CN114810127A - 具有内修复能力的隧洞围岩复合衬砌结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有内修复能力的隧洞围岩复合衬砌结构，它由支护层、衬砌层、若干组H型钢拱架、若干支发热棒构成。支护层紧贴隧洞内壁围岩，采用AC‑10细粒沥青混凝土材料浇筑而成。在支护层内，埋设有若干组H型钢拱架，通过H型钢拱架固定若干支并联的发热棒，每支发热棒的固定方向均与隧洞轴向方向一致；在支护层上浇筑钢筋混凝土形成的衬砌层；在衬砌层的顶部，贯穿衬砌层和支护层开有若干个回填灌料孔。本发明充分利用支护层沥青混凝土的流动性，在隧洞围岩复合衬砌结构施工完毕和运行检修时，通过埋设在支护层内的发热棒加热沥青混凝土，使其填充复合衬砌结构自身及其与围岩之间的孔洞、缝隙，工艺简单，质量可控，效果显著。

Description

具有内修复能力的隧洞围岩复合衬砌结构

技术领域

本发明涉及一种隧洞围岩衬砌结构，具体地说，涉及一种具有内修复能力的隧洞围岩复合衬砌结构。本发明属于水利水电建设技术领域。

背景技术

在水利工程中，水工隧洞是一种常见的建筑结构，即在隧洞内壁围岩内植入一些锚杆，然后，紧贴隧洞内壁围岩依次建筑支护层和衬砌层，形成复合衬砌结构。构成传统的隧洞围岩复合衬砌结构的支护层和衬砌层均是由混凝土材料制成，支护层是通过往隧洞内壁围岩上喷射混凝土材料形成的，衬砌层是在支护层上浇筑钢筋混凝土材料形成的。

在传统的水工隧洞建造理念上，支护层和衬砌层是两个独立的层结构，支护层作为施工期的承载结构层，衬砌层作为运行期的承载结构层。由于传统的建筑理念支护层和衬砌层是两个独立的层结构，所以，在设计上将这两个层分开单独设计的。然而，事实上，在水工隧洞运行期，支护层仍能够发挥一定的承载贡献，忽略支护层在运行期的承载作用，给水工隧洞建设造成一定的浪费。

由于传统设计忽略了支护层在运行期的作用，只考虑支护层在施工期的作用，支护层结构设计不合理，在运行期支护层防渗能力差，进而造成衬砌层出现渗水，严重影响水工隧洞的承载安全和渗流稳定性。

另外，在水工隧洞施工期，支护层与围岩之间的孔洞填充主要依靠回填灌浆。由于回填灌浆属于隐蔽性工程，孔洞回填的质量较难控制。在运行期如果这类孔洞扩大或者数量增加，则需要额外进行修补加固，工序较为繁琐。

水工隧洞衬砌层开裂也是常见现象，同样会影响隧洞承载安全和渗流稳定性。造成衬砌层开裂的原因较多，有结构设计方面的，例如受高内水压力造成衬砌层混凝土开裂，也有非结构设计方面的，例如混凝土干缩和温度变形造成开裂。当前，隧洞衬砌层裂缝封闭处理措施和工序也比较繁琐，且效果欠佳。

发明内容

鉴于上述原因，本发明的目的是提供一种具有内修复能力的隧洞围岩复合衬砌结构。该隧道围岩复合衬砌结构可内修复复合衬砌结构的支护层与隧洞围岩之间、支护层与衬砌层之间的孔洞和缝隙，以及支护层和衬砌层自身的裂缝，使构成复合衬砌结构的支护层和衬砌层紧密结合形成一个整体，共同承载隧洞运行期的水压力。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种具有内修复能力的隧洞围岩复合衬砌结构，它由支护层、衬砌层、若干组H型钢拱架、若干支发热棒构成；

所述支护层紧贴隧洞内壁围岩，采用AC-10细粒沥青混凝土材料浇筑而成；

在所述支护层内，网格状地埋设若干组所述H型钢拱架，通过所述H型钢拱架固定若干支并联的所述发热棒，每支所述发热棒的固定方向均与隧洞轴向方向一致；在所述H型钢拱架上还架设有为所述发热棒供电的电源线；

待所述支护层形成后，在所述支护层上浇筑钢筋混凝土形成所述衬砌层；

在所述衬砌层的顶部，贯穿所述衬砌层和支护层开有若干个回填灌料孔。

进一步地，所述支护层的厚度为15-20cm；所述衬砌层的厚度为40-60cm。

进一步地，埋设在所述支护层内的所述H型钢拱架的纵向布设间距为0.8m-1.2m。

进一步地，位于同一圆周面上的所述加热棒的布设间距为15°-20°，其外表面由金属导热材料制成，其内部为通电即发热、耐干烧、可快速发热至150℃以上的电阻丝，二者之间为导热绝缘层。

进一步地，所述回填灌料孔的孔径为15cm-20cm。

进一步地，所述电源线选用铠装电源线；所述电源线的端头从距离隧洞底部1/3处的所述衬砌层穿出，穿出部位开槽并填充止水材料。

附图说明

图1是本发明具有内修复能力的隧洞围岩复合衬砌结构结构示意图；

图2是本发明内置的发热棒连接关系示意图；

图3是本发明内置的并联连接的发热棒立体结构示意图；

图4是本发明为发热棒供电的电源端部安装结构示意图；

图5是本发明支护层沥青混凝土浇筑施工模板结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的结构及特征进行详细说明。需要说明的是，可以对此处公开的实施例做出各种修改，因此，说明书中公开的实施例不应该视为对本发明的限制，而仅是作为实施例的范例，其目的是使本发明的特征显而易见。

如图1-图3所示，本发明公开的具有内修复能力的隧洞围岩复合衬砌结构由支护层1、衬砌层2、若干组H型钢拱架3、若干支发热棒4构成。

支护层1紧贴隧洞内壁围岩5，采用AC-10细粒沥青混凝土材料浇筑而成。在支护层1内，网格状地埋设若干组H型钢拱架3，通过H型钢拱架3固定若干支并联的发热棒4，每支发热棒4的固定方向均与隧洞轴向方向一致。在H型钢拱架3上还架设有为发热棒4供电的电源线6。

待支护层1形成后，在支护层上浇筑钢筋混凝土形成衬砌层2。在衬砌层2的顶部，贯穿衬砌层2和支护层1开有若干个回填灌料孔7，回填灌料孔7的位置要避开支护层内的发热棒，开在支护层内相邻H型钢拱架埋设的发热棒4之间。该回填灌料孔7主要是用于回填AC-10细粒沥青混凝土用。

本发明充分利用沥青混凝土的流变性，发挥沥青混凝土优秀的抗渗性能和黏固性能，使其填满支护层1与隧洞围岩5之间、围岩5与围岩内锚杆8之间、支护层1内、支护层1与衬砌层2之间、衬砌层2内可能出现的缝隙和孔洞，传递荷载使锚杆、钢拱架、支护层、衬砌层形成一个具有联合承载能力的复合衬砌结构。

在隧洞复合衬砌结构施工完成后，可向预埋在支护层内的发热棒供电，通过发热棒再次加热支护层的沥青混凝土，使沥青混凝土融化产生流动，充填支护层1与围岩5之间、支护层1内部、支护层1与衬砌层2之间可能存在的缝隙或孔洞，消除安全隐患。

然后，通过回填灌料孔7，将AC-10沥青混凝土材料回填压入孔内，作为此前沥青混凝土流动的体积补偿。

在隧洞检修期，如发现隧洞复合衬砌结构和围岩之间出现脱空、衬砌层开裂等现象时，可再次向预埋在支护层内的发热棒供电，加热支护层的沥青混凝土，使沥青混凝土融化产生流动，充填隧洞复合衬砌结构和围岩5之间可能存在的脱空以及封闭衬砌裂缝，内修复隧洞复合衬砌结构出现的各种孔洞、缝隙、裂缝等安全隐患。

