水泥藥卷張拉錨桿施工工法

《水泥藥卷張拉錨桿施工工法》是中國水利水電第十四工程局完成的建築類施工工法；作者分別是黃崗、楊天吉、董發俊、李武誠；適用範圍是地下洞室的噴錨支護，截至2005年，已廣泛套用於各類地下洞室和邊坡支護工程。

《水泥藥卷張拉錨桿施工工法》主要的工法特點是採用水泥基藥卷作為錨桿錨固劑；注漿飽滿、水泥漿不易外流、施工器具少、程式簡單、施工快捷、占用工期短、環境污染少。

2008年1月31日，《水泥藥卷張拉錨桿施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2005-2006年度國家二級工法。

基本介紹

• 中文名：水泥藥卷張拉錨桿施工工法
• 工法編號： YJGF259-2006
• 完成單位：中國水利水電第十四工程局
• 主要完成人：黃崗、楊天吉、董發俊、李武誠
• 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
• 主要榮譽：國家二級工法（2005-2006年度）

形成原因

《水泥藥卷張拉錨桿施工工法》的形成原因是：

在各類地下洞室的開挖支護施工中，一般遵循“新奧法”原則，將“新奧法”各要素有機結合，充分利用圍岩自身承載能力，錨桿支護在開挖支護施工中發揮十分重要的作用，地下洞室規模大，地質結構複雜，如何保證地下洞室在開挖施工中圍岩及時得到支護抗力，是開挖支護施工的技術難點。傳統的普通錨桿支護，不能快速提供圍岩支護抗力。

中國水利水電第十四工程局在所承建的大型地下工程施工中不斷總結及改善洞室開挖支護技術，在龍灘、小灣、三峽、彭水等大型水電站導流洞、地下廠房、主變室和尾水隧洞等地下工程中均成功採用技術先進、工藝成熟的水泥藥卷張拉錨桿施工工藝，洞室圍岩及時得到了支護抗力，加快了施工進度，確保了洞室圍岩穩定和安全，具有技術先進性，並有明顯的社會效益和經濟效益。

工法特點

《水泥藥卷張拉錨桿施工工法》的工法特點是：

1.水泥藥卷張拉錯桿是採用水泥基藥卷作為錨桿錯固劑，使其具有快速實施支護，充分利用圍岩自身承載能力。

2.水泥藥卷張拉錨桿與傳統的灌漿張拉錨桿相比，水泥藥卷張拉錨桿具有注漿飽滿、水泥漿不易外流、施工器具少、程式簡單、施工快捷、占用工期短、環境污染少的特點。

操作原理

適用範圍

《水泥藥卷張拉錨桿施工工法》適用於地下洞室的噴錨支護，截至2005年，已廣泛套用於各類地下洞室和邊坡支護工程。

工藝原理

《水泥藥卷張拉錨桿施工工法》的工藝原理敘述如下：

採用藥卷噴槍分別將快硬水泥藥卷與緩凝水泥藥卷注射人孔口內，然後插入錨桿桿體，孔口找平，開始安裝托板、墊圈和緊固螺帽，在快硬水泥藥卷達到張拉強度後和緩凝水泥初凝前，張拉和鎖定錨桿。其工藝原理的核心部分為：快硬水泥終凝時間短，結石強度提高快，能及時實現預應力錯桿張拉，從而及時提供圍岩支護抗力；緩凝水泥初凝時間較長，快硬水泥與緩凝水泥一起注入孔內，注漿一次成型，整個施工操作簡單、方便、快捷。

施工工藝

• 工藝流程

《水泥藥卷張拉錨桿施工工法》的工藝流程見圖1。

圖1水泥藥卷張拉錯桿施工工藝流程圖

操作要點

《水泥藥卷張拉錨桿施工工法》的操作要點如下：

一、準備工作

收集和研究相關技術資料，事先檢查其斷面是否欠挖，欠挖事先處理。基面雜物、附著泥土和鬆動岩塊清理乾淨；施工風、水、電、照明就緒，施工通道和場地平整，滿足施工要求。

二、測量放樣

1）測量人員根據設計圖紙進行放樣；

2）放出支護區域的起止樁號和基準高程，要求樁號每間隔5米做一個標記，根據需要，部分洞段樁號可適當加密；

3）按圖示支護參數進行錨桿孔位放樣，並用紅油漆做好標識。

三、鑽孔

1）錨桿鑽孔採用三臂鑿岩台車、錯桿台車等鑽孔。鑽孔角度根據洞室的結構形式和錨桿所處的部位可分為：90°、45°、0°、<0°等幾種方向。當錨桿軸線與岩石層面夾角過小時，鑽孔角度須根據監理工程師指示局部調整。根據規範要求，結合鑽孔設備的實際技術參數，鑽孔孔徑選用Φ42~55毫米。

