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摘要：介绍隧洞和地下洞室支护施工中所采用的涨壳式中空张拉锚杆的结构、功能、作用机理、快速施工方法及工程实践中的体会。
关键词：涨壳中空张拉锚杆；施工应用；作用机理
一、引言
仙居抽水蓄能电站位于浙江省仙居县湫山乡境内，距仙居县城50km。电站由上水库、输水系统、地下厂房、地面开关站及下水库等建筑物组成。地下厂房内安装四台单机容量为375MW的混流可逆式水轮发电机组，总装机容量为1500MW(4×375MW)。地下厂房系统主要包括：主副厂房洞、主变洞、母线洞、尾水事故闸门洞、500kV出线洞、进厂交通洞、通风兼安全洞、排水廊道、排水洞等附属洞室组成。主副厂房洞开挖尺寸为176m×26.5m×55m (长×宽×高)，主变洞开挖尺寸为169.7m×19.5m×2
涨壳式中空预应力锚杆示意图
中空杆体：为全螺纹中空锚杆体，具有注浆和排气的功能。
涨壳锚头：用高强度钢材制成，通过内榫把涨壳夹片涨开成锚杆预应力内部承载体，是机械点锚式锚固体系。
垫板、螺母：预应力外部锁定固件和传递荷载构件，垫板上带有灌浆孔。
灌浆管和排气管：塑料管一端深入钻孔内，另一端留在孔外。根据锚杆安装方式（向上安装或向下安装）与中空锚杆注浆机配合使用。
造孔结束后用将安装好的涨壳锚头锚杆插入孔中，一端按上安装工具，厂家提供的钎尾，并接到钻机上，开动钻机，通过其冲击和转动使涨壳锚头在孔内充分涨开。
卸去钻机和钎尾，安装垫板、螺母及注浆管。预应力按照规定荷载锁定。
预应力的方法有2 种：用扭力扳手锁定或用双活塞空心柱千斤顶锁定荷载。
注浆：预应力完成后应及时注浆，注浆的质量是保障锚杆耐久性的关键。
注浆的材料：采用纯水泥浆，水灰比W /C=（0.35∶0.45）∶1，可以根据实际情况调整，但是绝对不能是用水泥砂浆。
注浆设备：使用注浆压力为1～1.5M Pa 的螺杆泵型注浆机，彭水电站使用的为杭州图强公司生产的D M L30 型锚杆专用注浆机。该注浆泵能用极浓液（W /C=0.35∶1），以提高灌浆机与孔壁之间的饱和度，减少水泥浆的收缩率。
涨壳中空预应力锚杆特定的向上注浆和向浆功能提高了锚杆的可靠性。当锚杆朝上安装时，即如地下洞室的顶拱部位，注浆液从注浆管进浆，浆体逐渐充溢钻孔并向上流动。注浆体从涨壳锚头尾端进浆，此时中空锚杆体的空腔成为排气通道。当锚杆向下安装时，中空锚杆体为进浆道，塑料管为排气通道，浆体从涨壳锚头底部出浆，并逐渐充溢钻孔道。浆体从塑料管流出，并保持约30s 后压力停止注浆。
采用扭力扳手进行锚杆预应力时，用扳手扭紧六角螺母，使锚杆体预应力。采用千斤顶时，需要张拉锚杆，并用扳手扭紧螺母锁定，用千斤顶张拉锚杆适用范围大，张拉力准确，但是较繁琐。
（三）中空涨壳张拉锚杆扭矩与预应力的
对于系统岩石锚杆，一般预应力＜150kN 时，以扭力扳手进行张拉简单方便实用。Ф25 普通中空锚杆体的扭力扳手扭矩G与锚杆预紧力P 的关系，根据图1可确定锚杆预紧力P 与所需要的扭力扳手扭矩G 的大小值。
举例说明如下：设计预应力的扭矩值为60kN 锚杆，即预应力为60KN，当表格P=60kN 时，G =580Nm，将扳手测定调节至所需要刻度值。
使用步骤：
1、扭力工具：使用图强公司的TG1000型刻度扭力扳手及TG -M 25 型螺母式套筒。改扳手最大扭矩为1000Nm，安装扳手臂及配套套筒。
2、按上述确定的扭矩G =580Nm ，将扳手测定调节至所需刻度值。用扳手及螺母配套筒在锚杆六角螺母上就位。用力扭紧螺母，当扭矩达到G =580N m 值时，扳手会发出哒哒的声音，指示扭矩达到制定值。即表达预紧力已经达到预计值，张拉预应力完毕。但是要注意的是在用扭力扳手施加力的时候，扭紧前，锚杆和螺母咬合部位应涂上黄油，以利螺母扭紧时力的有效传递。
