张河湾抽水蓄能电站位于河北省石家庄市井陉县测鱼镇附近的甘陶河干流上。距石家庄市区直线距离为53km，公路里程77km，距井陉县城公路里程45km。电站总装机容量1000MW，装机4台，单机容量250MW。电站枢纽主要由上水库、水道系统、地下厂房系统及地面出线场、下水库拦河坝和拦排沙工程等组成。电站建成后接入冀南电网，在系统中担负调峰填谷、调频调相和紧急事故备用等任务。

 

　　水道系统由上水库进/出水口、压力管道、尾水隧洞、下水库进/出水口、排水廊道组成。引水系统采用一管二机的布置方式，尾水系统采用一管一机的布置方式。上水库两个进/出水口均为岸边侧式，平行布置，并设置事故闸门。高压管道布置为竖井式，两条管道相互平行，垂直进入厂房，全线均为地下埋藏式钢管。4条尾水隧洞平行布置，斜出厂房，其中心线与机组中心线的夹角为83°，内径均为5.0m，采用钢衬与钢筋混凝土衬砌。

 

　　下水库进/出水口布置在下水库左岸，位于主变及开关室下游，已建的下水库环库公路（8#公路）从其顶部通过。根据结构需要，在进/出水口布置有四个闸门井，其开挖高程为EL479.600m～EL432.514m，开挖高度47.086m，断面为12.36m×8.06m（长×宽）。其中1#与2#及3#与4#闸门井中心线之间距离均为21.836m，2#与3#闸门井之间距离为23.831m，闸门井与下游边坡之间最小岩体厚度为8.62m，周围预留岩体厚度均较小。每个闸门井内分别布置一道事故闸门和一道检修闸门。

 

　　下水库共布置四个进/出水口，分别与对应机组的尾水隧洞相连接，进/出水口主要由渐变段、闸门井井座段和扩散段组成，总长45.21m，其中渐变段长7.0m，断面由圆形过渡为方形，闸门井井座段长15.21m，扩散段长23.0m，其底板坡度为19，顶板坡度为22.43。四个进/出水口相邻之间岩石较薄，其中1#与2#及3#与4#之间岩壁厚4.28m，2#与3#之间岩壁厚6.28m，洞口横向跨度最大为16.922m。

 

　　进/出水口、闸门井、隧洞部位岩石岩性为变质安山砾岩、变质安山岩，其主要特点是倾角陡峭、裂隙发育、局部岩体蚀变，施工过程中，边坡及洞室成型不易掌握。闸门井井体及隧洞洞身结构尺寸跨度大，相互间岩层及与临坡面厚度较小，在施工期间受周围开挖爆破振动的影响严重，故隧洞及闸门井预留支撑岩体的稳定性是施工过程中控制的关键。

 

　　进/出水口悬吊锚杆布置在下水库闸门井下游，顶部为479.6高程检修平台，悬吊锚杆贯穿于检修平台与尾水隧洞顶拱之间岩石。

 

　　悬吊锚杆分四个部位施工，共分四个单元，分别对应1#、2#、3#、4#四个进/出水口，2#、3#、4#进/出水口悬吊锚杆每个单元24根，分三排，从上游至下游成扇形布置，锚杆间距2.0m，排距1.5m，其中第一排孔垂直角度22.7°，孔深29.4m；第二排孔角度24.8°，孔深29.3m；第三排孔角度27°，孔深28.7m。由于1#进/出水口地质条件较差，实际开挖成形线比原设计开挖线靠上游变化较大，后经设计单位重新布置，1#进/出水口悬吊锚杆共30根，分四排，从上游至下游成扇形布置，锚杆间距2.0m，排距1.5m，其中第一排孔垂直角度23.6°，孔深28.1m；第二排孔角度24.5°，孔深26.9m；第三排孔角度25.7°，孔深25.4m；第四排孔角度27°，孔深24.0m。