2）鑽孔施工時鑽頭要對準岩壁上錨桿孔孔位標識下鑽，最大偏差不得大於150毫米，開孔套用小功率緩慢鑽進，鑽進約50厘米後，校正鑽孔方向，全功率鑽進。為了準確地控制鑽孔的角度，鑽孔施工時由當班技術員用地質羅盤配合操作手一起控制鑽桿的方向，鑽孔與錨桿預定方位的允許角偏差控制在1°~3°。鑽孔深度可根據鑽桿的長度控制。當孔深與鑽桿的長度成幾何倍數時，由鑽桿的根數控制孔深，當不成幾何倍數時，則在鑽桿上標好長度記號以控制鑽孔深度，要求鑽孔深度不小於桿體有效長度，並比錨桿體有效長度深50~200毫米。

四、鑽孔清洗

工作區錨桿孔全部鑽完後，用壓力水槍對所有鑽孔依次進行沖洗。工作面較大時，可一邊鑽孔一邊洗孔。當孔內不再有濁水流出時，結束沖洗，然後用壓力風槍將孔內積水吹出孔外。

五、鑽孔檢查與驗收

鑽孔清洗完畢，進行孔位編號，並對各孔的實際孔徑、孔深、孔位、孔向和孔潔淨度進行班組自檢，填好自檢記錄表。自檢合格後報隊級質檢員復檢（二檢），復檢合格後報質量部終檢（三檢），合格後報請監理工程師驗收，監理工程師驗收合格後用乾淨的水泥紙或其他物品將孔口蓋好。

六、安裝水泥藥卷

安裝快硬水泥藥卷前，安裝人員先用桿體試探鑽孔的深度，並做出標記。根據設計錯固段長度（2.6米），將Φ32PVC注漿管每50厘米做一道標記，管頭50厘米處做一個擋頭比孔徑小10毫米，以防藥卷吹出，插入孔中距孔底50c處。用體積法算出藥卷用量，但根據現場試驗經驗，由於岩孔內有裂隙，且是風送，藥卷超細粉粒霧化損失較大，需乘以損失係數1.4。如：9.3米深孔內錨段理論36支，實際需50~55支，張拉段實際需125~140支緩凝M藥卷，具體操作如下，將快硬K₃藥卷按70~90秒浸泡後取出放入風槍，扭動扳機，延續10秒再關，管路長時斷續連扣三次，每打10支錨固劑將漿管外拔50厘米，便於藥卷被風反吹出，打完快硬K藥卷後漿管外退至距孔底3.1米處，再打緩凝藥卷，以免M藥卷混吹人錨固段影響錯固力，緩凝M藥卷浸泡完後可涼1~2分鐘，這樣不易折斷在管內造成堵塞，其餘操作同快硬K水泥藥卷一樣。

七、安插桿體

緩凝水泥裝完後，即開始安插錨桿體。錯桿安裝採用人工或機械安裝，在施工作業平台上用人工或用錨桿台車、三臂鑿岩台車將桿體緩慢推至設計位置。為了防止漿液流失，孔口應封孔保護。桿體送至設計位置時，停止推送。

八、安裝托板、墊圈和螺帽

當桿體安裝結束後，進行錨桿附屬檔案（托板、螺帽等）的安裝。由於設計要求錨桿的外露長度為0.15米，而且岩面的平整度不足，施工中必須進行孔口找平及做一個小型的墊墩（根據托板的規格尺寸確定為：20厘米×20厘米×8厘米）。施工中由於受錯固段粘結材料性能的限制，要求墊墩必須在張拉時段內達到一定的強度，否則將在錯桿張拉時被破壞從而失去作用，致使錨桿無法進行正常張拉。墊墩採用現場製作，在墊墩施工中採用與錨固段相同的速凝水泥藥卷作為墊墩的製作材料。在墊墩施工中為避免墊墩材料將桿體外露段錨固死，致使張拉時無法達到預期效果，施工中採用了塗鋰基脂及外套膠管套將桿體外露段進行保護8厘米長度，使之與墊墩材料隔離。墊墩製作完成後，馬上進行托板安裝，以保證在墊墩初凝前調整安裝好托板。托板的安裝要必須平整，並與桿體軸線保證垂直，以確保桿體張拉時的受力方向。托板裝好後進行螺帽安裝，安裝螺帽時不必加力，以避免將桿體拉出，螺帽只要能固定托板即可。

