CN113073620A - 适于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

本发明公开了一种适于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，属于水利水电工程领域。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的左右两侧分别修建供TBM机械组装的装配场和供TBM机械拆解的拆卸场，装配场与第一段排水廊道的开挖端连接，第一段排水廊道的末端与第二段排水廊道的开挖端连接，第二段排水廊道的末端与拆卸场连接，且第一段排水廊道与第二段排水廊道的连接点位于远离压力管道中平洞的另一侧。本发明结构简单，排水廊道在充分利用施工支洞的前提条件下合理布置洞轴线，取得了很好的效果。

Description

适于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领域，具体涉及适于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。排水廊道的开挖断面一般都很小，使用钻爆法施工难度很大，安全和施工进度难以保障。因此近些年有少数电站引进了较为先进的TBM法进行排水廊道的施工，这样就极大程度上解决了安全和进度两大难题。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均存在一定的局限性。

(1)首先此专利主要针对的是压力管道中平洞是3条平行布置的隧洞，在每2条隧洞中间分别布置一条排水廊道，最终形成一条闭合的回路。但很多实际工程只有2条压力管道中平洞，由于TBM施工机械受转弯半径的限制(TBM小断面掘进隧洞的转弯半径≥30m)，仍按照此方式在2条压力管道中平洞之间布置排水廊道就变得不可行了。

若想按此方案进行相关布置，那么2条中平洞的间距就要加大，以便满足由于TBM施工机械转弯半径的要求。这样就带来2个直接的问题：

1)会使得上水库进/出水口2个单体进/出水口之间的距离变大，从而使得上水库进/出水口区域的开挖规模加大，增加投资；

2)会使得机组中心间距加大，增加地下厂房的规模，进一步增加开挖难度和投资。

(2)由于TBM机械体积较大，对施工场地的空间要求较高，但是此专利没有说明TBM机械是如何进场施工，又是如何待封闭环形排水廊道开挖完成后离开排水廊道的。

(3)如此文附图3中所绘，位于两边的压力管道中平洞上方仅一侧有深排水孔，而不像中间的压力管道中平洞上方两侧均有深排水孔。此种设计中，位于两边的压力管道中平洞仅一侧具有排水孔，难以形成封闭的排水区，降低外水的效果有所减弱。

本发明专利针对的难点在于：针对输水线路为“2洞4机”的设计方案，合理布置排水廊道的路线，既能保证TBM机械有效施工排水廊道；又能使2条压力管道中平洞均位封闭的排水孔下方，极大的增强引排外水的效果。

基于上述构思，本发明提出了一种适用于TBM施工的钢板衬砌压力管道中平洞与排水廊道的布置结构及施工方法。

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适于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，排水廊道在充分利用施工支洞的前提条件下合理布置洞轴线，收到了很好的效果，具体如下：(1)在不增加上水库进/出水口和地下厂房的开挖规模的前提下，成功克服输水线路为“2洞4机”时2条中平洞间距较小、TBM机械难以转弯的重大技术问题。(2)在不特别开挖硐室的前提下，充分利用中平洞施工支洞的空间，合理布置TBM机械的进场和转场，既节省投资又最大程度保障地下硐室的完整性，减少不必要的开挖。(3)排水廊道位于2条压力管道中平洞的左右2侧，从排水廊道中打深排水孔，这样每条压力管道中平洞均可以形成封闭的排水区间，可以更为有效的降低地下水。

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，本发明提供一种适于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的左右两侧分别修建供TBM机械组装的装配场和供TBM机械拆解的拆卸场，装配场与第一段排水廊道的开挖端连接，第一段排水廊道的末端与第二段排水廊道的开挖端连接，第二段排水廊道的末端与拆卸场连接，且第一段排水廊道与第二段排水廊道的连接点位于远离压力管道中平洞的另一侧。

作为本发明的一种优选技术方案，第一段排水廊道包括由装配场处开挖形成依次连接的第一排水廊道连接段、第一排水廊道转弯段、第一排水廊道水平段、第二排水廊道转弯段、第一排水廊道垂直段、第三排水廊道转弯段和第二排水廊道水平段。

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，第二段排水廊道包括由第一段排水廊道末端开挖形成依次连接的第三排水廊道水平段、第四排水廊道转弯段、第二排水廊道垂直段、第五排水廊道转弯段、第四排水廊道水平段、第六排水廊道转弯段和第二排水廊道连接段。

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，第一排水廊道垂直段位于压力管道中平洞末端的下游侧，第二排水廊道垂直段位于压力管道中平洞起始端上游侧。

作为本发明的一种优选技术方案，第一、二、三、四排水廊道水平段均位于压力管道中平洞的外部两侧，高程与压力管道中平洞近似同高，相邻两条压力管道中平洞的中间区域岩体未受TBM掘进的破坏，围岩完整。

