南水北调穿黄隧洞工程预应力混凝土施工技术.pdf
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1、水利水电科技进展,2014,34(2)摇 Tel:02583786335摇 E鄄mail:jz hhu. edu. cn摇 http:/ / kkb. hhu. edu. cn 第 34 卷第 2 期 Vol. 34 No. 2 水 利 水 电 科 技 进 展 Advances in Science and Technology of Water Resources 2014 年 3 月 Mar. 2014 基金项目:国家自然科学基金(51178470) 作者简介:梁岩(1986),男,河南洛阳人,博士,主要从事钢筋混凝土结构工程及水利水电工程研究。 E鄄mail:821544545 qq.
2、com DOI:10. 3880/ j. issn. 10067647. 2014. 02. 012 南水北调穿黄隧洞工程预应力混凝土施工技术 梁摇 岩,罗小勇,万翱宙 (中南大学土木工程学院,湖南 长沙摇 410075) 摘要:在简要介绍南水北调穿黄隧洞断面结构及锚索布置的基础上,详细介绍了该隧洞衬砌施工中 采用的有黏结后张法环形预应力混凝土施工工艺,具体分析了混凝土浇筑、锚索张拉、锚具槽回填、 孔道灌浆等工序的施工流程、方案及施工技术。 施工实践表明,南水北调穿黄隧洞工程是有黏结后 张法环形预应力混凝土施工技术在我国大洞径、高水头有压输水隧洞衬砌结构工程中的又一次成 功应用,完全满足对预应
3、力控制的条件,各项指标均达到设计要求,取得了较好的效果。 关键词:穿黄隧洞工程;输水隧洞;预应力混凝土;衬砌;南水北调工程 中图分类号:TV546;TV672+. 1摇 摇 文献标志码:A摇 摇 摇 文章编号:10067647(2014)02005405 Construction technique of circular bonded pre鄄stressed concrete using post鄄tension method in Yellow River鄄 crossing tunnel construction in South鄄to鄄North Water Diversion Pr
4、oject/ / LIANG Yan, LUO Xiaoyong, WAN Aozhou (Institute of Civil Engineering, Central South University, Changsha 410075, China) Abstract: Based on a brief introduction of the section structure of the Yellow River鄄crossing tunnel in the South鄄to鄄North Water Diversion Project and the layout of anchor
5、ropes, the construction technology of circular bonded pre鄄stressed concrete using the post鄄tension method adopted in the tunnel lining construction is described in detail. The construction processes and technologies of concrete pouring, anchor rope tensioning, anchorage slot backfill, and duct grout
6、ing are also analyzed. Practice shows that, in the Yellow River鄄crossing tunnel project, the construction technology of circular bonded pre鄄stressed concrete using the post鄄tension method has been successfully applied to the lining construction of a pressure water conveyance tunnel with a large diam
7、eter and high head. All the indexes of the project met the design requirements, and good effects were achieved. Key words: project of the Yellow River鄄crossing tunnel; water conveyance tunnel; pre鄄stress concrete; lining; South鄄to鄄 North Water Diversion Project 摇 摇 预应力混凝土是 20 世纪工程结构领域的重大 发明之一1,现有的先张
8、法、后张法、无黏结预应力 等技术在工程领域发挥着重要作用。 环形预应力筋 主要通过张拉变形挤压孔道壁,使隧洞衬砌混凝土 形成环向预压应力,部分或全部消除水压力荷载产 生的混凝土环向拉应力2。 环形预应力筋技术是 采用高强钢丝和钢绞线以及高强混凝土为特征的高 效后张预应力混凝土技术,该技术在提高混凝土结 构耐久性和适应性及降低造价和维护费用等方面的 优越性,使其在房屋、桥梁、隧洞等工程领域得到了 广泛的应用3。 南水北调穿黄隧洞内衬采用的是 后张法环形预应力体系,主要由无黏结预应力钢绞 线、锚具及夹片组成,该预应力体系可简化隧洞内衬 的施工,方便机械化施工,加快施工进度,孔道灌浆也 可使预应力筋
9、与孔道黏结,传递部分或全部预应力, 同时改善结构抗裂性能,保护预应力钢筋不被锈 蚀4。 南水北调穿黄隧洞工程是南水北调中线一期的 控制性工程,位于郑州市以西、黄河上游约 30 km 的 河段上,南起荥阳市李村村西,北至河南焦作市温县 陈沟村西。 该工程自南向北包括南岸连接明渠、退 水建筑物、进口建筑物、穿黄隧洞(含过河段隧洞和 邙山段隧洞)、出口建筑物、北岸河滩明渠与北岸黏 结明渠等主要建筑物5鄄6,其任务是将中线调水从黄 河南岸输送到黄河北岸,向黄河以北地区供水,工程 完成后将使汉江、丹江口水库的水顺利下穿黄河,通 过输水工程将汉江水输送到北京、天津、河北和河南 等省市,解决城市生活和工业用
10、水问题,并改善四省 45 水利水电科技进展,2014,34(2)摇 Tel:02583786335摇 E鄄mail:jz hhu. edu. cn摇 http:/ / kkb. hhu. edu. cn 市的生态和农业用水现状7。 穿黄隧洞包括过河 段隧洞 3 450 m 和邙山段隧洞 800 m,总长 4 250 m。 隧洞断面内径 7郾 0 m,隧洞外层为装配式普通钢筋 混凝土管片结构,厚 40 cm;内层为现浇预应力钢筋 混凝土整体结构,厚 45 cm,标准仓分段长度 9郾 6 m, 使用泥水平衡式盾构机自北向南推进。 隧洞坡度由 北向南由 0郾 2% 变为 0郾 1%,其中邙山隧洞由北
11、向南 设计坡度为 4郾 91%,在 5+623郾 20 5+583郾 963 段,用 半径为800m 的竖曲线将过河段隧洞与邙山段隧洞 相连。 1摇 断面结构及锚具槽布置 因穿黄隧洞为穿越黄河河床覆盖层的输水隧 洞,除承受外部水土荷载外,还需承受大于 0郾 5 MPa 的内水压力8,因此采用双层复合衬砌结构,衬砌 分内衬及外衬,分别承担内水压力和外部水土压力。 外衬为普通装配式钢筋混凝土管片结构,厚 0郾 4 m; 内衬为现浇钢筋混凝土整体结构,由底板平台和边 拱组成,每个标准衬砌单元长 9郾 6 m,厚 0郾 45 m;中 间为弹性防水垫层。 隧洞底部设车行道(供施工期 及后期维修过程中运输
12、机械通行使用),宽 3郾 1 m,车 道平台内有3 根埋管,中间埋管直径 0郾 25 m,用于光 纤过黄河,断面结构见图 1。 锚具采用由 OVM 生产 的 HM15鄄12 环形锚具,锚具槽为上下左右不对称间 隔布置,锚具槽长1000 mm、宽320 mm、深255 mm,相 邻两束锚索中心线间距450mm。 锚具槽分布见图2。 图 1摇 隧洞内衬断面 图 2摇 锚具槽分布 2摇 钢筋安装 内衬钢筋是内衬预应力混凝土的骨架,波纹管、 锚具槽模板及预埋件直接固定于钢筋上,因此钢筋 的安装质量和安装精度对整个工程质量控制至关重 要。 钢筋在工厂生产,成品钢筋通过 40 t 门吊和隧 洞内的平板车运
13、送至工作地点,这样可保证钢筋的 加工精度,减少对其他工序的影响,加快施工进度并 保证施工质量,同时可减少洞内的施工工序。 钢筋采用长 9郾 6 m 可移动式作业台车安装。 边 拱钢筋安装工艺流程为:测量放线定位寅钢筋台车 就位寅钢筋外层绑扎寅预埋件(波纹管、喇叭口等) 安装寅绑扎内层钢筋寅拱顶排气管、预留槽安装。 现场焊接或绑扎的钢筋网,其钢筋的交叉连接应按 设计文件的规定进行。 为了保证钢筋有足够的保护 层,在钢筋和模板之间设置强度为 C40 的混凝土垫 块,采用 1郾 2 m伊1郾 2 m 梅花形布置。 多排钢筋之间 用短钢筋支撑以保证位置准确。 边拱钢筋与外衬之 间的连接通过在外衬管片手
