一种盾构输水隧洞复合衬砌结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种盾构输水隧洞复合衬砌结构。该输水隧洞复合衬砌结构包括最外层的盾构隧道管片，内层的钢衬，所述钢衬为圆柱形，所述钢衬的外表面焊接有加劲环，其特征在于：所述钢衬的外表面上部240°～300°设有柔性衬垫，所述钢衬的外表面设有排水花管，在盾构隧道管片的内侧底部设有纵向排水管，所述排水花管通过连接导管与所述纵向排水管连通，在盾构隧道管片与钢衬及柔性衬垫之间填充着混凝土填充层。本实用新型专利技术可以合理分配复合衬砌各层管材的承载比例，发挥管材材料的承载优势，降低混凝土填充层及盾构隧道管片开裂破损的可能性；且系统网络化的排水系统避免外水压力的积累而使钢衬管壁发生内凹鼓包，保证了管道输水效率。

【技术实现步骤摘要】
一种盾构输水隧洞复合衬砌结构
本技术涉及隧道工程
，特别是涉及一种输水隧洞复合衬砌结构。
技术介绍
盾构输水隧洞是采用盾构法在岩(土)体中施作的一种地下结构体系，是地下输水工程中的重要组成部分。特别是当输水隧洞深埋在地下时，输水隧洞面临高内外水压、高围岩压力及地层情况复杂等不利条件，目前常采用多层衬砌，而现有的衬砌结构型式应用中主要面临的主要有三大问题，一是输水隧洞衬砌结构在高内水压力作用下，外层混凝土衬砌发生开裂，将导致衬砌结构承载性能的整体退化；二是混凝土衬砌开裂后，外水压力直接作用在内层钢衬上，容易导致内层钢衬发生屈曲变形甚至稳定破坏，影响输水隧洞的结构安全和正常使用；三是排水管布置缺乏系统性，排水管局部的堵塞可能导致整个区段排水功能的丧失。因此，输水隧洞衬砌结构的创新设计已得到越来越多研究人员的重视。目前已调研到应用于工程中的输水隧洞的衬砌结构形式的型式，如：申请号为201110125181.7的《盾构隧洞预应力复合衬砌输水隧洞》以及申请号为201821102179.1的《具有内外衬间排水结构的盾构复合衬砌输水隧洞》分别公开了一种双层衬砌结构型式及复合衬砌的排水结构。汪思聪(高内水压新型三层衬砌输水隧洞结构力学性能研究[D].广州:华南理工大学,2018.)对两种三层衬砌结构的力学性能进行了研究。但现有的输水隧洞衬砌结构存在以下缺陷：(1)双层衬砌结构整体刚度偏小，在高内水压下混凝土衬砌结构易发生较为严重的开裂；(2)三层衬砌结构虽然整体刚度较大，但由于分载比例不合理，同样将导致混凝土衬砌承载过大整体或部分开裂破损；(3)衬砌结构的排水系统结构单一，缺乏系统性，堵塞的概率较大，将导致外水压力积聚，而使钢衬发生内凹鼓包失稳；(4)混凝土衬砌开裂破损后将导致运营期间的维修费用增加，降低输水隧洞衬砌结构的耐久性和使用寿命。
技术实现思路
本技术的目的在于针对现有技术的不足提供一种盾构输水隧洞复合衬砌结构。本技术的目的通过如下的技术方案实现：一种盾构输水隧洞复合衬砌结构，包括最外层的盾构隧道管片，内层的钢衬，所述钢衬为圆柱形，所述钢衬的外表面焊接有加劲环，所述钢衬的外表面上部240°～300°设有柔性衬垫，所述钢衬的外表面设有排水花管，在盾构隧道管片的内侧底部设有纵向排水管，所述排水花管通过连接导管与所述纵向排水管连通，在盾构隧道管片与钢衬及柔性衬垫之间填充着混凝土填充层。进一步的，所述钢衬的内外表面均喷涂有防锈层。进一步的，所述加劲环按照等距螺旋形的排列方式焊接在所述钢衬外表面。进一步的，所述柔性衬垫为多孔泡沫材料，所述柔性衬垫通过界面粘结剂紧密贴合在所述钢衬的外表面。进一步的，所述排水花管采用硬质塑料管，表面开孔，开孔为圆形或者椭圆形，开孔位置呈梅花型分布，所述排水花管表面采用土工布包裹，在所述加劲环间按照等间距的方式排列。进一步的，所述纵向排水管采用硬质塑料管或薄壁钢管，沿所述盾构隧道管片内表面下部60°～90°布置，等间距布置间隔为30°～45°，纵向排水管的数量为3或4。进一步的，所述混凝土填充层采用自密实混凝土。一种输水隧洞复合衬砌结构的施工方法，包括以下步骤：(S1)将加劲环分段焊接在钢衬外表面；(S2)将排水花管采用土工布包裹后安装在钢衬外表面；(S3)采用界面粘结剂将柔性衬垫粘贴在外表面上部240°～300°范围内；(S4)在盾构隧道管片内侧下部60°～90°范围内安装纵向排水管；(S5)通过安装台车将钢衬运送至已修建的盾构隧道内部并定位，与上一环钢衬对接后进行钢衬环向接缝、加劲环间接缝的焊接；(S6)在钢衬内部安装米字形支撑钢架；(S7)浇筑混凝土填充层，采用分层浇筑的方法进行浇筑，每层浇筑后均采用振动棒振动密实，待下一层混凝土达到初凝强度后再进行上层混凝土的浇筑。