JP7066810B1 - 複雑な環境におけるトンネルの適応ライニング構造およびその施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な環境におけるトンネルの適応ライニング構造およびその施工方法を提供する。【解決手段】複雑な環境におけるトンネルの適応ライニング構造であって、ライニング２、圧力調節層、接続筒４を含み、圧力調節層は、ライニング２とウォールロック１との間に設置され、接続筒４は、トンネル内に設置され且つライニング２の頂部を貫通する。【効果】構造がシンプルで、設計が合理的で、効率的な施工に便利で、トンネル内の高い内部水圧と高い外部水圧によって引き起こされるライニングの亀裂などのエンジニアリングの問題に対処でき、さまざまな時期にわたってもトンネルライニングの安全性を保証でき、現在の水利プロジェクトトンネルライニング構造を充実させるだけでなく、水利プロジェクト高圧トンネルライニングの設計が難しいという問題を効果的に解決すると同時に、重要な応用価値と幅広い応用性を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、トンネル施工の技術分野、特に、複雑な環境におけるトンネルの適応ライニング構造およびその施工方法に関する。

水利プロジェクトトンネルは、従来の水力発電所、ポンプ式貯蔵発電所、長距離送水プロジェクトの重要な部分で、そのライニング構造の設計が合理的であるかどうかは、プロジェクト全体の成功または失敗に関係する。水力発電所、特にポンプ式貯蔵発電所は、発電に必要な水頭を達成するために、水供給トンネルは一般に比較的高い内部水圧を持って、たとえば、中国で建設中の陽江ポンプ式貯蔵発電所の分水トンネルの最大内部水頭は８００ｍである。同時に、これらのプロジェクトは、埋没深度が大きい地層に位置し、埋蔵環境内の高い外部水圧にも直面し、たとえば、中国の錦屏二次水力発電所の水路トンネルの約５ｋｍの洞窟が遮断された後、複数年の最大平均地下水圧は測定によれば１０．２２ＭＰａに達し、天生橋二次水力発電所の分水トンネルは、測定によれば外部水圧が３～４ＭＰａである。同時に、長距離で深く埋もれた水路トンネルが経過する地層には、一般に、避けられない弱い地層、局所的な断層、および高地温のトンネルセクションがある。プロジェクトの長期運転に伴い、岩盤内の地下水位が蓄積し、水頭が上昇し、これらのプロジェクトは、運転期間と水全部排出後のメンテナンス期間中に、必ず高い内部水圧、高い外部水圧、さらには高い内部水圧と外部水圧の交互作用に直面し、ライニングの構造上の安全性の合理的な設計に大きな挑戦を受けた。また、長期運転期間にウォールロックのクリープ変形やの断層転位変形などによる荷重は、ライニングの安全性を著しく脅かす。長期間の運転期間中、高地温のウォールロックが、伝導によりライニングが内外の温度差を引き起こして、よって温度差応力も引き起こしやすく、ライニングにひび割れや損傷を与え、ライニングの本来の機能を失う。

現在、水利プロジェクトトンネルライニングの主な種類は、強化コンクリートライニング、スチールライニング、プレストレストライニングなどである。これらの構造タイプは、単純な高い内部水圧または高い外部水圧の運転環境を処理できるが、運転期間と水全部放出期間との移行段階では、高い内部水圧と外部水圧の交互の影響を処理する場合、克服できない問題がまだ多くある。同時に、ウォールロックの長期的なクリープ変形荷重と高地温ウォールロックの温度荷重への考慮が不十分であるため、弱い地層と高地温ウォールロックによって引き起こされるライニングへの安全上の脅威に対処することができない。

上記の技術的問題を解決するために、本発明は、複雑な環境におけるトンネル適応ライニング構造およびその施工方法を提供し、高い内部水圧、高い外部水圧、高い地盤応力の場合のウォールロックの大きな収束変形および高地温環境下でのコンクリートライニング構造の安全性の問題を解決し、ライニングを、内外に圧力をかけた状態に保ち、その高い圧縮強度という利点を発揮し、内壁と外壁に不均一な力を受けることによるライニング内部の引張応力によるコンクリートのひび割れなどの問題を回避する。