14、孔里设置 U 形插筋实 现,内衬钢筋与 U 形插筋焊接连接,这样可保证内 衬钢筋的安装精度,防止内衬钢筋笼的变形,也保证 外衬和内衬通过这些剪力键有机结合为一体,共同 受力。 3摇 波纹管安装 因钢绞线从预埋的波纹管中穿过,为了保证预 应力施工顺利进行,要求波纹管安装时必须有良好 的线形。 波纹管安装前应按锚索曲线外形弯制样架 钢筋,确保喇叭管前直线段长度和曲线段线形满足 设计要求。 为了使钢绞线能够顺利通过各管节接 头,第 1 节波纹管架立在与锚具槽相面对的弧段上, 其后管节套在前一节管节外侧面。 对波纹管各管节 接头、管节与拱顶排气管嘴接头以及管节与喇叭管 接头均应采用防水胶带包裹,严防浇
15、筑混凝土时渗 入水泥浆,堵塞孔道。 在混凝土初凝和终凝前,均采 用高压风对波纹管扫孔清理,确保管内通畅,混凝土 浇筑后,对锚具槽下端孔口加盖保护,严防泥水、污 物、杂物进入。 4摇 混凝土浇筑 穿黄隧洞内衬预应力混凝土施工流程如下:手 孔凿毛清理寅手孔插筋焊接回填寅手孔回填寅排水 垫层摊铺寅边顶拱外层钢筋绑扎寅波纹管、预埋管 安装寅内层钢筋、锚索槽模板及预埋管安装寅钢模 台车就位立模寅边顶拱混凝土浇筑寅拆模及混凝土 养护寅混凝土强度达到 100% 后回填灌浆寅锚索张 55 水利水电科技进展,2014,34(2)摇 Tel:02583786335摇 E鄄mail:jz hhu. edu. cn摇
16、 http:/ / kkb. hhu. edu. cn 拉施工寅锚具槽回填寅孔道灌浆。 为了增加内衬的抗渗性能,减小施工缝,隧洞内 衬用混凝土整体浇筑。 浇筑混凝土时采用钢模台车 整体浇筑。 台车模板由 1 块固定的弧形顶模、2 块 活动的弧形边模、2 块活动的弧形底模组成,每块模 板沿轴线方向长为9郾 612m,模板撑收由液压传动系 统控制。 台车上设置附着式振捣器及喂料窗口。 内衬混凝土浇筑时应左右对称分层进行,以确 保两侧混凝土平行灌注,捣固采用插入式振捣器加 高频低幅附着式振捣器配合进行。 泵送混凝土入仓 自下而上,从已灌注段接头处向未灌注方向,左右及 分层对称浇筑,防止偏压使模板变形
17、。 封顶混凝土 严格按规范操作,从内向模端方向灌注,排除空气, 保证拱顶浇筑厚度及密实度。 严格控制混凝土从拌 和出料到入模的时间,当气温在 20 30益 时,不超 过 1 h,10 19益时不超过 1郾 5 h。 严格控制混凝土 的生产过程,加强振捣,增加混凝土的密实度,保证 衬砌混凝土的抗渗等级达到设计要求。 在混凝土振 捣过程中,应注意对波纹管的保护,防止波纹管发生 过大的变形或直接穿透,所用振捣棒的棒头为5cm, 振捣波纹管两侧最小距离15cm,振捣波纹管上方最 小距离 20 cm。 混凝土浇筑施工中采用高压风对波 纹管扫孔,防止水泥浆淤堵管内。 要保证混凝土浇筑质量,关键是保证混凝土
18、质 量,混凝土要有良好的和易性和足够的坍落度。 为 了满足设计和施工技术要求,在混凝土中添加适量 外加剂,主要有上海马贝建筑材料有限公司生产的 X404 型聚羧酸减水剂、湖北省化学研究院生产的 HSPC鄄8A 型聚羧酸减水剂、山西黄河外加剂厂生产 的 HJAE鄄A 型引气剂。 混凝土配合比参数为:水胶 比 0郾 36,粉煤灰掺量 20%,减水剂掺量 0郾 5%,引气 剂掺量 0郾 003%。 隧道长距离运输混凝土要用搅拌车,搅拌车不 断自行搅拌,防止混凝土离析,而且出料速度与泵送 互相匹配。 HZS90(HZS60)自动计量混凝土搅拌站 生产、6 m3轨道式运输罐车运输、HBT60B 输送泵入
19、 模等措施保证了混凝土浇筑质量和浇筑的连续性。 5摇 预应力筋施工 预应力混凝土结构环向预应力筋施工流程为: 锚具槽凿毛寅锚束制作寅锚索穿孔寅锚具安装寅锚 索张拉锚固寅锚具槽回填。 5. 1摇 锚索制作与锚具安装 单根钢绞线的下料长度通过考虑孔道长度、锚 夹具厚度、限位板厚度、弧形垫座长度、千斤顶长度、 工具锚板厚度及其板外必要的安全长度后确定为 26 m。 每束锚索由 12 根钢绞线编制而成。 为了保 证装锚时钢绞线不扭结,编束时应在每根钢绞线两 端编号,钢绞线编束制作及编号如图 3 所示。 成束 预应力筋在编制过程中应使一端对齐,排列平顺,不 得扭结,采用铅丝捆扎牢固,捆扎间距为 1郾 0
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