大伙房水库输水隧洞预应力混凝土衬砌研究

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1、水利科研东北水利水电2012年第5期【文章编号]1oo2—0624(2012)05—0028—02大伙房水库输水隧洞预应力混凝土衬砌研究魏长勇，栾卫中2(1．辽宁大伙房水库管理局，辽宁抚顺113007；2．大唐长春第二热电有限责任公司，吉林长春130000)[摘要]大伙房水库输水(二期)隧洞围岩地质条件复杂，其中有8km多为浅埋Ⅳ、v类围岩段。工程采用了无粘结预应力混凝土衬砌技术。文章通过对几种荷载组合条件下的应力分析，为断面设计提供了依据。[关键词]隧洞；无粘结；预应力；衬砌[中图分类号】TV546[文献标识码]A1工程概况2．2隧洞衬砌研究2．2．1后张法预应力混凝土衬砌的提出大伙

2、房水库输水(二期)工程是大伙房水库输因围岩抗渗能力差，内水外渗将导致围岩失水工程的配套工程，隧洞位于抚顺市南郊，浑河南稳，对上部环境破坏严重，很难处理，必须采取严岸。隧洞段全长29km，隧洞断面为圆形，直径6m。格的防渗要求，衬砌结构按抗裂设计。应采用预应洞线穿越的地层属华北地层区，主要为太古力混凝土或钢板衬砌。代花岗质片麻岩、中生界侏罗系小东沟组和白垩根据意大利、瑞士等国家，对输水隧洞采用后系梨树沟组、燕山晚期侵入岩、新生界第四系及人张法预应力混凝土衬砌与钢板衬砌的比较资料，工堆积物。洞线穿跨的岩体一般为微风化或新鲜，输水洞采用预应力混凝土衬砌，具有节省投资，施较完整，局部沟谷段或断

3、层带为全风化～弱风化，工期短，能保护其内部钢筋和钢绞线不致锈蚀的破碎～完整性差。洞线穿过洞线的断层有9条，断优点。层一般沿河谷发育，以较大角度与洞线斜交，以压2．2．2预应力钢绞线布置或压扭性为主，区域构造相对稳定。衬砌混凝土预应力是通过对布置在衬砌外缘在Ⅳ、v类围岩段，尤其是隧洞进出口段，多的钢绞线张拉实现的。为了张拉锚固，需在衬砌断为页岩、泥岩、凝灰岩、辉绿岩等软岩，岩体破碎，面内侧布置锚具槽，通过钢绞线张拉变形，使衬砌风化严重，部分地段洞室上部围岩厚度只有9m，受到挤压，使衬砌截面形成预压应力。覆盖层薄。不良地质条件下隧洞结构设计在二期预应力隧洞的预应力筋布置方案如图1所工程隧洞

4、段显的更为重要。示。预应力钢筋采用高强无粘结低松驰1860级4×2隧洞预应力混凝土衬砌15．24钢绞线，公称截面面积A口=4x1391T1／n2。预2．1初期支护应力筋束沿管道轴向的中心间距为470mm，采用隧洞采用新奥法进行施工，初期采用喷混凝双层双圈无粘结预应力钢绞线环锚支撑变角张拉土，设置锚杆加钢筋网，并根据围岩情况局部设置技术，环锚锚板锚固端和张拉端各设4个锚孔，内钢格栅等。层2根钢绞线从锚固端起始，沿内层圆周环绕2·28·2012年第5期东北水利水电水利科研圈后进入内层张拉端，外层2根钢绞线从锚固端起2．3结构计算始，沿外层圆周环绕2圈后进入外层张拉端，钢绞2．3．1结构计算

5、模型线锚固端与张拉端的包角为2x360o。预留内槽口采用通用有限元分析软件ANSYS，进行有限长度为1．3m，中心深度为0．20m，宽度为O．20m。元数值模拟计算。考虑围岩厚度影响，取不小于两倍的洞径，实际按20m引入计算。在所取计算范围底部岩石边界为全固定，顶部岩石边界为自由；两侧岩石边界为垂直边界面的连杆约束。其中，Y坐标轴分别对应衬砌的水平和竖直方向，数值模型共计3078个节点、2978个单元。其中平面单元采用二维块体元Plane42模拟，共计单元2710个；预应力钢筋采用杆件元Link8模拟，共计单元268个。预应力钢绞线和钢筋混凝土衬砌分别单独建模，充分考虑了曲线预应力钢绞

6、线对混凝土的作用，使得有限元模型能够更真实的模拟预应力钢图1双层双圈无粘结预应力钢绞线布置图na．rn绞线的曲线形式。预应力钢绞线的单元节点与钢2．2．3基本资料筋混凝土单元间通过约束方程法，建立起相互作1)材料特性。预应力衬砌混凝土强度等级C40，用的关系，隧洞预应力衬砌数值模型中预应力钢W10。混凝土轴心抗压强度标准值=27．0MPa、绞线单元节点和混凝土单元节点之间，通过约束设计值=19．5MPa，混凝土轴心抗拉强度标准值方程建立节点耦合，共计512组约束方程。=2．45MPa，弹性模量Ec=3．25×10MPa，泊松比．2．3．2计算原则=0．167o1)正常使用极限状态验算。

7、预应力衬砌正常预应力钢筋采用1860级无粘结预应力钢绞使用极限状态设计表达式为：线，张拉控制应力=0．7=1395MPa。锚具采【G，，)≤c用夹片环锚，锚具变形和钢筋内缩值a=5mm。预式中：。___一结构重要性系数，取1．1；(·)——作应力钢绞线与孔道壁的摩擦系数=0．0035，考虑用(荷载)效应组合的功能函数；c——结构的功能孔道每米长度局部偏差的系数k=0．0007。普通钢限值；G——永久作用(荷载)标准值；——可变筋采用标准热轧II