RU48546U1

RU48546U1 - DERIVATION TUNNEL

Info

Publication number: RU48546U1
Application number: RU2004136337/22U
Authority: RU
Inventors: А.А. Шилин; М.В. Зайцев; И.А. Золотарев
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Триада-Холдинг"
Priority date: 2004-12-15
Filing date: 2004-12-15
Publication date: 2005-10-27

Abstract

Деривационный тоннель относится к гидротехническим сооружениям, а именно к строительству и ремонту напорных тоннелей ГЭС. Деривационный тоннель включает бетонную обделку и расположенный между бетонной обделкой и зацементированной окружающей породой демпфирующий слой. Материал, образующий демпфирующий слой, расположен в полостях, образованных между бетонной обделкой и окружающей породой после выдержки обделки тоннеля под внутренним рабочим давлением в течение 1,5-2 лет. Демпфирующий слой образован путем проведения демпфирующего тампонажа с использованием тампонажного материала с модулем упругости, величина которого имеет промежуточное значение между значениями величин модуля упругости материала бетонной обделки и модуля упругости окружающей породы.The diversion tunnel refers to hydraulic structures, namely to the construction and repair of pressure tunnels of hydroelectric power stations. The derivation tunnel includes a concrete lining and a damping layer located between the concrete lining and the cemented surrounding rock. The material forming the damping layer is located in the cavities formed between the concrete lining and the surrounding rock after holding the lining of the tunnel under internal working pressure for 1.5-2 years. The damping layer is formed by damping tampon using a grouting material with an elastic modulus, the value of which has an intermediate value between the values of the elastic modulus of the concrete lining material and the elastic modulus of the surrounding rock.

Description

Полезная модель относится к гидротехническим сооружениям, а именно к строительству и ремонту напорных тоннелей ГЭС.The utility model relates to hydraulic structures, namely to the construction and repair of pressure tunnels of hydroelectric power stations.

Наиболее близким к настоящей полезной модели по своей технической сущности и достигаемому результату является деривационный напорный тоннель, включающий бетонную обделку и расположенный между бетонной обделкой и зацементированной окружающей породой демпфирующий водяной слой (см. а.с. СССР №1161640, кл. Е 02 В 9/08, опублик. 1985).The closest to the present utility model in its technical essence and the achieved result is a derivational pressure tunnel, including a concrete lining and a damping water layer located between the concrete lining and the cemented surrounding rock (see AS USSR No. 1161640, class E 02 B 9 / 08, published. 1985).

Недостатком такого напорного тоннеля является невысокая стойкость его бетонной обделки из-за постоянного воздействия воды под давлением на бетонную обделку тоннеля как с внутренней, так и с наружной ее стороны. Под воздействием этой воды происходит постепенное разрушение бетона за счет вымывания из него окиси кальция.The disadvantage of such a pressure tunnel is the low resistance of its concrete lining due to the constant action of pressurized water on the concrete lining of the tunnel from both its inside and outside. Under the influence of this water there is a gradual destruction of concrete due to leaching of calcium oxide from it.

В основу настоящей полезной модели положено решение задачи по созданию деривационного напорного тоннеля, позволяющего повысить срок службы тоннеля и снизить затраты на ремонтные работы, связанные с поддержанием в рабочем состоянии бетонной обделки тоннеля.The present utility model is based on the solution of the problem of creating a diversion pressure tunnel, which allows to increase the life of the tunnel and reduce the cost of repair work associated with maintaining the working condition of the concrete lining of the tunnel.

Актуальность поставленной задачи была подтверждена при проведении комплекса исследований по состоянию обделки и заобделочного пространства деривационного тоннеля Ирганайской ГЭС.The relevance of the task was confirmed during a complex of studies on the condition of the lining and the lining space of the derivational tunnel of the Irganayskaya HPP.

Технический результат, который может быть получен при реализации изобретения, заключается в снижении усилий, действующих на бетонную обделку тоннеля со стороны окружающей зацементированной породы, а также повышении эффективности гидроизоляции границы между зацементированной породой и бетонной обделкой.The technical result that can be obtained by implementing the invention is to reduce the forces acting on the concrete lining of the tunnel from the surrounding cemented rock, as well as to increase the efficiency of waterproofing the boundary between the cemented rock and concrete lining.

