·隧道施工·
收稿日期:20090817
卢小刚
(中铁十八局集团有限公司隧道工程公司 天津 300222) 摘 要 通过研究涨壳式预应力中空锚杆和普通砂浆锚杆在限制隧洞围岩塑性范围、控制洞室围岩位移变化、锚杆支护轴向力这三个方面的对比分析，说明了涨壳式预应力中空锚杆具有更好的锚固效果。锦屏二级水电站东端 2号引水隧洞中应用涨壳式预应力中空锚杆，解决了临时支护与永久支护二者如何有机结合的问题，最大程度地提
asmk高施工进度，而且对高地应力情况下的坍塌、岩爆也可起到很明显的防治效果。关键词 引水隧洞 涨壳式锚头 预应力 中空锚杆
中图分类号 U455.4 文献标识码 A +B 文章编号 10094539(2009)11009603
Study and Appli ca ti on of the Expand i n g 2shell Pre 2stressed Hollow Anchor Rod
L u Xi a og a ng
(China Rail w ay 18th Bureau Gr oup Co .L td .,Tianjin 300222,China )
Abstract By studying and analyzing the expanding 2shell p re 2stressed holl ow anchor r od and the ordinary mortar anchor r od fr om the three as pects,that is,the li m itati on of the p lastic range of the tunnel surr ounding r ock,the dis p lace ment of the contr ol cha mber surr ounding r ock and the axial f orce of anchor r od support,the better reinf orce ment effect of the expanding 2shell p re 2stressed holl ow anchor r od can be p r oved .The app licati on of the expanding 2shell p re 2stressed holl ow anchor r od on the No .2diversi on tunnel in the eastern end of J inp ing 2Hydr opo
wer Stati on s olved the p r oblem of the combinati on of the te mporary and per manent support and maxi m ized the s peed of the constructi on and greatly p revented the tunnel collap se and r ock burst under the conditi on of high geostresses .
Key words diversi on tunnel;expanding 2shell anchor r od;p re 2stress;holl ow anchor r od
1 概述
锦屏二级水电站利用雅砻江卡拉至江口下游河段150k m 长大河湾的天然落差，通过4条长约17k m 的引水隧洞，截弯取直，获得水头约310m ，是雅砻江上水头最高、装机规模最大的水电站。引水隧洞一般埋深1500～2000m ，最大埋深约为2525m ，最大地应力值69.94MPa，岩爆频繁发生。
锦屏引水隧洞断面大、埋深大、地应力高、地质条件复杂，支护锚杆必须快速发挥锚固作用才能保证施工安全，而普通砂浆锚杆已不能满足安全、快速施工的需要。涨壳式预应力中空锚杆具有快速锚固的功能，并能对高地应力下的坍塌和岩爆等问题起
到很好的效果，满足安全快速施工的需要。
涨壳式预应力中空锚杆是利用扩张涨壳式锚头与孔壁增加摩擦力的原理而设计的一种锚杆，主要由涨壳钢质锚头、中空锚杆杆体、止浆塞、锚垫板、塑料排气孔、螺母等组成，如图1所示，其设计技术