图1 为SФ25 中空锚杆体扭力和预应力的关系图，适用于EX 25 系列涨壳式预应力中空锚杆。
图2 为SΦ32 中空锚杆体扭力和预应力的关系图，适用于EX 32 系列涨壳式预应力中空锚杆。
图3 预应力锚杆施工工艺流程图
（一）钻孔
锚杆钻孔采用锚杆台车、三臂凿岩台车、重型手风钻或电动钻机等钻孔。钻孔角度根据洞室的结构形式和锚杆所处的部位可分为：900、450、00、<00 等几种方向。当锚杆轴线与岩石层面夹角过小时，钻孔角度须根据监理工程师指示局部调整。根据规范要求，结合钻孔设备的实际技术参数，钻孔孔径选用Φ55～80mm。
关键词：涨壳中空张拉锚杆；施工应用；作用机理
一、引言
仙居抽水蓄能电站位于浙江省仙居县湫山乡境内，距仙居县城50km。电站由上水库、输水系统、地下厂房、地面开关站及下水库等建筑物组成。地下厂房内安装四台单机容量为375MW的混流可逆式水轮发电机组，总装机容量为1500MW(4×375MW)。地下厂房系统主要包括：主副厂房洞、主变洞、母线洞、尾水事故闸门洞、500kV出线洞、进厂交通洞、通风兼安全洞、排水廊道、排水洞等附属洞室组成。主副厂房洞开挖尺寸为176m×26.5m×55m (长×宽×高)，主变洞开挖尺寸为169.7m×19.5m×2
2.5m(长×宽×高)。
在地下厂房、隧洞施工支护, 喷锚支护作为一种可以充分利用围岩自承能力、变荷载体为承载机构的支护方式得到广泛使用。做为其中重要一环的锚杆，其种类相当繁多，有砂浆锚杆、树脂锚杆、水胀式锚杆等。本文在此介绍一种已在工程中广泛运用的锚杆形式——中空涨壳张拉锚杆的应用。二、中空涨壳张拉锚杆的作用结构及特点
（一）涨壳式中空预应力锚杆是一种粗钢筋类先锚后注浆中空式锚杆，兼具永久支护和临时支护功能于一身锚杆支护形式。主要由钢制涨壳锚头、中空注浆锚杆体、垫板、螺母、注浆管、止浆塞组成。通过涨壳于岩石壁形成涨压力，安装锚杆后迅速形成支护锚固力，可对锚杆施加预应力控制围岩变形，锚杆能360°任意方向安装和注浆。涨壳式中空预应力锚杆示意图
中空杆体：为全螺纹中空锚杆体，具有注浆和排气的功能。
涨壳锚头：用高强度钢材制成，通过内榫把涨壳夹片涨开成锚杆预应力内部承载体，是机械点锚式锚固体系。
垫板、螺母：预应力外部锁定固件和传递荷载构件，垫板上带有灌浆孔。
灌浆管和排气管：塑料管一端深入钻孔内，另一端留在孔外。根据锚杆安装方式（向上安装或向下安装）与中空锚杆注浆机配合使用。
(二)涨壳式中空预应力锚杆特点
1、迅速初期支护，控制围岩变形，保证围岩稳定；
2、中空设计，使锚杆实现了注浆管的功能，避免了传统施工工艺注浆管拔出时造成的砂浆流失；3、注浆饱满，并可实现压力注浆，提高工程质量；
4、由于各配件的作用，杆体的居中性很好，砂浆可以将锚杆体全长包裹，避免了锈蚀的危险，达到长期支护的目的；5、安装方便，不需现场加工螺纹，就可方便地安设垫板、螺母；
6、结合配套的锚杆专用注浆泵和注浆工艺，是目前国内唯一彻底解决了传统锚固支护诸多问题的锚固体系。三、中空涨壳张拉锚杆应用范围及运用
中空涨壳张拉锚杆主要用于地质条件中等良好的围岩永久系统支护，超前预支护；尤其在硬岩，岩层水平层理，节理裂隙开夹泥或地下水发场合，可通过涨壳锚杆迅速形成支护力，通过施加足够的预应力来控制围岩变形，保持其稳定。用于防止和治理岩爆，边坡治理和工程病害治理。(一)中空涨壳张拉锚杆的施工