Поставленная задача решена за счет того, что в деривационном тоннеле, включающем бетонную обделку и расположенный между бетонной обделкой и зацементированной окружающей породой демпфирующий слой, материал, образующий демпфирующий слой, расположен в полостях, образованных между бетонной обделкой и окружающей породой после выдержки обделки тоннеля под внутренним рабочим давлением в течение 1,5-2 лет, при этом демпфирующий слой образован путем проведения демпфирующего тампонажа с использованием тампонажного материала с модулем упругости, величина которого имеет промежуточное значение между значениями величин модуля упругости материала бетонной обделки и модуля упругости зацементированной окружающей породы.The problem is solved due to the fact that in the derivation tunnel, including the concrete lining and located between the concrete lining and the cemented surrounding rock, the damping layer, the material forming the damping layer, is located in the cavities formed between the concrete lining and the surrounding rock after exposure of the tunnel lining under the inner working pressure for 1.5-2 years, while the damping layer is formed by conducting damping grouting using grouting material with an elastic modulus Whose value is intermediate between the values of the quantities of material modulus of elasticity of the concrete lining and the surrounding rock cemented module.

Также за счет того, что тампонажный материал демпфирующего слоя представляет собой однокомпонентный гидрофобный гидроактивный жесткий полиуретановый инъекционный состав с низкой вязкостью.Also, due to the fact that the grouting material of the damping layer is a one-component hydrophobic hydroactive hard polyurethane injection composition with a low viscosity.

Целесообразно использование в качестве тампонажного материала демпфирующего слоя однокомпонентного гидрофобного гидроактивного эластичного полиуретанового инъекционного состава с низкой вязкостью.It is advisable to use as a grouting material a damping layer of a one-component hydrophobic hydroactive elastic polyurethane injection composition with a low viscosity.

В указанную совокупность включены признаки, каждый из которых необходим, а все вместе достаточны для достижения поставленного технического результата во всех случаях использования полезной модели, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.The indicated set includes features, each of which is necessary, and all together are sufficient to achieve the set technical result in all cases of using the utility model, to which the requested amount of legal protection applies.

Деривационный напорный тоннель представляет собой полую бетонную обделку, заключенную в окружающую породу, которую как правило, цементируют раствором для исключения образования в ней щелей, трещин и других нарушений.The diversion pressure tunnel is a hollow concrete lining enclosed in the surrounding rock, which is usually cemented with mortar to prevent the formation of cracks, cracks and other irregularities in it.

Процесс сооружения напорного деривационного тоннеля начинается с проходки тоннельной выработки в породе. После проходки тоннеля и бетонирования его обделки, производят закрепление породы вокруг бетонной обделки путем нагнетания в породу цементного раствора. Нагнетание цементного раствора производится через шпуры, пробуриваемые в обделке после ее затвердения.The process of constructing a pressure derivational tunnel begins with a tunneling tunnel in the rock. After tunneling and concreting its lining, the rock is fixed around the concrete lining by forcing cement into the rock. The injection of cement mortar is carried out through the holes drilled in the lining after it hardens.

После схватывания цемента и проведения всех предварительных работ и испытаний, производится заполнение тоннеля водой под рабочим давлением. Образование демпфирующего слоя между бетонной обделкой и зацементированной породой производят после заполнения тоннеля водой под рабочим давлением, выдержки бетонной обделки под давлением воды в течении 1,5-2-х лет, сброса воды и выявления зазоров между бетонной обделкой тоннеля и зацементированной породой. Образование демпфирующего слоя осуществляют посредством проведения демпфирующего тампонажа заобделочного пространства нагнетанием демпфирующего тампонажного материала в местах выявленных полостей и зазоров.After cement setting and all preliminary works and tests, the tunnel is filled with water under working pressure. The formation of a damping layer between the concrete lining and cemented rock is carried out after filling the tunnel with water under working pressure, holding the concrete lining under water pressure for 1.5-2 years, discharging water and identifying gaps between the concrete lining of the tunnel and cemented rock. The formation of the damping layer is carried out by conducting damping plugging of the embossed space by injection of the damping grouting material in the places of the revealed cavities and gaps.

Такой порядок проведения работ обусловлен следующими причинами.This order of work is due to the following reasons.

При эксплуатации тоннеля бетонная обделка подвергается переменным нагрузкам от изменяющегося давления воды, пропускаемой по тоннелю. В значительной степени эти изменения будут зависеть от внешних условий сезонного характера. Кроме того, как показывают различные исследования (см. А.А.Шилин и др. «Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте», Тверь, 2003, с. 298) [1], величина предельной относительной усадки бетона достигает величины порядка 80% к 1,5 годам эксплуатации и During the operation of the tunnel, concrete lining is subjected to variable loads from the changing pressure of water passing through the tunnel. To a large extent, these changes will depend on external seasonal conditions. In addition, as various studies show (see A.A. Shilin et al. “Waterproofing of underground and buried structures during construction and repair”, Tver, 2003, p. 298) [1], the value of the ultimate relative shrinkage of concrete reaches an order of magnitude 80% to 1.5 years of operation and

асимптотически приближается к своему максимуму к началу третьего года эксплуатации. Иными словами в период первых двух лет эксплуатации тоннеля, бетон обделки стенок дает значительную усадку, что в свою очередь вызывает образование полостей между бетонной облицовкой тоннеля и окружающими породами.asymptotically approaches its maximum by the beginning of the third year of operation. In other words, during the first two years of operation of the tunnel, the concrete lining the walls gives significant shrinkage, which in turn causes the formation of cavities between the concrete lining of the tunnel and the surrounding rocks.

После этого первоначального периода в местах выявленных пустот и зазоров производят демпфирующий тампонаж заобделочного пространства путем нагнетания в эти места упругого тампонажного материала с модулем упругости, величина которого имеет промежуточное значение между значениями величин модуля упругости материала бетонной обделки и модуля упругости зацементированной окружающей породы.After this initial period, in places of revealed voids and gaps, damping plugging of the backfill space is made by forcing into these places an elastic cement material with an elastic modulus, the value of which has an intermediate value between the values of the elastic modulus of the concrete lining material and the elastic modulus of the cemented surrounding rock.

Такое промежуточное значение модуля упругости тампонажного материала позволяет перераспределять возникающие в процессе эксплуатации тоннеля нагрузки на бетонную обделку тоннеля, снижая их при возникновении деформации окружающих пород с высоким модулем упругости или повышая сопротивление смещению бетонной обделки в сторону окружающих более слабых пород, (см. Г.Г.Зурабов и О.Е.Бугаева «Гидротехнические туннели гидроэлектрических станций», М., Л., Государственное энергетическое издательство, 1962, с. 140-168) [2].This intermediate value of the elastic modulus of the grouting material makes it possible to redistribute the loads that arise during the operation of the tunnel on the concrete lining of the tunnel, reducing them when deformation of surrounding rocks with a high elastic modulus occurs or increasing the resistance to displacement of the concrete lining towards the surrounding weaker rocks (see G.G. . Zurabov and O.E. Bugaev “Hydrotechnical tunnels of hydroelectric stations”, M., L., State Power Publishing House, 1962, p. 140-168) [2].

Как следует из [1], процесс усадки бетона во времени может происходить различно как по величине, так и по направлению, кроме того, как следует из [2], даже одна и та же порода в зависимости от трещиноватости, направления напластования и других условий ее залегания может иметь различную величину модуля упругости. Поэтому конкретную величину модуля упругости тампонажного материала подбирают экспериментальным путем.As follows from [1], the process of concrete shrinkage in time can occur differently both in size and direction, in addition, as follows from [2], even the same rock depending on the fracturing, direction of bedding and other conditions its occurrence may have different elastic modulus values. Therefore, the specific value of the elastic modulus of the grouting material is selected experimentally.

Так, при проведении исследований конкретного тоннеля, проведенных после трехлетнего срока его эксплуатации было установлено, что в пределах верхнего полупериметра тоннеля за бетонной обделкой имеются полости небольшой глубины, но значительной So, when conducting studies of a specific tunnel, carried out after a three-year period of its operation, it was found that within the upper half-perimeter of the tunnel, there are cavities of small depth but significant

протяженности. Максимальная глубина полостей достигала 37 см, а средняя глубина полостей по всей трассе тоннеля составила 7 см. Также были обнаружены значительные по площади полости с раскрытием от 1 см.extent. The maximum depth of the cavities reached 37 cm, and the average depth of the cavities along the entire route of the tunnel was 7 cm. Significant cavities were also found with an area of 1 cm or more.

Неглубокие пустоты до 1-2 см и менее возникли в силу того, что во время эксплуатации под воздействием напора воды наружные стенки бетонной обделки тоннеля перемещаются в сторону горной породы, а после снятия давления внутри тоннеля, его стенки возвращаются в исходное состояние, т.е. обделка работает под воздействием знакопеременного поля напряжений. В том случае, если модуль упругости материала обделки меньше, чем аналогичный показатель породного массива, зазор между ними также постепенно будет возникать за счет деформации кольца обделки. Учитывая, что тампонаж пород за обделкой проводят в большинстве случаев тампонажным раствором на основе цементов, модуль упругости которого ниже соответствующего модуля упругости обделки, за ней будут возникать пустоты, образование которых вызвано различной величиной упругой деформации материала обделки и горной породы. Причем глубина пустот будет тем больше, чем больше разница между модулями упругости и обусловленные этим деформации материала обделки и горной породы.Shallow voids up to 1-2 cm and less arose due to the fact that during operation, under the influence of water pressure, the outer walls of the concrete lining of the tunnel move towards the rock, and after the pressure inside the tunnel is relieved, its walls return to their original state, i.e. . lining works under the influence of an alternating stress field. In the event that the elastic modulus of the lining material is less than that of the rock mass, the gap between them will also gradually arise due to deformation of the lining ring. Considering that the grouting of rocks behind the lining is carried out in most cases by cement-based grouting mortar, the elastic modulus of which is lower than the corresponding elastic modulus of the lining, voids will appear behind it, the formation of which is caused by different values of the elastic deformation of the lining and rock material. Moreover, the depth of the voids will be the greater, the greater the difference between the elastic moduli and the resulting deformation of the lining material and the rock.

