长距离深埋输水隧洞预应力锚索张拉施工技术研究

2021-08-08周学雷

黑龙江水利科技 2021年7期

周学雷

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080)

1 工程概况

南水北调中线穿黄隧洞位于河南省荥阳市王村镇孤柏嘴山湾河段，该区地震烈度为Ⅶ°，工程区地质条件复杂，穿黄隧洞为双向平行设置，洞轴线相距28m[1]。过河隧洞段埋深较浅，平均埋深在25-38m，纵坡降2‰，隧洞整体呈北竖南斜[2]。内衬预应力锚索由12根预应力钢绞线集束组成，锚索相互间距45cm。外水压力作用于管片外部，内水压力作用于内衬预应力锚索钢混结构，两层衬砌结构单独受力[3]。穿黄隧洞纵断面剖视图，见图1。

图1 穿黄隧洞纵断面剖视图

2 预应力锚索张拉施工技术

2.1 预应力锚索施工设备选型

锚具及配套器材规格[4]：HM15-12型锚具，测力器配套的特制锚板，千斤顶张拉配套工具锚板，与锚具配套的限位板HXW-12。弧形垫座HHD-12：半径500mm，转角40°。

钢绞线设计依据《预应力混凝土用钢绞线》(GB/T 5224-2003)[5]，强度1860级，公称直径φ15.24，公称面积140mm2。钢绞线力学性能表，见表1。

表1 钢绞线力学性能表

2.2 环锚锚具组装件静载试验标准

环锚锚具组装件静载试验在现场试验台上进行。HM15-12环锚组装件结构示意图，见图2。

1-HM15-12锚具、2-测力计、3-千斤顶、4-弧形垫座组件、5-台座、6-钢绞线、7-测力计图2 HM15-12环锚组装件结构示意图

测试参数：极限拉力Fapu；总应变εapu；各根钢绞线与锚具的相对位移；试件破坏部位及形式。

锚具效率表达式为：

(1)

式中：ηa为锚具效率，>0.95；Fapu为实测极限拉力；ηp为效率系数，取0.99；Fpm钢绞线实测极限拉力平均值。

总应变：

(2)

式中：εapu为总应变，>2%；△L为钢绞线实测伸长值；L为钢绞线计算长度。

2.3 预应力锚索施工技术要求

1)预留槽：预留槽应开口于模板内，便于对波纹管检查清理。锚索穿索前应对预留槽周壁凿毛，锚索张拉完毕在喇叭口安装灌浆管嘴后，微膨混凝土封填预留槽。

2)预埋件：预埋件包括波纹管、喇叭管。预埋件允许偏差表，见表2。

表2 预埋件允许偏差表

3 预应力锚索施工工艺

预应力环锚施工工艺: 底板预留孔道及张拉槽预埋→底板浇筑→边顶拱预留孔道及张拉槽预埋→边顶拱浇筑→回填灌浆→预留槽凿毛、孔道清洗→锚索制安→锚索张拉锚固→张拉槽封填→孔道灌浆。

3.1 锚索制安

锚索按25.8m下料，截取锚索槽外张拉及重合段后，净长24m，编索采用编帘组装法。钢绞线编号及编帘组装图，见图3。

图3 钢绞线编号及编帘组装图

穿索方式为卷扬机牵引结合人工推送。为降低管道摩阻系数，锚索体表面涂刷石墨粉(1kg/束)。

3.2 锚索张拉、锚固

锚索两端钢绞线对称分布，张拉端喇叭管口锚具预留充足滑移距离。钢绞线安装位置，见图4。

图4 钢绞线安装位置

施作方法：锚具中部锥孔穿入主动端钢绞线，对半分割主、被动端钢绞线，然后反向穿入锚具两侧锥孔。被动端钢绞线出露距离>3cm，锚具固定与主动张拉端喇叭管口25cm附近。环锚张拉机具组装，见图5；标准衬砌段预留槽布置，见图6。

图5 预应力环锚张拉组装示意图

图6 标准衬砌段预留槽布置图

绞线张拉控制方法为应力变形监测值，锚索张拉中先预紧单根钢绞线，整束张拉分序。

张拉方法步骤为：

1)一序张拉：首先张拉内衬左侧单数预留槽锚索，后张拉右侧双数预留槽锚索，张拉工序为：①单根钢绞线施加20kN预紧力预紧；②整束锚索张拉力共分四级，张拉力为500kN、750 kN、1000 kN、1500kN。

2)二序张拉：张拉顺序同一序，工序为：张拉力分5级，张拉力为1500kN、 1750kN、2000kN、2250kN、2500kN。荷载均匀施加保持压力表数值匀速增加，每级荷载施加安成后进行稳压，稳压时长2-3min，待达到设计张拉力后，稳压10min后即进行锚固。过程中即时测量预应力锚索整体变形值，对比理论值进行双控张拉。