大型地下厂房下挖后顶拱新增锚索施工

大型地下厂房下挖后顶拱新增锚索施工

苏春雨

中国水利水电第十四工程局有限公司，云南 昆明 650000

摘 要：对于地下厂房下挖后顶拱新增的加强支护锚索，由于锚索作业面远离厂房开挖面，锚索施工难度大，作业风险高，施工作业平台的设置是锚索顺利施工的关键。另外，由于加强支护锚索施工工期紧，通过对其施工工艺进行优化以节约工期是施工的重点。选择以地下厂房顶拱层岩壁吊车梁上布置的施工桥式起重机大梁作为基础设置钢平台进行地下厂房下挖后顶拱新增的加强支护锚索施工，并通过优化锚索灌浆材料及锚墩基面找平材料以提高施工效率，在工程实践中取得了成功应用。

关键词：地下厂房；下挖后；顶拱；锚索施工

1 引言

大型地下厂房由于跨度、高度以及长度都比较大，为满足地下厂房开挖建成后使用功能、围岩稳定等方面的要求，地下厂房围岩除设计有锚杆、喷混凝土等浅层支护外，还设计有锚索深层支护，该部分支护在施工期间随着地下厂房的开挖逐层实施，施工难度相对较小，施工技术比较成熟。但是，地下厂房下挖后，顶拱部位可能由于地下厂房断面大、挖空率高、开挖揭露围岩地质条件复杂等原因而产生较大变形，这种情况下，为增强顶拱围岩稳定，需在顶拱增设锚索进行深层支护。对于地下厂房下挖后顶拱新增的加强支护锚索，由于作业面远离开挖面，其施工难度大，作业风险高，施工作业平台的设置是施工顺利开展的关键。另外，为尽早稳定围岩，加强支护锚索需尽快施工完成并发挥作用，如何提高施工效率是施工中的难点。

2 工程概况

河北丰宁抽水蓄能电站位于河北省承德市丰宁满族自治县境内，工程属大（1）型一等工程，主厂房为地下厂房形式，二期主厂房设计尺寸为171.50×25.00×55.00m（长×宽×高），其中，岩壁吊车梁以上宽度为26.5m。主厂房开挖支护施工期间，原设计的喷混凝土、锚杆、锚索等支护随主厂房的下挖逐层施工，当主厂房开挖支护至Ⅴ层时，为增强主厂房顶拱围岩稳定，在主厂房顶拱增加了134束无粘结式预应力端头锚索，其中74束锚索设计参数为：P=2000KN、L=40m，60束锚索设计参数为：P=1500KN、L=35m。此时，主厂房开挖面与增设锚索位置高差已有30～36m，新增锚索施工时间紧，施工存在较大难度。新增锚索位置见图1。

图1 新增锚索位置示意图

3 施工难点

1）地下厂房顶拱增设加强支护锚索时，厂房已下挖至Ⅴ层，开挖面与顶拱新增锚索位置高差为30～36m，且新增锚索沿主厂房轴线布置（厂左0+210.75～厂左0+356.00），为使锚索施工得以顺利开展，采用什么形式的锚索施工平台成为锚索施工前需首先解决的问题。结合以往地下厂房顶拱锚索施工经验，施工平台可采取搭设脚手架或垫渣回填的方式形成。若采取搭设脚手架形成施工平台，由于顶拱新增锚索位置分散，施工时需根据围岩监测结果优先施工变形较大部位对应的锚索，每束锚索施工需经过造孔、下索、灌浆、张拉等多个工序，单束锚索施工时间长，脚手架搭设与锚索施工之间相互干扰大，且脚手架需搭满整个地下厂房，不能周转使用，搭设脚手架所需的材料投入大，锚索施工成本高。若采取垫渣回填方式形成施工平台，相当于将地下厂房的开挖形象面貌恢复至顶拱层开挖阶段，此种情况下，新增顶拱锚索施工可采取与顶拱层开挖时锚索施工相同的方法，施工较为简便，但由于开挖面距离增设锚索位置高差大，石渣回填方量约需13万立方米，垫渣回填及挖除工程量太大、耗时太长，垫渣回填、挖除过程中还可能造成岩壁吊车梁及边墙已形成支护的破坏。

