本發(fā)明屬于隧道工程,具體涉及一種可施加預(yù)應(yīng)力的管片襯砌結(jié)構(gòu)及其施工方法。
背景技術(shù):
1、隨著隧道應(yīng)用范圍推廣,運(yùn)營(yíng)高內(nèi)壓隧道的數(shù)量逐步增加。其中,壓氣儲(chǔ)能隧道作為新興的應(yīng)用場(chǎng)景,受到眾多研究及設(shè)計(jì)人員的關(guān)注。壓氣儲(chǔ)能隧道是將空氣壓縮儲(chǔ)存在隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)部,發(fā)電時(shí)將壓縮空氣釋放并轉(zhuǎn)化為電能輸出。鑒于壓氣儲(chǔ)能技術(shù)的運(yùn)行特性,隧道需承受較高的空氣內(nèi)壓,且這種空氣內(nèi)壓會(huì)隨著儲(chǔ)能與釋能周期的循環(huán)而重復(fù)變化。
2、一般地,在外部水土荷載作用下,隧道結(jié)構(gòu)呈偏心受壓狀態(tài),并廣泛采用鋼筋混凝土襯砌。對(duì)于壓氣儲(chǔ)能隧道,其運(yùn)營(yíng)條件更為復(fù)雜:在低內(nèi)壓時(shí),襯砌主要承受外部水土荷載;在高內(nèi)壓時(shí),襯砌與圍巖需共同承受水土荷載與高內(nèi)壓。針對(duì)該特殊的運(yùn)營(yíng)條件,常規(guī)的壓氣儲(chǔ)能隧道采用鋼筋砼襯砌和鋼殼內(nèi)襯,且在鋼筋砼襯砌與鋼殼之間填注瀝青等。這種襯砌結(jié)構(gòu)在常規(guī)的壓氣儲(chǔ)能隧道應(yīng)用中展現(xiàn)出良好的適應(yīng)性。然而,當(dāng)對(duì)儲(chǔ)能發(fā)電的效率與經(jīng)濟(jì)價(jià)值提出更高的要求時(shí),壓氣儲(chǔ)能的內(nèi)壓將越來越高。
3、在這種高儲(chǔ)氣壓力下,上述襯砌結(jié)構(gòu)存在以下問題:
4、1、由于現(xiàn)澆鋼筋混凝土的抗拉性能遠(yuǎn)低于抗壓性能,在高內(nèi)壓持續(xù)作用下,結(jié)構(gòu)呈受拉狀態(tài),鋼筋混凝土?xí)霈F(xiàn)大量開裂現(xiàn)象。泄壓后,開裂后的鋼筋混凝土承載能力大幅降低,不足以繼續(xù)承受外部水土荷載,如要滿足結(jié)構(gòu)功能要求,則需加大結(jié)構(gòu)配筋量,進(jìn)而導(dǎo)致工程投資增加。
5、2、上述襯砌結(jié)構(gòu)受內(nèi)壓作用發(fā)生張拉變形,變形傳遞同時(shí)引起周邊圍巖受拉,加劇圍巖的損傷。泄壓后,圍巖易拉裂塌落,襯砌結(jié)構(gòu)將承受較大的松動(dòng)圍巖壓力,不利于隧洞圍巖整體穩(wěn)定性。
6、因此,既有上述襯砌結(jié)構(gòu)無法適應(yīng)壓氣儲(chǔ)能高內(nèi)壓環(huán)境,亟需開發(fā)一種新型隧道襯砌結(jié)構(gòu),滿足壓氣儲(chǔ)能高內(nèi)壓技術(shù)需求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的是提供一種可施加預(yù)應(yīng)力的管片襯砌結(jié)構(gòu),以克服現(xiàn)有襯砌結(jié)構(gòu)在高內(nèi)壓條件下易受拉開裂,同時(shí)引起隧道周邊圍巖張拉破壞的問題。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
3、一種可施加預(yù)應(yīng)力的管片襯砌結(jié)構(gòu),包括多個(gè)沿隧道環(huán)向設(shè)置的管片,所述管片與所述隧道的圍巖之間設(shè)置有注漿層,至少部分相鄰的兩個(gè)所述管片之間設(shè)有預(yù)應(yīng)力件,對(duì)其兩側(cè)的管片產(chǎn)生環(huán)向擠壓,以使管片具有環(huán)向預(yù)應(yīng)力。
4、進(jìn)一步的,每相鄰的兩個(gè)所述管片之間均設(shè)有預(yù)應(yīng)力件。
5、進(jìn)一步的,所述管片上設(shè)有用于與所述圍巖預(yù)固定的固定組件。
6、進(jìn)一步的,所述固定組件包括傳力錨桿和端板,所述端板預(yù)埋于所述管片內(nèi),所述傳力錨桿的一端與所述端板固定連接,另一端錨固于所述圍巖內(nèi)。
7、進(jìn)一步的,多個(gè)所述傳力錨桿在所述圍巖上周向等間距布置。
8、進(jìn)一步的,所述預(yù)應(yīng)力件為楔塊,與所述楔塊相接觸的所述管片端部具有與所述楔塊側(cè)面相配合的斜面,且相鄰兩個(gè)所述斜面之間對(duì)稱間隔布置形成用于安裝所述楔塊的楔形空間,所述楔形空間的短邊一側(cè)靠近所述圍巖設(shè)置。
9、進(jìn)一步的,所述楔塊與相鄰的所述管片之間通過焊接或接縫注漿固定。
