一种高压隧洞附近临空面的可控排水系统技术方案

本发明专利技术涉及一种高压隧洞附近临空面的可控排水系统，属于水利水电工程中的高压隧洞领域。由于实际工程地质条件的复杂性，靠工程经验确定的临空面封堵和排水分界部位不可靠。本发明专利技术公开了一种高压隧洞附近临空面的可控排水系统，由布满临空面的可控排水装置组成，可控排水装置由临空面钢筋混凝土衬砌、围岩排水管和纵向连接管、竖向引出管、连接上述管道的三通和弯头、设置在竖向引出管末端的压力表和闸阀、钢筋混凝土衬砌底板两端的排水沟组成。由于同时具有封堵和排水两种功能，本发明专利技术能在运行时根据压力表监测数据控制闸阀的开启和关闭状态，可靠的同时保证高压隧洞渗透稳定和临空面的排水效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水利水电工程中的高压隧洞领域，特别涉及一种高压隧洞附近临空面的可控排水系统。
技术介绍
水工隧洞是水电站工程的重要建筑物。目前对于高压隧洞而言，体力理论已被广泛采用。体力理论认为，衬砌混凝土在高内水压力的作用下难免开裂，混凝土成为透水体，隧洞发生内水外渗，内水压力以体积力的形式作用于混凝土衬砌和围岩中。根据体力理论，衬砌混凝土开裂发生内水外渗后，绝大部分内压荷载由围岩承担，而混凝土衬砌主要起减小糙率和保护围岩的作用。因此，高压隧洞本质上属于不衬砌隧洞，为保证围岩能承担绝大部分内压荷载，需同时满足最小覆盖厚度准则、最小地应力准则和渗透稳定准则。其中渗透稳定准则主要是指，控制高压隧洞至临空面的渗透水力梯度不超过允许值。在不同的工程地质条件下，为保证高压隧洞的渗透稳定，高压隧洞至临空面水力梯度的控制标准是不同的。由于实际工程中地质条件的复杂性，水力梯度的控制标准只能依靠工程经验确定，且往往并不可靠。例如，广州抽水蓄能电站二期工程高压隧洞位于微风化～新鲜花岗岩体重，在首次充水时由于高压隧洞至临空面水力梯度过大发生水力劈裂，危及渗透稳定。对局部地质探洞进行封堵后，水力梯度降至8以下，再次充水高压隧洞正常运行。根据水电站地下厂房区域洞室群的布置，高压隧洞下游布置有压力钢管、地下厂房、施工支洞、排水系统等，不可避免会出现许多临空面。对于这些临空面的处理，现有技术为采用“前堵后排”的方案，即对于靠近高压隧洞的临空面，
由于水力梯度过高，进行封堵处理；对于靠近地下厂房的临空面，水力梯度较低，则进行排水处理，以保证压力钢管的抗外压稳定和地下厂房的围岩稳定及在在干燥状态下运行。现有技术存在的问题是，由于实际工程地质条件的复杂性，靠工程经验确定的水力梯度控制标准往往并不可靠，导致确定的临空面封堵和排水分界部位也不可靠。若确定的分界部位靠近高压隧洞，则可能面临着渗透稳定风险；反之，则影响了临空面的排水效果。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种同时具有封堵和排水两种功能的可控排水系统，进而解决在复杂的地质条件下难以确定临空面封堵和排水分界部位的问题。本专利技术解决问题的技术方案是：一种高压隧洞附近临空面的可控排水系统，由布满临空面的可控排水装置组成，可控排水装置由临空面钢筋混凝土衬砌、布置在钢筋混凝土衬砌边墙上部的围岩排水管和纵向连接管、沿钢筋混凝土衬砌边墙布置的竖向引出管、连接上述管道的三通和弯头、设置在竖向引出管末端的压力表和闸阀、钢筋混凝土衬砌底板两端的排水沟组成。进一步，所述围岩排水管布置在钢筋混凝土衬砌边墙上部，3～6个围岩排水管由纵向连接管连接，竖向引出管上端与纵向连接管相连，下端依次接压力表和闸阀，闸阀出口对准钢筋混凝土衬砌底板两端的排水沟，形成一套可控排水装置。进一步，沿临空面纵向两侧布满上述可控排水装置，组成一种高压隧洞附近临空面的可控排水系统。进一步，所述围岩排水管仰角为5°～10°，由排水钻孔和排水花管组成，排水花管外包反滤土工布，由不锈钢丝固定，围岩排水管口采用水泥砂浆固定。进一步，所述钢筋混凝土衬砌设计为能承担100m～300m的外水压力。进一步，所述压力表能监测排水钻孔内地下水压力，直观的了解围岩渗压状态。