全圆预应力衬砌如何提高进度

1、全圆预应力衬砌如何提高进度全圆预应力衬砌如何提高进度降低管理成本降低管理成本 中铁十八局集团隧道工程有限公司吉林引松项目部中铁十八局集团隧道工程有限公司吉林引松项目部2019.5.82019.5.8目录CONTENTS1、无粘结环锚预应力衬砌施工的概况及重难点2、无粘结环锚预应力衬砌应用技术指标3、无粘结环锚预应力衬砌施工工序安排4、无粘结环锚混凝土施工工艺优化5、预应力全圆衬砌施工取得的成绩Part 11.1工程概况 吉林省中部城市引松供水工程为吉林省重点工程，是优化吉林省水资源配置，从根本上解决吉林省中部地区水资源不足的引水工程。 总干线二标段位于吉林市丰满水库至温德河左岸之间，线路桩号2

2、+000m24+600m，总长度22600m，设计全程为有压引水隧洞，由于部分洞段埋深较浅，在内外水压力的作用下，隧洞衬砌可能发生较大塑性变形而导致衬砌开裂失效，因此在埋深较浅洞段设计了预应力环锚衬砌支护方式。22600 m总长度有压引水全程设计预应力埋深浅处1.2无粘结环锚预应力衬砌施工的重难点国内无可借鉴施工经验，如何在做好先驱情况下减少投入全圆隧洞预应力衬砌一次成型交叉作业工序多，平行作业施工困难，工序质量把控难030102 吉林引松项目进度安排的总体原则是尽可能保证过温德河预应力衬砌段隧洞最早投入运行，然后各引水隧洞按顺序投入运行。温德河预应力衬砌段隧洞施工成为制约着整个引松供水工程施

3、工进度的关键路线，其施工进度的顺利实施和推进节奏的控制，成为钳制引松供水工程2020年运行通水目标的关键。过温德河段隧洞无粘结环锚预应力衬砌施工的重难点主要表现在以下3个方面。Part 22.1无粘结环锚预应力衬砌材料技术指标预应力钢绞线： 采用单丝涂覆环氧凃层无粘结钢绞线，无粘结钢绞线（75）标准强度为1860N/mm2，级松弛，每根钢绞线公称直径15.2mm，公称截面面积140mm2，破坏荷载（单根）Fptk=260KN，弹性模量为1.85105MPa。 制作无粘结预应力钢绞线用的护套原材采用挤塑型高密度聚乙烯（PE）树脂。PE套管的厚度1.5mm，摆动系数不应大于0.004，钢绞线与PE

4、套管之间的摩擦系数不大于0.10。2.1无粘结环锚预应力衬砌材料技术指标预应力混凝土： 强度等级C40，抗渗等级W12，抗冻等级F150，骨料采用二级配，普通P.O42.5硅酸盐水泥，水灰比不大于0.45。止水材料： 伸缩缝内设置橡胶止水带（止水带规格为400mm20mm）、闭孔泡沫塑料板、表面嵌塞双组份聚硫密封胶。2.1无粘结环锚预应力衬砌材料技术指标预应力张拉（锚具、夹具、张拉设备）： 锚具、夹具及张拉设备均符合预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程（JGJ85-2010）的要求。预应力筋锚具满足分级张拉、补张拉和放松预应力的要求；锚具进场或入库，核对锚具的品种、规格数量，并按预应力筋用

5、锚具、夹具和连接器应用技术规程（JGJ85-2010）进行静载和动载锚固性能试验、外观、硬度等的检查验收，所有锚具应按型号、批号分别登记入库存放。 预应力施工设备的组件包括千斤顶和油泵。要求按“产品轻巧，易于施工”的原则选择。要求100t型号千斤顶的质量不大于70kg，工作空间小于1.50.2m，150t型号千斤顶的质量不大于110kg，工作空间小于1.5m0.2m。配套使用的油泵，质量不超过150kg，工作空间小于0.8m0.5m1.1m。 张拉系统结构示意图1、保护管12、无粘结钢绞线3、保护帽（不开口）4、钢夹板5、橡胶板6、夹片7、工作锚板8、限位板9、偏转器10、固定器11、前卡式千