作为本发明的一种优选技术方案，装配场和拆卸场均采用钻爆法施工。

作为本发明的一种优选技术方案，第一、二、三、四排水廊道水平段向中间区域沿一定角度进行排水孔的施工，使得压力管道中平洞位于排水孔形成的封闭的排水空间之下。

第二方面，本发明还提供一种适于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，包括以下施工步骤：

S1、在已经开挖完成的施工支洞的适当区域内进行装配场钻爆法开挖，装配场的空间务必满足TBM机械拼装的要求；选取适当区域进行拆卸场的钻爆法开挖，拆卸场的空间务必满足TBM机械拆解的要求；

S2、采用TBM机械全程按照一定坡度依次沿第一排水廊道连接段、第一排水廊道转弯段、第一排水廊道水平段、第二排水廊道转弯段、第一排水廊道垂直段、第三排水廊道转弯段和第二排水廊道水平段爬坡开挖形成如权利要求1所述的第一段排水廊道；

S3、采用TBM机械全程按照一定坡度继续沿第三排水廊道水平段、第四排水廊道转弯段、第二排水廊道垂直段、第五排水廊道转弯段、第四排水廊道水平段、第六排水廊道转弯段和第二排水廊道连接段降坡开挖形成如权利要求1所述的第二段排水廊道，最终开挖形成环形封闭的排水廊道；

S4、沿第一、二、三、四排水廊道水平段向中间区域沿一定角度进行排水孔的施工，使得压力管道中平洞位于排水孔形成的封闭的排水空间之下；

S5、TBM机械在拆卸场进行相关组件的拆解工作，最后沿平洞施工支洞运输出地下硐室。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

本发明结构简单，排水廊道线路及其坡度设计合理，一举两得，具体可以总结为：

第一：在不增加上水库进/出水口和地下厂房的开挖规模的前提下，成功克服输水线路为“2洞4机”时2条中平洞间距较小、TBM机械难以转弯的重大技术问题，使得采用TBM开挖成为可能，保证了施工进度和安全。

第二：2条高压管道中平洞均位封闭的排水孔下方，这样每条压力管道中平洞均可以形成封闭的排水区间，极大的增强引排外水的效果，减少钢板壁厚和减少加进环间距，进一步降低工程投资和施工难度。

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)。

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和2以及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和2所示，本实施例提供一种适用于TBM施工的钢板衬砌压力管道中平洞与排水廊道的布置结构，首先利用原有的施工支洞1，在远离压力管道中平洞7一侧的施工支洞1的左右两侧分别修建装配场2和拆卸场6。从装配场2的a点开始采用TBM进行掘进经b点至c点，形成第一段排水廊道和第二段排水廊道，且第一段排水廊道与第二段排水廊道的连接点(b点)位于远离压力管道中平洞7的另一侧，最终形成环形封闭的排水廊道。

其中，TBM机械的相关组件可以在装配场2内进行拼装，其断面尺寸及长度需满足TBM机械拼装的要求；组装好的TBM机械需要在拆卸场6内进行拆解并运输出施工支洞，其断面尺寸及长度需满足TBM机械拆解的要求。

具体地，TBM机械从a点出发沿第一排水廊道连接段3-1、第一排水廊道转弯段4-1、第一排水廊道水平段5-1、第二排水廊道转弯段4-2、第一排水廊道垂直段6-1、第三排水廊道转弯段4-3和第二排水廊道水平段5-2到达b点，期间TBM全程在按照5％的坡度爬坡。

具体地，TBM机械从b点出发沿第三排水廊道水平段5-3、第四排水廊道转弯段4-4、第二排水廊道垂直段6-2、第五排水廊道转弯段4-5、第四排水廊道水平段5-4、第六排水廊道转弯段4-6和第二排水廊道连接段3-2到达c点，期间TBM全程在降坡施工。

具体地，第一、二、三、四排水廊道水平段均位于压力管道中平洞7的外部两侧，两条压力管道中平洞7的中间区域岩体未受TBM掘进的破坏，围岩完整。

具体地，第一排水廊道垂直段6-1位于压力管道中平洞7末端的下游侧，第二排水廊道垂直段6-2位于压力管道中平洞7起始端上游侧。

如图2所示，从第一、二、三、四排水廊道水平段向中间区域沿一定角度进行排水孔8的施工，使得2条压力管道中平洞7均位于排水孔8形成的封闭的排水空间之下。

具体的，排水廊道断面为直径3.5m的圆形。

基于上述结构，本发明提供一种适用于TBM施工的钢板衬砌压力管道中平洞与排水廊道的布置结构的施工方法，包括以下施工步骤：

S1、在已经开挖完成的施工支洞1的适当区域内进行装配场2钻爆法开挖，装配场2的空间务必满足TBM机械拼装的要求；选取适当区域进行拆卸场6的钻爆法开挖，拆卸场6的空间务必满足TBM机械拆解的要求；

S2、采用TBM机械全程按照一定坡度依次沿第一排水廊道连接段3-1、第一排水廊道转弯段4-1、第一排水廊道水平段5-1、第二排水廊道转弯段4-2、第一排水廊道垂直段6-1、第三排水廊道转弯段4-3和第二排水廊道水平段5-2爬坡开挖形成如权利要求1所述的第一段排水廊道；

