岩锚梁施工方案及岩锚梁砂浆锚杆施工方法

2020-05-22 10:01:28

主洞库Ⅱ合同段主坑三区岩锚梁施工方案

一、工程概况 主洞库Ⅱ合同段主坑三区岩锚梁主边、副边各 223.9m 长,梁高 1.8m,梁顶宽 1.4m,设计采用 C30 钢筋混凝土结构,岩锚梁支撑岩 台与主洞库垂直边墙呈 30o 夹角,由于结构上强度和精确度要求高, 使用上要求确保安全稳定,岩锚梁的施工俨然成为一号洞的最关键部 位。目前,三区拱部混凝土被覆已完成 72m,基本上具备了开挖岩 锚梁岩板层的施工条件。 二、岩锚梁施工程序

拱顶混凝土的防护

开挖卸渣竖井 开挖第一层岩板

开挖岩锚梁

预留保护层

钢筋洞外加工

岩锚梁锚杆施工 钢筋绑扎安装

立模灌筑混凝土

拆模养生

开挖第二层岩板 图 1 岩锚梁施工程序

三、岩锚梁的开挖 1、岩板开挖分层高度 根据总体施工方案,三区 A1 区和 A2 区之间中隔板厚 10m,为 便于岩锚梁施工,岩板分两层开挖,如图 2 所示,首先自+21.0m 向

下开挖至+15.5m,为第○I 层,开挖高度 5.5m,保留第○II 层岩板厚

4.5m,平台顶面距岩锚梁底高度为 1.5m,这样的分层高度,既满足 岩锚梁岩台开挖、锚杆施工所需空间,方便混凝土模板和支架的安装, 同时兼顾下层岩板的安全性。

第○I 层岩板的开挖采用松动控制爆破、中心拉槽、两侧预留保护

层跟进的开挖方法。为方便出碴,同时不对拱顶混凝土的施工形成干 扰,先在 A1-1 和 A1-3 之间开挖贯通横洞,然后在横洞内向上开挖 3m×3m 竖井,第一层岩板开挖时,石渣从竖井卸到 A1 区,用装载 机装碴,自卸车运出洞外。

2、岩台保护层厚度的确定 为防止岩板开挖时对岩锚梁岩台围岩的破坏,维护岩台的稳定,

开挖第○I 层岩板时,先拉中槽,两边预留足够厚度的岩台保护层。根

据主坑三区围岩情况及爆破方式,初步确定保护层厚度为 1.5m,留 取方法是,在拉中槽时,先预留 3.5~4.0m 保护层,然后采用光面爆 破法逐层剥离至 1.5m 厚保护层,使保护层外侧形成垂直岩面,这样, 既能减小对岩台围岩的扰动,又方便保护层及岩台面的钻孔开挖,如

图 3 所示。

图 3 岩锚保护层的留取方法

3、岩锚梁岩台的开挖 为确保岩台面表面平整,减小因爆破对岩台围岩的破坏,控制超 欠挖,岩台开挖采用光面爆破,爆破参数通过计算及类比法确定,并 以现场试验优化后的参数为基础实施。由于三区有部分 III 类围岩区, 该地段由于节理裂隙发育、岩脉穿插频繁,岩体强度均一性差,工程 爆破很难保证,该段采用先锚固支护再进行爆破开挖。锚杆采用Ф 22*L3,锚杆孔深 4.5-5m 深,锚杆纵向间距 80cm,设置 4 排。为确 保岩锚梁部位开挖成功,在下面开挖方案基础上另设计了备用开挖方 案。 (1)岩台光面爆破质量指标 岩台开挖轮廓面成型规则,岩面平整,岩台拐角保存完整,岩台

