預(yù)應(yīng)力混凝土襯砌在引水隧洞工程中的應(yīng)用

衛(wèi)瑞崗

（山西省水利建筑工程局 山西太原 030006）

1 工程概述

吉林省某引水工程采用隧洞引水。工程位于吉林市豐滿水庫至溫德河左岸之間，總長度約為22.9km。引水隧洞主要采用敞開式TBM施工，局部采用鉆爆法施工。鉆爆段隧洞由于巖石圍巖較為破碎，為Ⅴ類圍巖，為了改善隧洞襯砌混凝土受力性能和提高隧洞的抗裂度，鉆爆法施工段采用預(yù)應(yīng)力混凝土襯砌。預(yù)應(yīng)力襯砌段開挖斷面R=4.10 m，襯砌厚度50 cm，單段襯砌長度12m。主要施工內(nèi)容有：鋼筋加工、制作與安裝，預(yù)應(yīng)力鋼絞線制作、安裝與張拉，模板安裝與拆除，現(xiàn)澆混凝土的拌和、運輸與澆筑等。圖1為隧洞預(yù)應(yīng)力襯砌斷面圖。

圖1 隧洞預(yù)應(yīng)力襯砌斷面圖

2 隧洞無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土施工程序

施工工藝流程如圖2所示。

3 鋼筋加工、制作

工程中所有的鋼筋（主筋HRB335級φ20，箍筋及構(gòu)造筋HPB235φ8、φ12）均從附近大型鋼鐵廠采購，要求廠家供貨到工地現(xiàn)場鋼筋加工廠。鋼筋各項指標均應(yīng)符合現(xiàn)行規(guī)范和設(shè)計要求。鋼筋集中在洞口鋼筋加工廠制作，為便于成型鋼筋的運輸和現(xiàn)場安裝，將環(huán)形內(nèi)、外層主鋼筋加工成4節(jié)弧型段。加工制作好的成品鋼筋，采用15t自卸汽車改裝成的平板車運進洞內(nèi)，現(xiàn)場人工綁扎安裝?；炷帘Ｗo層厚度用帶鉛絲的強度不低于結(jié)構(gòu)物設(shè)計強度的砂漿墊塊控制。

4 預(yù)應(yīng)力鋼絞線制作

預(yù)應(yīng)力鋼絞線制作包括鋼絞線制作和安裝鋼絞線托架制作。

4.1 鋼絞線制作

圖2 無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土施工工藝流程圖

鋼鉸線采用7φj5,σb≥1470 N/mm2，在鋼筋加工廠（包括鋼絞線加工）集中加工制作。鋼鉸線加工區(qū)內(nèi)設(shè)一條放樣通道、一個與隧洞每一組張拉錨索實際纏繞軌跡相同的1：1加工制作平臺和兩個鋼鉸線轉(zhuǎn)盤架（旋轉(zhuǎn)平臺），采用工地現(xiàn)場起吊設(shè)備（16t汽吊或50 t履帶吊）將出廠的兩盤鋼鉸線盤卷安放在轉(zhuǎn)盤架上，按設(shè)計圖線在放樣通道上依照放樣標志進行放樣制作。鋼鉸線切斷需采用砂輪切割機，不能采用電焊機或氧焊切割。鋼鉸線切割好后，每兩根一組進行綁扎，綁線一般采用18#鉛絲，綁扎點間距為0.5～0.6m。同時在鋼鉸線上用紅油漆標注出引水洞底拱中心線和錨具槽中心線位置，以保證鋼鉸線現(xiàn)場安裝精度。鋼鉸線加工好的，由于直徑太大，無法直接運輸進洞，故將其折成8字形，再拆成圓形，經(jīng)過綁扎固定后，采用起吊設(shè)備將鋼鉸線吊放在自卸汽車改裝成的平板車上，運輸至洞內(nèi)施工現(xiàn)場。

4.2 托架加工制作

鋼絞線安裝托架根據(jù)不同斷面鋼絞線的不同位置制作不同型式的托架，本工程共需制作六種型式托架（五種型式托架為特殊托架，特殊托架用于靠近錨具槽的地方）。由于特殊托架不完全對稱，特殊托架制作好后應(yīng)及時對托架進行標注（編號、安裝方向等）。托架統(tǒng)一在洞外鋼筋加工廠集中制作，將制作好的托架嚴格按要求焊接在鋼鉸線布置位置的分布筋上，以保證托架的安裝精度。

5 鋼筋、鋼鉸線、錨具槽模板的安裝

5.1 鋼筋、鋼鉸線安裝

鋼鉸線位于外層鋼筋和內(nèi)層鋼筋之間，鋼鉸線的安裝需通過各種托架附著在外層鋼筋上。鋼絞安裝工序為：外層主筋安裝→測量定位→分布筋安裝（托架分布筋）→鋼鉸線安裝。