上記の目的を達成するために、本発明は以下の解決手段を提供する。
本発明は、複雑な環境におけるトンネルの適応ライニング構造およびその施工方法を提供し、ライニング、圧力調節層、接続筒を含み、前記圧力調節層は、前記ライニングとウォールロックとの間に設置され、前記接続筒は、トンネル内に設置され且つ前記ライニングの頂部を貫通する。

任意選択的に、前記圧力調節層は、複数の圧力調節チャンバーを含み、隣接する前記圧力調節チャンバーは、圧力調節チャンバー接続パイプによって接続され、前記圧力調節チャンバーの外側はウォールロックと接触しており、前記圧力調節チャンバーの内側は前記ライニングの外壁に接続されている。

任意選択的に、前記圧力調節チャンバーは、柔軟な高圧耐性材料で作られている。

任意選択的に、前記接続筒は、内部の水接続パイプを介して前記圧力調節層に連通する。

任意選択的に、前記接続筒内には逆止弁が２つあり、逆止弁前記２つの逆止弁は反対方向に設置され、前記２つの逆止弁の上端は第１分岐パイプを介して連通し、前記第１分岐パイプは前記内部水接続パイプと連通する。

任意選択的に、前記接続筒の頂部に集水口が設けられており、前記集水口はウォールロックに連通する。

任意選択的に、前記接続筒内には逆止弁が設置され、前記逆止弁は、前記ライニングの内側とウォールロックを接続するために使用される。

本発明はさらに、複雑な環境におけるトンネルの適応ライニング構造およびその施工方法を開示し、それは、
トンネルのサイズに応じて、複数の圧力調節チャンバーで構成される圧力調節層がウォールロックの内面を覆うように、対応するサイズの圧力調節チャンバーを作成するステップ１と、
圧力調節チャンバーを、トンネルのウォールロックに固定して圧力調節チャンバー接続パイプで相互に接続するステップ２と、
上部の２つの圧力調節チャンバーの間に接続筒を取り付けて固定するステップ３と、
上記ステップ２及びステップ３を繰返し、長さの要件に応じて、マルチターン圧力調節チャンバーを取り付けるステップ４と、
逆止弁の圧力値を調整して取り付けるステップ５と、
ライニングを築き、工事を完了するステップ６と、を含む。

従来技術と比較して、本発明は以下の技術的効果を達成した。
本発明の複雑な環境におけるトンネルの適応ライニング構造およびその施工方法は、構造がシンプルで、設計が合理的で、効率的な施工に便利で、トンネル内の高い内部水圧と高い外部水圧によって引き起こされるライニングの亀裂などのエンジニアリングの問題に対処でき、さまざまな時期にわたってもトンネルライニングの安全性を保証でき、現在の水利プロジェクトトンネルライニング構造を充実させるだけでなく、水利プロジェクト高圧トンネルライニングの設計が難しいという問題を効果的に解決すると同時に、重要な応用価値と幅広い応用性を備えている。

本発明の実施例または従来技術における技術的解決手段をより明確に説明するために、以下に、実施例で使用する必要のある図面を簡単に紹介し、明らかに、以下の説明の図面は、本発明のいくつかの実施例にすぎず、当業者にとって、他の図面は、創造的な作業なしに、これらの図面に基づいて得ることができる。

本発明のライニング構造の全体断面図である。 本発明における圧力調節チャンバーの配置の模式図である。 本発明におけるウォールロックに沿ったライニング構造の配置の模式図である。 本発明における圧力調節チャンバーの構造の模式図である。 本発明における圧力調節チャンバーの接続構造の模式図である。 本発明における圧力調節チャンバーの全体的な接続の模式図である。 本発明における接続筒の模式図である。 本発明における接続筒の外部の詳細図である。 本発明における接続筒の内部の詳細図である。 本発明における逆止弁の接続の模式図である。

ここで、１－ウォールロック、２－ライニング、３－圧力調節チャンバー、３０１－圧力調節チャンバー接続パイプ、４－接続筒、４０１－集水口、４０２－内部の水接続パイプ、４０３－接続筒取付け板、５－逆止弁。

