不良的地質(zhì)條件和特殊的水沙條件，決定了小浪底水利樞紐的泄洪、排沙、發(fā)電建筑物在黃河左岸集中布置的總體格局，最終形成了泄洪洞、排沙洞、引水發(fā)電洞、交通洞、排水洞、灌漿洞、施工洞、吊物井、通風(fēng)豎井、電纜井等 100多個(gè)洞室組成的洞室群擠在左岸約1km2的單薄山體上。左岸山體為砂巖、粉砂巖和黏土砂巖，且被20多條大小斷層切割，山體上下游均有沖溝切割。巖層層面接近水平(傾角8°～12°)，節(jié)理裂隙發(fā)育，存在分布不規(guī)則的層間剪切破碎帶和多層泥化夾層。在如此復(fù)雜的地質(zhì)和地形條件下，進(jìn)行水工建筑物的設(shè)計(jì)和施工實(shí)屬國內(nèi)外罕見。

　　因此，中外建設(shè)者采用了目前世界上最先進(jìn)的施工設(shè)備和技術(shù)措施。在采用種種先進(jìn)施工技術(shù)中，錨噴支護(hù)技術(shù)在小浪底工程中得到了最充分的運(yùn)用，并顯示巨大的生命力。

一、進(jìn)出口高邊坡的錨噴支護(hù)

　　 1．進(jìn)口高邊坡錨噴支護(hù)

　　小浪底工程將泄洪、排沙、灌溉和發(fā)電洞等16條隧洞進(jìn)口組合成“一”字形排列的10座進(jìn)水塔，其上游面在同一豎直面內(nèi)，總寬度276.4m。為了布置進(jìn)水塔群，在小浪底工程黃河左岸風(fēng)雨溝進(jìn)行了大量的土石方開挖，形成了塔后走向NE23°傾向NW，最大坡高120m，坡腳前緣寬277.30m的進(jìn)口高邊坡。這里地質(zhì)構(gòu)造異常復(fù)雜，對(duì)高邊坡穩(wěn)定造成一定影響。①左岸工程區(qū)規(guī)模較大的F28、F236、F238和F240斷層在進(jìn)口地層都有出露；在開挖過程中，還揭露出十幾條小斷層。②節(jié)理發(fā)育，個(gè)別地段形成節(jié)理密集帶，節(jié)理面多附有泥膜或泥質(zhì)充填，對(duì)塔后邊坡穩(wěn)定具有控制作用。③層間剪切破碎帶。④在砂巖中發(fā)現(xiàn)有30層夾泥層，出露最長的達(dá)53.5m。

　　通過分析和施工中所發(fā)生的各種問題，小浪底工程采取了一系列保證進(jìn)口高邊坡穩(wěn)定的工程措施。

　　①將進(jìn)口邊坡南、北兩山頭頂部的第四系覆蓋的黃土層和砂卵層全部挖除降低進(jìn)口邊坡高度。

　　②在高程205m、230m,250m,265m和280n分別設(shè)置了3m寬的馬道以方便施工和增加邊坡的穩(wěn)定性。

　　③進(jìn)行全面的、大規(guī)模的錨噴支護(hù)，增設(shè)了大量預(yù)應(yīng)力錨索，提高高邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)，確保邊坡穩(wěn)定。進(jìn)水口高邊坡錨噴支護(hù)量為砂漿錨桿3738根，總長3萬多m，噴混凝土5687m3，鋼纖維噴混凝土951.71m3，預(yù)應(yīng)力錨索600根。

　　 2 泄洪建筑物出口高邊坡錨噴支護(hù)

　　泄洪建筑物出口高邊坡基巖邊坡高雖然只有50～80m，但其地質(zhì)條件復(fù)雜，斷層密布，地層結(jié)構(gòu)傾向不利，因此其穩(wěn)定問題嚴(yán)重，為了保持邊坡穩(wěn)定，小浪底工程采取了多種多樣工程措施。

　　出口上游坡為順向坡，是3條導(dǎo)流洞(后改為孔板洞)、3條排沙洞、3條明流洞和1個(gè)正常溢洪道的出口，其下布置3個(gè)消力塘。

　　出口邊坡加固方案的形成，伴隨施工的全過程，經(jīng)歷了4年多的時(shí)間。在這個(gè)期間做了大量的分析和研究工作，根據(jù)施工中揭露的地質(zhì)情況和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的結(jié)果不斷對(duì)支護(hù)措施進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，最終形成了較為合理安全的加固方案。