6、斤顶12、保护帽（开口）13、螺钉孔14、保护管22.2无粘结环锚预应力衬砌应用概况 由于混凝土的抗拉强度和延展性很低，普通钢筋混凝土不宜作为大跨度结构或承受以拉为主的结构物的材料。因此，往往采用对混凝土结构施加一个等于或接近于在运行荷载作用下产生的拉应力的相反预压应力，因此大大改善混凝土结构的工作性能和用途， 对混凝土结构施加预压应力的方式很多，使用最多的是后张应力技术。大量数据表明，预应力混凝土结构已成为当今国际上最主要的土建结构型式。但在水工隧洞工程中应用时间不长，工程数量不多。以往，水工压力隧洞由于要求的防渗性能较高，并无引排水措施，故采用钢板衬砌较多，而今预应力结构代替钢结构以成为趋

7、势。2.2无粘结环锚预应力衬砌应用概况预应力混凝土结构具备以下4个优点：预应力混凝土使用的是高强度预应力钢绞线，与钢板衬砌相比强度约高出3倍，因此可显著减少使用材料。水工隧洞的施工地点多位于偏远地带，预应力钢绞线比弧形钢板更易于运输，并免除了质量要求较高的钢板焊接工作，方便了施工。预应力混凝土抗裂性强，并有超载后开裂、卸载后裂缝变小或闭合等优点。在隧洞放空后，即有压隧洞无水压力的情况下，预应力混凝土衬砌不会像钢板衬砌那样由于外压挠曲变形而失稳现象。Part 33.1无粘结环锚预应力衬砌施工工艺流程图3.2底部清理（1）超欠挖检测 对于钻爆洞段，由测量班进行超欠挖检测，欠挖部位进行处理至设计范围

8、内。（2）底部清理 在超欠挖处理完成后，进行底部整体清理，对于底部碎石、积渣、淤泥、废物采用挖掘机配合农用车运输至洞外，之后采用高压风、高压水冲洗作业面，并对受污染的作业面进行清洗工作。（3）验收 待底部清理完成后，由施工班组进行初检、初检合格后，再由施工班组长进行复检，同上复检合格后由项目部质检员进行终检合格后报于监理工程师进行验收。（4）监理验收 监理工程师验收合格后方可进入下一工序。底部清理3.3预应力钢筋、钢绞线制作安装（1）施工方法 钢筋安装采用内外层分开安装，外层钢筋钢绞线安装内层钢筋循序渐进，外层钢筋和钢绞线安装采取超前制作安装，以方便材料运输、人员通行及混凝土的运输，内层钢筋及

9、锚具槽安装与混凝土浇筑仓段同步进行。（2）测量放样 钢筋安装前由测量班进行钢筋定位测量，并采用喷漆、定位钢筋做好测量控制点标记。而后采用仪器将预应力钢绞线安装控制点进行测量定位，并打入定位钢筋做好测点标记。3.3预应力钢筋、钢绞线制作安装（3）钢筋、钢绞线制作 钢筋切断：钢筋切断时根据不同长度搭配统筹安排一般先断长料后断短料减少耗损，切断时避免用短尺量长料，防止产生累计误差。因此在工作台上标出尺寸刻度线并设置控制断料尺寸用的挡板。在切割过程中如发现钢筋有劈裂、缩头或严重的弯头等必须切除。断筋钢筋的断口不得有马蹄形或起弯等现象。直螺纹接头必须用无齿切断机断筋。长度允许偏差10mm。 钢绞线下料长