本発明の実施例における技術的解決手段を、本発明の実施例における図面と併せて、以下に明確かつ完全に説明し、明らかに、記載された実施例は、すべての実施例ではなく、本発明の実施例の一部にすぎない。本発明の実施例に基づいて、創造的な作業なしに当業者によって得られる他のすべての実施例は、本発明の保護範囲に含まれるものとする。

実施例１：
図１から１０に示されるように、この実施例は、ライニング２、圧力調節層、および接続パイプ４を含む、複雑な環境におけるトンネルのための適応ライニング構造を提供した。前記圧力調節層は、前記ライニング２とウォールロック１との間に設置され、前記接続筒４は、トンネル内に設置され且つ前記ライニング２の頂部を貫通した。

この実施例では、前記圧力調節層は、ブチルゴム、ＥＰＤＭゴム、ポリエーテルゴム、ナイロン、ＡＢＳなどの柔軟な高圧耐性材料でできている複数の圧力調節チャンバー３を含み、水がトンネルに入って水圧が上昇するにつれて、変形してウォールロック１の内壁とライニング２の外壁に水圧を協調的に伝達することができた。

隣接する前記圧力調節チャンバー３の間には、圧力調節チャンバー接続パイプ３０１によって接続されて、環状の圧力調節層を形成し、前記圧力調節チャンバー３の外側はウォールロック１と接触しており、前記圧力調節チャンバー３の内側は前記ライニング２の外壁に接続された。敷設する場合、長さに応じて対応する数の圧力調節チャンバー３を敷設することができ、異なるサイズのトンネルに適合し、ライニング２の外面をできるだけ覆った。

前記接続筒４は、内部の水接続パイプ４０２を介して前記圧力調節層に連通した。

前記接続筒４内には逆止弁５が２つあり、前記２つの逆止弁は反対方向に配置され、前記２つの逆止弁５の上端は第１分岐パイプを介して連通し、前記第１分岐パイプは前記内部水接続パイプ４０２と連通した。２つの逆止弁５の設定圧力は個別に調整できる。トンネル内の水圧と圧力調節チャンバー３内の水圧との差が逆止弁５の設定値よりも大きい場合、トンネル内の水または圧力調節チャンバー３内の水は、逆止弁５を通過して低圧端に流れ、このようにして、トンネル内の水圧と圧力調節チャンバー３内の水圧が一定の圧力差範囲内に維持され、ライニング２の内壁と外壁との間の大きな圧力差によるライニング２の損傷が回避され、正および負の２つの逆止弁５は、トンネル内の水と接続されて、よってライニング２の内壁および外壁の水圧のバランスをとった。

トンネル内の水圧と圧力調節チャンバー３内の水圧との差が逆止弁５の設定値よりも大きい場合、トンネル内の水または圧力調節チャンバー３内の水は、逆止弁５を通過して低圧端に流れ、このようにして、トンネル内の水圧と圧力調節チャンバー３内の水圧と圧力調節チャンバー３内の水圧が一定の圧力差範囲内に維持され、ライニング２の内壁と外壁との間の大きな圧力差によるライニング２の損傷が回避された。

実施例２
この実施例は、実施例１に基づく改良された実施例である。

図８および９に示すように、この実施例では、集水口４０１は、前記接続筒４の上部に設けられ、前記集水口４０１は、ウォールロック１に連通した。集水口４０１にはグリッドプレートが設けられた。前記接続筒４内には逆止弁５が設置され、前記逆止弁５は、前記ライニング２の内部とウォールロック１を接続するために使用された。ライニング２の外側の地下水圧とトンネル内の水圧との差が逆止弁５の圧力設定値よりも大きい場合、地下水は逆止弁５を通過してトンネル内に流れ込み、それによってライニング２の外面に作用する水圧を低下させた。

実施例３
この実施例は、実施例１に基づく改良された実施例である。

この実施例では、接続筒４には、接続筒取り付け板４０３が付いて、接続筒取り付け板４０３の片側は内部の水接続パイプ４０２に接続され、他端はそれぞれ複数の逆止弁５に接続されて、逆止弁５の設置および更新を容易にした。

