CN113073619A - 结合tbm施工的压力管道中平洞与排水廊道的布置结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种结合TBM施工的压力管道中平洞与排水廊道的布置结构及施工方法，该结构包括用于施工至少两条平行压力管道中平洞的施工支洞，在远离压力管道中平洞一侧的施工支洞上修建爬升洞，在爬升洞末端分别修建供装配场和拆卸场，装配场末端修建跨越至压力管道中平洞另一侧的第一段排水廊道，第一段排水廊道末端修建跨越至靠近拆卸场这一侧的第二段排水廊道，且第二段排水廊道末端与拆卸场连接，第一段排水廊道与第二段排水廊道相配合形成闭合、环形的排水廊道。该方案可有效解决压力管道前部混凝土衬砌段与排水廊道之间的水力劈裂问题，保证了位于压力管道中平洞同一高程两侧围岩的完整性，提高钢板衬砌与围岩联合承载的能力，降低钢板厚度。

Description

结合TBM施工的压力管道中平洞与排水廊道的布置结构及施 工方法

技术领域

本发明涉及水利水电工程技术领域，具体涉及一种结合TBM施工的压力管道中平洞与排水廊道的布置结构及施工方法。

背景技术

水电站压力管道普遍采用钢板衬砌进行设计，众所周知钢板衬砌有强度高、受内水条件好、防渗性好等众多优势，但也有抗外水压力差的致命弱点。针对这一弱点，高压管道的周围会设置排水廊道，其目的就是降低高压管道附近的地下水位。排水廊道的开挖方式主要有传统的钻爆法施工和机械化程度较高的TBM施工。传统的钻爆法施工在水电领域应用了很久的时间，并取得了广泛的应用，技术较为成熟。从长远来看施工机械的集成化和智能化是大势所趋，例如我国自行设计、建造的TBM机械技术已经相对成熟，这为今后逐步实现地下洞室TBM开挖打下了技术基础。

因此，今后采用TBM施工如排水廊道一类的地下洞室将成为一种趋势。近些年已经有少数水电站采用了较为先进的TBM法进行相关地下洞室的施工。例如发明专利《一种水电站压力管道排水廊道结构》(CN 201910501349.6)中提到了采用TBM进行压力管道中平洞排水廊道的施工，但从文章中可以看出此专利的设计方案均存在一定的局限性。例如此专利方案适合中平洞完全是钢板衬砌的结构，若中平洞压力管道为前部混凝土衬砌、后部钢板衬砌，则受岩石所能承受的最大水力梯度的限制，按照现有布置(如图2)，压力管道中平洞(混凝土衬砌段)中的水体会击穿与排水廊道之间的岩石从而渗漏到排水廊道中。

基于上述情况，本发明提出了一种结合TBM施工的压力管道中平洞与排水廊道的布置结构及施工方法，可有效解决以上问题。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种结合TBM施工的压力管道中平洞与排水廊道的布置结构及施工方法。本发明结构简单，可以有效解决以下问题：(1)当中平洞压力管道前部为混凝土衬砌、后部为钢板衬砌时，此布置方案有效解决压力管道前部混凝土衬砌段与排水廊道之间的水力劈裂问题。(2)可以使压力管道中平洞完全位于排水廊道形成的封闭排水区间之下，最大程度的降低了地下水位。(3)有效保证位于压力管道中平洞同一高程两侧围岩的完整性，提高钢板衬砌与围岩联合承载的能力，降低钢板厚度。

为解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案实现：

第一方面，本发明提供一种结合TBM施工的压力管道中平洞与排水廊道的布置结构，包括用于施工至少两条平行压力管道中平洞的施工支洞，在远离压力管道中平洞一侧的施工支洞上修建爬升洞，在爬升洞末端分别修建供TBM机械组装的装配场和供TBM机械拆解的拆卸场，装配场末端修建跨越至压力管道中平洞另一侧的第一段排水廊道，第一段排水廊道末端修建跨越至靠近拆卸场这一侧的第二段排水廊道，且第二段排水廊道末端与拆卸场连接，第一段排水廊道与第二段排水廊道相配合形成闭合、环形的排水廊道。

作为本发明的一种优选技术方案，压力管道中平洞包括位于环形排水廊道范围内钢板衬砌段和范围外的混凝土衬砌段。

作为本发明的一种优选技术方案，爬升洞采取爬坡布置，爬升高度需要使得排水廊道与混凝土衬砌段之间的水力梯度满足此区域岩石所能承受的极限值。

作为本发明的一种优选技术方案，第一段排水廊道与第二段排水廊道在钢板衬砌段两侧分别设置为与钢板衬砌段互相平行的排水廊道平行段，该排水廊道平行段内沿一定角度向斜上方修建深排水孔，使得钢板衬砌段完全位于深排水孔形成的封闭的排水空间之下。