本专利技术的有益效果是：由于同时具有封堵和排水两种功能，对于在复杂的地质条件下难以确定是封堵还是排水的模糊区域，本专利技术能在高压隧洞充水运行时根据压力表监测数据控制闸阀的开启和关闭状态，使得本专利技术的工作状态与实际需要相吻合，从而可靠的同时保证高压隧洞渗透稳定和临空面的排水效果。附图说明图1为一种高压隧洞附近临空面的可控排水系统平面布置图；图2为可控排水装置平面布置图；图3为可控排水装置横剖面布置图；图4为围岩排水管大样图。图中标记：1为本专利技术，2为可控排水装置，3为封堵区域，4为排水区域，5为高压隧洞，6为围岩，7为钢筋混凝土衬砌，8为围岩排水管，9为弯头，10为三通，11为纵向连接管，12为排水沟，13为竖向引出管，14为压力表，15为闸阀，16为水泥砂浆，17为排水钻孔，18为排水花管，19为反滤土工布。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步说明。参照图1，高压隧洞5右侧布置有施工支洞，形成临空面。靠近高压隧洞5的区域，水力梯度较大，为封堵区域3；远离高压隧洞5的区域，水力梯度较小，不存在渗透稳定风险，为排水区域4。中间区域为难以确定是封堵还是排水的模糊区域，采用本专利技术1，在高压隧洞充水过程中根据需要选择封堵或排水。沿临空面两侧纵向布满可控排水装置2，组成完整的临空面可控排水系统1。参照图2和图3，钢筋混凝土衬砌7边墙上部布置有贯穿衬砌、入岩8m的围岩排水管8。4个围岩排水管8由2个弯头9和2个三通10与纵向连接管11相接。纵向连接管11的正中间接由三通10连接竖向引出管13。竖向引出管13沿衬砌边墙布置，下端依次接压力表14和闸阀15，闸阀15出口对准衬砌底板两端的排水沟12。上述钢筋混凝土衬砌7、围岩排水管8、纵向连接管11、竖竖向引出管13、弯头9、三通10、压力表14、闸阀15和排水沟12形成了一套可控排水装置2。当闸阀处于开启状态时，可控排水装置2能将围岩中的渗水引排至排水沟排走。参照图2和图3，钢筋混凝土衬砌7将临空面完全封闭。该衬砌设计为能承担180m的外水压力，当闸阀15全部处于关闭状态时，临空面可控排水系统1不排水，钢筋混凝土衬砌7能延长渗径，减小水力梯度，起到封堵作用。参照图4，围岩排水管8仰角5°～10°，排水钻孔17直径Φ75mm，采用手风钻钻孔。排水钻孔17内设Φ50mm排水花管18，排水花管18外包反滤土工布19，由不锈钢丝固定，防止排水时围岩中颗粒被水带出。围岩排水管口采用长500mm的水泥砂浆16固定，一套可控排水装置2由4段围岩排水管口的水泥砂浆16固定在围岩上。本专利技术的工作原理是：在高压隧洞充水运行时，压力表14的监测数据直接反映了围岩中的渗水压力。若该压力较大，说明围岩的透水性较好，此时关闭
闸阀15，可控排水系统起到封堵的效果，确保渗透稳定。若该压力较小，说明围岩的透水性较差，能承担较大的水力梯度，此时开启闸阀15，可控排水系统起到排水的效果。通过监测反馈操作，能使可控排水系统1的工作状态与实际需要相吻合，从而能可靠的同时保证高压隧洞渗透稳定和临空面的排水效果。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压隧洞附近临空面的可控排水系统，其特征在于由布满临空面的可控排水装置组成，可控排水装置由临空面钢筋混凝土衬砌、布置在钢筋混凝土衬砌边墙上部的围岩排水管和纵向连接管、沿钢筋混凝土衬砌边墙布置的竖向引出管、连接上述管道的三通和弯头、设置在竖向引出管末端的压力表和闸阀、钢筋混凝土衬砌底板两端的排水沟组成。

【技术特征摘要】
1.一种高压隧洞附近临空面的可控排水系统，其特征在于由布满临空面的可控排水装置组成，可控排水装置由临空面钢筋混凝土衬砌、布置在钢筋混凝土衬砌边墙上部的围岩排水管和纵向连接管、沿钢筋混凝土衬砌边墙布置的竖向引出管、连接上述管道的三通和弯头、设置在竖向引出管末端的压力表和闸阀、钢筋混凝土衬砌底板两端的排水沟组成。2.根据权利要求1所述的可控排水装置，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张巍，周翠英，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44