1 ·工程概况
    大伙房水库输水（二期） 工程隧洞段总长25.5km，其中采用双圈环绕无粘结预应力衬砌段总长11.47 km，占总长度的45%。是目前国内采用无粘结预应力衬砌技术最长的隧洞。混凝土设计指标为C40W12F150，采用准15.24 高强低松弛1860 级钢绞线，设计为带环氧涂层张拉锚固，采用C40W12F150微膨胀混凝土回填。整个环形预应力体系具有材料强度高、抗裂和抗渗性能好、结构变形小、耐久性高等优点，在承受0.5 MPa 内压情况下，显著降低了隧洞开挖、支护、回填等工程量和结构材料用量，技术经济综合效益高。隧洞预应力混凝土衬砌标准断面见图1。
                     
    2 ·问题提出   
    该工程预应力混凝土衬砌设计为环氧涂层钢绞线，原设计为带环氧涂层张拉锚固，采用C40W12F150微膨胀混凝土回填。在做专项的静载锚固试验时，分别进行了剥离环氧涂层的裸线锚固和带环氧涂层（厚度600 μm）锚固试验，根据规范要求静载锚固系数应不小于95%，试验结果为裸线静载锚固系数97%，环氧涂层钢绞线静载锚固系数91%，松锚后发现夹片有2/3 左右咬透环氧涂层，有1/3左右未咬透环氧涂层，之后对夹片进行了改进，采用粗牙夹片再次进行静载锚固试验，锚固系数为93%，仍难以达到规范要求的标准。鉴于此，要求厂家进行钢绞线定尺加工，即在加工时预留张拉及锚固段裸线长度，其他部位采用环氧涂层防腐蚀。锚具是环形无粘结预应力混凝土体系的关键所在，一旦失效，预应力钢筋将丧失全部预应力，造成灾难性的后果。因此锚具及锚固区的防腐处理是保证该体系完整性和耐久性的关键工序。对于大型输水工程而言，技术要求更加苛刻，第一，该工程输水隧洞只有一条，几乎没有检修时间；第二，根据供水工程的特点，不允许使用防腐油脂，一旦外露将会污染水质；第三，对锚具体系的安全性要求更高，一旦预应力体系失效，将造成严重的经济损失和恶劣的社会影响。因此如何保证锚具及其锚固区的防腐安全性至关重要。  
    原小浪底排沙洞在此方面积累了一些经验教训。该工程锚具槽内张拉区的钢绞线采用了与其他部位相同的防腐润滑方式，即PE 套管+防腐润滑脂，运行一年后，进洞检查发现了锚具槽处出现大量的渗油和流油现象，将造成预应力钢绞线防腐体系的破坏、影响锚固夹片使用寿命、锚固力减少较快等，长期工作将使整个预应力体系失效，发现此类严重问题后，进行了多种补救方案的比选，最后采用环氧类材料修补[1]。另据1982 年调查报告，美国每年使用20 万t 预应力钢材而言，40％的事故发生在采用后张法暴露在高浓度氯化物环境的结构上[2]。造成无粘结钢绞线腐蚀的主要原因是张拉完成后，混凝土用来封闭锚具和修补破损面专用灰浆中存有氯离子和硫化物，以及填充砂浆孔隙空间过大。锚固端密封不实等也是造成腐蚀损坏的隐患。
    3· 防腐蚀方案比选
    由于国内外可借鉴的工程经验较少，该工程在已衬砌完成的洞段进行了长达一年的试验、摸索和论证，对多种防腐蚀方案进行筛选和比较，最终确定了设计和施工方案。
    3.1 环氧砂浆回填方案
    此方案的要点是将锚具槽凿毛后，将已完成张拉锚固工作的裸露钢绞线表面的油脂、浮锈、氧化皮和其他污物等清理干净，套上PE 套管，然后采用高压风枪将锚具槽内的浮渣、浮尘、浮物等吹出，采用专用的NE-Ⅱ型环氧砂浆先在混凝土界面涂刷基液，然后进行锚具槽回填。环氧砂浆的主要技术指标为：抗压强度不小于85.0 MPa，抗拉强度不小于10.0 MPa，与混凝土粘结抗拉强度大于4.0 MPa，为无毒环氧配制的材料。
    3.2 环氧混凝土回填方案
    此方案的要点是将锚具槽凿毛后，将已完成张拉锚固工作的裸露钢绞线表面的油脂、浮锈、氧化皮和其他污物等清理干净，套上PE 套管，然后采用高压风枪将锚具槽内的浮渣、浮尘、浮物等吹出，采用专用的NE-Ⅰ型环氧混凝土先在混凝土界面涂刷基液，然后进行锚具槽回填。环氧混凝土的主要技术指标为：抗压强度不小于60.0 MPa，抗拉强度不小于8.0 MPa，与混凝土粘结抗拉强度大于4.0 MPa，为无毒环氧配制的材料。
    3.3 环氧涂料手工涂刷方案
    此方案的要点是将锚具槽凿毛后，将已完成张拉锚固工作的裸露钢绞线表面的油脂、浮锈、氧化皮和其他污物等清理干净，手工涂刷SLF-2 型无溶剂双组分涂料环氧涂料，厚度要求不小于600μm，采用湿海绵直流针孔检测器检测无漏点后，采用高压风枪将锚具槽内的浮渣、浮尘、浮物等吹出，采用微膨胀混凝土进行锚具槽回填。
    3.4 灌注改性环氧涂料方案
    此方案的要点是将锚具槽凿毛后，将已完成张拉锚固工作的裸露钢绞线表面的油脂、浮锈、氧化皮和其他污物等清理干净，采用高压无气灌注装备和工艺，灌注SLF-2 型无溶剂双组分涂料环氧涂料。整体式灌注套管24 根，内径19 mm，一次安装成型，分次灌注。采用湿海绵直流针孔检测器检测无漏点后，采用高压风枪将锚具槽内的浮渣、浮尘、浮物等吹出，采用微膨胀混凝土进行锚具槽回填。
    3.5 方案比较
    从材料特性和现场表观观察，环氧砂浆和环氧混凝土的方案优于微膨胀混凝土方案，具有一定的自密实和抗渗透特性。但环氧砂浆、环氧混凝土、微膨胀混凝土均属于后浇筑性质，如何保证一、二期混凝土可靠的结合是关键。锚具槽的断面尺寸1.3 m×0.2 m×0.22 m，模板架立和振捣困难，保证一、二期混凝土或砂浆的结合质量和整体性较为困难；且二期混凝土为非预应力区，是整个预应力体系的薄弱部位，承受内水压力时，最易受拉，因此从施工质量和受力特性两方面分析，单纯采用二期混凝土回填封锚的方案可靠性低。当二期混凝土出现结合缝隙、裂缝、受力拉裂等现象时，如采用防腐润滑脂，将导致外漏污染水源，影响夹片、锚具和槽内钢绞线的使用寿命。因此必须考虑二期混凝土出现裂缝时，而采用的内部封锚防护技术，这是保证无粘结预应力体系安全性和耐久性的根本。而内部封锚采用手工涂刷方案，工效低、质量难以保证、补涂点多，且存在对锚具槽一期混凝土二次污染，除污困难。采用高压无气灌注装备和工艺，工效相对高、现场电火花检测无漏点，将形成可靠的内部防护体系。
    从质量控制的及时性、有效性方面来看，电火花检测控制手段和措施可以当场发现问题、当场处理，达到质量控制指标。《无粘结预应力混凝土结构技术规程》要求对锚具及锚固区应采用连续全封闭的防腐和防水体系，而供水工程必须避免对水质潜在的污染，不应采用防腐润滑脂。
    综上所述，采用压力式灌注改性环氧涂料+回填微膨胀混凝土方案，该方案有如下优点：
    1）采用高性能无溶剂双组分低收缩热固化涂料，固化和凝胶时间可调，适合现场高压无气灌注现场防腐的进度和要求，涂层养护完毕成不溶和不熔的耐久保护屏障。
    2）采用高压无气装备，双组分独立或混合进料的方式，灌注压力自动无级调节，灌注料连续无空气混合，施工简便、规范性强，在不小于－10 ℃和湿度不大于90％的环境下能够施工。
    3）采用专用无氯灌注塑料护套和夹具，使得无氯塑料外套在现场无论是已经张拉完毕或未张拉都能快速安装，并且密封可靠，满足高压灌注的需要，灌注的长度可变，使得锚具张拉端、固定端和锚具连成一体，灌注的涂层厚度均匀。同时节约锚具系统防腐的辅助材料，无需使用固定端橡胶密封板、钢夹板等材料，减少工程的成本和节约压紧密封板的时间。
    4 ·锚具防腐蚀工艺
    1）在现场预应力钢绞线完成张拉完成后，采用专用液压切割工具割除张拉端多余的钢绞线。用适当的方式（如抹布等）快速清除锚具张拉过程中留下的油污，再用专用清洗剂快速清理剩余的污染物。
    2）根据现场钢绞线张拉时剥离的长度，将24根内径为D19 mm、内衬支撑定位架的无氯塑料保护套管和夹片的变径端口在现场用涂料腻子快速定位固定，并将套管两侧的带密封的卡环卡紧。
    3） 张拉线端部和锚固线端部的套管尾部，采用涂料腻子封闭或用专用无氯塑料封头密封，并且与钢绞线的端部有一定间隙，以便涂料能够密封钢绞线的切割断面。
    采用专用的双组分或单组分高压无气喷涂机，在无氯塑料套管的注料孔内进行连续灌注，直到排气孔侧流出一定高度的涂料，停止灌注。
    4）涂层实干后，采用67.5 V 电流漏点检测无漏点，方能进行下一步工序。使整个锚具和剥除PE 套的钢绞线全部密封起来。
    5）防腐涂层养护完成后，回填膨胀混凝土，混凝土中不得掺入含氯离子和硫离子的材料。
    5 ·结论
    采用压力式灌注改性环氧涂料+回填微膨胀混凝土施工技术，有效地解决了隧洞预应力混凝土衬砌的锚具防腐蚀难题，大伙房水库输水（二期）工程已竣工运行，运行状况良好，说明该方案是安全的、可靠的。