10、進(jìn)一步的,所述管片上預(yù)留有注漿孔,用于向所述管片與圍巖之間的間隙注漿,以形成注漿層。
11、進(jìn)一步的,所述管片內(nèi)預(yù)埋有用于控制其預(yù)應(yīng)力的調(diào)壓組件。
12、另外,本發(fā)明還提供了上述管片襯砌結(jié)構(gòu)的施工方法,包括如下步驟:
13、s1、對(duì)隧道的圍巖進(jìn)行鉆爆法開挖,形成圓形開挖斷面;
14、s2、拼裝管片,將管片環(huán)向間隔初步固定在圍巖上;
15、s3、向管片與圍巖之間的間隙注漿,形成注漿層,以連接固定管片與圍巖;
16、s4、在相鄰的兩個(gè)管片之間安裝預(yù)應(yīng)力件,并對(duì)其兩側(cè)的管片產(chǎn)生環(huán)向擠壓,以使兩側(cè)管片具有環(huán)向預(yù)應(yīng)力。
17、與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的有益效果:
18、(1)本發(fā)明提供的這種可施加預(yù)應(yīng)力的管片襯砌結(jié)構(gòu)通過在相鄰管片之間設(shè)置預(yù)應(yīng)力件對(duì)管片施加預(yù)應(yīng)力的方式,實(shí)現(xiàn)了抵消部分由隧洞內(nèi)壓所引起的管片受拉的效果,提高了管片襯砌結(jié)構(gòu)的抗拉能力,從而避免了現(xiàn)有襯砌結(jié)構(gòu)由自身鋼筋混凝土直接受拉繼而導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)迅速開裂、承載能力不足的問題。
19、(2)本發(fā)明提供的這種可施加預(yù)應(yīng)力的管片襯砌結(jié)構(gòu)可適用于高內(nèi)壓環(huán)境,與常規(guī)用于高內(nèi)壓環(huán)境的混凝土管片相比,減少了圍巖損傷和管片配筋量,在保障結(jié)構(gòu)承載安全的基礎(chǔ)上具有良好的經(jīng)濟(jì)性。
20、以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
1.一種可施加預(yù)應(yīng)力的管片襯砌結(jié)構(gòu),其特征在于:包括多個(gè)沿隧道環(huán)向設(shè)置的管片,所述管片與所述隧道的圍巖之間設(shè)置有注漿層,至少部分相鄰的兩個(gè)所述管片之間設(shè)有預(yù)應(yīng)力件,對(duì)其兩側(cè)的管片產(chǎn)生環(huán)向擠壓,以使管片具有環(huán)向預(yù)應(yīng)力。
2.如權(quán)利要求1所述的可施加預(yù)應(yīng)力的管片襯砌結(jié)構(gòu),其特征在于:每相鄰的兩個(gè)所述管片之間均設(shè)有預(yù)應(yīng)力件。
3.如權(quán)利要求1或2所述的可施加預(yù)應(yīng)力的管片襯砌結(jié)構(gòu),其特征在于:所述管片上設(shè)有用于與所述圍巖預(yù)固定的固定組件。
4.如權(quán)利要求3所述的可施加預(yù)應(yīng)力的管片襯砌結(jié)構(gòu),其特征在于:所述固定組件包括傳力錨桿和端板,所述端板預(yù)埋于所述管片內(nèi),所述傳力錨桿的一端與所述端板固定連接,另一端錨固于所述圍巖內(nèi)。
5.如權(quán)利要求4所述的可施加預(yù)應(yīng)力的管片襯砌結(jié)構(gòu),其特征在于:多個(gè)所述傳力錨桿在所述圍巖上周向等間距布置。
6.如權(quán)利要求1或2所述的可施加預(yù)應(yīng)力的管片襯砌結(jié)構(gòu),其特征在于:所述預(yù)應(yīng)力件為楔塊,與所述楔塊相接觸的所述管片端部具有與所述楔塊側(cè)面相配合的斜面,且相鄰兩個(gè)所述斜面之間對(duì)稱間隔布置形成用于安裝所述楔塊的楔形空間,所述楔形空間的短邊一側(cè)靠近所述圍巖設(shè)置。
7.如權(quán)利要求6所述的可施加預(yù)應(yīng)力的管片襯砌結(jié)構(gòu),其特征在于:所述楔塊與相鄰的所述管片之間通過焊接或接縫注漿固定。
8.如權(quán)利要求1或2所述的可施加預(yù)應(yīng)力的管片襯砌結(jié)構(gòu),其特征在于:所述管片上預(yù)留有注漿孔,用于向所述管片與圍巖之間的間隙注漿,以形成注漿層。
9.如權(quán)利要求1或2所述的可施加預(yù)應(yīng)力的管片襯砌結(jié)構(gòu),其特征在于:所述管片內(nèi)預(yù)埋有用于控制其預(yù)應(yīng)力的調(diào)壓組件。
10.如權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的管片襯砌結(jié)構(gòu)的施工方法,其特征在于,包括如下步驟: