁的適用環(huán)境

沙灣電站引水隧洞由于圍巖松散，受山體應(yīng)力的影響，導(dǎo)致隧洞在進(jìn)行完一次支護(hù)后仍然存在嚴(yán)重的圍巖變形，給隧洞內(nèi)的安全施工和隧洞今后的安全運行造成很大的安全隱患。其中引水隧洞樁號（0+983～1+097）圍巖類型為Ⅳ～Ⅴ類圍巖，在開挖時完全按照“新奧法”的施工理念進(jìn)行短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)的施工方法進(jìn)行的施工，開挖時每次進(jìn)尺深度控制在1.0～1.5m 分三個臺階。采用I24 工字鋼制作鋼拱架進(jìn)行全斷面支護(hù)，鋼拱架用6m 長錨桿固定，噴射C20 混凝土進(jìn)行一次支護(hù)。在一次支護(hù)后，通過隧洞的變形觀測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，隧洞存在嚴(yán)重的變形，變形部位分別處于拱頂和腰線以上。通過對變形部位的觀察發(fā)現(xiàn)鋼拱架及錨桿都以被嚴(yán)重的損壞，考慮到直接灌漿會造成鋼拱架的荷載過大導(dǎo)致塌方。為了控制隧洞的進(jìn)一步變形，隨后采用了打花管錨樁的方法對變形段進(jìn)行了處理，最終變形得到了有效的控制，保證了錨樁固體的可靠性，取得了良好的支護(hù)效果及較佳的經(jīng)濟(jì)效益。見表2，3。

表2 凈空收斂量測記錄表（隨機(jī)錨桿）

表3 凈空收斂量測記錄表（花管錨樁）

從表2，表3 所示是在11 月份采用隨機(jī)錨桿噴錨支護(hù)后，施工人員連續(xù)4d 的檢測記錄，根據(jù)記錄數(shù)據(jù)分析，平均收斂值較大，隧洞圍巖仍然存在嚴(yán)重的變形，經(jīng)過分析認(rèn)為采用普通隨機(jī)錨桿支護(hù)對隧洞圍巖變形的控制作用較小。不能滿足可靠性，安全性要求，對施工工期造成較大影響。12 月份提議采用花管錨樁進(jìn)行支護(hù)試驗，采用花管錨樁施工工藝技術(shù)支護(hù)后，從監(jiān)測量測記錄可以明顯看出花管錨樁凈空收斂值小于隨機(jī)錨值，有效控制圍巖嚴(yán)重變形，提高圍巖的承載力，確保施工設(shè)備及人員的安全，加快了施工進(jìn)度。

4 花管錨樁施工方案

沙灣電站引水隧洞花管錨樁采用Φ89×6mm 鋼管，根部開梅花型Φ10mm小孔便于注漿，錨樁深9m～13.5m，注水泥漿，分兩層呈梅花型布置，其間距為0.6m,花管錨樁外露部分利用Ф25 的螺紋鋼筋焊接連接，形成整體，通過花管錨樁使變形圍巖形成一個較為穩(wěn)固的整體，承載力明顯提高，限制圍巖變形的進(jìn)一步擴(kuò)大，使得本工程能夠順利進(jìn)行，如圖1所示。

圖1 花管錨樁施工措施

5 主要施工工藝及措施

花管錨樁的施工工藝：花管的制作—造孔—安裝及鎖定—注漿—封口。

1）花管制作?；ü懿捎忙?9×6mm 鋼管。首先在鋼管上用石筆標(biāo)出間距30cm 梅花型布置的標(biāo)記，在做好的標(biāo)記上采用氧焊制作出直徑10mm 的小孔。將鋼管的末端用厚度3mm 的鋼板封住，留一個小孔接一根長10cm、直徑2.5cm 的注漿鋼管。焊接的堵頭鋼板必須牢固，并且要求密封性良好。

2）造孔。在噴錨支護(hù)后的隧洞變形部位造孔，孔間距為0.6m，上下兩排梅花型布置，所造的孔徑要求能滿足安裝花管錨樁的需要，花管錨樁的長度一般控制在9～15m。造孔是選用潛孔鉆進(jìn)行造孔，孔深不得短于錨樁的長度，為了保證花管錨樁的有效性，在造孔時，鉆孔的角度應(yīng)控制在10～15o。造孔完成后用高壓風(fēng)對管內(nèi)進(jìn)行清理，清理完成后便可以進(jìn)行花管錨樁的安裝。