実施例４：
この実施例は、複雑な環境におけるトンネルの適応ライニング構造の施工方法を開示し、それは、
トンネルのサイズに応じて、複数の圧力調節チャンバー３で構成される圧力調節層がウォールロック１の内面を覆うように、対応するサイズの圧力調節チャンバー３を作成したステップ１と、
圧力調節チャンバー３を、トンネルのウォールロック１に固定して圧力調節チャンバー接続パイプ３０１で相互に接続したステップ２と、
上部の２つの圧力調節チャンバー３の間に接続筒４を取り付けて固定したステップ３と、
上記ステップ２及びステップ３を繰返し、長さの要件に応じて、マルチターン圧力調節チャンバー３を取り付けたステップ４と、
逆止弁５の圧力値を調整して取り付けたステップ５と、
ライニング２を築き、工事を完了したステップ６と、を含む。

当業者にとって、本発明が上記の例示的な実施例の詳細に限定されず、本発明の精神または基本的特徴から逸脱することなく他の特定の形態で実施できることは明らかであることに留意されたい。したがって、どの観点からであっても、実施例は例示的かつ非限定的であると見なされるべきであり、本発明の範囲は、上記の説明ではなく、添付の請求項によって定義され、したがって、請求項の同等の要素の意味および範囲内のすべての変更が本発明に含まれることが意図され、請求項内の参照符号は、関連する請求項を制限するものと見なされるべきではない。

本明細書では、特定の例を使用して、本発明の原理および実施形態を説明したが、上記の実施例の説明は、本発明の方法およびコアアイデアを理解するのを助けるためにのみ使用される。同時に、当業者にとって、本発明のアイデアによれば、発明を実施するための形態および適用範囲に変更がある。要約すると、本明細書の内容は、本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (6)

1. 複雑な環境におけるトンネルの適応ライニング構造であって、ライニング、圧力調節層、接続筒を含み、前記圧力調節層は、前記ライニングとウォールロックとの間に設置され、前記接続筒は、トンネル内に設置され且つ前記ライニングの頂部を貫通し、前記接続筒は、内部の水接続パイプを介して前記圧力調節層に連通し、前記接続筒内には逆止弁が２つあり、前記２つの逆止弁は反対方向に配置され、前記２つの逆止弁の上端は第１分岐パイプを介して連通し、前記第１分岐パイプは前記内部の水接続パイプと連通することを特徴とする、ライニング構造。
2. 前記圧力調節層は、複数の圧力調節チャンバーを含み、隣接する前記圧力調節チャンバーは、圧力調節チャンバー接続パイプによって接続され、前記圧力調節チャンバーの外側はウォールロックと接触しており、前記圧力調節チャンバーの内側は前記ライニングの外壁に接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の複雑な環境におけるトンネルの適応ライニング構造。
3. 前記圧力調節チャンバーは、柔軟な高圧耐性材料で作られていることを特徴とする、請求項２に記載の複雑な環境におけるトンネルの適応ライニング構造。
4. 前記接続筒の頂部に集水口が設けられており、前記集水口はウォールロックに連通することを特徴とする、請求項１に記載の複雑な環境におけるトンネルの適応ライニング構造。
5. 前記接続筒内には逆止弁が設置され、前記逆止弁は、前記ライニングの内側とウォールロックを接続するために使用されることを特徴とする、請求項１に記載の複雑な環境におけるトンネルの適応ライニング構造。
6. 請求項１～５のいずれか一項に記載の複雑な環境におけるトンネルの適応ライニング構造の施工方法であって、
   トンネルのサイズに応じて、複数の圧力調節チャンバーで構成される圧力調節層がウォールロックの内面を覆うように、対応するサイズの圧力調節チャンバーを作成するステップ１と、
   圧力調節チャンバーを、トンネルのウォールロックに固定して圧力調節チャンバー接続パイプで相互に接続するステップ２と、
   上部の２つの圧力調節チャンバーの間に接続筒を取り付けて固定するステップ３と、
   上記ステップ２及びステップ３を繰返し、長さの要件に応じて、マルチターン圧力調節チャンバーを取り付けるステップ４と、
   逆止弁の圧力値を調整して取り付けるステップ５と、
   ライニングを築き、工事を完了するステップ６と、を含むことを特徴とする施工方法。
   

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