10、度及切断：无粘结钢绞线的下料长度应在场地上做出显著标志，严禁弯折及锋利物品损坏表面的PE套管。无粘结钢绞线宜采用砂轮或切断机切割，不得用电焊或氧气乙炔切割。3.3预应力钢筋、钢绞线制作安装（4）外层钢筋安装 待测量放样完成后，进行外层钢筋安装工作，本隧洞衬砌环向受拉主筋间距为200mm，纵向分布副筋间距为200mm，钢筋连接方式采用单面焊接。隧洞钢筋搭接位置应错开分布，以洞顶部位为0，内外侧受力钢筋在045及18045范围内不允许有搭接，钢筋接头应分散布置，在接头左右35d且不小于500mm的区段内，接头的受拉钢筋截面面积与受拉钢筋总截面面积的比值不超过1/2。根据设计断面尺寸与要求，本工程外

11、侧钢筋分为三段钢筋搭接安装，内层钢筋分为两段钢筋搭接安装。上断面外侧钢筋安装两段，内侧钢筋安装一段，纵向分布筋根据间距安装，并与主筋梅花型扎丝绑扎。（5）钢绞线环绕绑扎 预应力筋每组为4根，单层双圈环绕绑扎，锚固端留在锚具槽内，张拉端伸出衬砌断面外。 预应力筋每组2根同步从张拉端穿入，统一环向左右缠绕两圈回到锚固段，环向缠绕时预应力筋不可出现交叉、重叠现象，其中空间变化位置由测量先进行点位测放，而后安置定位F型钢筋以控制预应力筋位置。 预应力筋缠绕完成后，采用扎丝把预应力筋与就近主筋连接固定。扎丝绑扎钢筋计无粘结钢绞线3.3预应力钢筋、钢绞线制作安装（6）内层、锚具槽应力钢筋绑扎 钢绞线安装绑

12、扎完成后进行内层、锚具槽应力钢筋安装，安装前底部基岩面需再次清理，清理至基岩面，无积水积渣后进行内层钢筋安装工作。3.4预应力锚具槽模板安装（1）施工方法 测量放样：模板安装前由测量班进行模板位置定位测量，并采用喷漆、定位钢筋做好测量控制点标记。 模板涂刷脱模剂：对模板表面进行全面检查，若模板表面存在混凝土粘结块、污物，需采用打磨机对模板面进行打磨，打磨洁净后对模板表面涂刷脱模剂，用滚刷依次涂刷均匀。 模板制作、安装：锚具槽模板采用钢模板、竹胶模板对比使用，周边模板尺寸为1.2m27.2cm、端头模板尺寸为27.2cm20cm，底部模板尺寸1.2m20cm，按照已有尺寸先进行模板制作，安装前在

13、锚具槽位置的钢筋上焊接角钢先固定其位置，而后把提前制作的锚具槽模板装入角钢内，锚具槽模板装入角钢内后采用木方放其内部以控制锚具槽尺寸。3.5预应力模板、止水带安装预应力混凝士衬砌采用全圆针梁式台车模板，除常规的要求外，本工程全圆衬砌台车总体设计上有如下特点： 1.衬砌整体钢模台车模板分6节，每节2m，有效村砌长度12m，为针梁式液压钢模衬砌台车。 2.台车模板可以实现横向移动，以便隧洞掘进方向有偏差时可以调整，单向不得小于100mm。 3.立模、脱模等动作通过液压实现，以丝杠固定模板。 4.模板顶部预留排气孔，以保证封顶浇筑密实;模板上设置埋设注浆管的预留孔。 5.抗浮装置其性能与台车设计的浇

14、筑速度相匹配，每节模板设置4个抗浮点以抗浮丝杠支撑于洞顶，实现均衡抗浮。 6.可振捣窗口以周向弦长间距不超过2米布置顶部封项口4个(正上)、观察口2个、灌浆孔8个底部排气孔8个(正下)合计:浇筑窗口32、顶部观察口2、小型振捣口8、封项口4、灌浆孔8、排气孔8。3.5预应力模板、止水带安装（1）测量放样 模板放样时在初支面上放出7个定位点，打好定位钢筋后，在定位钢筋上直接放出定位点。说明：1、图中单位均为m。2、放样点为模板净空点。3、钢筋保护层设计值为5cm（2cm）。4、底部钢筋定位时用、号放样点，拉定位线，定位点为模版面，尺寸如图所示。3.5预应力模板、止水带安装施工方法及要点：（2）模

15、板定位 待钢筋验收合格、模板打磨刷油后，进行台车行走，本台车为4条带钢性千斤顶的油缸支脚，通过测量，两端针梁支脚先走到定位点位置;收起框梁（模板）支脚，行走至预浇混凝土准确点位，放下支腿:底模、顶模、腰模通过油缸定位至测量断面点;油缸伸缩抗浮顶到有效位置;根据预浇筑混凝土距离，针梁支脚和框梁支脚可随时调整行走顺序。当框梁行走至预浇混凝土位置后，根据设计尺寸，利用模板油缸对顶模，腰模及底模进行目标定位台车模板测量:定位完成后，进行台车抗上浮装置安设，安装在框梁项部四个边角上的液压千斤顶为抗上浮装置，使用液压千斤顶顶置到未衬砌仓段基岩上方可，若液压千斤顶延伸长度不到位，可采用钢垫块填补。3.5预应

16、力模板、止水带安装施工方法及要点：（3）止水带安装 止水带安装前需对安装位置进行测量放样，待测量做出位置标记后，进行止水带安装工作，先在浇筑仓段端头钢筋处提前安置几字形止水带钢筋卡，把提前预制止水带拉入混凝土衬砌仓段端头处，首先用钢筋卡子将止水带一侧固定，并将卡子延长段与衬砌钢筋固定在一起，止水带外露一侧靠近岩面部位用短木板靠紧岩面作为支撑，靠近台车部位用堵头长木板固定，长短木板外侧用木楔子与环向钢管锁死，这样外露端止水带将不存在翻转现象。在安装过程中要注意止水带距离台车模板的距离，设计为30cm，衬砌钢筋按设计应在止水带外侧靠近台车面位置。 待止水带安装完成后，进行挡头木模板安装，木模板分为

17、止水带内外两侧安装，安装时需在未浇筑仓段基岩面上打入定位钢筋，并在其上加钢套管配合衬砌台车预留环形钢管与木楔对木模板予以支撑加固。3.6预应力混凝土浇筑拌合运输 混凝土运输采用10m3混凝土罐车，为了保证施工安全，每车每次运输8m3，配备4辆混凝土罐车，备用1台。 无粘结环锚预应力混凝土拌合利用3#施工支洞已经建成的混凝土拌合系统。运输采用10m自动搅拌砼罐车，运输路线为拌合站3#施工支洞施工面，运输时间控制在60min，满足工作面现场砼浇筑速度。混凝土入仓 混凝土浇筑时根据模板构造，分为三层浇筑分为底部45位置、中腰位置与起拱线下位置；中腰位置分左右两侧入仓，每侧设四个入料口依次下料，其余每

18、层设四个入料口依次下料，保证混凝土施工距离和减少塌落度损失，浇筑时采用1台60m3/h的砼输送泵通过溜槽及混凝土泵送软管浇筑，遵循对称分层，均匀浇筑的原则，按一定厚度、次序、方向，分层进行，且两侧高度差控制在50cm以内，每层浇筑厚度宜控制在2030cm。一侧下料时混凝土与浇筑面高度应控制在1.5m范围内。 3.6预应力混凝土浇筑混凝土振捣 我项目混凝土振捣主要采用插入式50振捣棒与插入式30振捣棒，每一位置的振捣时间以混凝土粗骨料不下沉，并开始泛浆为准，防止欠振、漏振或过振。 插入式振捣器存在一些振捣死角，采用附着式振捣器振捣模板外表面连接缝处，以达到振捣效果。 在浇筑靠近止水带附近的混凝土