2）新增锚索施工前，由上层排水廊道向地下厂房顶拱设置的“人”字形排水孔已施工完成，锚索孔造孔完成后，若与排水孔之间存在连通，将影响锚索灌浆及排水孔排水效果。

3）由于一期、二期地下厂房同期共建等原因的影响，地下厂房开挖支护施工工期原本就比较紧张，此次增加主厂房顶拱加强支护锚索，给施工工期增加了极大的压力。另外，新增锚索为稳定地下厂房围岩而设置，需尽快施工完成并发挥作用。

4）厂房顶拱新增锚索为上仰锚索，且设置位置远离厂房开挖面，其下索作业，下索完成后的锚索固定，以及锚索灌浆等存在较大难度。

4 主要施工方法

4.1 施工平台设置

结合现场实际情况，地下厂房顶拱层岩壁吊车梁及桥式起重机轨道等已经施工完成，岩壁吊车梁顶面距离新增锚索设置位置高差为6.47m～12.47m，排除了通过搭设脚手架或垫渣形成施工平台的方式后，经参建各方讨论研究后确定，以施工桥式起重机大梁作为基础设置施工平台。由于施工桥式起重机大梁具备行走能力，以其为基础设置的施工平台是具备“机动性”的，解决了因地下厂房顶拱新增锚索位置分散而导致的施工平台设置工程量大的问题，缩短了施工平台设置的时间，增强了施工平台使用的灵活性，提高了施工平台的利用率。施工作业平台见图2。

图2 施工作业平台示意图

以施工桥式起重机大梁为基础设置的钢平台主要由立柱、横梁、连接梁、斜撑、花纹钢板、护栏、挡脚板、爬梯等组成。钢平台结构形式及使用材料须结合使用条件经验算满足要求，本项钢平台立柱底部焊接300mm×200mm钢板并与桥式起重机大梁进行焊接连接，将立柱固定于桥式起重机大梁上，立柱及横梁分别采用200×200mm 工字钢，平台共设四层，平台为“品”字型结构。

4.2 压水试验

锚索孔造孔完成并冲洗后，对锚索孔进行压水试验，检查锚固段渗水率，并在压水试验过程中进入排水廊道检查对应区域排水孔渗水量有无变化。对于渗水率超过规定值的，采取固结灌浆方法进行处理^[1]，遇锚索孔与排水孔有连通的，固结灌浆后对排水孔进行扫孔处理。

4.3 工艺优化

1）钢锚墩与现浇混凝土锚墩或预制混凝土锚墩相比，具有加工制作质量易控，外形小，重量轻，可提前制作，安装固定方便等优点^[2]。结合本项目特点，加强支护锚索采用钢锚墩。

2）膨胀螺栓与锚筋相比，具有施工方便及起效快等优点，锚索孔造孔完成并检验合格后，在孔口附近岩体打设膨胀螺栓，供锚索下索使用。膨胀螺栓的选择结合围岩条件及下索荷载进行，本项目采用了M20膨胀螺栓，施工前通过了现场试验，施工过程中取得了成功应用。

3）本项目地下厂房顶拱新增加强支护锚索单束重量约800kg。由于锚索为上仰锚索，且设置位置与地下厂房开挖面垂直高差大，锚索下索使用3T慢速卷扬机及汽车吊配合进行。卷扬机布置于施工平台上，下索时，通过锚索孔口膨胀螺栓安装导向滑轮，卷扬机钢丝绳绕过导向滑轮与锚索索体通过卡扣连接，锚索末端卡扣间距进行加密，以使下索至设计深度后索体与钢丝绳连接稳固。下索时，索体末端使用汽车吊辅助吊运，以使锚索保持良好姿态，避免其外露部分摆动过大。下索过程中，卡扣逐个拆除，索体逐段送入孔内。锚索下索至设计深度后，通过膨胀螺栓进行临时固定，再将剩余卡扣拆除。

