一種有壓水工隧洞混凝土防裂襯砌結構的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及有壓水工隧洞（鋼筋）混凝土襯砌結構，具體地說是一種有壓水 工隧洞混凝土防裂襯砌結構。
【背景技術】
[0002] 有壓水工隧洞混凝土襯砌結構，一般都是在隧洞巖體開挖、錨噴支護完成后，按照 設計要求澆筑混凝土而形成。具有代表性的溪洛渡泄洪洞有壓段襯砌結構如圖1所示，II 類圍巖，在開挖和支護完成后分兩期澆筑施工。側頂拱（又稱邊頂拱）240°范圍采取錨噴 支護，底拱120°范圍無支護。用于錨噴支護的錨桿，一般都預留一定長度的露頭（圖1中 為0. 5m)，以加強混凝土襯砌與圍巖的連接形成聯合承擔作用（如圍巖變形、滲流、水荷載 及其脈動壓力等）的整體。但正是由于混凝土襯砌與圍巖連接形成整體，受到圍巖（包括錨 桿）強約束的襯砌混凝土在溫度等作用下不能自由變形，因而容易產生超過抗拉強度的拉 應力（或者是超過極限允許的拉應變）而產生裂縫。如近些年建設的大斷面高強度水工隧 洞襯砌混凝土，大多在施工期即產生大量貫穿性裂縫，嚴重破壞襯砌結構的整體性（本來 希望形成的整體反而被破壞）、抗滲性、安全性、耐久性，延誤工程工期和增加工程投資（見 樊啟祥、段亞輝等著，水工隧洞襯砌混凝土溫控防裂創新與實踐，中國水利水電出版社，北 京，2015年6月）。因此，迫切需要一種結構簡單、施工方便、能有效減小圍巖（包括錨桿） 強約束、減少和避免襯砌混凝土產生危害性裂縫的混凝土襯砌結構。 【實用新型內容】
[0003] 本實用新型的目的在于為了避免上述現有技術的不足而提出一種結構簡單、施工 方便、成本低，通過在混凝土襯砌與圍巖間增設薄隔層并且錨噴支護中的錨桿不留露頭，來 實現有效減小圍巖（包括錨桿）強約束、有效減少和避免襯砌混凝土產生危害性裂縫的有 壓水工隧洞混凝土防裂襯砌結構。
[0004] 一種有壓水工隧洞混凝土防裂襯砌結構，包括混凝土襯砌1、240°范圍側頂拱和 120°范圍底拱，所述混凝土襯砌1與側頂拱上的錨噴支護3之間設有薄隔層2 ;所述底拱 澆筑或噴有混凝土找平層4,混凝土襯砌1與混凝土找平層4之間設有薄隔層2。
[0005] 所述混凝土襯砌1為單層襯砌、組合式襯砌、預應力襯砌中的一種。
[0006] 所述薄隔層2與混凝土襯砌1的接觸表面平整，用于減小圍巖通過錨噴支護或者 混凝土對混凝土襯砌的約束。
[0007] 所述薄隔層2與錨噴支護3或者混凝土找平層4的接觸表面平整，用于減小圍巖 通過錨噴支護對薄隔層和混凝土襯砌的約束。
[0008] 所述薄隔層2包括但不限于噴有砂漿、噴有混凝土、噴有油漆、噴有潤滑油、鋪設 有瀝青的油氈、土工布、聚乙烯薄膜中的一種，或者兩種以上組合成的復合層。
[0009] 所述錨噴支護3中的錨桿不露出支護或者圍巖體的表面。
[0010] 所述混凝土找平層4,包括但不限于混凝土層、澆筑混凝土層、塊石混凝土層、漿砌 石層、噴砂漿層中的一種。
[0011] 所述圍巖體5為巖體、混凝土體、砌石體、堆石體中的一種。
[0012] 本實用新型的有益效果是：結構簡單、施工方便、成本低，通過在混凝土襯砌與圍 巖間增設薄隔層，有效減小圍巖（包括錨桿）對混凝土襯砌的強約束、有效減少和避免襯砌 混凝土產生危害性裂縫。
【附圖說明】
[0013] 圖1為現有技術中溪洛渡泄洪洞有壓段的混凝土襯砌結構示意圖。
[0014] 圖2為本實用新型的整體結構示意圖。
[0015] 圖3為有限元法計算模型圖。
[0016] 圖4為襯砌混凝土施工期通水冷卻水管布置圖。
[0017]圖5為溪洛渡泄洪洞有壓段混凝土襯砌結構斷面圖。
