一种水工输水隧洞复合衬砌结构及施工方法与流程

1.本发明涉及隧洞施工技术领域，具体涉及一种水工输水隧洞复合衬砌结构及施工方法。

背景技术：

2.抽水蓄能电站利用电力负荷低谷时的电能抽水至上水库，在电力负荷高峰期再放水至下水库发电的水电站。又称蓄能式水电站。它可将电网负荷低时的多余电能，转变为电网高峰时期的高价值电能。
3.为实现碳中和碳达峰目标，需构建以抽水蓄能电站为代表的系列新能源为主体的新型电力系统。输水隧洞作为抽水蓄能电站的关键结构，是抽水蓄能电站建设的重点工作。
4.传统输水隧洞开挖及衬砌形成，通过是先通过tbm开挖或者natm开挖形成围岩，再在围岩面喷射混凝土；然后再进行内衬制作，内衬包括两种：钢衬和混凝土衬砌，对于钢衬而言，首先安装钢衬，再回填混凝土，最后进行灌浆；对于混凝土衬砌而言，首先浇筑或安装混凝土管片，再进行灌浆即可；内衬制作完成后，进行防渗膜或者防水板安装；最后再灌注弹性浆液。
5.现有的输水岩石隧洞开挖工法中，通过是先开挖形成围岩，再在围岩面喷涂混凝土形成喷混凝土层，然后再形成内衬层(钢衬或者混凝土衬砌)，这种开挖工法所形成的输水隧洞存在在内外水压作用下失稳或者开裂的风险，因此，亟需一种能够缓冲山体水对内衬砌的压力，避免内衬砌断面开裂的水工输水隧洞复合衬砌结构及施工方法。

