小浪底排沙洞后張無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土襯砌施工

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簡介： 雙圈環(huán)繞無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)是當(dāng)前世界上隧洞施工中最先進的技術(shù)，該技術(shù)成功地解決了薄覆蓋層的地下洞室群密集分布與高水頭壓力對洞室承壓要求的矛盾，最大限度地縮小了開挖洞徑，減少了洞身襯砌的鋼筋安裝量與混凝土澆筑量，降低了成本。小浪底排沙洞無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土施工的施工程序和施工方法對類似工程有參考價值。
關(guān)鍵字：隧洞襯砌 預(yù)應(yīng)力錨索 無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力 后張預(yù)應(yīng)力 施工 小浪底水利樞紐

1. 工程概況
　　小浪底水利樞紐共設(shè)有3條排沙洞，洞長均為1100m左右，分別由進口閘室、彎段、洞身段、出口閘室、下游明流槽和挑流鼻坎組成。3條洞的布置軸線相互平行。洞身長分別為：1號洞850.74m、2號841.74m、3號洞831.74m。排沙洞以防滲帷幕線為界，分為上游洞段和下游洞段?；炷烈r砌均采用一次成型的方式澆筑。上游洞段，水擊影響較弱，采用普通鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度為70cm；下游洞段水擊影響明顯增強，采用雙圈環(huán)繞無粘結(jié)后張法預(yù)應(yīng)力混凝土襯砌，襯砌厚度為65cm，預(yù)應(yīng)力段總長度為2169米。在1號排沙洞的上游洞段，設(shè)計了兩塊預(yù)應(yīng)力混凝土的生產(chǎn)性試驗段，一塊錨具槽軸線與鉛垂線的夾角為450，另一塊為600，在這兩個試驗段內(nèi)埋設(shè)了180多個觀測儀器。排沙洞的布置如圖1.

2. 雙圈錨索的布置
　　錨索在襯砌塊段內(nèi)按12.05米長為一個單元進行布置，混凝土襯砌設(shè)計厚0.65米，襯砌內(nèi)徑為6.5米，每塊襯砌安裝24束錨索，錨索間距0.5米，施工所預(yù)留的24個錨具槽間隔布置于襯砌下半圓周的兩側(cè)，其幾何尺寸為：長×寬×深=154cm×32cm×25cm，錨具槽中心線與洞的鉛垂半徑成
45°夾角，其布置如圖2所示。

　　每束錨索由8根公稱直徑為φ15.7mm、標(biāo)準(zhǔn)強度為fPTK=1860Mpa的無粘結(jié)鋼絞線構(gòu)成，每兩根鋼絞線繞兩圈形成7200包角后分成內(nèi)外兩層布置，兩層鋼絞線的間距為0.13米。鋼絞線兩端交匯于錨具槽內(nèi)，每束錨索設(shè)計控制張拉荷載為1674KN。

3. 主要施工設(shè)備、材料及施工程序
3.1 主要施工設(shè)備和材料
　　根據(jù)工程施工需要和施工條件選用了以下施工設(shè)備和材料：外層鋼筋安裝臺車；內(nèi)層鋼筋及錨索定位安裝臺車；C1FA全斷面針梁鋼模臺車（意大利 CIFA公司設(shè)計制造）；混凝土泵（國產(chǎn)SANY60型）；混凝土罐車（國產(chǎn)6m3）；氣動附著式振搗器（意大利CIFA公司制造）；軟軸插入式振搗器；H0Z950/100型千斤頂（Dywidag公司生產(chǎn)）；DSI 77-159A型電動油泵；錨索張拉臺車；天津市第一預(yù)應(yīng)力鋼絲有限公司生產(chǎn)的無粘結(jié)高強度低松馳鋼絞線；柳州歐維姆（OVM）建筑機械有限公司生產(chǎn)的OVM·HM15－8型環(huán)錨錨具；DSI公司的防腐材料，包括PE防護套、防護帽、橡膠板及防腐油等。
3.2 施工程序
　　排沙洞的后張雙圈無粘結(jié)環(huán)錨襯砌結(jié)構(gòu),在施工中沒有更多的現(xiàn)成經(jīng)驗可以借鑒,經(jīng)過探索，形成了一套漸趨成熟的施工工藝流程,如圖3所示.

4. 主要施工方法
4.1 錨索的制作和運輸
　　錨索加工采用在錨索加工廠集中加工制作。錨索加工廠內(nèi)設(shè)一條放樣通道、兩個加工臺和兩個轉(zhuǎn)盤，將錨索盤卷用16T吊車吊放于轉(zhuǎn)盤上，然后將錨索順著放樣通道上的放樣標(biāo)志進行放樣，用砂輪切割機切斷。將切割好的錨索兩根為一組用18號鉛絲綁扎，每隔0.6m綁扎一個點，然后順著加工繞臺轉(zhuǎn)兩圈。加工臺需預(yù)先用紅油漆標(biāo)注出底拱中心線和錨具槽中心線。加工好的錨索，直徑太大，無法將其運進洞內(nèi)，為此將其疊成8字形，再折疊成一個小圓圈，放于運輸錨索的貯存支架內(nèi)。采用16T吊車將錨索貯存架吊裝于由15T三菱自卸汽車改裝成的平板車上，并運進洞內(nèi)。
4.2 錨索的安裝.

