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、通風豎井、電纜井等 100多個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，進行水工建筑物的設(shè)計和施工實屬國內(nèi)外罕見。

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

一、進出口高邊坡的錨噴支護

　　 1．進口高邊坡錨噴支護

　　小浪底工程將泄洪、排沙、灌溉和發(fā)電洞等16條隧洞進口組合成“一”字形排列的10座進水塔，其上游面在同一豎直面內(nèi)，總寬度276.4m。為了布置進水塔群，在小浪底工程黃河左岸風雨溝進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的進口高邊坡。這里地質(zhì)構(gòu)造異常復(fù)雜，對高邊坡穩(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口高邊坡穩(wěn)定的工程措施。

　　①將進口邊坡南、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進行全面的、大規(guī)模的錨噴支護，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。進水口高邊坡錨噴支護量為砂漿錨桿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

　　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條導流洞(后改為孔板洞)、3條排沙洞、3條明流洞和1個正常溢洪道的出口，其下布置3個消力塘。

　　出口邊坡加固方案的形成，伴隨施工的全過程，經(jīng)歷了4年多的時間。在這個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)場監(jiān)測的結(jié)果不斷對支護措施進行適當?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，以防雨水和施工用水進入邊坡。

　　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及時進行噴混凝土，掛鋼筋網(wǎng)噴混凝土和系統(tǒng)砂漿錨桿支護，以防坡面巖體風化，卸荷張裂。

　　④預(yù)應(yīng)力錨索全面加固出口邊坡，針對不同區(qū)域的穩(wěn)定性要求分別采用了 3000kN級和2000kN級錨索加固。共安裝雙層保護預(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個抗滑樁。

二、地下洞群系統(tǒng)的錨噴支護

　　小浪底水利樞紐地下洞群系統(tǒng)的錨噴支護可根據(jù)錨噴支護的作用不同而分為兩種類型：第一種類型是錨噴支護作永久支護的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、電纜洞和通風豎井；第二種類型是錨噴支護作臨時支護的洞室，包括導流洞、明流洞、排沙洞、發(fā)電洞等。

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

　　按照新奧法原理對錨噴支護應(yīng)采用“設(shè)計一施工：一監(jiān)測一修正設(shè)計”的程序。以地下廠房為例，小浪底從三個方面加強監(jiān)測工作。　①承包商的收斂觀測。幾年來，地下廠房承包商不間斷地進行收斂觀測，及時向工程師通報情況。

　　②外部觀測系統(tǒng)。包括廠房引張線、收斂觀測系統(tǒng)、沉陷觀測系統(tǒng)，由承包商按設(shè)計要求埋設(shè)，由工程師進行觀測，并將數(shù)據(jù)及時通報業(yè)主、設(shè)計人員和承包商。

　　③內(nèi)部監(jiān)測系統(tǒng)。廠房及機組肘管共設(shè)計有各類儀器427支。這些儀器的安裝由承包商隨進度陸續(xù)完成。這些監(jiān)測儀器的使用和管理由監(jiān)理工程師進行。經(jīng)過幾年來的考驗，到目前為止，用錨噴支護作為永久支護的各洞群系統(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的錨噴支護技術(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雙層保護預(yù)應(yīng)力錨桿、雙層保護預(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，一端有進水小孔。把凹形鋼管放人鉆孔內(nèi)，通過進水小孔向鋼管內(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，沿整個錨桿全長產(chǎn)生摩擦力和機械自鎖力，從而達到加固巖體的作用。

　　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行灌漿。如果安裝頂拱的鉆孔，則在孔口部位加一個短的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雙層保護預(yù)應(yīng)力錨桿

　　500kN雙層保護預(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，漿液強度達到30MPa后張拉鎖定。

　　⑧雙層保護預(yù)應(yīng)力錨索

　　雙層保護預(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)錨固端灌砂漿達到設(shè)計強度后，進行錨索張拉，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)鋼筋符合中國標準GBl499Ⅱ級鋼要求，進口鋼筋符合美國ASTM M400級標準。

　　② 可行性試驗　對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行可行性試驗，試驗錨桿分別安裝成水平至與水平成300范圍內(nèi)的不同方向。用液壓千斤頂進行張拉，并用百分表觀測錨桿的變形。

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

　　③ 現(xiàn)場質(zhì)量控制

　　按技術(shù)規(guī)范腰求，對錨桿安裝質(zhì)量進行控制，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10萬m3。幾乎所有巖石開挖面，都要用噴混凝土保護或承受荷載。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步驟。

　　(1)噴混凝土試驗板

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

　　(2)現(xiàn)場質(zhì)量控制

　　① 噴混凝土強度檢查

　　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天抗壓強度試驗，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)場鉆取050mm芯樣檢查厚度。

　　③ 噴混凝土補救措施

　　以噴層最小厚度達到設(shè)計值為評價標準，厚度不夠的部位進行補噴。

　　噴混凝土強度以現(xiàn)場噴混凝土大板芯樣強度作為評價標準，如果芯樣強度不合格，則在不合格的部位鉆取50mm的芯樣作強度試驗，如仍不合

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

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給圍巖施加預(yù)應(yīng)力，從而達到快速支護、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、黏土到最堅硬的花崗巖各種不同的巖層，具有易于安裝、快速支護的特點。1BO自鉆錨桿適合于在軟弱破碎的巖層中使用。500kN預(yù)應(yīng)力錨桿可對錨桿體起到雙層保護的作用，對于重要的建筑物是一種很好的永久支護形式。以上三種進口的錨桿雖各具特點，使用也較為可靠，但價格相對較為昂貴，我國可加以開發(fā)和研制。

　　錨噴支護是——種“剛”“柔”適度的薄層支護，地下工程適時進行錨噴支護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度的特點，可對圍巖及時提供一定的支護抗力，可有效地限制圍巖有害變形的發(fā)展。在隧洞開挖掘進中根據(jù)不同的洞徑和地質(zhì)條件采用不同的錨噴支護參數(shù)，不僅施工安全得到保證，而且可以快速掘進。