然后，再通过回填灌料孔压入沥青混凝土，作为此前沥青混凝土流动的体积补偿。

在本发明较佳实施例中，所述支护层的厚度为15-20cm；衬砌层的厚度为40-60cm。埋设在支护层内的H型钢拱架3的纵向布设间距为0.8m-1.2m。

如图3所示，固定在同一圆周面H型钢拱架上的加热棒4的布设间距为15°-20°，其外表面由金属导热材料制成，其内部为通电即发热、耐干烧、可快速发热至150℃以上的电阻丝，二者之间为导热绝缘层。

在本发明较佳实施例中，所述回填灌料孔7的孔径为15cm-20cm。

为避免施工过程可能造成的对供电电源线6的破坏，所述电源线选用铠装电源线。如图4所示，为方便供电，电源线的端头9从距离隧洞底部1/3处的衬砌层2穿出。为保持隧洞内壁平整，应在电源线端头9穿出部位开槽并填充止水材料10加以保护。

在本发明较佳实施例中，在浇筑AC-10细粒沥青混凝土材料时，本发明采用如图5所示的圆环状承插式钢模板11进行施工，H型钢拱架3和固定在其上的加热棒4按设计要求预先埋设在钢模板11内。在圆环状承插式钢模板11的顶部设有进料口111，熔融状的沥青混凝土从进料口111压入钢模板11内，沥青混凝土浇筑完毕后，养护3-5天后拆除模板，复合衬砌结构的支护层形成。

构成复合衬砌结构的衬砌层2也可以通过上述方式施工而成，其区别在于，在浇筑前，在钢模板内按设计要求预先捆绑好钢筋，然后，经进料口浇筑设计标号的水泥混凝土。

本发明的优点是：

1、充分发挥支护层在隧洞运行期的作用，使支护层和衬砌层紧密结合，成为一个联合承载和防渗的复合衬砌结构，减少传统隧洞衬砌层的厚度和材料用量。

2、充分利用支护层沥青混凝土的流动性，内修复隧洞围岩和复合衬砌结构之间的孔洞、缝隙以及复合衬砌结构自身产生的裂缝，工艺简单，质量可控，效果显著。

3、由于构成复合衬砌结构的支护层的沥青混凝土具有优秀的防水性能，使得隧洞围岩复合衬砌结构具有良好的抗渗性能。

4、由于构成支护层的沥青混凝土具有优良的变形适应性能和黏性，能够与隧洞围岩、衬砌层紧密结合，形成整体式复合衬砌结构。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种具有内修复能力的隧洞围岩复合衬砌结构，其特征在于：它由支护层、衬砌层、若干组H型钢拱架、若干支发热棒构成；

所述支护层紧贴隧洞内壁围岩，采用AC-10细粒沥青混凝土材料浇筑而成；

在所述支护层内，网格状地埋设若干组所述H型钢拱架，通过所述H型钢拱架固定若干支并联的所述发热棒，每支所述发热棒的固定方向均与隧洞轴向方向一致；在所述H型钢拱架上还架设有为所述发热棒供电的电源线；

待所述支护层形成后，在所述支护层上浇筑钢筋混凝土形成所述衬砌层；

在所述衬砌层的顶部，贯穿所述衬砌层和支护层开有若干个回填灌料孔。

2.根据权利要求1所述的具有内修复能力的隧洞围岩复合衬砌结构，其特征在于：所述支护层的厚度为15-20cm；所述衬砌层的厚度为40-60cm。

3.根据权利要求1或2所述的具有内修复能力的隧洞围岩复合衬砌结构，其特征在于：埋设在所述支护层内的所述H型钢拱架的纵向布设间距为0.8m-1.2m。

4.根据权利要求3所述的具有内修复能力的隧洞围岩复合衬砌结构，其特征在于：位于同一圆周面上的所述加热棒的布设间距为15°-20°，其外表面由金属导热材料制成，其内部为通电即发热、耐干烧、可快速发热至150℃以上的电阻丝，二者之间为导热绝缘层。

5.根据权利要求4所述的具有内修复能力的隧洞围岩复合衬砌结构，其特征在于：所述回填灌料孔的孔径为15cm-20cm。

6.根据权利要求5所述的具有内修复能力的隧洞围岩复合衬砌结构，其特征在于：所述电源线选用铠装电源线；所述电源线的端头从距离隧洞底部1/3处的所述衬砌层穿出，穿出部位开槽并填充止水材料。

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