長距離深埋輸水隧洞預(yù)應(yīng)力錨索張拉施工技術(shù)研究

周學(xué)雷

(黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150080)

1 工程概況

南水北調(diào)中線穿黃隧洞位于河南省滎陽市王村鎮(zhèn)孤柏嘴山灣河段，該區(qū)地震烈度為Ⅶ°，工程區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，穿黃隧洞為雙向平行設(shè)置，洞軸線相距28m[1]。過河隧洞段埋深較淺，平均埋深在25-38m，縱坡降2‰，隧洞整體呈北豎南斜[2]。內(nèi)襯預(yù)應(yīng)力錨索由12根預(yù)應(yīng)力鋼絞線集束組成，錨索相互間距45cm。外水壓力作用于管片外部，內(nèi)水壓力作用于內(nèi)襯預(yù)應(yīng)力錨索鋼混結(jié)構(gòu)，兩層襯砌結(jié)構(gòu)單獨(dú)受力[3]。穿黃隧洞縱斷面剖視圖，見圖1。

圖1 穿黃隧洞縱斷面剖視圖

2 預(yù)應(yīng)力錨索張拉施工技術(shù)

2.1 預(yù)應(yīng)力錨索施工設(shè)備選型

錨具及配套器材規(guī)格[4]：HM15-12型錨具，測(cè)力器配套的特制錨板，千斤頂張拉配套工具錨板，與錨具配套的限位板HXW-12?；⌒螇|座HHD-12：半徑500mm，轉(zhuǎn)角40°。

鋼絞線設(shè)計(jì)依據(jù)《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線》(GB/T 5224-2003)[5]，強(qiáng)度1860級(jí)，公稱直徑φ15.24，公稱面積140mm2。鋼絞線力學(xué)性能表，見表1。

表1 鋼絞線力學(xué)性能表

2.2 環(huán)錨錨具組裝件靜載試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

環(huán)錨錨具組裝件靜載試驗(yàn)在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行。HM15-12環(huán)錨組裝件結(jié)構(gòu)示意圖，見圖2。

1-HM15-12錨具、2-測(cè)力計(jì)、3-千斤頂、4-弧形墊座組件、5-臺(tái)座、6-鋼絞線、7-測(cè)力計(jì)圖2 HM15-12環(huán)錨組裝件結(jié)構(gòu)示意圖

測(cè)試參數(shù)：極限拉力Fapu；總應(yīng)變?chǔ)臿pu；各根鋼絞線與錨具的相對(duì)位移；試件破壞部位及形式。

錨具效率表達(dá)式為：

(1)

式中：ηa為錨具效率，>0.95；Fapu為實(shí)測(cè)極限拉力；ηp為效率系數(shù)，取0.99；Fpm鋼絞線實(shí)測(cè)極限拉力平均值。

總應(yīng)變：

(2)

式中：εapu為總應(yīng)變，>2%；△L為鋼絞線實(shí)測(cè)伸長值；L為鋼絞線計(jì)算長度。

2.3 預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)要求

1)預(yù)留槽：預(yù)留槽應(yīng)開口于模板內(nèi)，便于對(duì)波紋管檢查清理。錨索穿索前應(yīng)對(duì)預(yù)留槽周壁鑿毛，錨索張拉完畢在喇叭口安裝灌漿管嘴后，微膨混凝土封填預(yù)留槽。

2)預(yù)埋件：預(yù)埋件包括波紋管、喇叭管。預(yù)埋件允許偏差表，見表2。

表2 預(yù)埋件允許偏差表

3 預(yù)應(yīng)力錨索施工工藝

預(yù)應(yīng)力環(huán)錨施工工藝: 底板預(yù)留孔道及張拉槽預(yù)埋→底板澆筑→邊頂拱預(yù)留孔道及張拉槽預(yù)埋→邊頂拱澆筑→回填灌漿→預(yù)留槽鑿毛、孔道清洗→錨索制安→錨索張拉錨固→張拉槽封填→孔道灌漿。