九、張拉鎖定

錨桿的張拉鎖定應在快硬水泥終凝且水泥結石強度≥20兆帕，和緩凝水泥初凝前進行。根據水泥藥卷初、終凝時間，張拉時段控制在4~8小時之間。張拉方式有兩種：一種是用扭力扳手載入；另一種是用液壓千斤頂載入。龍灘電站工程張拉錨桿施工採用扭力扳手載入，液壓千斤頂只用於監測錨桿張拉；張拉時分級分別為設計荷載的25%、50%、75%、115%。每次張拉到位穩定5分鐘後在繼續載入，並做好記錄，當扭力扳手發出達到張拉報警後即可達到預定張拉噸位，最後一級荷載加完後穩定20分鐘，無異常情況後鎖定。在張拉過程中，要求對每一級張拉結束後的桿體拉伸值進行記錄。為保證張拉設備的準確度，張拉用的預置式扭力扳手每張拉50根錨桿後須進行率定，對使用一段時間後產生的誤差進行校定。張拉鎖定後每6小時測量一次應變值，另外可以同預錯應力計監測數據對比，即時掌握鎖定應力變化情況。

十、竣工檢查與驗收

水泥藥卷張拉錨桿施工結束後，應將錨桿施工各階段一造孔、注漿（水泥藥卷）、安裝、張拉和監測等的記錄加以整理、分析和評定，並及時報請監理工程師進行工程驗收。

材料設備

一、原材料

《水泥藥卷張拉錨桿施工工法》所用的原材料明細如下：

1.桿體及附屬檔案

張拉錨桿為Ⅱ級20MnSi、25MnSi螺紋鋼筋，其性能標準符合國家標準，有出廠證明，現場材質試驗檢驗報告，使用前將表面油脂、漆污銹皮清除乾淨，錨桿鋼筋須經調直；按設計要求一端進行車絲，與桿體配套的緊固器材（托板、墊圈、螺帽，在監測錨桿時增設感測器）從專業廠家購買，有出廠證明，現場試驗檢驗報告，強度剛度滿足要求。

2.水泥藥卷

水泥藥卷從專業廠家購買。採用優質的速凝型水泥藥卷和緩凝型水泥藥卷。水泥藥卷初、終凝時間和抗壓強度滿足要求。

二、設備

《水泥藥卷張拉錨桿施工工法》所用的設備明細如下：

水泥藥卷張拉錨桿施工主要設備：測量設備（全站儀、羅盤）、鑽孔設備（三臂鑿岩台車、錨桿台車等）、氣壓式錨卷噴射槍、千斤頂、扭矩扳手、壓力感測器。

質量控制

《水泥藥卷張拉錨桿施工工法》的質量控制要求如下：

1.總則

（1）施工前，作業廠隊和施工班組必須收集並認真研究相關圖紙、檔案，嚴格按照設計圖紙和規範規定組織施工。

（2）各分項工程的驗收嚴格執行“三檢制”。首先由作業班組自檢，並按要求填好分項工程驗收表；自檢合格後報隊級質檢員復檢（二檢）；復檢合格後報請質量部三檢，三檢合格後由質量部報請監理工程師終檢。

（3）加強質量宣傳教育，樹立職工“百年大計，質量第一”的質量意識，力創“精品工程”。

2.材料

（1）所有材料（水泥藥卷、水泥藥卷張拉錨桿、緊固和張拉部件等）除必須有出廠合格證外，還要進行進場抽檢，重要材料（如錨桿）須按有關規範或監理指示做驗收試驗，未經檢查批准的任何材料，不得用於施工。