19、时，严格控制浇捣的冲击力，避免力量太大而刺破橡胶止水带，同时还必须充分振捣，保证混凝土与止水带紧密结合，施工中如发现破裂现象应及时修补。3.6预应力混凝土浇筑静定、拆模 混凝土浇筑完成后，拆模时间根据最后一车下料砼的试件强度，每一仓制作2组，与工程相同条件养护，供拆模参考，边顶拱衬砌当最后一盘封顶混凝土试件现场试压达到5MPa开始拆模。拆模时要避免缺棱掉角的现象发生。拆模时间由实验室与质检部根据现场实际情况确定。闭孔泡沫板安装 待混凝土达到强度拆模后，把提前制作泡沫板分为伸缩缝面外漏止水带上、下两部分贴合至衬砌混凝土伸缩缝面上，采用高分子胶把闭孔泡沫板与伸缩缝面黏贴紧固，防止泡沫板下滑脱落。3

20、.7预应力钢绞线张拉（1）锚具槽、钢绞线清理 锚具槽采用角磨机、直磨机、手锤、铁钎进行凿毛处理，凿毛要轻微细致，避免伤及钢绞线PE套管，深度控制10mm，把混凝土表面浮浆和松散层全部去除，漏出粗骨料。而后用高压风、水清洗干净槽内污物、灰尘。 待锚具槽清理完后，对钢绞线进行PE套管剥除和内注油脂擦拭干净。具体尺寸见下：钢绞线预留长度：张拉端：长2.0m；锚固端：长840mm、距离锚具槽顶部360mm。锚板初始位置距锚具槽470mm；钢绞线PE套管剥除和胶套预留量：张拉端（锚具槽上端）：保留PE160mm、胶套160mm；锚固端（锚具槽下端）：保留PE450mm、胶套450mm。3.7预应力钢绞线

21、张拉（2）钢绞线张拉、锚固 在每一根无粘结钢绞线上都安装防腐连接套管，并安装锚具两侧的防腐密封钢板和橡胶垫，分别套在无粘结钢绞线的两端。防腐附件安装完成检查正确后，将钢绞线从锚具两端穿入锚具，并将夹片装入锚孔，锁定锚固端。 而后依次安装、限位板、偏转器、延长筒、千斤顶、工作锚板、工具夹片等，各部件必须连接紧密。穿入千斤顶的各股无粘结钢绞线必须顺直、无交叉。千斤顶和油泵连接的高压油管要求顺直，不得盘绕，工作中保护好高压油管。 待一切就绪后进行无粘结钢绞线张拉工作，钢绞线张拉分为5级张拉，分别为5%、25%、50%、75%、100%，每次持荷时间为35min。现场钢绞线张拉施工3.7预应力钢绞线张

22、拉（3）钢绞线防护 张拉完成后，采用砂轮切割机将在锚具槽内的无粘结钢绞线多余部分进行切除。 将锚具和钢绞线表面擦拭干净，涂刷液体环氧防腐涂料，封闭钢绞线、夹片、锚孔等各部位。 用棉纱将各PE管表面的油脂擦拭干净，在防腐套管内灌注防腐油脂，灌满后用防腐胶带缠绕密封。钢绞线张拉完成防腐施工图3.8预应力锚具槽回填混凝土（1）锚具槽回填模板安装 因锚具槽本身存在弧度，故选用塑性竹胶板作为回填模板，模板尺寸为1.3m0.3m，从锚具槽四个边角处，各伸出一根模板固定钢筋，在竹胶模板相同位置上打点开孔，而后安装竹胶板，在钢筋伸出处安装加固螺栓，并在模板外表面长边加焊弧形钢筋下压模板，以保证模板紧贴锚具槽。

23、（2）回填混凝土 锚具槽回填采用微膨胀C40混凝土，膨胀量控制在（1.02.0）10-4。 在回填混凝土前，用高压水清洗表面污物、灰尘，锚具槽回填前应保持湿润，在槽壁周围涂刷混凝土粘结剂，以保证新老混凝土结合良好。 回填混凝土过程中应仔细捣实，外漏混凝土表面必须抹平。Part 44.无粘结环锚混凝土施工工艺优化 根据我项目近2个月的施工，通过对钢筋布设、钢绞线定位、锚具槽成型、预应力张拉、锚具槽封堵等工序管控及进行QC活动，改进完善目前环锚预应力施工工艺和施工方法，提高施工进度，降低施工成本，形成一整套适合本工程特点的施工工艺。 我们针对无粘结环锚预应力衬砌先后进行了以下2个方面的优化：锚具槽