Наличие за обделкой в своде и по стенам тоннеля полостей даже малого раскрытия, ведет к изменению расчетной схемы и условий работы обделки. Когда горное давление действует с трех сторон (лоток и бока тоннеля) происходит выгиб обделки в сторону оводовой поверхности с разрушением не только бетона, но и металлических арок. Этому процессу способствует и наличие гидростатического давления воды.The presence of even a small opening behind the lining in the vault and along the walls of the tunnel of the tunnel leads to a change in the design scheme and working conditions of the lining. When the rock pressure acts on three sides (the tray and the sides of the tunnel), the lining bends towards the gadfly surface with the destruction of not only concrete, but also metal arches. The presence of hydrostatic water pressure also contributes to this process.

Для исключения развития дальнейших деформаций свода обделки и его возможного обрушения необходимо выполнять демпфирующий тампонаж заобделочного пространства во всех местах, где наблюдаются пустоты и даже зазоры между внешней поверхностью обделки и породным массивом.To exclude the development of further deformations of the lining arch and its possible collapse, it is necessary to perform damping tamping of the lining space in all places where voids and even gaps between the outer surface of the lining and the rock mass are observed.

Очевидно, что особое внимание должно уделяться выбору материала для производства последующего тампонажа. Тампонажные материалы после отвердения должны обладать определенными свойствами, а главное быть упругими и при знакопеременных напряжениях в обделке тоннеля не должны способствовать формированию полостей между горной породой и обделкой. Таким образом, в деривационных тоннелях, после определенного времени эксплуатации необходимо выполнять демпфирующий тампонаж, который обеспечит проектные условия работы обделки.Obviously, special attention should be paid to the choice of material for the subsequent grouting. Grouting materials after hardening must have certain properties, and most importantly, be elastic and with alternating stresses in the lining of the tunnel should not contribute to the formation of cavities between the rock and lining. Thus, in derivational tunnels, after a certain operating time, it is necessary to perform damping grouting, which will ensure the design conditions for the lining.

В качестве такого материала может быть применен однокомпонентный гидрофобный гидроактивный жесткий полиуретановый инъекционный состав с низкой вязкостью «НА СUT» или однокомпонентный гидрофобный гидроактивный эластичный полиуретановый инъекционный состав с низкой вязкостью «НА FLЕХ».As such material, a one-component hydrophobic hydroactive rigid polyurethane injection composition with a low viscosity “ON CUT” or a one-component hydrophobic hydroactive hydroactive elastic polyurethane injection composition with a low viscosity “ON FLEX” can be used.

Оба состава производятся бельгийской фирмой «DЕ Nееf Сonstruction NV/SA» и в настоящее время поставляется в Россию в необходимых количествах. При использовании указанных составов имеется возможность регулировать степень расширения состава и прочность его на сжатие. Поскольку указанные свойства составов должны быть согласованы с физико-механическими характеристиками как бетона обделки, так и окружающих пород, которые в свою очередь определяются только опытным путем (см. [2], с. 163-168), конкретные составы могут быть подобраны только экспериментально.Both compounds are manufactured by the Belgian company “DE Nef Construction NV / SA" and are currently supplied to Russia in the required quantities. When using these compositions, it is possible to adjust the degree of expansion of the composition and its compressive strength. Since the indicated properties of the compositions must be consistent with the physicomechanical characteristics of both the concrete lining and the surrounding rocks, which in turn are determined only by experience (see [2], pp. 163-168), specific compositions can only be selected experimentally .

По существу сооружение напорного тоннеля может считаться полностью законченным только после проведения операции демпфирующего тампонажа.In essence, the construction of the pressure tunnel can be considered fully completed only after the operation of the damping grouting.

Claims

1. A diversion tunnel including a concrete lining and a damping layer located between the concrete lining and the cemented surrounding rock, characterized in that the material forming the damping layer is located in the cavities formed between the concrete lining and the surrounding rock after the tunnel lining has been kept under internal working pressure in 1.5-2 years, while the damping layer is formed by conducting damping cement using cement material with a modulus of elasticity, the value of which an intermediate value between the values of the modulus of elasticity of the concrete lining material and the elastic modulus of the surrounding rock.

2. Derivation tunnel according to claim 1, characterized in that the grouting material is a one-component hydrophobic hydroactive hard polyurethane injection composition with a low viscosity.

3. The derivational tunnel according to claim 1, characterized in that the grouting material is a one-component hydrophobic hydroactive elastic polyurethane injection composition with a low viscosity.