　　①削頭減載，降低Ⅱ區(qū)邊坡高度，并用鋼筋混凝土板覆蓋削頭平臺(tái)，以防雨水和施工用水進(jìn)入邊坡。

　　②沿消力塘上游坡和左右邊坡設(shè)置“U”字形的排水洞，抽排滲水降低出口邊坡及消力塘區(qū)域地下水位，提高邊坡穩(wěn)定性，方便施工。

　　③及時(shí)進(jìn)行噴混凝土，掛鋼筋網(wǎng)噴混凝土和系統(tǒng)砂漿錨桿支護(hù)，以防坡面巖體風(fēng)化，卸荷張裂。

　　④預(yù)應(yīng)力錨索全面加固出口邊坡，針對(duì)不同區(qū)域的穩(wěn)定性要求分別采用了 3000kN級(jí)和2000kN級(jí)錨索加固。共安裝雙層保護(hù)預(yù)應(yīng)力錨索372根。

　　⑤在Ⅱ區(qū)邊坡P.0+063.20～P.O+093.20段，每隔6m設(shè)置一鋼筋混凝土抗滑樁，共設(shè)置6個(gè)抗滑樁。

二、地下洞群系統(tǒng)的錨噴支護(hù)

　　小浪底水利樞紐地下洞群系統(tǒng)的錨噴支護(hù)可根據(jù)錨噴支護(hù)的作用不同而分為兩種類型：第一種類型是錨噴支護(hù)作永久支護(hù)的1同室，包括地下廠房、主變室、尾閘室、尾水洞以及一些交通洞、排水洞、電纜洞和通風(fēng)豎井；第二種類型是錨噴支護(hù)作臨時(shí)支護(hù)的洞室，包括導(dǎo)流洞、明流洞、排沙洞、發(fā)電洞等。

　　錨噴支護(hù)作為柔性支護(hù)可與圍巖共同承擔(dān)荷載，充分發(fā)揮圍巖的承載能力和提高施工期的安全性等。

　　按照新奧法原理對(duì)錨噴支護(hù)應(yīng)采用“設(shè)計(jì)一施工：一監(jiān)測(cè)一修正設(shè)計(jì)”的程序。以地下廠房為例，小浪底從三個(gè)方面加強(qiáng)監(jiān)測(cè)工作。　①承包商的收斂觀測(cè)。幾年來，地下廠房承包商不間斷地進(jìn)行收斂觀測(cè)，及時(shí)向工程師通報(bào)情況。

　　②外部觀測(cè)系統(tǒng)。包括廠房引張線、收斂觀測(cè)系統(tǒng)、沉陷觀測(cè)系統(tǒng)，由承包商按設(shè)計(jì)要求埋設(shè)，由工程師進(jìn)行觀測(cè)，并將數(shù)據(jù)及時(shí)通報(bào)業(yè)主、設(shè)計(jì)人員和承包商。

　　③內(nèi)部監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。廠房及機(jī)組肘管共設(shè)計(jì)有各類儀器427支。這些儀器的安裝由承包商隨進(jìn)度陸續(xù)完成。這些監(jiān)測(cè)儀器的使用和管理由監(jiān)理工程師進(jìn)行。經(jīng)過幾年來的考驗(yàn)，到目前為止，用錨噴支護(hù)作為永久支護(hù)的各洞群系統(tǒng)，圍巖穩(wěn)定，沒有發(fā)現(xiàn)任何不正常之處。

三、小浪底工程中幾種先進(jìn)的錨噴支護(hù)技術(shù)

HDPE土工膜是以(中)高密度聚乙烯樹脂為原料生產(chǎn)的一種防水阻隔型材料。（密度為0.94g/cm3或以上的土工膜）。HDPE土工膜全稱“高密度聚乙烯膜”，具有優(yōu)良的耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能，抗低溫、抗老化、耐腐蝕性能，以及較大的使用溫度范圍(-60--+60)和較長的使用壽命 (50年)。HDPE土工膜全稱“高密度聚乙烯土工膜”，具有優(yōu)良的耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能，抗低溫、抗老化、耐腐蝕性能，以及較大的使用溫度范圍(-60--+60)和較長的使用壽命50年，廣泛使用在生活垃圾填埋場(chǎng)防滲，固廢填埋防滲，污水處理廠防滲，人工湖防滲，尾礦處理等防滲工程。

　　(1)小浪底工程使用的錨桿類型、

　　小浪底工程使用的錨桿類型主要有：砂漿錨桿、樹脂張拉錨桿、水泥卷錨桿、脹殼錨桿、水脹錨桿、lBO-自鉆錨桿、500kN雙層保護(hù)預(yù)應(yīng)力錨桿、雙層保護(hù)預(yù)應(yīng)力錨索等。

　　①砂漿錨桿(略)