技术实现要素：

6.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中现有的输水岩石隧洞开挖工法所形成的输水隧洞存在在内外水压作用下失稳或者开裂的风险的缺陷，从而提供一种能够缓冲山体水对内衬砌的压力，防止内衬砌断面开裂，避免产生内衬渗漏的水工输水隧洞复合衬砌结构及施工方法。
7.为解决上述技术问题，本发明提供的水工输水隧洞复合衬砌结构，包括：
8.围岩，其内壁表面通过喷射混凝土形成喷混面；
9.防渗层，与所述围岩间隔设置，且所述防渗层与所述喷混面之间形成第一间隙；
10.内衬砌，设置于所述防渗层远离所述围岩的一侧；
11.弹性浆液层，设置于所第一间隙内，所述弹性浆液层与所述防渗层和所述围岩共同形成一体的弹性外衬砌结构；在工作状态下，所述弹性外衬砌结构适于缓冲山体水对内衬砌的压力。
12.可选的，所述弹性浆液层由弹性浆液凝结固化而成，所述弹性浆液包括高聚物砂浆、环氧砂浆和聚脲砂浆中的至少其中一种。
13.可选的，所述内衬砌为钢衬砌或混凝土衬砌。
14.可选的，当所述内衬砌为钢衬砌时，所述内衬砌与所述防渗层之间形成第二间隙，
所述第二间隙内通过充填混凝土形成混凝土层。
15.可选的，当所述内衬砌为混凝土衬砌时，所述内衬砌与所述防渗层之间通过灌浆填充；所述内衬砌的内表面设置有内衬防渗膜。
16.可选的，所述防渗层包括防渗板和/或外衬防渗膜，所述防渗板和/或外衬防渗膜适于与保护混凝土共同固化形成一体的所述防渗层。
17.本发明提供的水工输水隧洞复合衬砌结构的施工方法，包括如下步骤：
18.s1、开挖形成围岩，并在围岩洞壁的裂隙部位和渗水部位进行灌浆填充和/或在围岩的内壁表面喷射混凝土，以使所述围岩的内壁表面形成喷混面；
19.s2、支设形成防渗层，使得所述防渗层与所述围岩间隔设置，并使得所述防渗层与喷混面之间形成第一间隙；
20.s3、在第一间隙冲填弹性浆液以形成弹性浆液层，并使得所述弹性浆液层与所述防渗层和所述围岩共同形成一体的弹性外衬砌结构；
21.s4、支设内衬砌。
22.可选的，步骤s4中，当所述内衬砌为钢衬砌时，在支设内衬砌过程中使得所述内衬砌与所述防渗层之间形成第二间隙，并且在所述第二间隙回填混凝土并形成混凝土层。
23.可选的，步骤s4中，当所述内衬砌为混凝土衬砌时，在完成内衬砌支设后，在所述内衬砌与所述防渗层之间进行灌浆填充，并在所述内衬砌的内表面设置内衬防渗膜。
24.可选的，步骤s2中，在支设形成防渗层前，对所述防渗层进行预制，通过将防渗板和/或外衬防渗膜与保护混凝土共同固化形成一体的所述防渗层。
25.本发明技术方案，具有如下优点：
26.1.本发明提供的水工输水隧洞复合衬砌结构，所述围岩的内壁表面通过喷射混凝土形成喷混面；所述防渗层与所述围岩间隔设置，且所述防渗层与所述喷混面之间形成第一间隙；所述内衬砌设置于所述防渗层远离所述围岩的一侧；通过在所述第一间隙内设置弹性浆液层，从而对所述防渗层形成保护，避免所述防渗层开裂产生渗漏，通过将所述弹性浆液层与所述防渗层和所述围岩共同形成一体的弹性外衬砌结构，从而缓冲山体水对内衬砌的压力，避免了内衬砌断面开裂。
27.2.本发明提供的水工输水隧洞复合衬砌结构，当所述内衬砌为钢衬砌时，通过在所述内衬砌与所述防渗层之间设置第二间隙，并向所述第二间隙内通过充填混凝土形成混凝土层，待形成混凝土层后，再进行灌浆填充，从而消除存在的间隙，避免因存在间隙而产生渗水，保证结构的整体安全。
28.3.本发明提供的水工输水隧洞复合衬砌结构，当所述内衬砌为混凝土衬砌时，所述内衬砌与所述防渗层之间通过灌浆填充，从而消除存在的间隙，避免因存在间隙而产生渗水；所述内衬砌的内表面设置有内衬防渗膜，有利于提高所述内衬砌的性能，避免内衬混凝土在更高的内水压作用下开裂。
29.4.本发明提供的水工输水隧洞复合衬砌结构，所述防渗板和/或外衬防渗膜适于与保护混凝土共同固化形成一体的所述防渗层，有利于在施工过程中对防渗层进行支设，便于在施工过程中使得所述防渗层与所述喷混面之间形成第一间隙，以便于在所述第一间隙内设置弹性浆液层，从而缓冲山体水对内衬砌的压力，避免了内衬砌断面开裂。
30.5.本发明提供的水工输水隧洞复合衬砌结构的施工方法，首先开挖形成围岩，并
在围岩洞壁的裂隙部位和渗水部位进行灌浆填充和/或在围岩的内壁表面喷射混凝土，以使所述围岩的内壁表面形成喷混面，避免产生渗漏；再支设形成防渗层，使得所述防渗层与所述围岩间隔设置，并使得所述防渗层与喷混面之间形成第一间隙，在第一间隙冲填弹性浆液以形成弹性浆液层，并使得所述弹性浆液层与所述防渗层和所述围岩共同形成一体的弹性外衬砌结构，然后再支设内衬砌，有利于缓冲山体水对内衬砌的压力，通过对山体水进行卸力，从而保护内衬安全。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1为本发明水工输水隧洞复合衬砌结构的横断面结构示意图；
33.图2为本发明水工输水隧洞复合衬砌结构隐藏弹性浆液层和混凝土层后的横断面结构示意图；
34.图3为图1中的局部放大图；
35.图4为图2中的局部放大图。
36.附图标记说明：
37.10、围岩；101、喷混面；
38.20、防渗层；21、防渗板；22、外衬防渗膜；
39.30、第一间隙；31、弹性浆液层；
40.40、弹性外衬砌结构；
41.50、内衬砌；51、内衬防渗膜；
42.60、第二间隙；61、混凝土层。
具体实施方式
43.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
44.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