开挖质量,超欠挖控制,炮痕残留率严格控制在规范允许范围以内。 (2)岩台的开挖顺序 岩台及其保护层的开挖分三步进行,如图 4 所示,第一是光面爆

破将保护层厚度减小到 40~50cm;第二是沿岩台下边墙墙面开挖出 下边墙;第三是岩台上边墙及岩台面光面爆破。

图 4 岩锚梁岩台的开挖顺序

(3)岩台的开挖方法 开挖方法正确与否关系到岩台开挖轮廓能否符合设计要求,岩台 表面能否平整。开挖方法涉及造孔方向的选择、机具选择及减少超挖 防止欠挖的措施。 岩台保护层及岩台面的开挖主要采用手持风动凿岩机钻孔,以便 于控制超欠挖,做到精雕细刻。在钻孔方向上,上下边墙一般有纵向 水平钻孔和竖向钻孔两种方法,岩台斜面也有纵向水平钻孔和自下拐 点向上拐点斜向上钻孔两种方法,现结合现场试验成果,将各种钻孔 的优缺点进行对比如表 1 所示。

钻孔方向对比试验成果

表1

造孔方向

岩台上边墙

岩台台面

岩台下边墙

超欠挖满足设计要求;

不便控制超欠挖;

不便控制超岩面;

纵向水平钻孔

钻孔操作困难;

钻孔操作困难;

钻孔操作困难;

施工速度慢;

施工速度慢;

施工速度慢;

每排炮间有错台;

每排炮间有错台;

便于控制超欠挖;

便于控制超欠挖;

竖向钻孔

钻孔操作方便;

钻孔操作方便;

施工速度快;

施工速度快;

不会产生纵向错台;

不会产生纵向错台;

便于控制超欠挖;

岩台面斜向上

台面较陡,开眼困难;

钻孔

施工速度快;

通过上表比较可以看出,岩台上、下边墙采用竖向造孔;岩台台 面采用自下拐点向上拐点的斜向上钻孔方式,不但速度快,操作方便,

而且能有效地控制超欠挖,保证岩台的开挖质量。

(4)爆破参数的确定

爆破参数通过计算并通过现场爆破试验确定。根据既定岩台开挖

方法,在实施于正式岩台以前,先在其它部位进行爆破试验,通过试

验对爆炮参数进行优化,并以此为基础实施光面爆破。

图 2 所示是在 II 级围岩段多次试验取得的爆破参数。

岩台开挖光面爆破参数

表2

开挖部位

钻孔直径 D (mm)

周边眼间距 a 线装药密度 Qx

(cm)

(g/m)

备注

下边墙

40

15

130

不耦合间距隔装药

上边墙

40

15

150

隔孔装药

岩台面

40

15

150

线性装药

(5)减少超挖防止欠挖的措施

① 坚持按岩台开挖工艺流程施工;

② 造孔:造孔质量是影响光爆效果的关键,施工中要求做到准、

直、齐、平。准就是孔位准,楔入角度小而准、钻孔深度准;直就是

炮眼顺直;齐是指炮孔底部在同一深度;平是指爆破后的岩面平整无

欠挖,超挖也在允许的范围内。

钻孔前由测量人员用红油漆准确标出孔位,石质完整、节理不发

育地段沿开挖轮廓线布孔,石质较软或破碎围岩地段在轮廓线以内 5~10cm 布孔,对破碎地段采用在两个炮眼中间设空孔以增强光面爆

破效果。钻孔前,先在钻杆上标出钻进深度控制线,以保证孔底在一

条直线上;开钻时由专人把握钻头对准孔位,保证开孔偏差不大于 3cm;施钻时在相临钻孔插上标杆作为参照,严格控制钻杆角度;做 到钻孔相互平行,方向一致。

岩台面斜向上钻孔时,先用脚手架钢管搭设控制台架,再将自制 风枪导轨安装在台架上,利用风枪倒置钻孔法钻孔,如图 5 所示。这 样的方法既便于控制钻杆的角度,同时成功地解决了人工正常钻孔时 操作高度(需 2.5m)不足的难题,操作方便,施工速度快。