[0018] 圖6為混凝土襯砌溫度與溫度應力成果整理代表斷面示意圖。
[0019] 圖7為邊頂拱各代表斷面代表點示意圖。
[0020] 圖8為邊頂拱0度斷面（腰線）代表點第一主應力歷時曲線圖（無墊層）。
[0021] 圖9為邊頂拱0度斷面（腰線）代表點第一主應力歷時曲線圖（瀝青混凝土）。
[0022] 圖10為邊頂拱0度斷面（腰線）代表點第一主應力歷時曲線圖（砂漿）。
[0023] 圖11為邊頂拱0度斷面（腰線）代表點第一主應力歷時曲線圖（瀝青油毛氈）。
[0024] 圖中標記：1為混凝土襯砌，2薄隔層，3為錨噴支護，3'為錨桿留露頭的錨噴支護， 4為混凝土找平層，5為圍巖體。
【具體實施方式】
[0025] 下面結合附圖，進一步對本實用新型進行說明。如圖2所示，本實用新型一種有壓 水工隧洞混凝土防裂襯砌結構，包括圍巖體5和錨噴支護3 (或者混凝土找平層4)，錨噴支 護3與圍巖體5形成整體承載拱，維持圍巖的穩定；與錨噴支護3或者混凝土找平層4緊密 接觸的是薄隔層2和混凝土襯砌1，混凝土襯砌1和薄隔層在混凝土澆筑振搗密實自重作用 下相互緊密接觸，并與圍巖5緊密接觸，形成承受作用（承載）的整體結構。
[0026] 本實用新型承受的作用（荷載）包括圍巖松動壓力、地應力、襯砌自重、預應力、靜 水壓力、動水壓力（水擊壓力、脈動壓力、漸變流時均壓力）、灌漿壓力、地下水壓力，以及地 震作用。溫度變化、混凝土干縮和膨脹所產生的應力及灌漿壓力對襯砌的影響，宜通過施工 措施及構造措施解決。見《水工隧洞設計規范》〇)L/T5195-2004)。
[0027] 本實用新型在圍巖松動壓力、地應力、襯砌自重、預應力、靜水壓力、動水壓力（水 擊壓力、脈動壓力、漸變流時均壓力）、灌漿壓力、地下水壓力、地震等（荷載）作用下，無論 是采用有限元法還是厚壁圓筒方法計算，由于薄隔層2不改變混凝土襯砌1與圍巖體5之 間作用的傳遞，則襯砌結構的應力變形和安全性不會有改變。因此，合理設置薄隔層（類 型、材料、厚度）可以同等保證混凝土襯砌結構的安全性。
[0028] 本實用新型在襯砌混凝土溫度降低、混凝土干縮的作用下，由于圍巖體5和錨噴 支護3沒有直接與混凝土襯砌1連接（沒有錨桿露頭），是通過薄隔層2傳遞約束作用，而 薄隔層2與混凝土襯砌1接觸表面平整，圍巖體5對混凝土襯砌1沿切向的約束明顯降低， 襯砌混凝土在溫度降低、干縮等的作用下產生的拉應力明顯降低，從而抗裂安全系數明顯 增大，襯砌混凝土裂縫風險明顯降低（見附件），甚至可以有效避免危害性裂縫的發生。
[0029] 實用新型裝置在使用（施工）時，隧洞的開挖、錨噴支護3 (包括錨噴支護的類型 等）和混凝土襯砌1 (包括襯砌類型等）設計與施工完全同于當前技術，只是在混凝土襯砌 1與圍巖體5之間設置薄隔層2。實用新型裝置在使用（施工）時，側頂拱（邊頂拱）先完 成隧洞開挖和錨噴支護3,但錨桿不留露頭（如果有，宜截除），然后進行薄隔層2的施工， 再完成混凝土襯砌1的施工；底拱在完成開挖后，先噴混凝土找平層（如果超挖大時宜澆筑 C25混凝土），然后進行薄隔層2的施工，再完成混凝土襯砌1的施工。薄隔層2可以采用厚 度為0~5cm的噴砂漿層，也可以在側頂拱錨噴支護的噴混凝土表面和底拱的混凝土找平 層表面涂抹或者噴一層厚度1_左右的油漆、潤滑油等，如果結合防滲等功能也可以鋪設 瀝青油毯、土工布、聚乙稀薄膜等。