（1）各段隧洞襯砌前驗收合格后，在洞內(nèi)沿洞軸線每1.5m測放8個安裝鋼筋的控制截（斷）面。

（2）每個控制截面安裝φ20以上鋼筋點進行控制。鋼筋長度為1m，采用手風(fēng)鉆鉆孔，砂漿錨固，錨固長度0.5，外露0.5m，錨筋作為鋼筋的綁扎安裝控制點。

（3）鋼筋運輸至安裝部位附近，人工搬運至安裝部位后利用鋼筋臺車進行拼裝外層4段環(huán)形主筋，采用電焊機現(xiàn)場焊接。

（4）在分布鋼筋安裝前，按隧洞襯砌鋼筋圖紙位置進行放線，采用墨線彈出單段（12m）隧洞鋼筋邊線，用粉筆畫出每根分布鋼筋的位置。人工用20#～22#鉛絲綁扎帶有托架的分布筋和一般分布筋。

（5）鋼鉸線同樣采用鋼筋安裝臺車進行安裝。首先，按照鋼鉸線上用紅漆標記的底拱中心線、錨具槽中心線標記與已安裝好的底拱中心線和錨具槽中心線的標記鋼筋一一對應(yīng)，采用鉛絲進行綁扎固定鋼鉸線。然后，將鋼鉸線由底向上依次對稱綁扎在分布鋼筋的托架上。最后，對鋼鉸線位置進行調(diào)整，將鋼鉸線頭固定在錨具槽內(nèi)。

（6）焊接內(nèi)層4段已加工好的環(huán)形主筋。鋼筋焊接時，為保證鋼絞線安裝質(zhì)量、安裝精度，需對錨具和鋼絞線采取隔熱保護措施。

5.2 錨具槽施工

鋼鉸線安裝完后，對鋼鉸線安裝進行檢查驗收。檢查驗收合格后，才能進行加工好的錨具模板（錨具槽盒）安裝。錨具槽安裝工序為：在錨具槽位置的鋼筋上固定一個錨具槽盒鋼筋托架，并定位→在托架上鋪設(shè)一層的鋼絲網(wǎng)和一層泡沫板→在泡沫板上安裝錨具槽盒底模，然后固定鋼鉸線張拉端→立錨具槽盒邊?！捎每ㄗ永瓧U將錨具槽模板固定→對錨具槽弧形頂模進行安裝→采用泡沫板將錨具槽盒邊模板包裹一層并用膠帶密封→安裝錨具槽兩側(cè)加力鋼筋（防止鋼鉸線張拉時產(chǎn)生的徑向拉應(yīng)力對混凝土破壞）。

5.3 檢驗

鋼鉸線、錨具槽模板安裝精度檢驗要求為：①鋼鉸線誤差范圍：鋼鉸線所在平面應(yīng)與隧洞中心線垂直，其偏差范圍為±0.15°。②錨具槽誤差范圍：錨具槽與鋼鉸線中心線應(yīng)控制在設(shè)計范圍內(nèi)，其偏差范圍為±10 mm，錨具槽中心承壓板面與鋼鉸線中心線垂直。

6 隧洞襯砌模板安拆

隧洞襯砌模板采用國際上通用的穿行式鋼模臺車（見圖3）。穿行式模板臺車安裝、移動、拆卸流程如下：

（1）采用平板汽車將鋼模臺車分節(jié)運至在隧洞襯砌起始段，采用倒鏈現(xiàn)場分節(jié)進行組裝一段模板（14m），驗收合格后澆筑第一段混凝土（12m）；

（2）第一段混凝土強度達到拆模條件后，開始進行拆、支模板。首先將側(cè)模用液壓油缸脫模，把頂模用架臺上的液壓油缸降下來脫模；

（3）移動架臺，把頂模側(cè)模往前移動；

（4）臺車上的電動葫蘆返回把底模吊起往前移動，一直移動到頂模和側(cè)模的前方；

（5）頂模、側(cè)模、底模一起往前移動，一直移至第一段混凝土前方；

（6）把底模先放下去，用支桿支起來；

（7）底模做為軌道，架臺帶著頂模和側(cè)模繼續(xù)往前移動；

（8）把頂模和側(cè)模用液壓油缸定位；

（9）把側(cè)面螺桿和頂部螺桿固定好；

（10）反復(fù)把后面的模板移動到前方固定好,支撐完一段（12m）；

（11）開始襯砌第二段混凝土。

圖3 穿行式鋼模臺車圖

7 混凝土澆筑施工

混凝土采用洞外安設(shè)的HZS50型混凝土拌和站進行拌制?；炷潦炝喜捎?m3混凝土罐車運輸至澆筑部位附近，卸料至HBT60型混凝土輸送泵內(nèi)，由混凝土輸送泵泵送入倉。穿行式鋼模臺車每隔2m高度布置澆筑孔，通過臺車預(yù)留的混凝土入倉孔澆筑入倉，混凝土振搗采用穿行式鋼模臺車自帶的附著式振搗器振搗密實，每個施工段澆筑一次成型。