　　錨索通過托架附著在外層鋼筋上，所以錨索的測量定位是在外層鋼筋上完成的。其具體工序為：外層主筋安裝→測量定位→托架分布筋及分布筋安裝→錨索安裝。 一束錨索在非錨具槽范圍，錨索內(nèi)、外層的距離是一致的。但在靠近錨具槽的地方，錨索按漸開線的形式進行分布。在該區(qū)域根據(jù)不同斷面的坐標(biāo)設(shè)置了一些不同型式的托架，對應(yīng)特殊斷面的特殊托架有5種型式。特殊托架不完全對稱，施工時要嚴(yán)格按方向正確就位。為了保證托架的安裝精度，托架采用在場外制作，然后一個接一個嚴(yán)格按精度要求把托架焊接在分布筋上。 錨索安裝一般有兩種方法：繩圈法和穿梭法，繩圈法適于一般錨索的安裝，穿梭法用于鋼模支腿位置錨索的補齊。
4.3 錨具槽施工
　　錨索安裝完后，檢查各序號錨索在特殊托架位置坐標(biāo)準(zhǔn)確無誤后,開始錨具槽盒的安裝與施工，其工序如下： 校核錨具槽盒與支撐鋼筋 →在定位鋼筋上鋪設(shè)一層2.5mm的鋼絲網(wǎng)，并用鉛絲在鋼絲網(wǎng)上鋪設(shè)一層4mm厚的泡沫板 → 在泡沫板上放置錨索定位模板→分層安裝錨索→ 安裝外模邊板、端板 → 安裝邊板連接桿 → 安裝外?；⌒雾斈?span lang="EN-US"> → 整個外模邊模、端模、頂板五個面設(shè)置2cm厚泡沫板并用封箱膠帶密封。
在新澆混凝土脫模并拆除錨具槽模板和清除保護錨具槽的泡沫后，采用人工使用風(fēng)鎬配合鏨子對錨具槽各個面進行鑿毛。錨具槽回填c40級無收縮混凝土，c40級混凝土是在普通混凝土的配合中摻入水泥重量的13~15%的膨脹劑,，混凝土坍落度控制在9cm，最大骨料粒徑控制在14mm之內(nèi)，以便使Ⅱ期混凝土澆得更密實。模板采用5mm厚的開口弧形鋼模板，混凝土澆完拆模后，清除超澆的三角體混凝土并打磨光滑。
4.4 張拉施工
　　襯砌混凝土澆筑完成且強度達設(shè)計要求后，用集張拉端與固定端于一體的游動型錨具將錨索連接安裝，用專用變角張拉裝置對錨索進行張拉并鎖定。通過錨索張拉變形擠壓PE套和混凝土，使混凝土襯砌環(huán)受到徑向擠壓力和切向拖曳力，從而使襯砌環(huán)截面形成預(yù)應(yīng)力。技術(shù)規(guī)范規(guī)定，錨索的張拉力不能超過破斷力的75％，即錨板處錨索的最小張拉力為：鎖定前1473KN，鎖定后1259KN。
　　當(dāng)預(yù)應(yīng)力襯砌塊段的抗壓強度超過混凝土設(shè)計強度（28天強度）后，即可進行錨索的后張拉施工。錨索張拉工藝流程為：鋼絞線切割→PE套管的剝除→防腐附件安裝→錨板與夾片安裝→錨具安裝檢查→張拉設(shè)備的安裝與臺車就位→錨索張拉 。
　　錨索的張拉順序：為了在張拉時避免相鄰兩束錨索間的張拉力差值過大導(dǎo)致襯砌混凝土產(chǎn)生局部過大的拉應(yīng)力而破壞，錨索的后張拉施工按圖4所示順序進行。

　　在施工中，實際張拉力經(jīng)過計算，鎖定前錨板處錨索張拉力為：1541KN；鎖定后因錨索回縮的影響,錨索張拉力為：1352.2KN，滿足技術(shù)規(guī)范要求。
4.5 錨索防腐
　　錨具槽內(nèi)的預(yù)應(yīng)力錨頭及錨索的混凝土覆蓋層較薄，且為II期回填的素混凝土。而排沙洞在長年高水頭、高含沙、高流速的狀況下運行，所以錨具槽內(nèi)錨頭、錨索的防腐是整個預(yù)應(yīng)力錨索防腐保護的一個關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。錨索防腐施工的操作工藝為：工具、材料準(zhǔn)備→鋼絞線切割 →清理錨具和鋼絞線 →套黃色PE套 → 固定夾板→ 灌防腐油脂→ 檢查并密封PE套管。
4.6 質(zhì)量控制
　　無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土施工工藝要求較高，為保證工程施工質(zhì)量，主要采取了以下質(zhì)量控制措施：(1) 按照技術(shù)規(guī)范的要求嚴(yán)格控制每道工序的施工。(2) 對使用的鋼絞線分批量進行力學(xué)指標(biāo)試驗。(3) 嚴(yán)格控制錨索的加工精度和安裝精度。(4) 張拉千斤頂定期進行率定，避免張拉應(yīng)力偏差。(5) 張拉過程進行應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)分析。(6) 按技術(shù)規(guī)范要求做好錨具槽內(nèi)錨索的防腐。

5. 結(jié)語
　　在水工隧洞中采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土襯砌型式在國內(nèi)尚屬首次，國外也只有兩個工程實例，采用雙圈環(huán)繞無粘結(jié)錨索，在世界上則屬于首次。排沙洞洞身混凝土的施工表明：(1)隧洞后張無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土襯砌結(jié)構(gòu)的施工是一項工藝精細的、技術(shù)含量高的工作，與普通混凝土相比，預(yù)應(yīng)力混凝土的施工對混凝土澆筑質(zhì)量提出了更高的要求；(2)環(huán)型后張法無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力使襯砌混凝土原生的裂縫達到了一定程度的閉合，提高了襯砌混凝土的防滲效果。