与现有技术相比，本技术具有如下优点及效果：(1)本技术通过盾构隧道管片、自密实混凝土、柔性衬垫及内层钢衬组成的复合衬砌受力体系，在地层压力及内水压力作用下可以合理地分配复合衬砌各层管材的承载比例，发挥管材材料的承载优势。(2)本技术通过在内层钢衬外表面粘贴柔性衬垫，通过柔性衬垫的应力缓冲作用，减少在高内水压作用下盾构隧道管片与填充混凝土的拉伸应力，可以有效避免盾构隧道管片及填充混凝土发生开裂破损，从而避免输水隧洞发生渗漏。(3)本技术通过将加劲环螺旋形设计，协调钢衬的横纵向刚度，提升钢衬整体抗外压稳定性；同时排水花管与纵向排水管组成系统排水网络，能够极大提高排水效率，防止外水压力的积累而使钢衬管壁发生鼓包失稳，保证了管道输水效率。(4)盾构输水隧洞复合衬砌结构在运营阶段发生结构损坏的情况减小，运营期间的维修费用将相应减少，显著提高输水隧洞衬砌结构的耐久性及使用寿命。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本技术做进一步的详细说明。图1是本技术实例的横向剖面图。图2是本技术实例的纵向剖面图。图3是本技术实例的立体剖面图。图4是本技术实例的排水系统轴视图。图5是本技术实例的排水系统侧视图。图中：1—盾构隧道管片；2—混凝土填充层；3—柔性衬垫；4—钢衬；5—排水花管，6—加劲环，7—纵向排水管，8—连接导管。具体实施方式下面通过具体实施例对本技术的目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本技术的实施方式并不因此限定于以下实施例。如附图所示，一种盾构输水隧洞复合衬砌结构，包括最外层的盾构隧道管片1，内层的钢衬4，所述钢衬4为圆柱形，所述钢衬4的外表面焊接有加劲环6，所述钢衬4的外表面上部240°～300°设有柔性衬垫3，所述钢衬的外表面设有排水花管5，在盾构隧道管片1的内侧底部设有纵向排水管7，所述排水花管5通过连接导管8与所述纵向排水管7连通，在盾构隧道管片1与钢衬及柔性衬垫3之间填充着混凝土填充层2。所述盾构隧道管片1采用通用钢筋混凝土拼装式管片环，外径为6.0m，内径为5.4m，管片厚度为0.3m，采用通缝或者错缝的方式进行管片拼装。所述钢衬4直径为4.8m，钢板厚度为16mm～24mm，钢材牌号Q235或Q345。所述柔性衬垫3采用聚乙烯泡沫塑料，厚度为20mm。所述排水花管5及连接导管8采用硬质塑料管，管径大小为50mm。所述纵向排水管7采用薄壁钢管，管径大小为120mm。所述混凝土填充层2采用自密实混凝土，混凝土强度等级为C30。另一方面，所述盾构输水隧洞复合衬砌结构的施工方法如下：(1)盾构隧洞施工采用常规盾构法进行隧洞的施工，并完成盾构隧道管片1的安装。(2)加劲环6的安装在工厂预制单环长度的钢衬4，并将加劲环6分段焊接在钢衬4外表面。(3)排水花管5的安装在钢衬运输至施工现场后，将排水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种盾构输水隧洞复合衬砌结构，包括最外层的盾构隧道管片(1)，内层的钢衬(4)，所述钢衬(4)为圆柱形，所述钢衬(4)的外表面焊接有加劲环(6)，其特征在于：所述钢衬(4)的外表面上部240°～300°设有柔性衬垫(3)，所述钢衬的外表面设有排水花管(5)，在盾构隧道管片(1)的内侧底部设有纵向排水管(7)，所述排水花管(5)通过连接导管(8)与所述纵向排水管(7)连通，在盾构隧道管片(1)与钢衬及柔性衬垫(3)之间填充着混凝土填充层(2)。/n

【技术特征摘要】
1.一种盾构输水隧洞复合衬砌结构，包括最外层的盾构隧道管片(1)，内层的钢衬(4)，所述钢衬(4)为圆柱形，所述钢衬(4)的外表面焊接有加劲环(6)，其特征在于：所述钢衬(4)的外表面上部240°～300°设有柔性衬垫(3)，所述钢衬的外表面设有排水花管(5)，在盾构隧道管片(1)的内侧底部设有纵向排水管(7)，所述排水花管(5)通过连接导管(8)与所述纵向排水管(7)连通，在盾构隧道管片(1)与钢衬及柔性衬垫(3)之间填充着混凝土填充层(2)。


2.根据权利要求1所述的一种盾构输水隧洞复合衬砌结构，其特征在于：所述钢衬(4)的内外表面均喷涂有防锈层。


3.根据权利要求1所述的一种盾构输水隧洞复合衬砌结构，其特征在于：所述加劲环(6)按照等距螺旋形的排列方式焊接在所述钢衬(4)外表面。


4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘庭金，唐永锋，杨小平，廖强，林少群，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东;44