造孔：用多臂钻岩台车和履带式液压钻机造孔，保证造孔精度不扁曲，影响锚杆的安装。对Ф25 的锚杆，钻头使用Ф42～46m m ，可以根据涨壳锚头的大小来调整造孔的大小。造孔结束后用将安装好的涨壳锚头锚杆插入孔中，一端按上安装工具，厂家提供的钎尾，并接到钻机上，开动钻机，通过其冲击和转动使涨壳锚头在孔内充分涨开。
卸去钻机和钎尾，安装垫板、螺母及注浆管。预应力按照规定荷载锁定。
预应力的方法有2 种：用扭力扳手锁定或用双活塞空心柱千斤顶锁定荷载。
注浆：预应力完成后应及时注浆，注浆的质量是保障锚杆耐久性的关键。
注浆的材料：采用纯水泥浆，水灰比W /C=（0.35∶0.45）∶1，可以根据实际情况调整，但是绝对不能是用水泥砂浆。
注浆设备：使用注浆压力为1～1.5M Pa 的螺杆泵型注浆机，彭水电站使用的为杭州图强公司生产的D M L30 型锚杆专用注浆机。该注浆泵能用极浓液（W /C=0.35∶1），以提高灌浆机与孔壁之间的饱和度，减少水泥浆的收缩率。
涨壳中空预应力锚杆特定的向上注浆和向浆功能提高了锚杆的可靠性。当锚杆朝上安装时，即如地下洞室的顶拱部位，注浆液从注浆管进浆，浆体逐渐充溢钻孔并向上流动。注浆体从涨壳锚头尾端进浆，此时中空锚杆体的空腔成为排气通道。当锚杆向下安装时，中空锚杆体为进浆道，塑料管为排气通道，浆体从涨壳锚头底部出浆，并逐渐充溢钻孔道。浆体从塑料管流出，并保持约30s 后压力停止注浆。
(二)预应力方式
扭力扳手进行锚杆预应力和双活塞空心柱千斤顶进行预应力。采用扭力扳手进行锚杆预应力时，用扳手扭紧六角螺母，使锚杆体预应力。采用千斤顶时，需要张拉锚杆，并用扳手扭紧螺母锁定，用千斤顶张拉锚杆适用范围大，张拉力准确，但是较繁琐。
（三）中空涨壳张拉锚杆扭矩与预应力的
源于：期刊论文www.udooo.com
关系对于系统岩石锚杆，一般预应力＜150kN 时，以扭力扳手进行张拉简单方便实用。Ф25 普通中空锚杆体的扭力扳手扭矩G与锚杆预紧力P 的关系，根据图1可确定锚杆预紧力P 与所需要的扭力扳手扭矩G 的大小值。
举例说明如下：设计预应力的扭矩值为60kN 锚杆，即预应力为60KN，当表格P=60kN 时，G =580Nm，将扳手测定调节至所需要刻度值。
使用步骤：
1、扭力工具：使用图强公司的TG1000型刻度扭力扳手及TG -M 25 型螺母式套筒。改扳手最大扭矩为1000Nm，安装扳手臂及配套套筒。
2、按上述确定的扭矩G =580Nm ，将扳手测定调节至所需刻度值。用扳手及螺母配套筒在锚杆六角螺母上就位。用力扭紧螺母，当扭矩达到G =580N m 值时，扳手会发出哒哒的声音，指示扭矩达到制定值。即表达预紧力已经达到预计值，张拉预应力完毕。但是要注意的是在用扭力扳手施加力的时候，扭紧前，锚杆和螺母咬合部位应涂上黄油，以利螺母扭紧时力的有效传递。
图1 为SФ25 中空锚杆体扭力和预应力的关系图，适用于EX 25 系列涨壳式预应力中空锚杆。
图2 为SΦ32 中空锚杆体扭力和预应力的关系图，适用于EX 32 系列涨壳式预应力中空锚杆。
四、施工实例与作用体现
彭水电站地下厂房边墙岩体分布有陡倾角薄层岩和条带灰岩，需要快速进修封闭支护，由于中空锚杆的有些工序很复杂，费时费工，我们在工作中对其工序进行了改进，提高了施工效率，保证了厂房的顺利开挖。图3 预应力锚杆施工工艺流程图
（一）钻孔
锚杆钻孔采用锚杆台车、三臂凿岩台车、重型手风钻或电动钻机等钻孔。钻孔角度根据洞室的结构形式和锚杆所处的部位可分为：900、450、00、<00 等几种方向。当锚杆轴线与岩石层面夹角过小时，钻孔角度须根据监理工程师指示局部调整。根据规范要求，结合钻孔设备的实际技术参数，钻孔孔径选用Φ55～80mm。