[0030] 本實用新型的保護范圍并不限于有壓水工隧洞混凝土襯砌結構，通過適當改變薄 隔層2和錨噴支護3 (如錨桿留露頭）結構及其尺寸就可以滿足更多的地下工程的需求。顯 然，本領域的技術人員可以對本實用新型進行某些結構的變形而不脫離本實用新型的范圍 和精神。倘若這些改動和變形屬于本實用新型權利要求及其等同技術的范圍內，則實用新 型的意圖也包含這些改動和變形在內。
[0031] 本文中所描述的具體實施例僅僅是對本實用新型精神作舉例說明。本實用新型所 屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似 的方式替代，但并不會偏離本實用新型的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。
[0032] 本實用新型的防裂效果與安全性計算分析
[0033] 1、基本資料與計算模型
[0034] 1. 1環境空氣溫度
[0035] 根據設計院提供的溫度資料，溪洛渡水電站泄洪洞內環境溫度為：夏季最高溫 度25°C;冬季最低溫度22°C。氣溫的年周期變化過程采用《水工建筑物荷載設計規范》 (DL5077-1997)余弦函數計算
【主權項】
1. 一種有壓水工隧洞混凝土防裂襯砌結構，其特征在于：包括混凝土襯砌（I)、240° 范圍側頂拱和120°范圍底拱，所述混凝土襯砌（1)與側頂拱上的錨噴支護（3)之間設有薄 隔層（2);所述底拱澆筑或噴有混凝土找平層（4)，混凝土襯砌（1)與混凝土找平層（4)之 間設有薄隔層（2)。
2. 如權利要求1所述的有壓水工隧洞混凝土防裂襯砌結構，其特征在于：所述混凝土 襯砌（1)為單層襯砌、組合式襯砌、預應力襯砌中的一種。
3. 如權利要求1所述的有壓水工隧洞混凝土防裂襯砌結構，其特征在于：所述薄隔層 (2)與混凝土襯砌（1)的接觸表面平整，用于減小圍巖通過錨噴支護或者混凝土對混凝土 襯砌的約束。
4. 如權利要求1所述的有壓水工隧洞混凝土防裂襯砌結構，其特征在于：所述薄隔層 (2)與錨噴支護（3)或者混凝土找平層（4)的接觸表面平整，用于減小圍巖通過錨噴支護對 薄隔層和混凝土襯砌的約束。
5. 如權利要求1所述的有壓水工隧洞混凝土防裂襯砌結構，其特征在于：所述薄隔層 (2)包括但不限于噴有砂漿、噴有混凝土、噴有油漆、噴有潤滑油、鋪設有瀝青的油毯、土工 布、聚乙烯薄膜中的一種，或者兩種以上組合成的復合層。
6. 如權利要求1所述的有壓水工隧洞混凝土防裂襯砌結構，其特征在于：所述錨噴支 護（3)中的錨桿不露出支護或者圍巖體（5)的表面。
7. 如權利要求1所述的有壓水工隧洞混凝土防裂襯砌結構，其特征在于：所述混凝土 找平層（4)，包括但不限于混凝土層、澆筑混凝土層、塊石混凝土層、漿砌石層、噴砂漿層中 的一種。
8. 如權利要求6所述的有壓水工隧洞混凝土防裂襯砌結構，其特征在于：所述圍巖體 (5)為巖體、混凝土體、砌石體、堆石體中的一種。
【專利摘要】一種有壓水工隧洞混凝土防裂襯砌結構，包括混凝土襯砌(1)、240°范圍側頂拱和120°范圍底拱，所述混凝土襯砌(1)與側頂拱上的錨噴支護(3)之間設有薄隔層(2)；所述底拱澆筑或噴有混凝土找平層(4)，混凝土襯砌(1)與混凝土找平層(4)之間設有薄隔層(2)。其優點在于：結構簡單、施工方便、成本低，通過在混凝土襯砌與圍巖間增設薄隔層，有效減小圍巖（包括錨桿）對混凝土襯砌的強約束、有效減少和避免襯砌混凝土產生危害性裂縫。
【IPC分類】E21D11-10, E21D20-00
【公開號】CN204609908
【申請號】CN201520282249
【發明人】段亞輝
【申請人】武漢大學
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年5月4日