　　②樹脂張拉錨桿

　　樹脂張拉錨桿是由中速樹脂錨固劑作為錨固段，填充段填充緩凝型水泥卷或超慢樹脂卷或注水泥砂漿，錨固段與填充段用橡膠擋圈隔開。上述工作完成后，用鉆機(jī)將錨桿插入孔底，再連續(xù)旋轉(zhuǎn)30秒，待錨固劑固化后張拉。

　　③水泥卷錨桿

　　水泥卷張拉錨桿用早強(qiáng)型水泥卷作為內(nèi)錨固段，緩凝型水泥卷作為填充段；普通水泥卷錨桿全長均用緩凝型水泥卷填充，可以代替砂漿錨桿。

　　④脹殼錨桿(略)

　　⑤水脹錨桿

　　水脹錨桿由一凹形斷面的薄壁鋼管組成，兩端頭封嚴(yán)，一端有進(jìn)水小孔。把凹形鋼管放人鉆孔內(nèi)，通過進(jìn)水小孔向鋼管內(nèi)充人高壓水使凹形鋼管

　　膨脹，在膨脹過程中，水脹錨桿與不規(guī)則鉆孔內(nèi)壁完全貼合，沿整個(gè)錨桿全長產(chǎn)生摩擦力和機(jī)械自鎖力，從而達(dá)到加固巖體的作用。

　　⑥lBO-自鉆錨桿

　　1BO-自鉆錨桿是國際專利產(chǎn)品，由鉆頭、鉆桿、連接套管、墊板和螺母組成。鉆桿外部成螺紋狀，可較好用于清除鉆孔內(nèi)的巖屑。鉆頭、鉆桿和連接套管中心設(shè)有孔，可作為灌漿或排氣管用。鉆桿單根長度為2m、3m、4m，可用連接套管組成各種長度。lBO的鉆桿外徑有Φ25mm、Φ32mm和Φ38mm等，各種部件可相互通用，保證了1BO系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。鉆頭和連接套管有帶或不帶單向閥門兩種形式，如果lBO鉆頭和連接套管配備了單向閥門，可以在任何時(shí)間重新灌漿，不需要另外增設(shè)灌漿管。

　　在軟弱破碎的巖體中使用IBO自鉆錨桿較好，鉆孔后可直接通過鉆桿和鉆頭中心的孔進(jìn)行灌漿。如果安裝頂拱的鉆孔，則在孔口部位加一個(gè)短的PVC管作為灌漿塞，鉆桿中心的孔作為排氣孔，用泡沫膠封堵孔口作為止?jié){塞。

　　⑦500kN雙層保護(hù)預(yù)應(yīng)力錨桿

　　500kN雙層保護(hù)預(yù)應(yīng)力錨桿主要應(yīng)用于廠房巖壁梁。由內(nèi)錨固段、自由段和外錨頭組成。內(nèi)錨固段是在 32mm螺紋鋼外部套一根外徑為56mm的HDPE波紋管；自由段則在波紋管外部再套一個(gè)外徑為60.2mm的光滑管，能夠使錨桿和孔壁不發(fā)生黏結(jié)，波紋管內(nèi)灌漿在車間內(nèi)完成。錨桿送人鉆孔后注漿，漿液強(qiáng)度達(dá)到30MPa后張拉鎖定。

　　⑧雙層保護(hù)預(yù)應(yīng)力錨索

　　雙層保護(hù)預(yù)應(yīng)力錨索有兩種形式，一種是有黏結(jié)的錨索，另一種是無黏結(jié)的錨索。有黏結(jié)的錨索先向內(nèi)錨固端灌砂漿達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，進(jìn)行錨索張拉，再用水泥砂漿灌注自由端也叫全黏結(jié)錨索。無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力錨索的鋼鉸線周圍帶有膠套，中間有防腐油劑，銅鉸線可以在膠套中自由滑移。在施工時(shí)內(nèi)錨頭和銅鉸線周圍的水泥砂漿是一次灌入的，砂漿凝固后再張拉。小浪底工程在國內(nèi)首次大規(guī)模地使用這種無黏結(jié)的預(yù)應(yīng)力錨索，在地下廠房頂拱和進(jìn)出口高邊坡加固等3處共使用這種錨索1000根以上。

　　(2)錨桿支護(hù)質(zhì)量控制

　　①原材料質(zhì)量控制

　　用于錨桿的國產(chǎn)鋼筋符合中國標(biāo)準(zhǔn)GBl499Ⅱ級(jí)鋼要求，進(jìn)口鋼筋符合美國ASTM M400級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

　　② 可行性試驗(yàn)　對(duì)承包商建議使用的每種類型的錨桿選擇10根在與將要使用巖石條件相同的部位進(jìn)行可行性試驗(yàn)，試驗(yàn)錨桿分別安裝成水平至與水平成300范圍內(nèi)的不同方向。用液壓千斤頂進(jìn)行張拉，并用百分表觀測(cè)錨桿的變形。

　　若連續(xù)10根錨桿加載超過了控制荷載，則認(rèn)為錨桿合格，可以在現(xiàn)場(chǎng)使用。

　　③ 現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制

　　按技術(shù)規(guī)范腰求，對(duì)錨桿安裝質(zhì)量進(jìn)行控制，主要是檢查拉拔力和飽滿度。

　　 2．噴混凝土

　　小浪底工程噴混凝土總量達(dá)10萬m3。幾乎所有巖石開挖面，都要用噴混凝土保護(hù)或承受荷載。從使用材料上可分為素噴混凝土、鋼筋網(wǎng)噴混凝土、鋼支撐(鋼架)噴混凝土、鋼纖維噴混凝土四種類型。從施工手段上分為干噴混凝土和濕噴混凝土。濕噴混凝土回彈小，空氣污染少，因此小浪底國際承包商大都使用這一施工方法。國內(nèi)承包商則因濕噴混凝土設(shè)備構(gòu)置費(fèi)用高，而多使用干噴混凝土。 噴混凝土的質(zhì)量控制分為以下兩個(gè)步驟。

　　(1)噴混凝土試驗(yàn)板

　　在噴混凝土之前，每種噴混凝土拌和設(shè)計(jì)都要按照美國規(guī)范ACl 506 R《噴混凝土指南》的要求進(jìn)行噴混凝土試驗(yàn)板試驗(yàn)。

　　(2)現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制

　　① 噴混凝土強(qiáng)度檢查

　　從每天或每噴50m2中按GBJ86規(guī)范要求的尺寸噴一塊大板，從每塊大板上鉆取2組010cm芯樣。做1天、28天抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，按要求確定是否合格。

　　② 噴混凝土厚度檢查按規(guī)定在現(xiàn)場(chǎng)鉆取050mm芯樣檢查厚度。

　　③ 噴混凝土補(bǔ)救措施

　　以噴層最小厚度達(dá)到設(shè)計(jì)值為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，厚度不夠的部位進(jìn)行補(bǔ)噴。

　　噴混凝土強(qiáng)度以現(xiàn)場(chǎng)噴混凝土大板芯樣強(qiáng)度作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，如果芯樣強(qiáng)度不合格，則在不合格的部位鉆取50mm的芯樣作強(qiáng)度試驗(yàn)，如仍不合

　　格則需采取補(bǔ)救措施，補(bǔ)救措施有掛鋼筋網(wǎng)補(bǔ)噴、噴鋼纖維混凝土、補(bǔ)噴素混凝土等。

四、結(jié) 語

　　在一般地質(zhì)條件，使用砂漿錨桿支護(hù)較為可靠，且易于施工，頂拱部位使用樹脂或水泥卷張拉錨桿可及時(shí)給圍巖施加預(yù)應(yīng)力，從而達(dá)到快速支護(hù)、安全施工的目的。張拉錨桿要保證錨固段的長度及填充段的飽滿度，根據(jù)計(jì)算來確定每孔需要的樹脂或水泥卷的數(shù)量，即每孔所裝入的樹脂或水泥卷的體積大于鉆孔與錨桿體積之差。普通水泥卷錨桿代替砂漿錨桿更易于施工，在地下工程中逐步得到推廣使用。

　　水脹錨桿適用于砂土、黏土到最堅(jiān)硬的花崗巖各種不同的巖層，具有易于安裝、快速支護(hù)的特點(diǎn)。1BO自鉆錨桿適合于在軟弱破碎的巖層中使用。500kN預(yù)應(yīng)力錨桿可對(duì)錨桿體起到雙層保護(hù)的作用，對(duì)于重要的建筑物是一種很好的永久支護(hù)形式。以上三種進(jìn)口的錨桿雖各具特點(diǎn)，使用也較為可靠，但價(jià)格相對(duì)較為昂貴，我國可加以開發(fā)和研制。

　　錨噴支護(hù)是——種“剛”“柔”適度的薄層支護(hù)，地下工程適時(shí)進(jìn)行錨噴支護(hù)既可抑制圍巖有害的變形，又可適應(yīng)圍巖的變形。利用錨噴混凝土早期強(qiáng)度的特點(diǎn)，可對(duì)圍巖及時(shí)提供一定的支護(hù)抗力，可有效地限制圍巖有害變形的發(fā)展。在隧洞開挖掘進(jìn)中根據(jù)不同的洞徑和地質(zhì)條件采用不同的錨噴支護(hù)參數(shù)，不僅施工安全得到保證，而且可以快速掘進(jìn)。