盾構隧洞預應力復合襯砌輸水隧洞制造技術

盾構隧洞預應力復合襯砌輸水隧洞，它包括盾構施工形成的拼裝式管片環為普通鋼筋混凝土外襯(1)，同環各塊管片通過連接螺栓(2)相連，在拼裝式管片環手孔上安裝插筋(3)，在外襯(1)上直接澆筑混凝土形成內襯(5)和混凝土填入外襯手孔形成的剪力鍵(6)，內襯(5)與外襯(1)通過插筋(3)和混凝土剪力鍵(6)結合為復合襯砌結構。本發明專利技術克服了盾構隧洞采用分離式壓力管道輸水方案所具有的施工難度大，建設工期長，投資較大的缺點。解決了穿黃隧洞采用盾構法施工通過河床軟土地層所面臨的高水頭、大流量、高負荷，以及有可能因內水外滲危及隧洞安全的技術難題。節約了工程投資，有明顯的社會效益。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種采用盾構法施工的新型壓力輸水隧洞，更具體地說它是一種盾構隧洞預應力復合襯砌輸水隧洞。
技術介紹
南水北調中線一期穿黃工程為一等工程，雙線穿黃隧洞為一級建筑物，具圓形斷面，內徑7m，單洞長4. 25km，為壓力輸水的水底隧洞工程，運行期隧洞中心內水壓力大于 0. 5MPa ；采用盾構法施工穿過黃河河床軟土地層，洞頂埋深30余米，外部除作用土壓力外， 尚作用有外水壓力，算至隧洞中心約0. 37MPa。在水工結構中，壓力輸水隧洞(含管道，下同)并不少見，但多為山嶺隧洞或明管。 在軟土地層中采用盾構法施工的水底隧洞，目前國內、外大多為交通隧洞，或無壓、低壓排水隧洞，均無內水外滲影響隧洞穩定問題，可以采用拼裝式管片環作為永久襯砌；對于較高壓力輸水要求，則采取在拼裝式管片環內布置分離式輸水管道。穿黃隧洞為壓力輸水隧洞，地質條件復雜，穿過多種軟土地層，其中大部分為砂土，須嚴防內水外滲影響隧洞穩定。曾研究過在拼裝式管片環內布置分離式鋼管道方案。研究表明，由于隧洞單頭掘進4. 25km，線路長、施工空間狹窄，鋼管就位與焊接施工條件十分惡劣，大大增加施工難度，而且建設工期長，建成后運行管理條件差，投資較大，因而未被采用。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服上述現有
技術介紹
的不足之處，而提供一種盾構隧洞預應力復合襯砌輸水隧洞，它解決了穿黃隧洞面臨的技術難題。本專利技術的目的是通過如下措施來達到的盾構隧洞預應力復合襯砌輸水隧洞，其特征在于它包括盾構法施工形成的拼裝式管片環為普通鋼筋混凝土外襯，同環各塊管片通過連接螺栓相連，在拼裝式管片環手孔上安裝插筋，在外襯上直接澆筑混凝土形成內襯和混凝土剪力鍵，從而形成復合襯砌結構；內襯內有預埋的孔道，在孔道內有錨索，內襯有預留槽與孔道相通。在上述技術方案中，所述的內襯與外襯依靠插筋和內襯混凝土填入外襯手孔形成的剪力鍵組成復合襯砌。在上述技術方案中，外襯為普通鋼筋混凝土拼裝式管片環，內襯為環錨系統預應力襯砌。在上述技術方案中，在所述的外襯的內表面布置排水設施。本專利技術適用于盾構法施工穿越軟土地層的壓力輸水隧洞。本專利技術具有雙層復合襯砌，其外層襯砌是盾構掘進過程形成的拼裝式管片環，為普通鋼筋混凝土結構，內層襯砌是現澆預應力鋼筋混凝土結構。兩層襯砌采取聯合受力措施，共同工作。本專利技術的原理如下①外層襯砌一拼裝式管片環。在盾構掘進過程形成，承受外部水土壓力，給內層襯砌提供施工空間；施工期接受內層襯砌傳遞的預應力，輸水運行期分擔內水壓力。②內層襯砌——預應力鋼筋混凝土結構，形成輸水空間。通過對襯砌實施后張預應力，改善其承載和抗裂性能，是承擔內水壓力的主體結構。③聯合受力措施——聯合受力措施主要包括在管片拼裝手孔內埋置聯系內、外襯插筋，以及內襯混凝土填入外襯手孔形成的剪力鍵，使內層襯砌與外層襯砌聯合為一整體工作。不僅外部水土荷載部分可以抵消部分內水壓力，而且兩層襯砌迭合截面的承載能力以及抵御變形的剛度均大大增加， 不僅材料得以充分利用，而且可確保隧洞安全可靠。雙線穿黃隧洞為一級建筑物，具圓形斷面，內徑7m，單洞長4. 25km，考慮到工程的創新性，且投資很大，達拾幾億人民幣，為確保工程安全可靠，開展了穿黃工程穿黃隧洞襯砌1 1仿真模型試驗(模型試驗完全模擬雙線穿黃隧洞設計條件)，分兩階段進行驗證此方案的可能性。第1階段為準備性試驗，包括對三環內襯分別進行1:1仿真地面模型試驗； 第2階段為地下模型試驗研究，模型埋于地下，并人工構造與工程相同的埋深和水土條件， 而以高位水箱按設計水頭對洞內充水加壓，并進行超載試驗。