作为本发明的一种优选技术方案，排水廊道的底板高程高于钢板衬砌段的底板高程。

作为本发明的一种优选技术方案，爬升洞爬坡坡度不超过10％。

作为本发明的一种优选技术方案，第一段排水廊道全程按照一定坡度爬坡开挖形成。

作为本发明的一种优选技术方案，第二段排水廊道全程按照一定坡度降坡开挖形成。

作为本发明的一种优选技术方案，排水廊道断面为圆形。

第二方面，本发明还提供一种结合TBM施工的压力管道中平洞与排水廊道的布置结构的施工方法，包括以下步骤：

S1、利用原有施工支洞修建压力管道中平洞的混凝土衬砌段和钢板衬砌段，同时在施工支洞的适当位置采取爬坡方式修建爬升洞；

S2、在爬升洞末端合适位置采取钻爆法修建装配场和拆卸场；

S3、采用TBM机械全程按照一定坡度沿装配场末端爬坡开挖形成如权利要求1所述的第一段排水廊道；

S4、采用TBM机械全程按照一定坡度继续沿第一段排水廊道末端降坡开挖形成如权利要求1所述的第二段排水廊道，最终形成成闭合、环形的排水廊道；

S5、待TBM机械在完成闭合、环形的排水廊道施工后在拆卸场内完成拆解后运输出施工支洞，同时从与钢板衬砌段平行布置的排水廊道平行段内沿一定角度向斜上方修建深排水孔，使得钢板衬砌段完全位于深排水孔形成的封闭的排水空间之下。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

第一：当中平洞压力管道为前部混凝土衬砌、后部钢板衬砌时，此布置方案有效解决压力管道混凝土衬砌段与排水廊道之间的水力劈裂问题。

第二：有效保证位于压力管道中平洞同一高程两侧围岩的完整性，提高钢板衬砌与围岩联合承载的能力，降低钢板厚度。

第三：可以使压力管道中平洞完全位于排水廊道形成的封闭排水区间之下，最大程度的降低了地下水位。

附图说明

图1为本发明的平面结构示意图；

图2为本发明的纵剖面结构示意图(A-A剖面)；

图3为本发明的横剖面结构示意图(B-B剖面)。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

下面结合附图1-3和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

如图1所示，本实施例首先利用原有施工支洞1按计划修建两条平行的压力管道中平洞的混凝土衬砌段6-1和钢板衬砌段6-2；同时在原有施工支洞1的适当位置修建爬升洞2，爬升洞2采取爬坡布置，坡度不超过10％，爬升高度需要使得排水廊道与混凝土衬砌段6-1之间的水力梯度满足此区域岩石所能承受的极限值。在爬升洞2的末端合适位置采取钻爆法修建装配场3和拆卸场4，TBM机械在装配场3内进行组装，待组装完成后开始排水廊道的施工。

如图1所示，排水廊道整体是封闭、环形的设计，首先修建第一段排水廊道5-1：TBM机械沿装配场3末端a点再通过b点到达c点，期间采取爬坡施工，坡比按5％控制；然后修建第二段排水廊道5-2：到达c点之后采取降坡施工，期间通过d点、e点到达f点，坡度通过计算确定。待TBM机械在完成闭合、环形的排水廊道施工后在拆卸场4内完成拆解后运输出施工支洞1。

其中，c点为第一段排水廊道5-1与第二段排水廊道5-2的交接点，f点为拆卸场4与第二段排水廊道5-2的交接点。排水廊道断面为直径3.5m的圆形。

进一步地，第一段排水廊道中的a－b－c段内的收集的外水通过c点→b点→a点排到爬升洞2内继而通过施工支洞1排出地下硐室；排水廊道中c－d－e－f内收集的外水通过c点→d点→e点→f点排到爬升洞2内继而通过施工支洞1排出地下硐室。

如图2和图3所示，从与钢板衬砌段6-2平行布置的排水廊道平行段内沿一定角度向斜上方打深排水孔7，使得钢板衬砌段6-2完全位于深排水孔7形成的封闭的排水空间之下。排水廊道的底板高程高于钢板衬砌段6-2的底板高程，并且排水廊道位于钢板衬砌段6-2的两侧，这样就可以保证位于钢板衬砌段6-2同一高程两侧围岩的完整性，提高联合承载的能力。

