李　霞，　王 吉 成

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，四川 成都　610081)

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穿黃隧洞高強(qiáng)度環(huán)錨預(yù)應(yīng)力一次性張拉施工工藝研究

李霞，王 吉 成

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，四川 成都610081)

摘要：南水北調(diào)穿黃隧洞采用后張法有粘結(jié)環(huán)形環(huán)錨預(yù)應(yīng)力混凝土雙層襯砌結(jié)構(gòu)，襯砌厚度為45 cm，鋼筋密集，預(yù)應(yīng)力張拉為一次性張拉，張拉難度較大。介紹了該工程的施工難點(diǎn)，分析總結(jié)了薄壁環(huán)錨預(yù)應(yīng)力混凝土張拉的施工工藝及其創(chuàng)新方案，可為今后同類(lèi)型工程提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：穿黃工程；薄壁環(huán)錨預(yù)應(yīng)力；一次性張拉；施工工藝

1工程概述

南水北調(diào)穿黃隧洞位于河南省鄭州市以西30 km處的孤柏山彎?rùn)M穿黃河，隧洞全長(zhǎng)4 250 m。隧洞為雙線(xiàn)布置，斷面為底板加邊頂拱圓斷面，內(nèi)徑7 m，外徑8.7 m。除需承受外部水、土荷載外，還要承受大于0.5 MPa的內(nèi)水壓力；最小曲線(xiàn)半徑800 m，為大型壓力輸水隧洞。內(nèi)襯采用現(xiàn)澆法施工，為后張法有粘結(jié)環(huán)形預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚45 cm，其為國(guó)內(nèi)外工程中較為罕見(jiàn)的薄壁結(jié)構(gòu)，且一次性張拉，較國(guó)內(nèi)外同類(lèi)型工程施工難度大。環(huán)形預(yù)應(yīng)力錨索間距為45 cm，襯砌標(biāo)準(zhǔn)段(長(zhǎng)度9.6 m)共設(shè)置21束錨索，每束由12根預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)集束而成，共計(jì)9 184束。底部設(shè)3.1 m寬平臺(tái)。

2環(huán)錨張拉施工的難點(diǎn)

該工程預(yù)應(yīng)力錨索工程量為9 184束，工程量大。錨索間距45 cm，工作面鋼筋分布緊密，洞內(nèi)施工狹窄，操作空間小。

環(huán)錨張拉預(yù)應(yīng)力施工高強(qiáng)度快速穿錨部分的施工難點(diǎn)為：現(xiàn)場(chǎng)在綁扎鋼筋中，由于受鋼筋設(shè)計(jì)尺寸限制，鋼筋安裝基本無(wú)調(diào)整空間，安裝極為困難，且箍筋接頭全部放在底部，造成了下部無(wú)入料空間，穿錨難度大、精度要求高。一次性預(yù)應(yīng)力張拉的難點(diǎn)在于：混凝土襯砌厚度極薄，為45 cm且環(huán)錨一周槽口位置僅有一個(gè)，即為一次性張拉，張拉強(qiáng)度不宜控制，張拉過(guò)程中的過(guò)大拉力或出現(xiàn)應(yīng)力集中都會(huì)造成斷絲或混凝土出現(xiàn)裂紋，進(jìn)而導(dǎo)致張拉失敗(表1)。

表1　與國(guó)內(nèi)外同類(lèi)技術(shù)施工難易程度比較表

3主要施工工藝

針對(duì)以上問(wèn)題，該工程在施工過(guò)程中采取了各種有效措施并利用試驗(yàn)證明其可行性。

3.1高強(qiáng)度快速穿錨施工工藝

對(duì)于施工空間不足的問(wèn)題，專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了鋼絞線(xiàn)堆放平臺(tái)和編索平臺(tái)。

為了加快穿錨速度，提高穿錨精度及后續(xù)張拉工作的準(zhǔn)確度，該工程對(duì)錨索進(jìn)行編錨，將12根鋼絞線(xiàn)分為4層，利用編簾組裝法進(jìn)行編索，首先將鋼絞線(xiàn)分層：第一層2根，第二層3根，第三層4根，第四層3根。第一層編簾將6#與5#進(jìn)行捆扎；在進(jìn)行第二層編簾時(shí)，對(duì)2#與1#鋼絞線(xiàn)先捆扎，再與9#捆扎；第三層編簾時(shí)，10#與4#進(jìn)行第一組捆扎，3#與11#進(jìn)行第二組捆扎，完成后再將兩組進(jìn)行整體捆扎；第四層編簾方法同第二層。這樣實(shí)施可使錨索在張拉前、錨具安裝時(shí)兩端鋼絞線(xiàn)對(duì)應(yīng)關(guān)系準(zhǔn)確，從而避免了錨索在孔道內(nèi)的交叉疊壓，減少了張拉過(guò)程中的預(yù)應(yīng)力損失。具體分層編簾及編號(hào)情況見(jiàn)圖1。同時(shí)，在穿索時(shí)采用卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引、人工輔助推送的方式。