图 5 斜向上钻孔方法示意图

③ 装药结构:石质较硬地段采用小药卷间隔不耦合装药结构, 如图 6 所示,此种装药结构不仅使孔壁受到较均匀的爆轰压力而且空 气间隔起到缓冲作用,降低作用在孔壁上的始冲量从而达到光爆效 果。石质较软或破碎地段,直接采用导爆索线性装药,这种装药结构 对需要保留的岩台基面、结构拐点具有良好的保护作用,减震效果好。

④ 起爆方式:导爆索连通各炮眼通过微差毫秒雷管分段起爆。

四、岩锚梁砂浆锚杆施工 设计上每 750mm 有一排砂浆锚杆,每排 3 根,斜向上两根受拉 锚杆,成三角形布置,全长 10m,入岩深 8.5m;斜下向 1 根,全长 8.5m,入岩 7.0m,均采用φ36 钢筋制作,另外,边墙φ25 水平系统 锚杆在岩锚梁处均为 8m 长,入岩 7m,外露 1.0m 与岩锚梁钢筋焊 接。 岩锚梁对锚杆施工质量要求极高,在锚杆材质、长度、直径符合 要求的情况下,锚杆的施工质量主要有两个方面:一是锚杆孔的施工 质量,除要保证锚杆孔孔深、孔径符合规范要求外,最重要的是锚杆 孔的角度控制;二是锚杆的锚固质量,除要保证砂浆配合比、强度符 合设计及施工规范要求外,最重要的是注浆要饱满。 1、锚杆施工工艺流程 见图 6。 2、钻孔方法及工艺 (1)钻机选型:采用 MD-50 型风动潜孔钻机钻孔。这种钻机适 合于钻进 65mm~130mm 的孔径,本身配有导轨,钻杆可以接长, 通过工作台架可以自由调整导轨及钻杆方向,完全满足岩锚梁锚杆孔 的施工质量要求。 (2)钻孔直径:岩锚梁锚杆设计直径为φ36,综合考虑钻机性 能及注浆要求,选用φ65 钻头钻孔。 (3)钻孔方法:钻机就位前,先清除岩台表面松散石块,由测 量人员准确标出锚杆孔位置;然后,用φ40 钢管搭设作业台架,台架

上除有作业平台外,主要有前后两根横梁用于固定钻机,并通过调整 横梁高低来保证钻机导轨角度,从而精确控制锚杆孔的倾角满足设计 要求。成孔后,还要对钻孔角度进行检查,并用高压水和高压风将钻 孔内岩粉冲洗干净,否则会降低锚固力,冲洗后用木塞临时封闭孔口, 以免杂物掉入孔内。

锚杆制作 岩台面清理检查

锚杆孔测量放样

搭工作台架

安装钻机调整钻机角度

开钻打孔

上倾锚杆 双管注浆法

锚杆孔冲洗 成孔检查

下倾锚杆 单管注浆法

安装锚杆及排气管 安装止浆塞 注浆

搅拌砂浆

注浆 插锚杆

锚杆抗拨力检查

锚杆竣工验收 图 6 岩锚梁锚杆施工工艺流程图

3、注浆方法及工艺 (1)砂浆的配合比 砂浆的配合比是决定锚杆锚固质量的重要因素,合理的配合比, 不仅能确保施工质量,而且能够加快施工速度。砂浆的配合比由实验 室确定,施工中严格按配合比拌料搅拌,控制水灰比。砂浆主要参数 为: 砂浆标号 200# 施工配合比 水泥:砂:水=1:1:0.38~0.45 砂子 选用天然中粗砂,最大粒径小于 2.5mm 外加剂 主要为微膨胀剂,掺量按规范要求 (2)注浆 注浆方式的选择是锚杆施工的关键,因为它直接决定着锚杆的抗 拉拔能力。注浆方式一般分为双管排气注浆和单管注浆两种。 双管注浆:对上倾锚杆,采用双管排气注浆施工工艺,先安装锚 杆和排气管,排气管选用φ5 的硬质塑料管,排气管长度要求略长于 锚杆长度,然后安装上自制止浆塞,孔中缝隙用棉纱或牛皮纸封堵严 实,注浆开始后,将排气管外露端插入一个装有水的玻璃瓶内,观察 排气管内不再冒气泡时,证明浆已注满;注浆体终凝前,将浆止浆塞 取出供其它孔使用。采用这种注浆工艺,能够使上倾锚杆孔注浆饱满, 保证注浆质量。 单管注浆:这种注浆方式适用于下倾锚杆注浆,不用排气管,直 接将注浆管插入锚杆孔底,开始注浆后反复将注浆管向孔底送,使砂