（2）水泥藥卷的貯存應嚴防受潮，不得使用過期或受潮結塊的水泥藥卷。

（3）水泥藥卷張拉鋼筋應順直，表面不得有污物、鐵鏽或其他有害物質，並嚴格按設計尺寸下料。驗收合格的錨桿體應妥善保護，以免腐蝕和機械損傷。

3.設備

錯桿張拉前，張拉設備須進行率定，扭力扳手每張拉50根率定一次，平時應注意保養和維護。

4.錨桿孔

（1）鑽孔的深度與方位應嚴格控制，孔位偏差小於150毫米，孔深允許偏差50~200毫米；鑽孔與錯桿預定方位的允許角偏差為1°~3°。

（2）裝水泥藥卷前，鑽孔內的石屑與岩粉須清理乾淨，並將孔內的積水排淨。鑽孔驗收合格而不能及時安裝水泥藥卷和錨桿時，套用乾淨的紙團或木楔將孔保護好以防粉塵或其他雜物污染孔內。

5.裝水泥藥卷

為了保證錨桿孔內水泥藥卷充填密實，快硬水泥藥卷一定要確保全裝到位，緩凝水泥藥卷要裝至孔口泛漿為止。

6.錨桿張拉

張拉的時機要掌握好，根據速、緩凝水泥藥卷的特性，張拉時段最好是在錨桿安裝完畢後6~12小時內進行。張拉時要認真檢查各張拉附屬檔案的位置是否準確可靠，承壓墊座是否與錨桿軸線垂直。張拉過程中認真量測和記錄錨桿的應力及錨頭的位移情況，出現問題，及時處理。

7.鎖定

用液壓千斤頂載入時，張拉完畢應確保將螺帽擰緊鎖定，必要時加蓋鎖緊螺帽。

安全措施

採用《水泥藥卷張拉錨桿施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

1.加強安全管理，樹立職工的安全意識，並派專人進行安全巡視檢查。

2.注意松石、危石傷人，施工前及時處理。

3.設備停放部位要安全平穩，支腿須著落在堅實穩固的地面上。

4.洞內或晚間作業時要有良好的通風與照明，並定期檢查洞內有害氣體濃度。

5.認真檢查電源線路和設備的電器部件，保證用電安全。

6.張拉錨桿時，錨桿正前方和下方嚴禁站人。

環保措施

《水泥藥卷張拉錨桿施工工法》的環保措施如下：

1.在施工過程中嚴格遵守國家和地方政府下發的有關環境保護的法律、法規和規章，加強對施工工程材料、設備、廢水、生產生活垃圾、棄渣的控制和治理，遵守有關防火及廢棄物處理的規章制度，做好文明施工，加強對職工的環保、水保教育，提高職工的環保、水保意識，杜絕人為破壞環境的行為做好施工區環境保護和水土保持工作。

2.在工程施工過程中，加強施工機械的淨化，減少污染源（如摻柴油添加劑，配備催化劑附屬箱等），配置對有害氣體的監測裝置，禁止不符合國家廢氣排放標準的機械進入工區。加強對施工中有毒、有害、易燃、易爆物品的安全管理，防止管理不善而導致環境事故的發生。

3.進場施工機械和進場材料停放、堆存要集中整齊，施工車輛在施工完後都將必須清洗乾淨後，方可停放在指定停車場。建築材料堆放有序，並掛材料名稱、規格、型號等標誌牌。

4.施工廢水、廢油和生活廢水經污水處理池（站），經處理後達到《污水綜合排放標準》GB 8978-1996一級標準及地方環保部門的有關規定再排放，保證下游生產、生活用水不受污染。生活污水按招標檔案的有關規定處理合格後排放。

5.做好施工產生的棄渣和其他工程材料運輸過程中的防散落與沿途污染措施，棄渣和工程廢棄物拉至指定地點堆放和治理。

6.洞室作業需設定有效的通風排煙設施，保證空氣流通，灑水除塵，防止或減少粉塵對空氣的污染，作業人員配備必要的防塵勞保用品，大型鑽孔設備配備除塵裝置，使鑽進時不起塵。

效益分析

《水泥藥卷張拉錨桿施工工法》的效益分析如下：

一、經濟效益

水泥藥卷張拉錨桿與傳統的灌漿張拉錨桿相比，施工器具和施工工藝簡單，加快了錨噴支護施工進度，確保了洞室穩定和安全，實現了地下洞室快速施工。以龍灘水電站地下引水發電系統為例，採用水泥藥卷張拉錨桿使整個地下引水發電系統開挖工期提前了22天，在洞室開挖中未發生洞室塌方，取得了良好的經濟效益。