圖1　分層編簾及編號(hào)圖

為了減少摩擦，穿索之前，在整束錨索上涂刷了石墨粉。對(duì)于發(fā)生牽引鋼絲繩斷裂或穿束不進(jìn)等現(xiàn)象，預(yù)應(yīng)力科技小組立即研究出了解決辦法。

將高位錨具槽從下端穿入環(huán)錨孔道，低位錨具槽從上端穿入孔道。當(dāng)錨索從另一端穿出后，將錨具槽上端穿出的錨索一端作為主動(dòng)張拉端，預(yù)留出足夠的環(huán)錨錨具安裝和張拉長(zhǎng)度，另一端作為被動(dòng)張拉端并預(yù)留出足夠的鎖定長(zhǎng)度。由于孔道孔徑φ90與索體直徑φ65及導(dǎo)向帽直徑φ75之間間隙太小，導(dǎo)致穿索施工相當(dāng)困難。

3.2預(yù)應(yīng)力張拉施工

鋼絞線(xiàn)張拉采用雙控，即以應(yīng)力控制為主，同時(shí)進(jìn)行變形控制。錨索張拉過(guò)程按單根鋼絞線(xiàn)預(yù)緊、整束張拉分序、同序荷載分級(jí)要求進(jìn)行。張拉時(shí)應(yīng)到前束張拉完成、后束安裝及預(yù)緊完成，兩序和兩施工段銜接緊湊，形成流水、不干擾作業(yè)，減少無(wú)用功并縮短工時(shí)、提高張拉效率。

張拉前，根據(jù)張拉對(duì)預(yù)留槽張拉設(shè)備等的需要提前做好準(zhǔn)備工作。為了使張拉工作更為順利，該工程施工前進(jìn)行了一系列試驗(yàn)，為后續(xù)工作的成功打下了基礎(chǔ)。

為了檢驗(yàn)錨具組裝件的靜載錨固性能是否符合要求，進(jìn)行了環(huán)錨錨具組裝件靜載試驗(yàn)。試驗(yàn)先后進(jìn)行了3次，且試驗(yàn)在分級(jí)循環(huán)預(yù)緊后開(kāi)始整束張拉，在整個(gè)預(yù)緊和各級(jí)張拉的過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)配套組裝件發(fā)生異常情況，試驗(yàn)結(jié)果均滿(mǎn)足要求。試驗(yàn)結(jié)果表明：由OVM公司生產(chǎn)制造的HM15-12型錨具的錨固性能能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，申請(qǐng)批準(zhǔn)其投入施工生產(chǎn)使用。

為了保證環(huán)錨施工從波紋管預(yù)埋到孔道灌漿的整個(gè)工藝流程滿(mǎn)足要求并測(cè)試環(huán)錨張拉過(guò)程中預(yù)應(yīng)力損失、以確保本標(biāo)穿黃隧洞及邙山隧洞內(nèi)襯預(yù)應(yīng)力錨索施工順利進(jìn)行，該工程于2012年4月1日開(kāi)始對(duì)環(huán)錨預(yù)應(yīng)力進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)，2012年6月28日生產(chǎn)性試驗(yàn)完成，共進(jìn)行了三次總結(jié)，完善了環(huán)錨預(yù)應(yīng)力施工方法。試驗(yàn)通過(guò)三個(gè)階段進(jìn)行，每次試驗(yàn)結(jié)束召開(kāi)試驗(yàn)總結(jié)大會(huì)，對(duì)該次試驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行討論、分析原因并提出一系列整改方案，從而制定出下次試驗(yàn)的內(nèi)容。其中第一階段為初步試驗(yàn)階段，第二、三階段分別總結(jié)了上一階段存在的問(wèn)題，在上一階段的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，以獲取更加合理的試驗(yàn)結(jié)果。在三個(gè)階段的試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的主要問(wèn)題有穿束困難、斷絲、混凝土出現(xiàn)裂紋等問(wèn)題。試驗(yàn)中不斷總結(jié)并分析問(wèn)題產(chǎn)生的可能原因，及時(shí)采取措施，在下次試驗(yàn)中予以改進(jìn)。對(duì)于以上問(wèn)題采取的主要措施有：

(1)加強(qiáng)波紋管安裝時(shí)的線(xiàn)形控制，在波紋管起坡處到喇叭口采用五點(diǎn)法控制以保證線(xiàn)形平順，同時(shí)布設(shè)軌道筋以確保其過(guò)渡平緩與牢固，在波紋管上設(shè)置U型卡以防止波紋管在混凝土澆筑振搗的作用下彎折、扭曲和變形。

(2)加強(qiáng)波紋管的清理和檢查。在穿束前反復(fù)用高壓風(fēng)、清水和振動(dòng)棒對(duì)孔道進(jìn)行徹底的清理。

(3)將工作錨板的位置在整束張拉前調(diào)整至距上喇叭口30 cm處,以確保工作錨板在張拉過(guò)程中有足夠的移動(dòng)空間，不至于對(duì)上喇叭口造成較大的擠壓力。