4）常规锚索灌浆采用水泥净浆，灌浆完成到锚索张拉之间等强时间较长，为提高锚索施工效率，使加强支护锚索尽快施工完成并发挥作用，尽早稳定地下厂房顶拱围岩，并尽可能地减小新增加强支护锚索施工对后续施工进度的不利影响，根据专家咨询意见，锚索施工采用压浆料及KD-18高强灌浆料新型材料。通过试验，采用压浆料作为灌浆材料能有效提高浆体早期强度，其5d抗压强度可达44.3MPa，高于设计强度40MPa；使用KD-18高强灌浆料作为胶凝材料拌制的锚墩找平细石混凝土，其3d抗压强度可达45.9MPa，高于设计强度40MPa；这为锚索的尽早张拉创造了条件，极大的缩短了单束锚索的施工时间。结合现场工艺性试验，压浆料及KD-18高强灌浆料新型材料的使用能满足施工要求。采用压浆料拌制锚索灌浆浆液时，浆液自拌制完成至灌浆的时间间隔不宜超过40min。采用KD-18高强灌浆料作为胶凝材料拌制的锚墩找平细石混凝土，应在拌制完成20nin内使用完成，其失去塑性后须做废料处理，不得继续使用。灌浆结束后随即对制浆及灌浆设备进行清洗，避免设备堵塞、胶结。

5）由于厂房顶拱加强支护锚索为上仰锚索，且锚索长度达40m，锚索下索完成临时固定后，锚索的灌浆难度较大，对孔口封堵的要求很高。本项目锚索施工中，单束锚索增加一套孔口段进、回浆管路，灌浆分两次进行，第一次灌注孔口段，第二次灌注孔内段，孔内段在孔口段灌浆完成1d以上进行。孔口段灌浆完成1d以后，灌浆体可有效固定锚索，并作为第二次灌浆的止浆体。结合施工操作要求，孔口段灌注长度初定为2m，通过现场试验后，第一次灌浆2m能满足要求，该灌浆方式在本项锚索施工中取得了成功应用。

5 主要安全管理措施

1）所有参加作业的人员须身心健康，作业前接受安全、质量、技术等方面的交底，经安全教育培训并考核合格。

2）钢平台经验算符合使用要求，并经验收合格后挂牌使用，使用期间做好日常检查维护工作。

3）所有使用的机械设备、工器具等应正确选型，在使用前须检查合格，使用过程中加强检查维护。

4）起重吊装设备、钢丝绳等安全系数须满足规范要求。

5）施工过程中加强组织协调及安全管理工作，作业平台下方设置安全警戒区，配置警戒人员，严禁上下交叉作业。作业平台上配置监护人员，并于平台下方管理人员配对讲机保持沟通畅通、及时、准确。

6）由于顶拱新增加强支护锚索为上仰孔锚索，造孔前应对平台、设备进行详细检查，造孔加杆过程必须在确定垫叉卡紧钻杆且垫叉固定好后动力头方可反转退出钻杆，下索完成后须将锚索固定稳固。

7）钢平台应接地良好，平台上用电须按规范要求^[3]做好绝缘及接地等。

8）高处作业人员须正确使用安全带等安全防护用品。

9）施工平台上工器具、施工废品等须及时清理，严禁向平台外抛投物件。

6 结语

在地下厂房下挖后，顶拱远离开挖面的情况下进行顶拱新增锚索施工，以施工桥式起重机大梁为基础设置钢平台作为施工平台，锚索孔造孔完成后进行压水试验，锚墩采用预制钢锚墩，采用卷扬机下索时辅以汽车吊稳定锚索姿态，使用压浆料及KD-18高强灌浆料新型材料，锚索灌浆分孔口段和孔内段两次进行，以上施工措施在丰宁抽水蓄能电站工程中取得了成功应用，有效减小了施工平台设置的工程量，增强了施工平台的灵活性，提高了地下厂房顶拱新增锚索的施工效率，节约了施工工期，使加强支护锚索尽早地发挥了效用，为类似工程施工积累了宝贵经验。

参考文献：

[1]GB 50086-2015 岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范[S].

[2]王明，张敏.钢锚墩头在小湾地下厂房锚索施工中的应用[J].云南水利发电，2006，22（5）：53-55.

[3]JGJ 46-2005 施工现场临时用电安全技术规范[S].