浆将孔内多余的水挤压出孔外,随后边注浆边拔出注浆管,注满后, 将锚杆钢筋插入锚杆孔内,同时用水泥袋纸或塑料布封住孔口,当感 到锚杆撞击孔底时,孔口要求填满砂浆,插好锚杆后用水泥袋纸封堵 孔口待砂浆凝结后再取去。采用这种注浆工艺,操作简单,施工速度 快,并且能保证锚杆施工质量。

注浆机选用温州产 UJ3 型挤压式注浆泵。 为避免出现高集中应力,锚杆在锚杆孔 2 米范围内涂沥青,锚杆 涂沥青段露出岩表 200mm。 4、锚杆施工质量的检查和验收 锚杆孔主要检查锚杆的孔位、孔向、孔径、孔深、洗孔质量等项 目,锚杆体主要检查锚材材质、长度、直径、浆液性能等,最后是按 规范要求抽样进行锚固力检查,其平均值不能低于设计值,以确保锚 杆施工质量。 五、岩锚梁混凝土的施工 主坑三区岩锚梁梁体全长 447.8m,断面积约 2.0m2,具有长度 长、断面大、钢筋密集、预埋件多、精度要求高等特点。 1、岩锚梁混凝土施工分缝 由于岩锚梁梁体较长,施工不可能也不允许一次浇筑,因此必须 设计纵向施工分缝,同时,为减少混凝土干缩变形和干缩裂纹,根据 设计要求、浇筑能力及工期要求,计划每 24m 设一道施工分缝,每 侧分为 9 个浇筑段,段与段之间用榫接和钢筋连接,采用跳仓浇筑, 缝面间留缝槽,纵向钢筋跨缝布置不断开。

2、施工工艺流程

清洗岩台面

钢筋洞外下料加工

立支架 铺底模

模板整修

绑扎钢筋

立侧模

安装预埋件

模板调整效正

混凝土搅拌运输

检查验收

混凝土浇筑

脱模养生

图 7 岩锚梁混凝土施工工艺流程

3、岩锚梁混凝土的质量标准 岩锚梁混凝土施工完成后要达到内实外美,做到强度合格、表面 平整美观、结构尺寸符合设计要求、预埋件埋设误差在 2mm 以内, 边线最大误差控制在 5mm 以内。 4、岩锚梁混凝土的模板和支架体系 由于岩锚梁梁体断面较大,精度要求高,对其混凝土的模板和支 架体系也要求较高。

(1)支架体系 采用钢木联合支撑体系见图 8 所示。支架安装前,先平整场地, 对回填松散石渣夯实后再铺设卧木,立柱除采用外部斜撑外,为防止 倾覆,设内拉杆与系统锚杆连接,确保支架的强度和刚度满足要求。

图 8 岩锚梁混凝土支架模板体系图

(2)模板体系 模板采用组合钢模板内贴 5mm 厚聚氯乙烯板作为岩锚梁模板, 组合钢模主要是保证模板的强度、刚度和稳定性,内贴聚氯乙烯板是 为了使混凝土表面平整、光洁美观。所有模板接头缝用胶带贴平,保 证不能漏浆。 5、钢筋绑扎 钢筋在洞外下料加工,运至洞内现场绑扎,绑扎时先每隔 5m 固 定好一根标准箍筋,然后绑扎箍筋拐角纵向筋,再绑扎靠近岩壁箍筋, 再扎其余纵向钢筋,再扎水平方向钢筋,扎外侧纵向钢筋的其余部分。 岩锚吊车梁钢筋构造规定,钢筋保护层厚 50mm,留设方法是预制 50mm 厚混凝土垫块,用扎丝绑扎在钢筋与模板中间;钢筋搭接全部

