[发明专利]一种盾构输水隧洞复合衬砌结构及其施工方法

说明书

本发明公开了一种盾构输水隧洞复合衬砌结构及其施工方法。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。本发明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。

技术领域

本发明涉及隧道工程技术领域，特别是涉及一种输水隧洞复合衬砌结构及其施工方法。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明的另一目的在于提供上述盾构输水隧洞复合衬砌结构的施工方法。

本发明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。