3.1 錨索制安

錨索按25.8m下料，截取錨索槽外張拉及重合段后，凈長24m，編索采用編簾組裝法。鋼絞線編號(hào)及編簾組裝圖，見圖3。

圖3 鋼絞線編號(hào)及編簾組裝圖

穿索方式為卷揚(yáng)機(jī)牽引結(jié)合人工推送。為降低管道摩阻系數(shù)，錨索體表面涂刷石墨粉(1kg/束)。

3.2 錨索張拉、錨固

錨索兩端鋼絞線對(duì)稱分布，張拉端喇叭管口錨具預(yù)留充足滑移距離。鋼絞線安裝位置，見圖4。

圖4 鋼絞線安裝位置

施作方法：錨具中部錐孔穿入主動(dòng)端鋼絞線，對(duì)半分割主、被動(dòng)端鋼絞線，然后反向穿入錨具兩側(cè)錐孔。被動(dòng)端鋼絞線出露距離>3cm，錨具固定與主動(dòng)張拉端喇叭管口25cm附近。環(huán)錨張拉機(jī)具組裝，見圖5；標(biāo)準(zhǔn)襯砌段預(yù)留槽布置，見圖6。

圖5 預(yù)應(yīng)力環(huán)錨張拉組裝示意圖

圖6 標(biāo)準(zhǔn)襯砌段預(yù)留槽布置圖

絞線張拉控制方法為應(yīng)力變形監(jiān)測(cè)值，錨索張拉中先預(yù)緊單根鋼絞線，整束張拉分序。

張拉方法步驟為：

1)一序張拉：首先張拉內(nèi)襯左側(cè)單數(shù)預(yù)留槽錨索，后張拉右側(cè)雙數(shù)預(yù)留槽錨索，張拉工序?yàn)椋孩賳胃摻g線施加20kN預(yù)緊力預(yù)緊；②整束錨索張拉力共分四級(jí)，張拉力為500kN、750 kN、1000 kN、1500kN。

2)二序張拉：張拉順序同一序，工序?yàn)椋簭埨Ψ?級(jí)，張拉力為1500kN、 1750kN、2000kN、2250kN、2500kN。荷載均勻施加保持壓力表數(shù)值勻速增加，每級(jí)荷載施加安成后進(jìn)行穩(wěn)壓，穩(wěn)壓時(shí)長2-3min，待達(dá)到設(shè)計(jì)張拉力后，穩(wěn)壓10min后即進(jìn)行錨固。過程中即時(shí)測(cè)量預(yù)應(yīng)力錨索整體變形值，對(duì)比理論值進(jìn)行雙控張拉。

3.3 孔道灌漿

錨索張拉完畢，安裝喇叭口灌漿管嘴后，用微膨混凝土封填預(yù)留槽?；靥罟酀{孔布置圖，見圖7。

圖7 回填灌漿孔布置圖

回填灌漿時(shí)，先啟動(dòng)真空泵并關(guān)閉預(yù)留槽高端管嘴，孔道真空度保持在0.06-1.0MPa，然后打開進(jìn)漿管閥門進(jìn)漿，灌漿壓力0.3-0.4MPa，等到拱頂管嘴回漿，關(guān)閉進(jìn)漿管和排氣管嘴閥門，高端管嘴持續(xù)加壓進(jìn)漿，停止吸漿后繼續(xù)灌注10min。

4 結(jié) 論

水工隧洞目前國內(nèi)基于有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力二次襯砌結(jié)構(gòu)形式的可借鑒的研究成果較少，施工技術(shù)有待成熟。文章結(jié)合實(shí)際長距離深埋輸水隧洞工程預(yù)應(yīng)力襯砌施工技術(shù)方案進(jìn)行了研究，對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索張拉施工工藝和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析總結(jié)，對(duì)施工過程中的各項(xiàng)工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)提煉，所得成果可為同類工程提供一定的指導(dǎo)價(jià)值。