灌浆式预应力混凝土衬砌在高压水工隧洞中的应用

灌浆式预应力混凝土衬砌在高压水工隧洞中的应用张金强(广西电力工业勘察设计研究院，广西南宁530023)TheApplicationofFillingPre．．．stresseandConrcreteLiningintheHigh(Gu．PresssureandW—teg，Tunnnel)anZhangJinqiasgxiPowcerInduplestryanSurv。YDesignIntitutecNaneingGuticleangxi530023Abstra【ctJtrByessew】analyzingtheprojetenetexamdthebuiltprojeessurets，htarthinlksitislogicaditiondeconomictoapplyillingprfKey【wesdaconcreliningstructuessreinthehighprdwatertunneliftheconpermits．ordstertunl；prestr；limitedcrack；highpressuredfiling一、引言，对抗裂式对混凝土强度要求要低文主要介绍其设计理念及方法。，在应用范围上更加广泛，本我国已建水电站中中高水头的引水式电站占了较大比一例，根据地质条件。，其隧洞衬砌结构、般分为开裂设计、限裂，二、设计理念，设计和抗裂设计对围岩条件好抗渗能力强的常规水电站；对承受高水头的压力隧洞砌．一在内水压力作用下，混凝土衬，引水隧洞衬砌多采用开裂设计或根本不设衬砌当围岩抗渗能，般均产生裂缝m。若按常规混凝土衬砌结构设计要满足，力差，内水外渗将产生渗透失稳时一一，般按抗裂设计，或直接02m的限裂宽度。，则需要较厚的衬砌和较大的配筋量，工程采用钢板衬砌；当围岩具有可降低围岩渗透系数时，定的抗渗能力。或通过工程措施投资势必增加(即为I～为解决以上问题，笔者认为，在围岩较坚硬可采用限裂设计Ⅲ类围岩)且围岩覆盖层厚度能承受预应力灌浆压。灌浆式预应力混凝土压力隧洞利用灌浆使衬砌形成环向预压应力，力时，应优先采用灌浆式预应力混凝土衬砌结构型式限裂灌它利用混凝土抗压强度高的特点，，充分利用围岩承，浆式预应力混凝土衬砌即利用混凝土较好的抗压性能压灌浆，，采用高，载，同时通过高压灌浆，使衬砌外围岩石充分固结，渗透系数般为普通使衬砌在运行前处于受压状态，，而在运行过程中，充大为降低有效解决了渗漏问题一且衬砌厚度小一，分利用围岩承载将衬砌裂缝控制在。一定范围内较好地解决钢筋混凝土衬砌厚度的半左右，可节省投资。。灌浆式预应力了限裂和防渗问题混凝土压力隧洞可按抗裂或限裂设计电站、目前、，我国已建的白山三(1一、广州抽水蓄能电站，、浙江天荒坪贵州天生桥及南阳回设计方法龙抽水蓄能电站等的设计方法，在高压隧洞的设计上都采用了抗裂或限裂。J灌浆压力计算围岩承担内水压力的计算均取得了较好的经济效益和工程效果．鉴于限裂灌浆式预应力衬砌结构能充分利用围岩承载，相围岩承担的内水压力采用下式计算：张金强(1979作者简介】【)，男，湖北随州人，硕士研究生，任职于广西电力工业勘察设计研究院，从事水工设计工作。168企业科技与发展200812．维普资讯 http://www.cqvip.com

