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 曾  強

 （遼寧潤中供水有限責任公司，遼寧沈陽  1101 79）

【摘  要】  本文以大伙房水庫輸水（二期）工程中撫順段為例，分析隧洞噴錨支護和預(yù)應(yīng)力環(huán)錨混凝土襯砌工程錨具槽設(shè)置位置的不同對襯砌內(nèi)部應(yīng)力的影響，綜合考慮設(shè)計施工各方面因素，設(shè)置相對合理的錨具槽夾角，以控制襯砌內(nèi)部應(yīng)力，減少應(yīng)力變形。

【關(guān)鍵詞】  輸水隧洞；錨具槽位置；襯砌受力；影響

中圖分類號：TV672+．1文章編號：1005-4774( 2016) 03-0052-04

 大伙房水庫輸水（二期）工程，是向撫順、沈陽、遼陽、鞍山、盤錦、營口六座城市供水的輸水工程。輸水線路總長253km，其中撫順段以隧洞為主，隧洞長29. 10km，引水規(guī)模613萬m3/d。輸水隧洞級別為I級，斷面為直徑6m的圓形。施工采用鉆爆法，圍巖開挖后即進行噴錨支護和預(yù)應(yīng)力環(huán)錨混凝土襯砌。

1  襯砌相關(guān)參數(shù)

 隧洞預(yù)應(yīng)力混凝土襯砌及預(yù)應(yīng)力混凝土強度等級均為C40，抗?jié)B等級為W12，軸心抗壓強度標準值f c k= 27. 00 M Pa、設(shè)計值f c=19. 50MPa，混凝土軸心抗拉強度標準值f t k=2. 45 M Pa，彈性模量E e=3.25x104 M Pa，泊松比v=0.167。

 預(yù)應(yīng)力鋼筋采用高強低松弛1 860級無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線，張拉控制應(yīng)力σcon=0. 75fprk=1395MPa。錨具槽口采用具有一定膨脹性的混凝土回填，膨脹對槽口周圍自由混凝土產(chǎn)生與沒有槽口處的管壁等同的預(yù)應(yīng)力。普通鋼筋采用標準熱軋Ⅱ級鋼筋。2錨具槽位置影響因素

 在進行環(huán)錨混凝土襯砌過程中，圍巖彈性抗力系數(shù)的取值對預(yù)應(yīng)力隧洞受力影響巨大。試驗段實測鋼絞線摩擦系數(shù)與規(guī)范給定值有較大偏差，影響預(yù)應(yīng)力鋼筋的配置。通過計算，并結(jié)合圍巖的實際開挖狀況、外水壓力等，改變圍巖彈性抗力系數(shù)分別為1 M Pa/cm、1. 50MPa/cm、2M Pa/cm和2.50MPa/cm。確定不同彈抗下實際需要配置的預(yù)應(yīng)力鋼筋和普通鋼筋用量；確定預(yù)應(yīng)力鋼筋單層雙圈和雙層雙圈布置對隧洞襯砌內(nèi)力分布的影響，進一步明確預(yù)應(yīng)力隧洞400和450槽口時的內(nèi)力分布。

3錨具槽位置變化對襯砌受力性能的影響

3.1  隧洞襯砌受力性能對比分析計算參數(shù)

 預(yù)應(yīng)力襯砌混凝土在其他條件不變的前提下，改變錨具槽的相對位置，由于有效預(yù)應(yīng)力綜合作用效果的差異，預(yù)應(yīng)力襯砌的受力性能必然受到相應(yīng)的改變。

 針對圍巖彈性抗力系數(shù)K=1. 5MPa/cm，開展錨具槽位置改變對預(yù)應(yīng)力襯砌受力性能影響的研究。選取兩個不同的相鄰錨具槽夾角：800和900。相鄰錨具槽夾角為800時，預(yù)應(yīng)力鋼筋用量取4×ɸ15. 24@ 300單層雙圈、環(huán)錨，預(yù)應(yīng)力筋摩擦損失取μ=0. 06，K=0. 004。相鄰錨具槽夾角為900時，除預(yù)留槽口位置不同外，其余均與上述相鄰錨具槽夾角為800時相同。

 普通鋼筋的用量及布置均與原設(shè)計相同。

3.2相鄰錨具槽夾角800與900時預(yù)應(yīng)力襯砌平面有限元對比分析

3.2.1  基本荷載組合改變錨具槽位置預(yù)應(yīng)力襯砌受力性能對比

 a．基本荷載組合作用下相鄰錨具槽夾角800與900時預(yù)應(yīng)力襯砌混凝土徑向應(yīng)力均較�。ㄒ姳�1）。

 b．襯砌混凝土上半圓環(huán)向壓應(yīng)力分布較為均勻，在錨具槽和襯砌底部環(huán)向應(yīng)力分布均勻性較差且應(yīng)力變化較為劇烈。上半圓環(huán)頂部襯砌內(nèi)表面壓應(yīng)力較外表面要小，相鄰錨具槽夾角900時比800時變化范圍稍大；在30拱腰處則外表面環(huán)向壓應(yīng)力較內(nèi)表面要小，

