[发明专利]一种复杂环境隧洞自适应衬砌结构及施工方法

说明书

本发明公开一种复杂环境隧洞自适应衬砌结构及施工方法，涉及隧道施工技术领域，包括衬砌、调压层和连接筒；所述调压层设置于所述衬砌与围岩之间；所述连接筒设置于隧洞内并贯穿所述衬砌的顶部。本发明中的复杂环境隧洞自适应衬砌结构及施工方法，结构简单、设计合理、便于高效施工；能够应对隧洞高内水、高外水作用引起的衬砌开裂等工程问题，能保证隧洞衬砌在不同时期的安全问题；不仅丰富了目前水工隧洞衬砌结构型式，有效解决了水工高压隧洞衬砌难以设计的问题，同时具有重要的应用价值和广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，特别是涉及一种复杂环境隧洞自适应衬砌结构及施工方法。

背景技术

水工隧洞是常规水电站、抽水蓄能电站、长距离调水工程的重要组成部分，其衬砌结构设计是否合理关系整个工程的成败。水电站，特别是抽水蓄能电站，为达到发电需求的水头，输水隧洞一般均存在较高的内水压力作用，如中国在建的阳江抽水蓄能电站引水隧洞最大内水头达到800m。同时，这些工程处于埋深较大的地层中，也面临赋存环境中的高外水压力作用，如中国锦屏二级水电站输水隧洞近5km的探洞封堵后，测得多年平均地下水压力最大值达10.22MPa；天生桥二级水电站引水隧洞实测外水压力为3到4MPa。同时，长距离大埋深输水隧洞所通过地层普遍存在不可避免的软弱地层、局部断层以及高地温洞段。随着工程长期运行，岩体中地下水位积聚、水头抬升，这些工程，在运行期和放空检修期必然面临高内水、高外水压力甚至高内外水交替作用，对衬砌合理设计和结构安全带来了巨大的挑战。此外，在长期运行期围岩蠕变变形及断层错位变形等引起的荷载会严重威胁衬砌安全。长期运行期下高地温围岩经过传导使得衬砌产生内外温差也易于引起温差应力，导致衬砌开裂受损，进而丧失衬砌原有的作用。

目前，水工隧洞衬砌的主要型式有钢筋混凝土衬砌、钢衬、预应力衬砌等。这些结构型式可处理单纯的高内水或高外水压力运行环境，但在处理高内外水交替作用时，如运行期与放空期转换阶段，仍存在较多难以克服的问题。同时对于围岩长期蠕变变形荷放以及高地温围岩的温度荷载考虑不足，无法应对软弱地层以及高地温围岩对衬砌的安全威胁。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种复杂环境隧洞自适应衬砌结构及施工方法，以解决高内水压力、高外水压力、高地应力围岩较大收敛变形和高地温环境下的混凝土衬砌结构安全问题，使衬砌处于内外受压状态，发挥其抗压强度高的优点，避免衬砌因内外壁受力不均导致其内部产生拉应力从而带来诸如混凝土开裂等问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种复杂环境隧洞自适应衬砌结构及施工方法，包括衬砌、调压层和连接筒；所述调压层设置于所述衬砌与围岩之间；所述连接筒设置于隧洞内并贯穿所述衬砌的顶部。

可选的，所述调压层包括多个调压腔，相邻所述调压腔之间通过调压腔连接管连通；所述调压腔外侧面与围岩相接触，所述调压腔内侧与所述衬砌的外壁相连接。

可选的，所述调压腔采用柔性耐高压材料制作。

可选的，所述连接筒通过内水连接管与所述调压层相连通。

可选的，所述连接筒内设置有两个单向阀，所述两个单向阀的设置方向相反；所述两个单向阀的较高端通过第一支管连通，所述第一支管与所述内水连接管相连通。

可选的，所述连接筒顶部设置有汇水口，所述汇水口与围岩相连通。

可选的，所述连接筒内设置有一单向阀，所述单向阀用于连通所述衬砌内部与围岩。

本发明还公开一种复杂环境隧洞自适应衬砌结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤1：根据隧洞尺寸，制作相应尺寸的调压腔，使多个调压腔组成的调压层覆盖围岩内表面；

步骤2：将调压腔固定于隧洞围岩，并用调压腔连接管进行相互连接；