 

　　2、悬吊锚杆施工技术思路

 

　　下水库进/出水口岩石整体地质条件差，隧洞口顶部边坡岩石裂隙发育，相互切割，底部四条隧洞左右跨度大，上游为闸门井，悬吊锚杆所处位置三面临空，悬吊锚杆作用主要是提高隧洞顶部围岩的完整性和稳定性，为底部隧洞的开挖和进洞施工及电站长期运行安全提供有力保障。

 

　　悬吊锚杆主要施工工序分：钻孔→洗孔→验孔→补强灌浆→待凝→扫孔→安装锚杆→灌注砂浆。

 

　　悬吊锚杆施工需解决以下问题：⑴悬吊锚杆施工平台位于进/出水口479.6检修平台，由于地质条件差，开挖面高低不平，钻孔施工必须搭设施工平台，以便钻机施工；⑵钻孔孔深24m～29m不等，每个单元最外侧一排孔离下游边坡开挖面平均距离只有1.0m左右，如果钻孔精度控制不好，有可能从侧面打穿，或同一单元内悬吊锚杆孔相互打穿；⑶悬吊锚杆孔和边坡布置的系统砂浆锚杆孔孔轴向相互垂直，如果不控制好每个孔的孔向，很有可能造成悬吊锚杆和砂浆锚杆孔交叉报废或影响悬吊锚杆施工质量，如何协调好边坡系统锚杆和悬吊锚杆施工非常关键；⑷在各单元悬吊锚杆施工结束之前，相应进/出水口隧洞无法进洞开挖，如不按期完成悬吊锚杆施工任务，将势必造成进/出水口施工工期整体拖后；⑸悬吊锚杆长约24～29米不等，锚杆钢筋必须进行可靠连接才能实现，无论采用什么样的连接方式，都必须保证悬吊锚杆的连接质量，并且施工进度也必须要保证。

 

　　悬吊锚杆在EL479.6平台进行施工，平台开挖面高低不平，钻孔时在每个施工单元岩石最高点找一平面，在离水平面约0.1m处用钢管脚手架搭设一施工平台，平台顶部铺设马道板，造孔位置预留缺口，马道板两端用铅丝绑扎牢靠，钻机采用人工撬移。

 

　　悬吊锚杆孔深约24～29米，按照锚固规范，钻孔横向偏移量不能超过终孔孔深的1/40，这就意味着无论选用什么样的钻孔设备，悬吊锚杆孔终孔后的偏移量在0.6m～0.72m之间。经过仔细比选，决定采用SGZ-Ⅲ型地质钻机进行造孔施工，扫孔采用YG-60全液压潜孔钻机。根据岩石锚固规范：采用“先注浆后安装锚杆”的程序施工时，钻孔直径大于锚杆直径15mm以上；以“先安装锚杆后注浆”的程序施工时，钻孔直径大于锚杆直径25mm以上，本部位悬吊锚杆施工采用“先安装锚杆后注浆”的方式，且加上孔内注浆管的直径，确定钻孔孔径为90mm。

 

　　施工前先用全站仪放出每根悬吊锚杆的精确位置，钻机就位开孔前，用地质罗盘调整钻机机架的倾角、方位角与对应孔号是否吻合，然后用钢管脚手架加固好钻机，在钻进过程中每钻进5m，对钻具角度进行校核，及时纠偏，以保证钻孔精度。

 

　　进/出水口地质条件差，岩石破碎、裂隙发育，一些裂隙相互贯穿，钻孔过程中塌孔、卡钻现象时常发生，而且一部分孔与其相临孔之间通过裂隙相互串通，为避免塌孔和保证锚杆孔注浆密实，对悬吊锚杆孔进行全孔补强灌浆。

 