采用焊接。 6、混凝土的配合比和浇筑方式 岩锚梁混凝土体积较大,水泥水化热较高,为降低水化热,减小

梁体内外温差,保证混凝土强度避免梁体出现温度应力裂缝,当选用 中低热水泥,采用二级配混凝土,适当减少水泥用量,降低水灰比。

混凝土在上海住总集团拌合站制备,混凝土输送车送入 HB60 液 压输送泵入仓,入仓方式采用平仓分层灌注,每层厚度不超过 50cm, 采用插入式振动棒振捣,最上层采用平板式振动器配合振捣。

7、预埋件的埋设 主坑三区岩锚梁预埋件主要有排水管、预留锚索套管以及固定吊 车梁钢轨的固定螺栓等。其中以固定螺栓数量最多,精度要求最高, 其质量标准是:轨道安装时实际中心线对设计中心线偏差要保证不大 于 3mm,两侧轨距偏差不大于±5mm,轨道纵向不平整度要小于 1/1500,全程不超过 10mm,在同一断面上两轨道顶面标高相对差不 超过 10mm。 为保证预埋件位置正确,各种预埋件必须与梁体钢筋连接牢固, 混凝土浇筑时防止踏动,避免振动棒碰撞。固定螺栓由于数量多,中 线和标高要求严格,施工中采用∠75 角钢焊接成型钢框架,将固定螺 栓按设计间距焊接在型钢框架上,然后用经纬仪精确放线,将型钢框 架焊接在岩锚梁钢筋上,浇筑混凝土过程中经常检查型钢框架的位置 是否有移动。

8、混凝土的养护和防开裂措施 岩锚梁混凝土属大体积混凝土,在凝固过程中会产生大量水化 热,使内部温度逐渐升高,当混凝土表面温度与内部温度差大于 25oC 时,就可能会产生温度应力裂缝。基于此原理,防止混凝土开裂的措 施主要有两种,一是采取措施降低混凝土的内部温度,二是想办法提 高混凝土表面温度,其目的都是为了缩小混凝土的内外温差,使之不 足以产生温度应力裂缝。针对岩锚梁的特点,第一种措施主要通调整 混凝土配合比来实现,第二种措施则可以在混凝土浇筑完成后通过养 护来实现,三区拱部混凝土施工实践证明,采用覆盖保温养护法,能 够有效提高混凝土表面温度,缩小内外温差,是一种简单有效的养护 方法。 六、施工进度计划 岩锚梁的施工进度主要受到三区拱部被覆混凝土进度的制约,以 及本身开挖、锚杆和混凝土的施工速度影响。目前,岩锚梁所在的第

○I 层岩板中槽已经拉开,并预留至少 3.0m 厚的岩台保护层,计划

2003 年 1 月 20 日正式开始岩锚梁的开挖,2003 年 4 月 30 日以前 全部完工。

七、岩锚梁施工质量和安全措施 1、施工质量管理机构 成立岩锚梁施工质量领导小组,由项目指挥长任组长,项目总工 程师任副组长,下设三个质量监控小组,分别为开挖质量监控小组、

锚杆质量监控小组、混凝土和预埋件监控小组等,明确责任,分工负 责,质量管理机构如图 8 所示。

岩锚梁质量领导小组 组长:李铁翔

副组长:李春杰、官小国

开挖质量监控小组 组长:李春杰

副组长:周安全、 张德亮

锚杆质量监控小组 组长:官小国

副组长:陈金旗、 邓林

混凝土质量监控小组 组长:潘建立

副组长:余 伟、 胡广文

图 8 岩锚梁质量管理机构图 组长:官小国

副组长:陈金旗、

2、保证岩锚梁质量的主要措施 邓 林

(1)岩台开挖预留保护层,采用光面爆破逐层剥离,岩台开挖 采用双向钻孔光面爆破工艺,开挖轮廓面成型规则,岩面平整,岩台 拐角保存完整,岩台开挖质量,超欠量以及炮眼残痕率控制在规范允 许范围之内。