45.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
46.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
47.实施例一
48.结合图1-图4所示，本实施例所提供的水工输水隧洞复合衬砌结构，包括：
49.围岩10，其内壁表面通过喷射混凝土形成喷混面101；
50.防渗层20，与所述围岩10间隔设置，且所述防渗层20与所述喷混面101之间形成第一间隙30；
51.内衬砌50，设置于所述防渗层20远离所述围岩10的一侧；
52.弹性浆液层31，设置于所第一间隙30内，所述弹性浆液层31与所述防渗层20和所述围岩10共同形成一体的弹性外衬砌结构40；在工作状态下，所述弹性外衬砌结构40适于缓冲山体水对内衬砌50的压力。
53.需要说明的是，当内衬砌50为钢衬时，在内水放空的时候因外山体水作用产生屈曲失稳；当内衬砌50为混凝土衬砌时，在高内水时，容易开裂产生渗漏，影响结构安全，通过设置所述弹性浆液层31，使得所述弹性浆液层31与所述防渗层20和所述围岩10共同形成一体的弹性外衬砌结构40，以缓冲山体水对内衬砌50的压力，通过对山体水进行卸力，从而保护内衬安全。
54.本实施例中，所述围岩10的内壁表面通过喷射混凝土形成喷混面101；所述防渗层20与所述围岩10间隔设置，且所述防渗层20与所述喷混面101之间形成第一间隙30；所述内衬砌50设置于所述防渗层20远离所述围岩10的一侧；通过在所述第一间隙30内设置弹性浆液层31，从而对所述防渗层20形成保护，避免所述防渗层20开裂产生渗漏，通过将所述弹性浆液层31与所述防渗层20和所述围岩10共同形成一体的弹性外衬砌结构40，从而缓冲山体水对内衬砌50的压力，避免了内衬砌50断面开裂。
55.具体地，所述弹性浆液层31由弹性浆液凝结固化而成，所述弹性浆液包括高聚物砂浆、环氧砂浆和聚脲砂浆中的至少其中一种。
56.具体地，所述内衬砌50为钢衬砌或混凝土衬砌。
57.具体地，当所述内衬砌50为钢衬砌时，所述内衬砌50与所述防渗层20之间形成第二间隙60，所述第二间隙60内通过充填混凝土形成混凝土层61。
58.本实施例中，当所述内衬砌50为钢衬砌时，通过在所述内衬砌50与所述防渗层20之间设置第二间隙60，并向所述第二间隙60内通过充填混凝土形成混凝土层61，待形成混凝土层61后，再进行灌浆填充，从而消除存在的间隙，避免因存在间隙而产生渗水，保证结构的整体安全。
59.具体地，当所述内衬砌50为混凝土衬砌时，所述内衬砌50与所述防渗层20之间通过灌浆填充；所述内衬砌50的内表面设置有内衬防渗膜51。
60.本实施例中，当所述内衬砌50为混凝土衬砌时，所述内衬砌50与所述防渗层20之间通过灌浆填充，从而消除存在的间隙，避免因存在间隙而产生渗水；所述内衬砌50的内表面设置有内衬防渗膜51，有利于提高所述内衬砌50的性能，避免内衬混凝土在更高的内水压作用下开裂。
61.可选的，所述混凝土衬砌为浇筑混凝土或混凝土管片。
62.可选的，所述内衬防渗膜51为高性能防渗膜。
63.具体地，所述防渗层20包括防渗板21和/或外衬防渗膜22，所述防渗板21和/或外衬防渗膜22适于与保护混凝土共同固化形成一体的所述防渗层20。
64.本实施例中，所述防渗板21和/或外衬防渗膜22适于与保护混凝土共同固化形成一体的所述防渗层20，有利于在施工过程中对防渗层20进行支设，便于在施工过程中使得所述防渗层20与所述喷混面101之间形成第一间隙30，以便于在所述第一间隙30内设置弹性浆液层31，从而缓冲山体水对内衬砌50的压力，避免了内衬砌50断面开裂。
65.实施例二
66.本实施例所提供的水工输水隧洞复合衬砌结构的施工方法，包括如下步骤：
67.s1、开挖形成围岩10，并在围岩10洞壁的裂隙部位和渗水部位进行灌浆填充和/或在围岩10的内壁表面喷射混凝土，以使所述围岩10的内壁表面形成喷混面101；
68.s2、支设形成防渗层20，使得所述防渗层20与所述围岩10间隔设置，并使得所述防渗层20与喷混面101之间形成第一间隙30；
69.s3、在第一间隙30冲填弹性浆液以形成弹性浆液层31，并使得所述弹性浆液层31与所述防渗层20和所述围岩10共同形成一体的弹性外衬砌结构40；
70.s4、支设内衬砌50。
71.以下对步骤s1-s4进行统一说明：
72.首先开挖形成围岩10，并在围岩10洞壁的裂隙部位和渗水部位进行灌浆填充和/或在围岩10的内壁表面喷射混凝土，以使所述围岩10的内壁表面形成喷混面101，避免产生渗漏；再支设形成防渗层20，使得所述防渗层20与所述围岩10间隔设置，并使得所述防渗层20与喷混面101之间形成第一间隙30，在第一间隙30冲填弹性浆液以形成弹性浆液层31，并使得所述弹性浆液层31与所述防渗层20和所述围岩10共同形成一体的弹性外衬砌结构40，然后再支设内衬砌50，有利于缓冲山体水对内衬砌50的压力，通过对山体水进行卸力，从而保护内衬安全。
73.具体地，步骤s4中，当所述内衬砌50为钢衬砌时，在支设内衬砌50过程中使得所述内衬砌50与所述防渗层20之间形成第二间隙60，并且在所述第二间隙60回填混凝土并形成混凝土层61。
74.具体地，步骤s4中，当所述内衬砌50为混凝土衬砌时，在完成内衬砌50支设后，在所述内衬砌50与所述防渗层20之间进行灌浆填充，并在所述内衬砌50的内表面设置内衬防渗膜51。
75.具体地，步骤s2中，在支设形成防渗层20前，对所述防渗层20进行预制，通过将防渗板21和/或外衬防渗膜22与保护混凝土共同固化形成一体的所述防渗层20。
76.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