二、社會效益

1.在隧道工程及地下錨噴支護施工中，水泥藥卷錨桿減少了傳統水泥灌漿錨桿漿液外流，有利於文明施工。

2.實現了地下洞室錨噴支護快速施工，充分利用了圍岩自身承載能力，確保了洞室和施工安全，提前了工期，具有較好的社會效益。

套用實例

《水泥藥卷張拉錨桿施工工法》的套用實例如下：

• 實例1：龍灘水電站地下引水發電系統（主廠房、尾水調壓井、尾水隧洞出口段等洞室）

1.工程概況

龍灘水電站地下廠房位於廣西壯族自治區天峨縣境內的紅水河上，共布置9台機組，單機容量為700兆瓦，總裝機容量6300兆瓦。龍灘水電站左岸地下引水發電系統由引水系統、廠房系統及尾水系統三大系統組成。其主要洞室開挖尺寸龐大，開挖支護工程量巨大，總開挖工程量達300萬立方米；三大洞室開挖尺寸分別為：主廠房398.5米×28.90（30.70）米×77.3米，尾水調壓井67（76、95）米×21.6米×87.2米，3條尾水隧洞開挖直徑為22.60~25.00米。

2.施工情況

龍灘水電站地下廠房、調壓井和尾水隧洞出口段開挖採用鑽爆法施工，分層開挖分層支護方法，錯桿施工採用了水泥錯桿藥卷張拉施工工藝方法。工程於2001年11開工，2004年7月開挖支護結束，主要工程量：預應力錯桿：Φ32，L=9.5米，入岩9.35米和Φ32，L=8.0米，入岩7.85米，總計9872根。

3.工程監測與結果評價

採用水泥藥卷張拉錨桿工法進行施工，對圍岩及時施加了支護抗力，減小了圍岩變形，實現了快速安全施工，確保了洞室穩定安全。據監測資料分析：錨桿應力一般在300兆帕以內，主廠房頂拱最大位移值7.67毫米，均小於理論計算值，截至2005年，地下廠房首台機組已經投產發電，錨桿和洞室工況運行良好。

• 實例2：小灣水電站地下工程（主、副廠房工程）

1.工程概況

小灣水電站地下廠房系統布置在雙曲拱壩右岸山體內，主廠房開挖尺寸298.4米×30.6米×84.88米（長×寬×高）。由於主副廠房開挖跨度較大，採用系統錨桿、噴C25纖維混凝土支護。主廠房開挖共分十層，由上往下依次開挖支護。

2.施工情況

小灣水電站地下主、副廠房錯桿錯桿施工採用了水泥錨桿藥卷張拉施工工藝方法，小灣水電站地下主副廠房開挖支護於2004年12月開工，2006年7月結束。主要工程量：Φ32、L=9米，Φ32、L=6米，Φ32、L=4.5米，總計使用藥卷張拉錨桿6455根。

3.工程監測與結果評價

主副廠房工程頂拱最大變形4.5毫米，錨桿應力和洞室圍岩變形小於理論計算值，開挖支護結束18個月後，錨桿和洞室工況運行良好。

• 實例3：三峽地下電站

1.工程概況

三峽地下電站位於微新岩體中，岩石堅硬，完整性較好，岩石主要為前震旦系閃雲斜長花崗岩和閃長岩包裹體，主廠房開挖尺寸311.3米×31.6米×87.3米（長×寬×高）。設計上，採用系統錨桿、噴C30鋼纖維混凝土15~20厘米厚支護。

2.施工情況

三峽地下廠房採用水泥藥卷張拉錨桿施工工法，主要使用部位為地下電站主廠房，錨桿參數分別為Φ32，L=12米，入岩11.85米和Φ32，L=9.0米，入岩8.85米兩種。總計張拉錨桿8650根。

3.工程監測與結果評價

三峽電站地下廠房工程頂拱最大變形9毫米，錨桿應力一般在50~150兆帕之間，岩石位移小於理論計算值，錨桿應力和洞室圍岩變形小於理論計算值，錨桿和洞室工況運行良好。

榮譽表彰

2008年1月31日，中華人民共和國住房和城鄉建設部以“建質[2008]22號”檔案發布《關於公布2005-2006年度國家級工法的通知》，《水泥藥卷張拉錨桿施工工法》被評定為2005-2006年度國家二級工法。