性能指标见表1
。
图1 涨壳式预应力中空锚杆结构
2 涨壳式预应力中空锚杆的研究
2.1 塑性区的范围分析
利用专用程序，模拟计算和分析普通砂浆锚杆
·隧道施工·
与涨壳式预应力中空锚杆的加固效果，对塑性区范
围的影响采用塑性单元的数量来表示，计算区域选取洞室开挖半径的3倍区域，见图2，塑性区范围见表2。
表1 涨壳式中空预应力注浆锚杆基本技术性能指标
锚杆规格
/mm 施加预
应力/kN 长度/m
壁厚/mm，每延米重量/(kg ·m -1)杆体极限拉力/kN
延伸率/%32
80
4.5
6.0,3.6
≥290≥16
图2 塑性区分析
表2 塑性区范围
序
号
支护锚杆类型支护及时
(不考虑应力释放)
支护滞后
(考虑应力释放)
1普通砂浆锚杆支护2353302
涨壳式预应力
中空锚杆支护
186
301
通过分析可知：不论支护及时或滞后，采用普通
led斗胆灯
砂浆锚杆能使塑性区减小10%左右，而采用涨壳式预应力中空锚杆能使其塑性区域减小20%～50%左右，对限制隧道围岩塑性区的发展更为显著。2.2 围岩位移分析
围岩位移是衡量隧道变形及判断稳定的重要指标，同时也能更好反应加固效果，本次研究中，选择具有典型代表意义的拱顶下沉量作为主要衡量指标进行分析，垂向位移等值线分布如图3所示，具体量
值见表3。
图3 竖向位移等值线分布
表3 拱顶沉降量结果
感应钎焊
m
序
号
支护锚杆类型支护及时
(不考虑应力释放)
支护滞后(考虑应力释放)
1
普通砂浆锚杆支护7.33E -3 4.04E -22
涨壳式预应力
中空锚杆支护
5.46E -3
2.83E -2
注:E 为科学记数法,E -3=10-3
由上述分析可知:
(1)由于应力释放使洞顶沉降量成数量级的增大，若不及时支护，将有可能产生塌方。
(2)支护后，洞顶沉降量都有一定幅度的减小，增加了隧道的稳定性，若支护及时，采用普通砂浆锚杆支护可使洞顶位移减小10%左右，而采用涨壳式预应力中空锚杆支护其洞顶位移减小30%～50%左右；若支护滞后，对于控制洞顶位移的效果则更为明显。
2.3 锚杆轴力分布
普通砂浆锚杆不施加预应力，只有在岩石变形到一定程度才能发挥支护效果，而涨壳式预应力中空锚杆施加80kN 的预应力，主动发挥加固效果，锚杆轴向力分布见图4。
·
隧道施工·
图4 轴向力分布
由图4可知:
(1)支护及时与支护滞后相比，支护及时普通砂浆锚杆的轴向力分布不均匀，只有隧道边缘一定区域内的杆体发挥效用；而涨壳式预应力中空锚杆的轴向力在任何条件下分布都比较均匀，杆体整体都在发挥作用，充分表明其主动发挥支护性能的特点。
(2)支护滞后，由于变形过大，采用普通砂浆锚杆支护其洞顶附近的锚杆的轴向力分布基本均匀，充分说明了被动发挥效能的特点，同时也说明了锚杆轴向力的分布随着荷载的增加传递的特点。
3 涨壳式预应力中空锚杆的生产性工艺试验
在涨壳式预应力中空锚杆推广应用之前进行现
场生产性工艺试验，来确定预应力张拉值、不注浆涨开锚头时的抗拔力、注浆工艺及密实度。在锦屏东端2号引水隧洞12+750～12+550m 里程段洞室边墙和顶拱随机进行现场生产性工艺试验，锚杆规格为<32mm ，钢质涨壳锚头直径为55mm ，选用<65mm 的钻头进行钻孔。3.1 预应力张拉值
在施加预应力之前，需要标定风动扭力扳手，根据扭矩G 与锚杆预紧力P 的一元线性方程可以得出，当施加预应力P =80k N 时，对应的扭矩G =780N ·m 。
根据现场工艺性试验情况，预应力施加完成后，对80kN 预应力采用标定好数值的手动扭力扳手多次校核，最终确定其对应的扭矩扳手的扭矩为780N ·m 。 3.2 不注浆涨开锚头时的抗拔力
直埋电缆盖板钻孔完成并清孔后，利用风动扭力扳手旋转杆
体，施加80k N 预应力，然后安装锚杆拉拔仪试验，结果详见表4。
表4 不注浆涨开锚头时的抗拔力试验结果
锚杆编号油表读数/MPa 换算抗拔力/kN
千斤顶伸长量/mm
011185.2400212903503
14
105
45
注：千斤顶型号ML -300B 。
以上试验数据说明，在不注浆涨开锚头时，至少可以提供85.2k N 的拉拔力，因此，安装和注浆工序可以分工序平行作业，保证锚杆快速发挥锚固作用。3.3 注浆及密实度试验