　　由于悬吊锚杆施工边坡岩石较薄，灌浆压力不能太大，设计单位建议将灌浆压力控制在0.2～0.4Mpa。悬吊锚杆孔平均孔深约28m左右，如果采用自流方式灌浆时，孔底压力将接近设计压力，经过业主、设计、监理和施工单位共同商讨确定，悬吊锚杆补强灌浆全孔采用自流式灌浆方式既可。

 

　　灌浆前，先向孔内注入清水进行冲洗，待孔内返水变清后继续清洗10min即可结束清洗工作。灌浆采用纯水泥浆液，水泥采用鼎鑫P•O32.5普通硅酸盐水泥，浆液比级采用3：1、1：1、0.6：1三个比级，开灌比为3：1，灌浆过程中密切关注边坡岩石的变化情况，避免发生边坡岩石抬动及破坏。因基岩裂隙相互贯穿，灌浆过程中进/出水口边坡可能会出现漏浆、冒浆现象，根据以往各工程基础处理灌浆施工经验，可采用嵌缝、间歇、变换浆液比级等方法进行处理；在本工程施工中，边坡较陡，采用吊栏将人员放至漏浆部位进行封堵，发生孔内串浆情况时，等灌浆孔灌浆结束后，在浆液即将初凝之前，用压力水将被串孔内浆液冲洗干净，再进行被串孔灌浆作业。

 

　　补强灌浆结束三天后，用YG-60潜孔钻机在原孔进行扫孔，将孔清洗干净，并使孔深达到原设计深度。

 

　　5、锚杆制作安装

 

　　悬吊锚杆采用Φ36二级钢筋，每根毛料钢筋质量将近96kg，EL479.6施工平台上游是四个闸门井，下游均为临空面，施工面比较狭窄，悬吊锚杆安装无法采用机械设备吊装，96kg重、12m长的钢筋单靠人工支撑起来非常困难，而且安全也不容易保证，为了安全、快捷地安装悬吊锚杆，经过仔细研究后决定，每根悬吊锚杆分四段安装，即最底部为一根12m长毛料钢筋，其顶部三段全部加工成6m长钢筋。锚筋长度确定好后，关键看四段锚筋如何进行可靠连接，一般情况下，钢筋连接主要有焊接和机械连接两种，根据钢筋焊接验收规范，直径在28mm以上的钢筋焊接须进行帮条焊接。在本工程中，帮条焊接后，接头处太粗，安装锚杆时容易被岩石卡住，而且按照要求，在“先安装锚杆后注浆”的锚杆施工方式中，必须沿锚杆杆体布置注浆管路，帮条焊连接方式不但接头多，而且，在接头处容易把灌浆管路压断或压扁，使锚杆灌浆质量无法得到保证。机械连接就是采用直螺纹套筒连接，在被连接两段钢筋端部加工螺纹，采用直螺纹套筒将两段钢筋连接到一起，这种连接方式既简单、又快捷，钢筋连接质量又能得到保证，在其他工程中都广泛采用。

 

　　悬吊锚杆制作前，先对Φ36钢材进行质量检查，确保所选钢材没有外观缺陷，并对钢筋进行系统除锈后，进行螺纹加工。在组成锚杆的四根钢筋中，12m长钢筋一端加工螺纹，6m长3根钢筋其中两根两端都加工螺纹，最顶部一根钢筋一端加工螺纹。连接套筒按要求从市场采购，套筒长100mm，外径55mm，壁厚10mm，套筒质量满足相应要求。进/出水口悬吊锚杆所处位置岩石破碎，岩体前后上下均为临空面，悬吊锚杆的施工质量直接影响到底部隧洞的施工安全和施工进度，在其各施工工序中，锚杆连接为重中之重。在施工前，对锚杆直螺纹连接强度进行了试验，试验数据如表1。通过试验，三组试件都是套筒区域外钢筋塑断，说明套筒与钢筋之间直螺纹连接是可靠的。

 

