[发明专利]一种高压输水隧洞复合衬砌结构

说明书

本发明提供一种高压输水隧洞复合衬砌结构，包括混凝土衬砌，以及第一防渗涂层和/或第二防渗涂层；其中，该第一防渗涂层设置于混凝土衬砌的外部，该第二防渗涂层设置于混凝土衬砌的内部。进一步还可以根据情况增加降糙层、钢衬、倒刺等结构。本发明提供的高压输水隧洞复合衬砌结构，该结构通过设计可以承受内外高水压，防止内水外渗以及外水内渗对衬砌结构的破坏，延长高压输水涵洞的使用时间。

技术领域

本发明属于水利水电工程领域，涉及一种输水管道的衬砌结构，具体涉及一种高压输水隧洞复合衬砌结构。

背景技术

我国水能资源蕴藏量居世界第一，但是水能资源利用率不高，另外水资源分布极不均匀，呈现出南多北少、东多西少、夏多冬少。为了解决水能资源分布不均衡问题，我国建设了大量的压力输水工程和水电站。压力隧洞是输水工程和水电站中最常见的输水建筑物之一，压力隧洞一般在岩石或土体中开挖而成，衬砌结构型式常见包括：混凝土衬砌、钢衬混凝土复合衬砌。其中混凝土衬砌在输水隧洞中应用较多，钢衬混凝土复合衬砌在抽水蓄能电站中应用较多。在实际工程应用中，一方面需要降低内水外渗，从而降低水量损失以及对山体边坡稳定的影响，另外一方面，需要防止山体水透过围岩和混凝土衬砌，作用在钢衬上面，造成钢衬发生失稳导致屈曲破坏。国内外发生压力管道钢衬屈曲破坏的事件非常多，造成的经济损失非常严重。

传统压力隧洞衬砌屈曲失稳破坏过程如下：如图1所示为现有的导水隧洞内衬砌结构，一般是在隧洞围岩1内部浇筑或者喷射混凝土，或安装混凝土管片，形成混凝土层2，然后再在混凝土层2内部贴设薄壁钢管3，由于混凝土层2容易产生裂缝4，造成外水内渗，使得钢管3承受放空期的山体水高外水压力5、此外还要承受围岩变形荷载作用，使得薄壁钢管3在内水放空时，由于山体外水压作用可能导致薄壁钢管3发生屈曲变形破坏，如图2所示，这给抽水蓄能电站的建造以及安全运营造成了很大困扰。

因此，在设计导水钢管时，在考虑为了防止山体滑坡等灾害还需考虑避免内水外渗的结构型式的同时，还需考虑在放空时候的外水压作用下的破坏。为了提高导水隧洞抵抗外水压能力，一方面可以考虑通过加筋高度及间距影响设计增大承受外水压能力；另外一方面通过增加钢管厚度增大承受外压能力，但是相对于内压而言会产生过剩设计，不经济，产生浪费。

因此，需根据实际地质构造及结构力学机理，研发一种经济适用的、可承受高内外水压的、有效避免衬砌受拉开裂产生内水外渗的、适用于抽水蓄能电站的新型自适应导水隧洞衬砌结构型式。从而实现合理承受内外水压的结构设计，动态地将衬砌可承受的内外水压控制在允许范围内，消除放空时的高外水压导致内衬砌钢衬屈曲变形的可能，从根本上解决高内外水压隧洞衬砌结构运行的安全问题，为突破调水工程、水利水电工程行业技术瓶颈、推动行业健康快速发展提供科技支撑。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种高压输水隧洞复合衬砌结构，该结构可以承受内外高水压，防止内水外渗以及外水内渗对衬砌结构的破坏，延长高压输水涵洞的使用时间，降低维护维修高压输水涵洞的时间成本和经济成本。

为了实现上述目的，本发明提供一种高压输水隧洞复合衬砌结构包括混凝土衬砌，以及第一防渗涂层和/或第二防渗涂层；

其中，该第一防渗涂层设置于混凝土衬砌的外部，该第二防渗涂层设置于混凝土衬砌的内部。

更进一步地，在该复合衬砌结构内部设置有一降糙层。

更进一步地，当所述高压输水隧洞复合衬砌结构为第一防渗涂层和混凝土衬砌时，进一步在该混凝土衬砌内部设置有一钢衬。

更进一步地，所述钢衬外侧设有复数个倒刺，该倒刺的形状为“L”型、“I”型、“Y”型或“T”型，该倒刺沿着钢衬外侧周向排列，两倒刺间距为50cm-100cm，每周倒刺之间的间距为50cm-100cm。

更进一步地，所述混凝土衬砌设置凸向内部且高度为5～10cm的峰。