依据本发明的描述及附图，本领域技术人员很容易制造或使用本发明的一种结合TBM施工的压力管道中平洞与排水廊道的布置结构及施工方法，并且能够产生本发明所记载的积极效果。

如无特殊说明，本发明中，若有术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此本发明中描述方位或位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以结合附图，并根据具体情况理解上述术语的具体含义。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有明确的规定和限定，本发明中，若有术语“设置”、“相连”及“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.结合TBM施工的压力管道中平洞与排水廊道的布置结构，其特征在于：该布置结构包括用于施工至少两条平行压力管道中平洞的施工支洞(1)，在远离压力管道中平洞一侧的施工支洞(1)上修建爬升洞(2)，在爬升洞(2)末端分别修建供TBM机械组装的装配场(3)和供TBM机械拆解的拆卸场(4)，装配场(3)末端修建跨越至压力管道中平洞另一侧的第一段排水廊道(5-1)，第一段排水廊道(5-1)末端修建跨越至靠近拆卸场(4)这一侧的第二段排水廊道(5-2)，且第二段排水廊道(5-2)末端与拆卸场(4)连接，第一段排水廊道(5-1)与第二段排水廊道(5-2)相配合形成闭合、环形的排水廊道。

2.根据权利要求1所述的结合TBM施工的压力管道中平洞与排水廊道的布置结构，其特征在于：压力管道中平洞包括位于环形排水廊道范围内钢板衬砌段(6-2)和范围外的混凝土衬砌段(6-1)。

3.根据权利要求2所述的结合TBM施工的压力管道中平洞与排水廊道的布置结构，其特征在于：爬升洞(2)采取爬坡布置，爬升高度需要使得排水廊道与混凝土衬砌段(6-1)之间的水力梯度满足此区域岩石所能承受的极限值。

4.根据权利要求2所述的结合TBM施工的压力管道中平洞与排水廊道的布置结构，其特征在于：第一段排水廊道(5-1)与第二段排水廊道(5-2)在钢板衬砌段(6-2)两侧分别设置为与钢板衬砌段(6-2)互相平行的排水廊道平行段，该排水廊道平行段内沿一定角度向斜上方修建深排水孔(7)，使得钢板衬砌段(6-2)完全位于深排水孔(7)形成的封闭的排水空间之下。

5.根据权利要求2所述的结合TBM施工的压力管道中平洞与排水廊道的布置结构，其特征在于：排水廊道的底板高程高于钢板衬砌段(6-2)的底板高程。

6.根据权利要求1所述的结合TBM施工的压力管道中平洞与排水廊道的布置结构，其特征在于：爬升洞(2)爬坡坡度不超过10％。

7.根据权利要求1所述的结合TBM施工的压力管道中平洞与排水廊道的布置结构，其特征在于：第一段排水廊道(5-1)全程按照一定坡度爬坡开挖形成。

8.根据权利要求1所述的结合TBM施工的压力管道中平洞与排水廊道的布置结构，其特征在于：第二段排水廊道(5-2)全程按照一定坡度降坡开挖形成。

9.根据权利要求1所述的结合TBM施工的压力管道中平洞与排水廊道的布置结构，其特征在于：排水廊道断面为圆形。

10.一种结合TBM施工的压力管道中平洞与排水廊道的布置结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、利用原有施工支洞(1)修建压力管道中平洞的混凝土衬砌段(6-1)和钢板衬砌段(6-2)，同时在施工支洞(1)的适当位置采取爬坡方式修建爬升洞(2)；

S2、在爬升洞(2)末端合适位置采取钻爆法修建装配场(3)和拆卸场(4)；

S3、采用TBM机械全程按照一定坡度沿装配场(3)末端爬坡开挖形成如权利要求1所述的第一段排水廊道(5-1)；

S4、采用TBM机械全程按照一定坡度继续沿第一段排水廊道(5-1)末端降坡开挖形成如权利要求1所述的第二段排水廊道(5-2)，最终形成成闭合、环形的排水廊道；

S5、待TBM机械在完成闭合、环形的排水廊道施工后在拆卸场(4)内完成拆解后运输出施工支洞(1)，同时从与钢板衬砌段(6-2)平行布置的排水廊道平行段内沿一定角度向斜上方修建深排水孔(7)，使得钢板衬砌段(6-2)完全位于深排水孔(7)形成的封闭的排水空间之下。

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