　　在组成悬吊锚杆四段钢筋的每段钢筋中部，绕钢筋轴线方向制作四个定位耳环，锚杆安装到孔内后，使杆体处于孔中心位置，这样一方面可以使灌注的砂浆完全包裹住钢筋，提高锚杆的“握裹力”，另一方面，在定位耳环的空隙部位布置注浆管，可以防止锚杆在安装过程中将注浆管挤裂，从而保证锚杆的注浆质量。

 

　　悬吊锚杆采用三脚架、滑轮组人工配合安装，安装时，将最底部12m长钢筋装入孔中，在其加工螺纹一端距孔口上部0.3m左右时，用特制工具将钢筋固定，接上直螺纹套筒，然后在套筒的另一侧将6m长两端带螺纹钢筋用管钳紧到位，然后将钢筋继续下至孔内，到6m长钢筋顶部一端距孔口上部0.3m左右时，按照以上方法类推，直到最后一段钢筋安装完毕。在每一段钢筋放入孔内之前，用细绑丝每隔4m将塑料注浆管与钢筋简单绑扎，每孔最底部一段钢筋布置注浆管时，注浆管口距钢筋底部0.5m左右，以防钢筋下至孔底后孔底岩渣堵塞注浆管。

 

 

　　悬吊锚杆注浆采用敞口式无压（自流）注浆，用砂浆泵通过先前布置在锚杆上的注浆管，将砂浆缓缓注入孔内，灌注5分钟左右时，缓慢将布置在锚杆上的塑料注浆管向上拔出，拔管速度要均匀，不能过快，一边拔管，一边灌注砂浆，灌注砂浆过程中，间断性敲击锚杆，通过锚杆振动使孔内砂浆更加密实、均匀，直到孔口注满砂浆为止。

 

　　7、结语

 

　　悬吊锚杆施工结束、底部隧洞开挖完成后，通过现场观察，悬吊锚杆孔内砂浆灌注密实，锚杆孔周边岩石裂隙内水泥结石充填饱满。通过施工前后岩体波速探测试验显示，悬吊锚杆施工后，岩体波速比施工前连续、完整。这说明悬吊锚杆的施工对进/出水口围岩完整性和稳定起到了积极的作用，并达到了预期的目的。

 

　　张河湾进/出水口悬吊锚杆施工结束后，张河湾蓄能电站工程建设各方专家通过检测资料和现场联合验收，给予了高度评价，认为“张河湾悬吊锚杆的一系列施工方法是科学、有效的，也是非常成功的，施工中采取的一系列施工技术对今后类似工程施工有一定借鉴意义”，一致认为，张河湾抽水蓄能电站工程进/出水口悬吊锚杆施工是成功的。

 

　　表1钢筋直螺纹套筒连接拉伸试验报告

 

　　试件

 

　　编号 牌号 公称

 

　　直径

 

　　(mm) 拉伸试验 套筒

 

　　长度(mm) 连接方式 试件破坏

 

　　情况描述

 

　　 屈服点

 

　　(MPa) 抗拉

 

　　强度

 

　　(MPa)

 

　　第一组 HRB335 36 390 570 99 直螺纹套筒连接 套筒区域外塑断

 

　　 HRB335 36 405 580 100 直螺纹套筒连接 套筒区域外塑断

 

　　 HRB335 36 405 570 102 直螺纹套筒连接 套筒区域外塑断

 

　　第二组 HRB335 36 390 570 99 直螺纹套筒连接 套筒区域外塑断

 

　　 HRB335 36 405 580 100 直螺纹套筒连接 套筒区域外塑断

 

　　 HRB335 36 405 570 102 直螺纹套筒连接 套筒区域外塑断

 

　　第三组 HRB335 36 365 585 99 直螺纹套筒连接 套筒区域外塑断

 

　　 HRB335 36 370 595 100 直螺纹套筒连接 套筒区域外塑断

 

　　 HRB335 36 365 585 102 直螺纹套筒连接 套筒区域外塑断