兩者基本一致。相鄰錨具槽夾角800時，錨具槽內(nèi)外側(cè)最大、最小環(huán)向壓應(yīng)力峰值位置低于相鄰錨具槽夾角900時；相鄰錨具槽夾角800的預(yù)應(yīng)力襯砌混凝土環(huán)向應(yīng)力優(yōu)于相鄰錨具槽夾角900的（見表2、圖1）。

  c．相鄰錨具槽預(yù)應(yīng)力襯砌的預(yù)應(yīng)力鋼絞線拉應(yīng)力兩者差別不大（見表3）。

 d．襯砌結(jié)構(gòu)整體最大位移均位于襯砌結(jié)構(gòu)頂部，相鄰錨具槽夾角800與900時預(yù)應(yīng)力襯砌數(shù)值分別為2. 70mm和3.17 mm，相鄰錨具槽夾角900時較大（如圖2所示）。

 由上述結(jié)果可知，在上半圓環(huán)，相鄰錨具槽夾角800與900時，預(yù)應(yīng)力襯砌混凝土環(huán)向應(yīng)力差異不大；在下半圓環(huán)，相鄰錨具槽夾角800時，預(yù)應(yīng)力襯砌混凝土的受力明顯，優(yōu)于相鄰錨具槽夾角900，且變形較小。

3.2.2施工期改變錨具槽位置預(yù)應(yīng)力襯砌受力性能對比

 a．施工期相鄰錨具槽夾角800與900時，預(yù)應(yīng)力襯砌混凝土徑向應(yīng)力均較�。ㄈ绫�4所列）。

 b．施工期相鄰錨具槽夾角800與900時，預(yù)應(yīng)力襯砌上半圓環(huán)混凝土環(huán)向應(yīng)力分布基本一致；襯砌頂部混凝土內(nèi)表面和外表面環(huán)向應(yīng)力差別不大；在300拱腰處管壁混凝土環(huán)向應(yīng)力存在峰值，且外表面環(huán)向壓應(yīng)力小于內(nèi)表面；相鄰錨具槽夾角800與900時，預(yù)應(yīng)力襯砌底部混凝土環(huán)向應(yīng)力存在峰值，且相鄰錨具槽夾角800時，應(yīng)力沿厚度變化較為舒緩；相鄰錨具槽夾角800時，錨具槽內(nèi)外側(cè)最大、最小環(huán)向壓應(yīng)力峰值位置低于相鄰錨具槽夾角900時；相鄰錨具槽夾角800時，預(yù)應(yīng)力襯砌混凝土環(huán)向應(yīng)力優(yōu)于相鄰錨具槽夾角900的環(huán)向應(yīng)力（見表5、圖3）。

 c．相鄰錨具槽預(yù)應(yīng)力襯砌的預(yù)應(yīng)力鋼絞線拉應(yīng)力兩者差別不大（見表6）。

  d．襯砌結(jié)構(gòu)整體最大位移均位于襯砌結(jié)構(gòu)頂部，相鄰錨具槽夾角800與900時預(yù)應(yīng)力襯砌數(shù)值分別為3. 33 mm和3.80mm，相鄰錨具槽夾角900時較大（如圖4所示）。

 由上述結(jié)果可知，上半圓環(huán)相鄰錨具槽夾角800與900時，預(yù)應(yīng)力襯砌混凝土環(huán)向應(yīng)力基本一致；下半圓環(huán)相鄰錨具槽夾角800時，預(yù)應(yīng)力襯砌混凝土的受力略優(yōu)于相鄰錨具槽夾角900時，且變形也較小。但過小的錨具槽夾角將導(dǎo)致襯砌底部預(yù)應(yīng)力鋼筋線型的疊加，施工時容易產(chǎn)生混凝土澆注不密實現(xiàn)象。

4結(jié)論

 經(jīng)對比分析，錨具槽夾角800和900時，預(yù)應(yīng)力襯砌上半圓環(huán)環(huán)向壓應(yīng)力基本一致；下半圓環(huán)的環(huán)向應(yīng)力相對錨具槽夾角800時，預(yù)應(yīng)力襯砌略優(yōu)于相對錨具槽夾角900時�？紤]施工因素，相鄰錨具槽夾角過小，將導(dǎo)致襯砌底部預(yù)應(yīng)力鋼筋線型的疊加，施工時混凝土容易產(chǎn)生澆筑不密實現(xiàn)象，從而影響襯砌的耐久性能。綜合考慮設(shè)計施工，取用相對錨具槽夾角800是較為合理的。