S3、采用TBM机械全程按照一定坡度继续沿第三排水廊道水平段5-3、第四排水廊道转弯段4-4、第二排水廊道垂直段6-2、第五排水廊道转弯段4-5、第四排水廊道水平段5-4、第六排水廊道转弯段4-6和第二排水廊道连接段3-2降坡开挖形成如权利要求1所述的第二段排水廊道，最终形成环形封闭的排水廊道；

S4、沿第一、二、三、四排水廊道水平段向中间区域沿一定角度进行排水孔8的施工，使得2条压力管道中平洞7均位于排水孔8形成的封闭的排水空间之下；

S5、TBM机械在拆卸场6进行相关组件的拆解工作，最后沿平洞施工支洞1运输出地下硐室。

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适于TBM施工的压力管道中平洞与排水廊道的布置结构，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”、“第四”、“第五”、“第六”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，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.适于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：包括用于施工至少两条平行压力管道中平洞(7)的施工支洞(1)，在远离压力管道中平洞(7)一侧的施工支洞(1)的左右两侧分别修建供TBM机械组装的装配场(2)和供TBM机械拆解的拆卸场(6)，装配场(2)与第一段排水廊道的开挖端连接，第一段排水廊道的末端与第二段排水廊道的开挖端连接，第二段排水廊道的末端与拆卸场(6)连接，且第一段排水廊道与第二段排水廊道的连接点位于远离压力管道中平洞(7)的另一侧。

2.根据权利要求1的适于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：第一段排水廊道包括由装配场(2)处开挖形成依次连接的第一排水廊道连接段(3-1)、第一排水廊道转弯段(4-1)、第一排水廊道水平段(5-1)、第二排水廊道转弯段(4-2)、第一排水廊道垂直段(6-1)、第三排水廊道转弯段(4-3)和第二排水廊道水平段(5-2)。

3.根据权利要求1或2的适于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：第一段排水廊道全程按照一定坡度爬坡开挖形成。

4.根据权利要求1的适于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：第二段排水廊道包括由第一段排水廊道末端开挖形成依次连接的第三排水廊道水平段(5-3)、第四排水廊道转弯段(4-4)、第二排水廊道垂直段(6-2)、第五排水廊道转弯段(4-5)、第四排水廊道水平段(5-4)、第六排水廊道转弯段(4-6)和第二排水廊道连接段(3-2)。

5.根据权利要求1或4的适于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：第二段排水廊道全程按照一定坡度降坡开挖形成。

6.根据权利要求2或4的适于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：第一排水廊道垂直段(6-1)位于压力管道中平洞(7)末端的下游侧，第二排水廊道垂直段(6-2)位于压力管道中平洞(7)起始端上游侧。

7.根据权利要求2或4的适于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、二、三、四排水廊道水平段均位于压力管道中平洞(7)的外部两侧，高程与压力管道中平洞(7)近似同高，相邻两条压力管道中平洞(7)的中间区域岩体未受TBM掘进的破坏，围岩完整。

8.根据权利要求1的适于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：装配场(2)和拆卸场(6)均采用钻爆法施工。

9.根据权利要求1的适于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、二、三、四排水廊道水平段向中间区域沿一定角度进行排水孔(8)的施工，使得压力管道中平洞(7)位于排水孔(8)形成的封闭的排水空间之下。

10.一种适于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，包括以下施工步骤：

S1、在已经开挖完成的施工支洞(1)的适当区域内进行装配场(2)钻爆法开挖，装配场(2)的空间务必满足TBM机械拼装的要求；选取适当区域进行拆卸场(6)的钻爆法开挖，拆卸场(6)的空间务必满足TBM机械拆解的要求；

S2、采用TBM机械全程按照一定坡度依次沿第一排水廊道连接段(3-1)、第一排水廊道转弯段(4-1)、第一排水廊道水平段(5-1)、第二排水廊道转弯段(4-2)、第一排水廊道垂直段(6-1)、第三排水廊道转弯段(4-3)和第二排水廊道水平段(5-2)爬坡开挖形成如权利要求1所述的第一段排水廊道；

S3、采用TBM机械全程按照一定坡度继续沿第三排水廊道水平段(5-3)、第四排水廊道转弯段(4-4)、第二排水廊道垂直段(6-2)、第五排水廊道转弯段(4-5)、第四排水廊道水平段(5-4)、第六排水廊道转弯段(4-6)和第二排水廊道连接段(3-2)降坡开挖形成如权利要求1所述的第二段排水廊道，最终形成环形封闭的排水廊道；

S4、沿第一、二、三、四排水廊道水平段向中间区域沿一定角度进行排水孔(8)的施工，使得压力管道中平洞(7)位于排水孔(8)形成的封闭的排水空间之下；

S5、TBM机械在拆卸场(6)进行相关组件的拆解工作，最后沿平洞施工支洞(1)运输出地下硐室。

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