24、安装模板优化锚具槽回填模板优化4.1锚具槽安装模板优化锚具在槽内放置困难锚具卡住锚具保护层不均匀6组5组36组4.1锚具槽模板工艺优化根据上述问题，我项目展开QC活动并找到了关键问题，针对分析整理得到的主要原因，经过认真的讨论，制定了相应对策，实施后效果显著。主要对策有以下3个方面： 对比选用合适模板 对比选用合适机具 施工方法优化4.1锚具槽模板工艺优化材料位置钢板竹胶板木板锚具槽底模价格高，且难以拆除价格低，拆除简单价格适中，拆除困难锚具槽端头模价格高，易损伤钢绞线价格低但易变形价格适中，不易形变锚具槽侧模价格等同普通钢板，指定尺寸出厂需现场切割，精度难以控制对比选择合适模板4.1锚具槽模

25、板工艺优化项目锚具槽侧模锚具槽端头模产品方案车床加工定型模板人工切割、钻眼车床切割、钻眼比选委外加工，增加费用钢厂制作，无费用偏差大，精度难以保证精度高，价格低项目锚具槽底模/产品方案车床加工人工制作现场机械制作/比选委外加工，增加费用偏差大，精度难以保证精度保障，投入适中/选择合适机具施工方法优化 位置确定。首先采用测量仪器对锚具槽空间位置进行定点放样，而后将定位钢筋焊接在环形主筋以确定锚具槽位置。 固定角钢。只靠定位钢筋难以固定锚具槽结构位置，采用6块角钢焊接在定位钢筋上，以起到固定模板作用。 模板安装。待角钢焊接完成后，将制作好的模板安装在角钢内，锚具槽上下两个端头模板，按照钢绞线在结构

26、内空间位置进行机械开孔。 内撑木方。考虑到竹胶板存在塑性，在锚具槽内加装内撑木方，以防止混凝土入仓时，导致锚具槽模板压力变形。施工方法优化后施工图优化前后锚具槽模板安装及拆除对比情况4.2锚具槽回填模板优化 锚具槽的倾斜角为45，回填混凝土时无法固定模板，只能选择干硬性的混凝土采用人工捣实的方法浇筑，而锚具槽内预应力钢绞线又比较密集，导致回填的混凝土很难密实； 锚具槽是倾斜的，回填混凝土在自重作用下有下流的趋势，硬化后锚具槽上部与衬砌结合面处易形成缝隙，而该部位恰好又是锚具所在位置，容易导致防腐油脂渗出； 回填混凝土(微膨胀混凝土)只有在水养护条件下才能有效发挥膨胀功能，而双排锚具槽布置不具备

27、水养护的条件，因此回填混凝土无法完全实现其膨胀功能。 小浪底工程与我项目均出现锚具槽回填不密实和防腐油脂渗出问题，通过调查分析得出原因有以下几方面：4.2锚具槽回填模板优化材料: 选用塑性竹胶板作为回填模板，模板尺寸为1.3m0.3m 外伸钢筋。在锚具槽端头4个边角处焊接22钢筋，并伸出槽外10cm。 模板安装。外伸钢筋焊接完成后，将制作好的模板安装外伸钢筋位置进行平铺 安装，而后用螺栓将钢筋与模板紧固在一起。 加固钢筋。此时模板是水平状态，没有贴合锚具槽弧度，采用28钢筋进行弯弧机弯弧后，将28钢筋安装弧度安装在模板之上，并将28钢筋两端在外伸22钢筋焊接牢固，以对竹胶模板施加一个垂直向下贴合锚具槽口的力。 木楔填缝。因本身弧度偏差问题，加固钢筋与模板间存在些许缝隙，此缝隙采用木楔填补，以防止模板与锚具槽口存在间隙，导致混凝土外流。工艺:4.3经济效益及社会效益 单纯采用5mm钢板材料在12m预应力浇筑仓段的锚具槽模板安装、拆除需用时6.5日，而采用优化组合模板在12