8 鋼鉸線張拉施工

本工程鋼鉸線張拉為后張法，鋼鉸線的張拉工作在襯砌混凝土達到28d設(shè)計強度后進行。鋼鉸線張拉方法為：①首先采用砂輪切割機將張拉端部多余的鋼鉸線切割掉；②將張拉端鋼鉸線上的塑料皮套管剝掉,采用棉紗布將鋼鉸線上的防腐油擦掉；③采用游動型錨具卡（張拉固定一體型）固定底拱中心線旁錨具槽一端的鋼鉸線；④將防腐件、夾片及偏轉(zhuǎn)器安裝在錨具槽的另一端；⑤安裝千斤頂進行張拉。

張拉時，需采用兩臺千斤頂同時對相鄰兩束鋼鉸線進行張拉，以免相鄰兩束的張拉力差值大而導(dǎo)致混凝土襯砌產(chǎn)生不均勻的拉應(yīng)力。在鋼鉸線的張拉過程中，相鄰錨具槽的鋼鉸線的張拉力差值不得大于50%。鎖定后錨具位置在洞軸線方向上的偏差不大于10 mm。

根據(jù)隧洞襯砌混凝土厚度的不同需采用不同的方法進行張拉。對于襯砌厚度大的襯砌段，先張拉左邊一排鋼鉸線至設(shè)計張拉力的50%，再張位右邊一排鋼鉸線至設(shè)計張拉力的100%，最后再張拉左邊一排鋼鉸線至設(shè)計張拉力的100%；對于襯砌厚度小的襯砌段，則分三次進行張拉，每次張拉分別為設(shè)計張位力的50%，75%和100%。

9 鋼鉸線防腐及錨具槽混凝土回填

對于預(yù)應(yīng)力襯砌混凝土引水洞，防腐、回填混凝土一定要做好。

鋼鉸線張拉端和錨具防腐及錨具槽混凝土回填應(yīng)在鋼鉸線張拉鎖定驗收后進行。其施工方法為：①將鋼鉸線端頭和錨具清理干凈，②在張拉端鋼鉸線上重新安裝上塑料防腐管，③給塑料防腐管內(nèi)注入防腐油，鋼鉸線端加防護帽，并在錨具上涂上防腐油，④對防護罩進行密封，⑤對錨具槽進行加工（做成燕尾槽），⑥回填混凝土。

錨具槽回填混凝土采用引水隧洞同標號微膨脹混凝土。人工采用切割機將描具槽口切成深50～80 mm、寬50 mm的燕尾槽形式，并對混凝土進行打毛處理，然后在槽內(nèi)刷一層進口SIKA丙乳膠，最后人工鏟運混凝土熟料進行澆筑。混凝土達到拆模條件后拆除模板，人工采用打毛機進行表面修磨。

10 質(zhì)量控制要求

無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土施工質(zhì)量控制措施如下：

（1）預(yù)應(yīng)力鋼絞線的品種規(guī)格、長度和有關(guān)試驗均符合設(shè)計要求和施工規(guī)范的規(guī)定。進場的鋼鉸線需分批量進行力學(xué)指標試驗。

（2）施工期間，嚴格對鋼鉸線的加工精度和安裝精度進行控制。

（3）定期對千斤頂進行率定。

（4）鋼絞線張拉期間，需對應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)進行分析。

（5）嚴格控制錨具槽內(nèi)鋼鉸線的防腐和回填混凝土質(zhì)量。

11 結(jié)束語

無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土在吉林省引水隧洞襯砌混凝土中的成功應(yīng)用，改善隧洞襯砌混凝土的受力性能，提高了隧洞的抗裂度，進而提高隧洞的耐久性、耐疲勞性和抗震能力。同時，由于采用了高強度混凝土和鋼筋，從而節(jié)省材料和降低襯砌混凝土厚度。無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土在施工時需嚴格按照施工要求進行鋼鉸線安裝、錨具槽模板安裝、鋼鉸線張拉、鋼鉸線防腐及錨具槽混凝土回填，確保無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土施工質(zhì)量。