(4)在穿束前對(duì)鋼絞線(xiàn)束體涂刷石墨粉，以降低鋼絞線(xiàn)與孔道的摩阻和鋼絞線(xiàn)相互之間的摩擦力。

該工程施工過(guò)程中，在鋼絞線(xiàn)上涂刷石墨粉可以降低鋼絞線(xiàn)與孔道的摩阻和鋼絞線(xiàn)相互之間的摩擦力，加快穿索速度，降低斷絲裂紋數(shù)目，提高施工質(zhì)量。但對(duì)于在鋼絞線(xiàn)上涂刷石墨粉是否會(huì)影響鋼絞線(xiàn)的錨固力沒(méi)有有力依據(jù)，因此，特地進(jìn)行了鋼絞線(xiàn)錨固試驗(yàn)。試驗(yàn)分三組(完全涂抹、輕度涂抹、不涂抹)進(jìn)行，通過(guò)三組試驗(yàn)取得的結(jié)果可以看出三組鋼絞線(xiàn)的拉拔力均達(dá)到208 kN，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。結(jié)果表明，對(duì)每束鋼絞線(xiàn)涂刷1 kg石墨粉對(duì)預(yù)應(yīng)力損失及水泥漿粘結(jié)力無(wú)影響。張拉前，為評(píng)估孔道摩阻系數(shù)及其對(duì)預(yù)應(yīng)力效果的影響、檢測(cè)HM15-12型環(huán)錨系統(tǒng)張拉時(shí)變角張拉裝置的摩擦損失值，該工程還進(jìn)行了車(chē)道平臺(tái)波紋管摩阻試驗(yàn)和HM15-12型環(huán)錨弧形墊座摩阻損失檢測(cè)試驗(yàn)。

張拉工序分兩序、五級(jí)張拉。第一序張拉：左側(cè)奇數(shù)號(hào)錨索按序張拉后，再進(jìn)行右側(cè)偶數(shù)號(hào)錨索按序張拉。張拉時(shí)，先對(duì)單根鋼絞線(xiàn)進(jìn)行預(yù)緊，再將錨索整束分五級(jí)進(jìn)行張拉，每級(jí)張拉力遞增(每級(jí)加250 kN)。第二序張拉順序與第一序相同，不進(jìn)行單根預(yù)緊，直接進(jìn)行錨索整束張拉，最終將張拉力加至2500 kN。

張拉到最后時(shí)，對(duì)于不良錨索使用YDC240QX千斤頂自下而上逐根將壓力升至計(jì)算壓力進(jìn)行退錨操作，按如下順序逐根進(jìn)行：12→7→8→11→4→3→10→1→2→9→6→5。

當(dāng)壓力達(dá)到并穩(wěn)壓后，操作人員至錨具槽側(cè)面用工具將夾片撥出錐孔。在單根退錨將主拉端夾片全部取出之后，收縮大頂放張，利用鋼絞線(xiàn)的收縮以退出被拉端夾片。夾片全部退出后，將機(jī)具拆除，取出工作錨板，用卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引、人工輔助將索體退出孔道。

4結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外行業(yè)領(lǐng)域發(fā)展方向和水平的研究分析，針對(duì)南水北調(diào)穿黃工程中環(huán)錨預(yù)應(yīng)力快速穿錨及一次性張拉施工的難點(diǎn)和特點(diǎn)展開(kāi)了研究，對(duì)于工程中遇到的問(wèn)題提出了解決方案并通過(guò)一系列檢測(cè)和生產(chǎn)性試驗(yàn)驗(yàn)證其可行性，從而對(duì)現(xiàn)有理論和技術(shù)進(jìn)行了完善與發(fā)展，取得了一套實(shí)用、創(chuàng)新的理論和技術(shù)成果，為類(lèi)似高難度、高強(qiáng)度、超薄環(huán)錨預(yù)應(yīng)力施工積累了成功的經(jīng)驗(yàn)，拓展了環(huán)錨預(yù)應(yīng)力的應(yīng)用范圍，推動(dòng)了行業(yè)的發(fā)展。

該施工工藝的研究，不僅對(duì)當(dāng)前南水北調(diào)穿黃隧洞內(nèi)襯環(huán)形錨索預(yù)應(yīng)力施工具有重要意義，還可為今后類(lèi)似的環(huán)形錨索預(yù)應(yīng)力工程提供重要的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]任海波.無(wú)粘結(jié)環(huán)錨預(yù)應(yīng)力混凝土襯砌結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[D].天津大學(xué)建筑工程學(xué)院，2007.

[2]付志遠(yuǎn)，張傳建，段國(guó)學(xué)，等.穿黃隧洞襯砌1∶1仿真試驗(yàn)研究實(shí)施報(bào)告[R].武漢:長(zhǎng)江水利委員會(huì),2005.

李霞(1976-)，女，山東博興人，工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)及管理工作；

王吉成(1980-)，男，寧夏中寧人，項(xiàng)目總工程師，工程師，學(xué)士，從事水利水電工程施工技術(shù)及管理工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

收稿日期:2015-10-20

文章編號(hào):1001-2184(2015)06-0052-03

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

中圖分類(lèi)號(hào):TV52;TV554

作者簡(jiǎn)介: