一种有压水工隧洞混凝土防裂衬砌结构制造技术

一种有压水工隧洞混凝土防裂衬砌结构，包括混凝土衬砌(1)、240°范围侧顶拱和120°范围底拱，所述混凝土衬砌(1)与侧顶拱上的锚喷支护(3)之间设有薄隔层(2)；所述底拱浇筑或喷有混凝土找平层(4)，混凝土衬砌(1)与混凝土找平层(4)之间设有薄隔层(2)。其优点在于：结构简单、施工方便、成本低，通过在混凝土衬砌与围岩间增设薄隔层，有效减小围岩（包括锚杆）对混凝土衬砌的强约束、有效减少和避免衬砌混凝土产生危害性裂缝。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及有压水工隧洞（钢筋）混凝土衬砌结构，具体地说是一种有压水 工隧洞混凝土防裂衬砌结构。
技术介绍
有压水工隧洞混凝土衬砌结构，一般都是在隧洞岩体开挖、锚喷支护完成后，按照 设计要求浇筑混凝土而形成。具有代表性的溪洛渡泄洪洞有压段衬砌结构如图1所示，II 类围岩，在开挖和支护完成后分两期浇筑施工。侧顶拱（又称边顶拱）240°范围采取锚喷 支护，底拱120°范围无支护。用于锚喷支护的锚杆，一般都预留一定长度的露头（图1中 为0. 5m)，以加强混凝土衬砌与围岩的连接形成联合承担作用（如围岩变形、渗流、水荷载 及其脉动压力等）的整体。但正是由于混凝土衬砌与围岩连接形成整体，受到围岩（包括锚 杆）强约束的衬砌混凝土在温度等作用下不能自由变形，因而容易产生超过抗拉强度的拉 应力（或者是超过极限允许的拉应变）而产生裂缝。如近些年建设的大断面高强度水工隧 洞衬砌混凝土，大多在施工期即产生大量贯穿性裂缝，严重破坏衬砌结构的整体性（本来 希望形成的整体反而被破坏）、抗渗性、安全性、耐久性，延误工程工期和增加工程投资（见 樊启祥、段亚辉等著，水工隧洞衬砌混凝土温控防裂创新与实践，中国水利水电出版社，北 京，2015年6月）。因此，迫切需要一种结构简单、施工方便、能有效减小围岩（包括锚杆） 强约束、减少和避免衬砌混凝土产生危害性裂缝的混凝土衬砌结构。
技术实现思路
本技术的目的在于为了避免上述现有技术的不足而提出一种结构简单、施工 方便、成本低，通过在混凝土衬砌与围岩间增设薄隔层并且锚喷支护中的锚杆不留露头，来 实现有效减小围岩（包括锚杆）强约束、有效减少和避免衬砌混凝土产生危害性裂缝的有 压水工隧洞混凝土防裂衬砌结构。 一种有压水工隧洞混凝土防裂衬砌结构，包括混凝土衬砌1、240°范围侧顶拱和 120°范围底拱，所述混凝土衬砌1与侧顶拱上的锚喷支护3之间设有薄隔层2 ;所述底拱 浇筑或喷有混凝土找平层4,混凝土衬砌1与混凝土找平层4之间设有薄隔层2。 所述混凝土衬砌1为单层衬砌、组合式衬砌、预应力衬砌中的一种。 所述薄隔层2与混凝土衬砌1的接触表面平整，用于减小围岩通过锚喷支护或者 混凝土对混凝土衬砌的约束。 所述薄隔层2与锚喷支护3或者混凝土找平层4的接触表面平整，用于减小围岩 通过锚喷支护对薄隔层和混凝土衬砌的约束。 所述薄隔层2包括但不限于喷有砂浆、喷有混凝土、喷有油漆、喷有润滑油、铺设 有沥青的油毡、土工布、聚乙烯薄膜中的一种，或者两种以上组合成的复合层。 所述锚喷支护3中的锚杆不露出支护或者围岩体的表面。 所述混凝土找平层4,包括但不限于混凝土层、浇筑混凝土层、块石混凝土层、浆砌 石层、喷砂浆层中的一种。 所述围岩体5为岩体、混凝土体、砌石体、堆石体中的一种。 本技术的有益效果是：结构简单、施工方便、成本低，通过在混凝土衬砌与围 岩间增设薄隔层，有效减小围岩（包括锚杆）对混凝土衬砌的强约束、有效减少和避免衬砌 混凝土产生危害性裂缝。【附图说明】 图1为现有技术中溪洛渡泄洪洞有压段的混凝土衬砌结构示意图。 图2为本技术的整体结构示意图。 图3为有限元法计算模型图。 图4为衬砌混凝土施工期通水冷却水管布置图。图5为溪洛渡泄洪洞有压段混凝土衬砌结构断面图。 图6为混凝土衬砌温度与温度应力成果整理代表断面示意图。 图7为边顶拱各代表断面代表点示意图。 图8为边顶拱0度断面（腰线）代表点第一主应力历时曲线图（无垫层）。 图9为边顶拱0度断面（腰线）代表点第一主应力历时曲线图（沥青混凝土）。 图10为边顶拱0度断面（腰线）代表点第一主应力历时曲线图（砂浆）。 图11为边顶拱0度断面（腰线）代表点第一主应力历时曲线图（沥青油毛毡）。 图中标记：1为混凝土衬砌，2薄隔层，3为锚喷支护，3'为锚杆留露头的锚喷支护， 4为混凝土找平层，5为围岩体。【具体实施方式】 下面结合附图，进一步对本技术进行说明。如图2所示，本技术一种有压 水工隧洞混凝土防裂衬砌结构，包括围岩体5和锚喷支护3 (或者混凝土找平层4)，锚喷支 护3与围岩体5形成整体承载拱，维持围岩的稳定；与锚喷支护3或者混凝土找平层4紧密 接触的是薄隔层2和混凝土衬砌1，混凝土衬砌1和薄隔层在混凝土浇筑振捣密实自重作用 下相互紧密接触，并与围岩5紧密接触，形成承受作用（承载）的整体结构。 本技术承受的作用（荷载）包括围岩松动压力、地应力、衬砌自重、预应力、静 水压力、动水压力（水击压力、脉动压力、渐变流时均压力）、灌浆压力、地下水压力，以及地 震作用。温度变化、混凝土干缩和膨胀所产生的应力及灌浆压力对衬砌的影响，宜通过施工 措施及构造措施解决。见《水工隧洞设计规范》〇)L/T5195-2004)。 本技术在围岩松动压力、地应力、衬砌自重、预应力、静水压力、动水压力（水 击压力、脉动压力、渐变流时均压力）、灌浆压力、地下水压力、地震等（荷载）作用下，无论 是采用有限元法还是厚壁圆筒方法计算，由于薄隔层2不改变混凝土衬砌1与围岩体5之 间作用的传递，则衬砌结构的应力变形和安全性不会有改变。因此，合理设置薄隔层（类 型、材料、厚度）可以同等保证混凝土衬砌结构的安全性。 本技术在衬砌混凝土温度降低、混凝土干缩的作用下，由于围岩体5和锚喷 支护3没有直接与混凝土衬砌1连接（没有锚杆露头），是通过薄隔层2传递约束作用，而 薄隔层2与混凝土衬砌1接触表面平整，围岩体5对混凝土衬砌1沿切向的约束明显降低， 衬砌混凝土在温度降低、干缩等的作用下产生的拉应力明显降低，从而抗裂安全系数明显 增大，衬砌混凝土裂缝风险明显降低（见附件），甚至可以有效避免危害性裂缝的发生。 技术装置在使用（施工）时，隧洞的开挖、锚喷支护3 (包括锚喷支护的类型 等）和混凝土衬砌1 (包括衬砌类型等）设计与施工完全同于当前技术，只是在混凝土衬砌 1与围岩体5之间设置薄隔层2。技术装置在使用（施工）时，侧顶拱（边顶拱）先完 成隧洞开挖和锚喷支护3,但锚杆不留露头（如果有，宜截除），然后进行薄隔层2的施工， 再完成混凝土衬砌1的施工；底拱在完成开挖后，先喷混凝土找平层（如果超挖大时宜浇筑 C25混凝土），然后进行薄隔层2的施工，再完成混凝土衬砌1的施工。薄隔层2可以采用厚 度为0~5cm的喷砂浆层，也可以在侧顶拱锚喷支护的喷混凝土表面和底拱的混凝土找平 层表面涂抹或者喷一层厚度1_左右的油漆、润滑油等，如果结合防渗等功能也可以铺设 沥青油毯、土工布、聚乙稀薄膜等。 本技术的保护范围并不限于有压水工隧洞混凝土衬砌结构，通过适当改变薄 隔层2和锚喷支护3 (如锚杆留露头）结构及其尺寸就可以满足更多的地下工程的需求。显 然，本领域的技术人员可以对本技术进行某些结构的变形而不脱离本技术的范围 和精神。倘若这些改动和变形属于本技术权利要求及其等同技术的范围内，则实用新 型的意图也包含这些改动和变形在内。 本文中所描述的具体实施例仅仅是对本技术精神作举例说明。本技术所 属
的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似 的方式替代，但并不会偏离本技术的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。 本实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有压水工隧洞混凝土防裂衬砌结构，其特征在于：包括混凝土衬砌(1)、240°范围侧顶拱和120°范围底拱，所述混凝土衬砌(1)与侧顶拱上的锚喷支护(3)之间设有薄隔层(2)；所述底拱浇筑或喷有混凝土找平层(4)，混凝土衬砌(1)与混凝土找平层(4)之间设有薄隔层(2)。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：段亚辉，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：新型
国别省市：湖北;42