3）安裝及鎖定。制作好的花管運到洞內(nèi)，將沒有封堵的一頭插入所造好的孔內(nèi)，安裝時要求鋼管與所造的孔角度保持一致，以免鋼管頂端對孔壁造成破壞，導(dǎo)致孔內(nèi)堵塞，花管不能完全裝入孔內(nèi)。在安裝時如果人工安裝存在困難時，可以將花管用潛孔鉆頂入。連續(xù)安裝好一批后，花管錨樁外露部分利用Ф25 的螺紋鋼筋焊接連接，形成整體，即為花管錨樁的鎖定。

4）注漿及封口。在安裝好的花管內(nèi)，注入42.5水泥漿，注滿水泥漿后，用纖維質(zhì)材料將注漿小管口塞住,等到水泥漿凝固后再進(jìn)行第二次注漿。注漿時應(yīng)該注意以下幾點：

（1）在進(jìn)行注漿作業(yè)時，其附近30m 以內(nèi)不得進(jìn)行爆破作業(yè)，注漿前仔細(xì)檢查注漿設(shè)備，注漿料準(zhǔn)備充足。

（2）注漿時的水泥標(biāo)號不應(yīng)低于32.5，注漿用水泥必須符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，不得使用受潮結(jié)塊的水泥。采用細(xì)水泥時，應(yīng)嚴(yán)格防潮和縮短存放時間。

（3）為了提高注漿質(zhì)量和有效性，水泥和水的用量必須嚴(yán)格進(jìn)行稱量，稱量誤差應(yīng)小于5%。

（4）水泥漿液在攪拌時，時間不應(yīng)少于3min。水灰比為0.5:1，輸送漿液的流速宜為1.4～2.0m/s,注漿壓力應(yīng)控制在0.3～0.5mPa 為宜。

（5）灌漿結(jié)束時，有往外流漿或往上返漿的注漿孔應(yīng)閉漿待凝。通過花管錨樁使變形圍巖形成一個較為穩(wěn)固的整體，限制變形的進(jìn)一步擴(kuò)大。

6 花管錨樁的突出作用

1）花管錨樁控制的深度和范圍比普通錨桿更加有效。

2）花管錨樁注入水泥漿后，能夠?qū)r體裂隙或破碎帶起到固結(jié)灌漿的作用，以提高巖體的整體性和抗變形的能力。

3）花管錨樁能更好的讓巖體形成一個完整的整體，有利于錨固結(jié)構(gòu)的抗剪、抗拉強(qiáng)度，改善巖體的力學(xué)性質(zhì)，增強(qiáng)抗剪強(qiáng)度，對于隧洞圍巖結(jié)構(gòu)物起到穩(wěn)定作用。

7 支護(hù)形式對工期、成本的影響

普通隨機(jī)錨桿支護(hù)后隧洞圍巖變形仍然嚴(yán)重，影響施工安全，進(jìn)而對施工進(jìn)度造成影響，如果再次加固造成二次費用，不但支護(hù)效果不理想，成本費用增加一倍，延長工期，對施工十分不利。利用花管錨樁技術(shù)進(jìn)行支護(hù)，不但支護(hù)加固效果顯著，在可靠性，安全性方面也得到了保障，隧洞圍巖變形得到有效控制，有利于加快施工進(jìn)度，施工工藝流程操作簡便，成本費用相對較低。

8 結(jié)束語

花管錨樁在解決因隧洞圍巖松散，導(dǎo)致的隧洞收斂變形問題中所起的作用是顯而易見的，對隧洞的安全施工和今后隧洞的安全運行起到至關(guān)重要的作用，在花管錨樁施工過程中，只有嚴(yán)格控制了每個環(huán)節(jié)，才能保證花管錨樁在嚴(yán)重變形隧洞中的突出作用。對于嚴(yán)重松散圍巖段隧洞的施工有著很好控制作用。