試驗過程和試驗后經檢驗襯砌結構完好，試驗測取的襯砌結構應力與變形資料與數學模型計算結果規律一致，數值相近，試驗取得完全成功，主管部門組織專家評審認為 穿黃隧洞襯砌1 1仿真試驗研究按工程條件模擬，試驗規模大，地下模型仿真程度高，為國內水利行業首例；試驗目的明確，設計合理，過程控制嚴謹，分析計算方法科學且針對性強， 所獲數據資料翔實，成果可靠，說服力強，可作為設計和施工方案優化的基礎。本專利技術在穿黃隧洞襯砌1:1仿真試驗地下模型試驗(試驗費用達1千多萬元)中得到驗證。有如下明顯的工程效益和社會效益(1)、本專利技術解決了穿黃隧洞采用盾構法施工通過河床軟土地層所面臨的高水頭、 大流量、高負荷，以及有可能因內水外滲危及隧洞安全的技術難題。與前述盾構隧洞套入分離式鋼管道方案相比較，僅工程直接投資可節約1.62億元，并可縮短工期約17個月，工程效益顯著。(2)為盾構隧洞在高水頭、大流量輸水工程或有類似技術要求的大型市政工程、液化氣管道工程中應用提供了新途徑，有利于節省工程投資，推廣應用，有明顯的社會效益。附圖說明圖1是本專利技術盾構隧洞預應力復合襯砌輸水隧洞斷面示意圖。圖2是內襯環錨預應力結構布置示意圖。圖中1.外襯；2.螺栓；3.插筋；4.錨索；5.內襯；6.混凝土剪力鍵；7.孔道； 8.預留槽；9.排水設施。具體實施例方式下面結合附圖詳細說明本專利技術的實施情況，但它們并不構成對本專利技術的限定，僅作舉例而已。同時通過說明本專利技術的優點將變得更加清楚和容易理解。參閱圖1、圖2可知本專利技術盾構隧洞預應力復合襯砌輸水隧洞，它包括盾構法施工形成的拼裝式管片環為普通鋼筋混凝土外襯1，同環各塊管片通過連接螺栓2相連，在拼裝式管片環手孔上安裝插筋3，在外襯1上直接澆筑混凝土形成內襯5和混凝土剪力鍵6，從而形成復合襯砌結構；內襯5內有預埋的孔道7，在孔道7內有錨索4，內襯5有預留槽8 與孔道7相通。所述的內襯5與外襯1依靠插筋3和內襯混凝土填入外襯手孔形成的剪力鍵6組成復合襯砌。外襯1為普通鋼筋混凝土拼裝式管片環，內襯5為環錨系統預應力襯砌。在所述的外襯1的內表面布置排水設施9。本專利技術的具體實施步驟如下(1)采用盾構法施工形成拼裝式管片環1，同環各塊管片采用連接螺栓2連接；(2)在澆筑內襯混凝土前，需在管片環的手孔(包括大手孔和小手孔)內預埋插筋 3 ；(3)澆筑預應力內襯5，同時形成混凝土剪力鍵6 ；(4)在澆筑內襯5前，與鋼筋架立同時，預埋孔道7 ；(5)為錨索4采用千斤頂張拉，在內襯混凝土施工過程中，布置預留槽8 ；為使預應力均勻分布，預留槽8為按多排布列的位置；(6)采用環錨預應力系統；待內襯混凝土達到設計齡期后，將錨索4穿入孔道6內實施張拉；(7)錨索4張拉完畢，采用微膨脹混凝土封填預留槽8后，及時對孔道7進行真空灌漿；(8)在內襯1與外襯5界面布置排水設施9，用以加強對內水外滲的排放。其它工藝過程，如鋼筋制安、混凝土澆筑與養護、回填灌漿、預應力工藝等未詳細說明的部分均為現有技術。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
１．盾構隧洞預應力復合襯砌輸水隧洞，其特征在于它包括盾構法施工形成的拼裝式管片環為普通鋼筋混凝土外襯（１），同環各塊管片通過連接螺栓（２）相連，在拼裝式管片環手孔上安裝插筋（３），在外襯（１）上直接澆筑混凝土形成內襯（５）和混凝土剪力鍵（６），從而形成復合襯砌結構；內襯（５）內有預埋的孔道（７），在孔道（７）內有錨索（４），內襯（５）有預留槽（８）與孔道（７）相通。

【技術特征摘要】
1.盾構隧洞預應力復合襯砌輸水隧洞，其特征在于它包括盾構法施工形成的拼裝式管片環為普通鋼筋混凝土外襯(1)，同環各塊管片通過連接螺栓( 相連，在拼裝式管片環手孔上安裝插筋(3)，在外襯(1)上直接澆筑混凝土形成內襯( 和混凝土剪力鍵(6)，從而形成復合襯砌結構；內襯(5)內有預埋的孔道(7)，在孔道(7)內有錨索(4)，內襯( 有預留槽⑶與孔道(7)相通。2.根據權利要求1所述的盾構隧洞...

【專利技術屬性】
技術研發人員：鈕新強，謝向榮，符志遠，張傳健，廖仁強，呂國梁，
申請(專利權)人：長江勘測規劃設計研究有限責任公司，
類型：發明
國別省市：83