根据试验结果，最终确定了两种注浆工艺。边墙部分(水平孔)孔采用杆体内注浆，排气管排气、返浆；拱部孔(垂直向上或斜向上)采用杆体外注浆，即从排气管进浆，中空杆体排气、返浆。
经超声波无损检测，两种工艺的注浆密实度均满足设计和规范要求。
4 涨壳式预应力中空锚杆施工
4.1 工艺流程
施工准备→孔位放样→钻孔→清孔(扫孔)→砂浆孔口平→插杆并涨开锚头→附件安装→施加预应力→注浆→密实度检测。4.2 施工方法4.2.1 钻孔
登船梯
采用353E 三臂凿岩台车钻孔，孔径65mm 。钻孔位置采用T CA1102全站仪自动放点，用红油漆在岩面上标注。钻孔完成后，用高压水进行孔道清洗，确保孔内无岩粉、石渣。为确保锚垫板与锚杆垂直，使预应力沿锚杆轴线方向施加，对孔口范围内局部参差不平处用砂浆抹平，为使砂浆迅速达到强度，可在砂浆中加入一定量的早强剂，孔口砂浆还可以起到止浆作用。4.2.2 安装锚杆
人工将安装好涨壳锚头的锚杆插入孔道并顶紧孔底，锚杆的外露长度应满足设计要求，利用风
(下转第121页)
·企业管理·
的创新与变革，通过管理流程再造，利用信息化手段，实现科学管理已成为具有智力密集型、技术密集型及资金密集型特点的工程总承包管理型企业信息化的主要目标。
3.6 建立为业主服务的理念
业主满意理念是工程总承包企业的出发点和落脚点；工程总承包企业的一切经营活动都要紧紧围绕业主的需求，努力为业主增值，不断提高业主的满意度；站在业主的角度对市场需求进行分析和预测；在全过程的生产、经营活动中，充分尊重业主，做到诚信，使业主也以诚信为本，尊重企业的利益；业主满意的工程项目管理是工程总承包企业壮大发展的管理手段。
3.7 善于利用政府创造的环境
项目总承包单位要充分利用好政府创造的体制改革环境；市场规范化管理环境；行业推动工程总承包事业发展的导向环境；健全市场协作和监督机制的环境；建立和健全有关工程总承包的法律、法规和政策环境；建立和健全有关工程总承包的标准、合同环境；建立和健全有关工程总承包的融资、保险、担保等经济服务环境；发展咨询服务业的导向环境；规范业主行为的环境等，使之为工程总包工
程服务。
4 结论
近20多年以来，我国已经有了发展工程总承包的良好势头。进入21世纪以后，发展力度加大，发展速度大大加快，工程总承包企业的核心竞争力不断增强，建设经济效益不断提高。相信我们一定能够把我国的工程总承包工作推向一个新的阶段，开创我国建筑业改革与发展的新局面。
参考文献
油烟机油杯1 丁士昭.建设工程项目管理[M].北京：中国建筑工业出版社,2004
2 王素卿.在全国建筑业企业工程总承包研讨会暨2005年度优秀项目经理表彰大会上的讲话(节选)[J].岩土工程界,2006(4)
(上接第98页)
动扭力扳手通过安装在杆体端部的连接套筒涨开锚头。
4.2.3 附件安装
卸下连接套筒，放入止浆塞和锚垫板，并安装排气管，在锚杆端部旋上螺母，使杆体位于孔道中部，采用手动扭力扳手预紧。
4.2.4 施加预应力
将风动扭力扳手的刻度调在预定值上，开始施加预应力至设定值。如必要，可采用手动扭力扳手校核。
4.2.5 注浆
采用专用注浆泵，水灰比为0.39∶1，水泥砂浆强度等级为M30，其配合比见表5。水平孔及垂直向上孔分别采用前述相应工艺注浆。
表5 M30砂浆配合比
名称水/kg水泥/kg砂子/kg备注
M30砂浆4681200324稠度140～160mm 4.3 试验检测
已施工涨壳式预应力中空注浆完成7d后，经超声波无损检测，其注浆密实度均不小于90%，满足设计和规范要求，全部合格。
5 结束语
涨壳式预应力中空锚杆在锦屏二级水电站东端引水隧洞中的成功应用，实现了临时支护与永久支护二者的有机结合，有效地防止了高地应力下的坍塌、岩爆等现象，锚杆本身可以实现安装后不注浆即锚固的效果，且注浆和安装分工序施工，有利于平行作业，提高施工效率，目前正在逐步推广应用。
参考文献
1 关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京：人民交通出版社,2003
2 于书翰，杜谟远.隧道施工[M].北京：交通出版社,2001
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