技术特征：

1.一种水工输水隧洞复合衬砌结构，其特征在于，包括：围岩(10)，其内壁表面通过喷射混凝土形成喷混面(101)；防渗层(20)，与所述围岩(10)间隔设置，且所述防渗层(20)与所述喷混面(101)之间形成第一间隙(30)；内衬砌(50)，设置于所述防渗层(20)远离所述围岩(10)的一侧；弹性浆液层(31)，设置于所第一间隙(30)内，所述弹性浆液层(31)与所述防渗层(20)和所述围岩(10)共同形成一体的弹性外衬砌结构(40)；在工作状态下，所述弹性外衬砌结构(40)适于缓冲山体水对内衬砌(50)的压力。2.根据权利要求1所述的水工输水隧洞复合衬砌结构，其特征在于，所述弹性浆液层(31)由弹性浆液凝结固化而成，所述弹性浆液包括高聚物砂浆、环氧砂浆和聚脲砂浆中的至少其中一种。3.根据权利要求1所述的水工输水隧洞复合衬砌结构，其特征在于，所述内衬砌(50)为钢衬砌或混凝土衬砌。4.根据权利要求3所述的水工输水隧洞复合衬砌结构，其特征在于，当所述内衬砌(50)为钢衬砌时，所述内衬砌(50)与所述防渗层(20)之间形成第二间隙(60)，所述第二间隙(60)内通过充填混凝土形成混凝土层(61)。5.根据权利要求3所述的水工输水隧洞复合衬砌结构，其特征在于，当所述内衬砌(50)为混凝土衬砌时，所述内衬砌(50)与所述防渗层(20)之间通过灌浆填充；所述内衬砌(50)的内表面设置有内衬防渗膜(51)。6.根据权利要求1-5中任意一项所述的水工输水隧洞复合衬砌结构，其特征在于，所述防渗层(20)包括防渗板(21)和/或外衬防渗膜(22)，所述防渗板(21)和/或外衬防渗膜(22)适于与保护混凝土共同固化形成一体的所述防渗层(20)。7.一种水工输水隧洞复合衬砌结构的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：s1、开挖形成围岩(10)，并在围岩(10)洞壁的裂隙部位和渗水部位进行灌浆填充和/或在围岩(10)的内壁表面喷射混凝土，以使所述围岩(10)的内壁表面形成喷混面(101)；s2、支设形成防渗层(20)，使得所述防渗层(20)与所述围岩(10)间隔设置，并使得所述防渗层(20)与喷混面(101)之间形成第一间隙(30)；s3、在第一间隙(30)冲填弹性浆液以形成弹性浆液层(31)，并使得所述弹性浆液层(31)与所述防渗层(20)和所述围岩(10)共同形成一体的弹性外衬砌结构(40)；s4、支设内衬砌(50)。8.根据权利要求7所述的水工输水隧洞复合衬砌结构的施工方法，其特征在于，步骤s4中，当所述内衬砌(50)为钢衬砌时，在支设内衬砌(50)过程中使得所述内衬砌(50)与所述防渗层(20)之间形成第二间隙(60)，并且在所述第二间隙(60)回填混凝土并形成混凝土层(61)。9.根据权利要求7所述的水工输水隧洞复合衬砌结构的施工方法，其特征在于，步骤s4中，当所述内衬砌(50)为混凝土衬砌时，在完成内衬砌(50)支设后，在所述内衬砌(50)与所述防渗层(20)之间进行灌浆填充，并在所述内衬砌(50)的内表面设置内衬防渗膜(51)。10.根据权利要求7-9中任意一项所述的水工输水隧洞复合衬砌结构的施工方法，其特征在于，步骤s2中，在支设形成防渗层(20)前，对所述防渗层(20)进行预制，通过将防渗板
(21)和/或外衬防渗膜(22)与保护混凝土共同固化形成一体的所述防渗层(20)。

技术总结

本发明涉及隧洞施工技术领域，具体涉及一种水工输水隧洞复合衬砌结构及施工方法。所述水工输水隧洞复合衬砌结构包括：围岩，其内壁表面通过喷射混凝土形成喷混面；防渗层，与所述围岩间隔设置，且所述防渗层与所述喷混面之间形成第一间隙；内衬砌，设置于所述防渗层远离所述围岩的一侧；弹性浆液层，设置于所第一间隙内，所述弹性浆液层与所述防渗层和所述围岩共同形成一体的弹性外衬砌结构；在工作状态下，所述弹性外衬砌结构适于缓冲山体水对内衬砌的压力。本发明提供的水工输水隧洞复合衬砌结构，能够缓冲山体水对内衬砌的压力，防止内衬砌断面开裂，避免产生内衬渗漏。避免产生内衬渗漏。避免产生内衬渗漏。