一　Ａ，　Ｅ，Ｅ　￣ｌ　Ｒ　‘。　＝　ＡｓＥｓ　Ｅｃ　Ｒｓ　Ｅｎ　Ｒｒ　Ｅｒ　、　的半径，ｍ；　——隧洞开挖半径，ｍ；Ｒｏ——隧洞开挖半径　加松动圈深度，ｍ；　——每延米管长钢筋配筋面积，ｍ　；Ｅ．　——钢筋变形模量，ＭＰａ；　——混凝土变形模量，ＭＰａ；　ｌ　——围岩松动区变形模量，ＭＰａ；　——围岩非松动区变形模　根据规范，裂缝径向开展宽度ｗ一一般取为Ｏ．２ｍｍ，隧　洞每延米配筋面积　由混凝土裂缝开展宽度公式确定，裂缝　Ｗｍ　＝０．０１４５ａ　（如·Ａ）　Ｘ１０　（２）　ｐ一　Ｂ　（３）　式中：　——钢筋承担的内水压力，ＭＰａ；盯ｓ——钢筋　应力，ＭＰａ；如＝ｃ＋罢，。——保护层厚度，４）——钢筋直　考虑灌浆的固结作用，围岩松动区可取与围岩非松动区相　同的变形模量。用有关数据代人公式（１），即得围岩承担的内　水压力　，总内水压力减去围岩分担的内水压力，扣除钢筋承　担的内水压力　，即为衬砌外围有效灌浆压力抵抗的内水压力　，由　即可得预应力灌浆形成的有效预应力　。计算　＝Ｐ—　一　ｆ４）　＝　（５）　某水工高压隧洞，最大内水压力７ＭＰａ，内径６．５ｍ，衬砌　件下，采用限裂预应力灌浆所需的有效预应力如表１所示。　表１　预应力灌浆有效预应力成果表　（内水压力为７．０ＭＰａ，灌浆压力单位：ＭＰａ）　衬砌厚度系数　围岩变形模量（ＭＰａ）　ｔ＝１．１　ｔ＝１．１５　ｔ＝１．２　１ＯＯＯＯ　Ｏ．６２　Ｏ．８３　１．Ｏ１　１２Ｏ００　Ｏ．６Ｏ　Ｏ　８１　Ｏ９９　１４ＯＯＯ　Ｏ．５８　Ｏ　８Ｏ　Ｏ．９８　１６０００　０　５７　Ｏ　７９　Ｏ．９８　１８ＯＯＯ　Ｏ　５６　０　７８　０．９７　２００００　Ｏ．５６　Ｏ　７８　Ｏ．９７　２２０００　０．５５　ｎ　７Ｒ　ｎ　９　２４０００　０．５５　Ｏ　７７　Ｏ．９６　２６０００　Ｏ．５５　Ｏ　７７　Ｏ．９６　从表１可知，在内水压力及隧洞直径相同的条件下，预应　力灌浆压力值与围岩变形模量成反比，围岩岩性越好，所需的　有效灌浆压力越小。与衬砌厚度成正比，衬砌厚度越大所需有　效灌浆压力越大，衬砌厚度系数ｔ由１．１增加至１．２后，所需　的有效预应力由内水压力的８％左右增加至１５％左右。从各部　分分担的内水压力看，衬砌因按构造配筋，开裂后钢筋承担的　内水很小，由Ｐ０值可知由有效灌浆压力分担的内水压力也只　有１０％左右，大部分内水压力由围岩承担。　施工过程中，考虑到预应力损失，实际施加的灌浆压力远　大于有效灌浆压力值。预应力损失系数目前只有经验取值，工　程中需通过现场试验确定，根据经验，最大灌浆压力一般为１　倍最大内水压力。在广蓄高压隧洞中，浅层灌浆压力为４．５　ＭＰａ，深层为６．５ＭＰａ；天荒坪抽水蓄能电站高压隧洞，浅层灌　浆压力为３．０ＭＰａ，深层为９．０ＭＰａ，均使衬砌外表面获得理想　的预压应力。　（二）强度复核　根据规范闭，灌浆过程中，混凝土衬砌结构的内缘切向压　应力应小于混凝土轴心抗压强度的０．８倍，即：　＝　≤０．８Ｒａ＝【ｃｒ】　（６）　＝　ｒ７、　式中：ｏｂ——混凝土衬砌内缘切向压应力，ＭＰａ；　——　扣除孔口损失后的灌浆压力，ＭＰａ；Ｒａ——混凝土轴心抗压设　计强度，ＭＰａ；Ｋ——浆液压力损失系数，一般取为０．６　０．８。　灌浆式预应力衬砌结构在施工期衬砌承受外压最大，一般为控　制工况。考虑０．７倍浆液压力损失系数后，施工期衬砌内缘切　向压应力成果见表２。　表２预应力灌浆衬砌内缘压应力　（单位：ＭＰａ）　灌浆压力（ＭＰａ）　衬砌厚度系数　ｔ＝１．１　ｔ＝１．１５　ｔ＝１．２　１．５　１２　１０　８．６１　６．８７　１．６　１２．９１　９．１９　７－３３　１．７　１３．７１　９．７６　７．７９　１．８　１４．５２　１０－３３　８．２５　１．９　１５－３３　１０．９１　８．７１　２．０　１６．１３　１１．４８　９．１６　２．１　１６．９４　１２．０６　９．６２　２．２　１７．７５　１２．６３　１０．０８　２－３　１８．５６　１３．２１　１０．５４　２．４　１９．３６　１３．７８　１１．００　２．５　２Ｏ．１７　１４．３５　１１．４６　注：Ｃ２５：０．８Ｒａ＝１０．ＯＭＰａ；Ｃ３０：０．８Ｒａ＝１２．０ＭＰａ；Ｃ３５：　８Ｒａ＝１４．ＯＭＰａ；Ｃ４０：０．８Ｒａ＝１５．６ＭＰａ；Ｃ４５：０．８Ｒａ：１７．２ＭＰａ；　Ｃ５０：０．８Ｒａ＝１８　８ＭＰａ；　Ｃ５５：０．８Ｒａ：２０．ＯＭＰａ；　Ｃ６０：０．８Ｒａ＝　２ＭＰａ。　从表２可以看出，相同内水压力下，衬砌厚度越薄施工期　（下转第１７２页）　函　丽１　６９　０．２１．产生的预压应力越大，所需的灌浆压力越小，但混凝土内缘的　维普资讯 http://www.cqvip.com

则考虑到规模效益，对原合同中已计取的临时设施费、现场经　费等费用作为优惠条件，达到了共赢的效果。　加强财务管理。业主制定了严格的财务预算管理制度，把　预算管理贯穿工程建设过程中去；建立预算执行情况跟踪考核　制度，及时调整偏差。充分利用竞争激烈的金融市场，引进竞　争机制，与银行本着互惠互利、真诚相待、友好合作的原则，　加强信息沟通，及时交换意见，在融资承诺额度内，依照工程　五、结语　工程造价的控制与管理是一个动态的过程，也是一项　性、技术性、专业性很强的工作。就需要对工程造价管理始终　贯穿于项目的始终。另外，在工程造价管理思维和理念上，业　主不单独强调承包商降低造价，而是从节约社会资源的角度出　发，尽可能向承包商提供改进管理的建议同参与项目建设过程　的造价管理，控制建设成本，节约工程投资，最终达到双赢和　进度的实际｛毳ｆ要，采用期限长短、额度不等的极其灵活的融资　方式。规范工程价款、设备材料价款支付程序，财务支出依据　内部控制管理制度，按照程序和合同条款，层层审核把关，做　到有条不紊，审核意见明确，支付手续齐全。在贷款合同中明　多赢的效果。｛　参考文献　确即用即贷方式，减少资金沉淀，充分利用创新金融工具，通　过银行承兑汇票支付工程进度款和设备预付款，节约贷款利息。　ｌ四）竣工簟算　段　［１］全国造价工程师考试培训教材编写委员会．全国造价工程师考试　培训教材审定委员会．工程造价的确定与控制［Ｍ］．北京：中国　计划出版社。２０００．　该阶段应认真审核工程预结算。该阶段竣工验收和交付使　用阶段造价控制目标为项目施工图预算所确定的工程造价，再　加上施工过程中各种变化引起费用增加，如设计变更、材料代　［２］电力建设工程造价手册编写组中国水利水电出版社，２００５．　电力建设工程造４ｆ－＇，－￣－［ｓ］．北京：　［３］吴佩芳．电力建设工程造价管理的研究．水电能源科学［Ｍ］．　２ｏ０７。　换、停水、停电等，这些费用按实际发生进行签证，记入台　账，防止虚报、多报、重报等问题的发生。在工程竣工交付使　［４］滨传创．有效控制工程造价．Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ＆　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ［Ｊ　Ｊ．２００５．　用后，要进行项目后评价，根据原来的规则，分析比较工程范　围进度和造价的变化情况，总结经验，并将造价资料整理好录　［５］刘卫星，蔡瑞雷．目标管理在电力工程造价中的应用．工业技术　经济［Ｊ］．２００５．　入计算机，以便今后使用。　（上接第１６９页）　切向压应力可能超过自身的抗压强度。工程上目前大量应用的　混凝土强度很少会超过Ｃ４０，因此，衬砌厚度一般在０．４～０．８　之间。广蓄及天荒坪抽水蓄能电站的预应力灌浆段衬砌厚度都　中，灌浆的各参数应通过现场试验来确定。　四、结语　（１）对高压隧洞，当围岩质量较好且覆盖层厚度满足防　为０．６ｍ，通过合理的灌浆工艺，均未出现衬砌被压坏的情况。　｛兰）曩蒙豫计　根据已建工程的经验，对预应力混凝土衬砌结构，高压群　止水力劈裂的要求时，为解决限裂和防渗问题，可优先选择限　裂灌浆式预应力混凝土衬砌型式。　孔灌浆是比较理想的灌浆方法。高压群孔灌浆取消清水开环，　采用浅层和深层的二次序灌浆，第一次序为孔深２￣５ｍ的浅层　（２）按限裂预应力设计时，可充分利用围岩承载，降低　混凝土衬砌的厚度和钢筋用量，与普通钢筋混凝土衬砌比较可　节省工程投资２０％以上，与钢板衬砌比较可节省投资５０％　一低压灌浆，第二次序为５－Ｓｉｎ的深层高压灌浆。这样在围岩中　形成压应力的同时，可有效固结围岩，提高围岩的承载能力和　防渗能力。第一次序灌浆的目的是固结围岩松动圈，使衬砌与　围岩形成共同承压圈，共同承担二次序的灌浆压力，避免衬砌　７０％。　（３）灌浆施工时，混凝土衬砌结构内缘切向压应力最大，　为控制工况，设计时应做好混凝土强度复核，并留有一定余　度，施工过程中应做好监测工作。　（４）预应力灌浆施工关系整个工程的成败，而预应力灌　受压破坏。如南阳回龙抽水蓄能电站高压管段，浅层灌浆孔深　２ｍ，灌浆压力４．５ＭＰａ，浅层灌浆完成后，重新进行钻孔，深　层灌浆孔深８ｍ，灌浆压力为６ＭＰａ，取得较好的灌浆效果。而　灌浆段的长度，根据统计，洞径小于６ｍ的隧洞，同时施工的　灌注段取２～３倍洞径；直径大于７ｍ的隧洞取１．５～２倍洞径。　浆施工工艺相对复杂，衬砌均匀预压应力的获得，需要施工单　位严格按照设计施工，用良好的施工质量作保证。钮　参［１２郭诚诡电，１９９４．（２）．　灌浆孔的问排距应根据单孔灌浆的有效面积来确定，根据国内　外经验，排距一般取２．５～３ｍ，直径５ｍ以下的隧洞，每排灌　浆孔数８～１２个；直径５～ｌＯｉｎ的隧洞，每排灌浆孔数１２～１８　个，控制标准是一个孔的有效灌浆面积３．５～７ｍ２。实际工程　考文献　有压隧洞考虑灌浆预应力的衬砌设计方法［Ｊ］．西北水　［２］ＤＬ／Ｔ５１５９－－２００４，水工隧洞设计规范［ｓ］．　１７２　企韭科技与发晨２Ｏ０８１２　．