(2)锚杆材料及长度、直径、锚杆孔位、角度及深度符合设计 要求。砂浆严格按配合比拌制并根据不同倾角采用不同的注浆工艺保 证砂浆饱满,确保其锚固力必须满足设计要求。

(3)梁体混凝土达到内实外美,强度合格、表面平整光洁、结

构尺寸符合设计要求,边线最大误差在±5mm 以内。 (4)预埋件安装准确,误差在规范允许范围内。 (5)垫层混凝土标号满足设计要求,其粗骨料粒径不大于

10mm,轨道垫板与垫层混凝土密切接触,没有空隙存在。 (6)梁体混凝土强度达到设计强度的 90%以上时,方可拆除模

板支架,达到设计强度后再进行第二层岩板开挖,爆破后传到岩锚梁 的质点振动速度不大于 5~7cm/s,同时搭设钢管竹排防护墙对岩锚梁 进行保护,避免飞石撞击。

(8)对拱部混凝土的保护措施。采取覆盖法对三区拱部混凝土 进行保护,在岩板爆破前,先将爆破体自下而上覆盖上 3mm 厚铁皮、 旧汽车轮胎和布鲁克防护网,阻止爆破飞石飞出砸坏拱部混凝土。同 时采用密打眼、弱爆破、松动爆破技术,减轻爆破震动。

3、安全措施 (1)严格控制岩板开挖厚度,维护下层岩板稳定; (2)加强锚喷支护,确保边墙及大拱脚安全稳定。第一层岩板 开挖后,立即进行主坑边墙系统锚杆施工,支护紧跟,确保结构安全。 (3)搞好经常性的施工安全工作,防止摔伤、触电、炸伤、砸 伤等意外事故。 (4)强化安全员跟班作业制度,并定期组织进行安全检查,确 保该区的施工安全。

目录 1 号洞三区岩锚梁施工方案.................................................................... 1

一、工程概况 .................................................................................. 1 二、岩锚梁施工程序 ...................................................................... 1 三、岩锚梁的开挖 .......................................................................... 2

1、岩板开挖分层高度 ........................................................... 2 2、岩台保护层厚度的确定 ................................................... 2 3、岩锚梁岩台的开挖 ........................................................... 3 (1)岩台光面爆破质量指标 ............................................... 3 (2)岩台的开挖顺序 ........................................................... 4 (3)岩台的开挖方法 ........................................................... 4 (4)爆破参数的确定 ........................................................... 6 (5)减少超挖防止欠挖的措施 ........................................... 6 四、岩锚梁砂浆锚杆施工 .............................................................. 8 1、锚杆施工工艺流程 ........................................................... 8 2、钻孔方法及工艺 ............................................................... 8 3、注浆方法及工艺 ........................................................... 10

(1)砂浆的配合比 ........................................................... 10 (2)注浆 ........................................................................... 10 4、锚杆施工质量的检查和验收 ....................................... 11 五、岩锚梁混凝土的施工 .......................................................... 11 1、岩锚梁混凝土施工分缝 ............................................... 11 2、施工工艺流程 ............................................................... 12 3、岩锚梁混凝土的质量标准 ........................................... 12 4、岩锚梁混凝土的模板和支架体系 ............................... 12 (1)支架体系 ................................................................... 13 (2)模板体系 ................................................................... 13 5、钢筋绑扎 ....................................................................... 13 6、混凝土的配合比和浇筑方式 ....................................... 14 7、预埋件的埋设 ............................................................... 14 8、混凝土的养护和防开裂措施 ....................................... 15 六、施工进度计划 ...................................................................... 15 七、岩锚梁施工质量和安全措施 .............................................. 15 1、施工质量管理机构 ....................................................... 15 2、保证岩锚梁质量的主要措施 ....................................... 16 3、安全措施 ....................................................................... 17

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