关于大型地下硐室锚索施工关键技术研究与应用

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1、关于大型地下硐室锚索施工关键技术研究与应用1工程概况金沙江乌东德水电站是金沙江下游河段(攀枝花宜宾)4个水电梯级(乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝)中的最上游梯级，为Ⅰ等大型工程，是我国第3座、世界第7座跨入千万千瓦级行列的水电站。坝址所处河段的右岸隶属云南省昆明市禄劝县，左岸隶属四川省凉山州会东县。左岸地下主厂房开挖尺寸(长宽高)333.00m30.50m(32.50m)89.80m，开挖断面为圆拱直墙型，高度居世界第一，跨度居世界第四。主厂房边墙主要布置2000kN级无粘结预应力锚索进行系统加固，包括内锚型和对穿型2种形式，

2、锚索长20～44.85m，总量超过1250束;主厂房及主变洞顶层开挖后揭露地质条件比预期差，分布大量块体及B类角砾岩区域，为此，设计陆续增加了总计约271束1500kN级预应力锚索进行加固，锚索长度33m/36m，锚索钻孔方向均垂直于开挖面，钻孔直径均为165mm。根据国内类似工程(如三峡水电站、溪洛渡水电站、向家坝水电站等)锚索施工经验，顶拱锚索施工一般采取布设锚固廊道的方式进行，但乌东德水电站因地质条件并考虑工期，不具备增布锚固廊道的条件。2施工特点及难点1)按照传统锚索施工方法，需搭设排架作为锚索钻孔、入索、注浆等工序的

3、操作平台，但采用排架施工主要存在以下难点或不足:①搭设排架需占用锚索施工直线工期，且操作空间受限，工效低下;②锚索施工排架需占用工作面，对施工空间相对较小的硐室施工来说，影响道路通行及所占压工作面的其他施工安排，施工干扰较大;③排架作业安全风险较高，存在高处坠落、物体打击等安全隐患;④排架利用率较低，一般锚索间排距为4.0m4.5m～6.0m6.0m，而排架搭设仍需覆盖整个锚索布置时、费工，且深长竖向锚索自重较大，垂直向上送索时操作难度大，存在索体脱落伤人的安全隐患。3)锚索孔口段设计为气囊式止浆环，需配置专用充气设备，灌前需

4、提前充气、预灌检查，灌浆中需适时补气以防漏浆，止浆效果较难以保障;且现场实施时，由于气囊容易损坏而经常出现漏浆情况，导致锚索注浆无法实施。4)对穿锚索钻孔精度要求高，受边墙密集系统锚杆、锁扣锚杆及地质条件等因素影响，钻孔偏斜控制难度较大。3关键施工技术措施3.1新型多功能锚索钻孔设备乌东德水电站左岸地下电站主厂房顶层开挖后底板距离顶拱最大高度近12m，顶层以下开挖层高8m左右，传统锚索造孔采用YG系列导轨式钻机进行，该钻机最大钻孔高度仅为1.5m左右，且无行走机构，必须借助排架作为操作平台，移位需借助起吊设备。而搭设排架如前所

5、述存在搭拆周期长、干扰大、利用率低、安全风险大等问题。为克服上述难题，在主厂房顶拱锚索施工时，结合开挖分层及锚索布置，首次研发出新型液压高臂履带钻车。这种钻机依靠自身履带总成作为操作平台，钻机滑架通过液压钻臂与履带总成连接，使水平钻孔高度最大可达8.5m，也可进行顶拱大仰角锚索钻孔，不仅无须搭设排架，对作业面要求低，且可实现自行行走;同时，在钻机上加装辅助作业平台，用于辅助锚索注浆、锚墩施工、张拉等工序;在钻机滑槽上设置导向装置，解决了开孔、钻孔精度控制问题。新型液压高臂履带钻车由电动机带动液压油泵形成压力油，通过换向阀驱动液

6、压电动机及液压缸工作，实现钻机行走、回转、推进及钻架变换角度，完成各种预定动作;由空压机提供压缩空气，经冲击风阀控制驱动冲击器工作进行钻孔作业;采用马达加齿轮减速机构传动，大油缸倍速给进，提拔力大，油箱散热好，全液压系统性能可靠;且在常规钻机滑架底部增加了一个由液压马达驱动的回转支撑台，可使滑架全方位旋转，使动力头适应不同角度钻孔，大幅提高了钻机的灵活性和适应性，且工作效率高。该钻机在每层(8m左右)梯段开挖后，即可进行钻孔施工，无须搭设排架，因其占用空间小，可灵活移动，对其他施工干扰小;施工动力大、效率高，对加快主厂房开挖支

7、护总体进度效果明显。另外，因其自重较大，稳定性好，钻孔精度也可得到保证。3.2锚索自动入索技术传统锚索入索采用手拉葫芦配合人工方式在排架上进行操作，需配置大量人力方可满足锚索体的移动和顺利入索，且工效很低，同时搭设排架也存在第2节所述问题。而对于硐室顶拱锚索入索，因锚索自重大，随着深度增加送索难度越来越大，送索至一定程度就难以继续进行。乌东德左岸厂房顶拱锚索施工期间，经现场试验，仅送索耗时长达16h。之后采用了一种竖向锚索快速送索装置，虽然可保证锚索顺利入索，但操作比较繁琐，且需2台汽车式起重机配合实施，成本较大。为进一步提高

8、工效和安全性，研制出一种锚索液压自动送索装置(国家发明专利号:ZL201410250361.1)，该装置安装在汽车式起重机大臂顶端或新型锚索钻机辅助臂顶端，人工只需配合索体一端穿入锚索液压自动送索装置的导向管，操作汽车式起重机就位，然后在地面操作液压控制系统即可实现锚索快速自