一种提高引水隧洞结构安全性能的防护构架制造技术

本发明专利技术属于引水隧洞结构安全稳定技术领域，具体涉及一种提高引水隧洞结构安全性能的防护构架，包括管道主体、内张钢圈层和环氧树脂层，本发明专利技术主要用于用于引水隧洞中采用预制钢筋混凝土管片拼接后形成的管道主体，结构独特新颖、稳定效果好，管道是由多组六边形预制钢筋混凝土管片拼接而成，管道与内张钢圈层的中间加入环氧树脂层作为粘结剂，让环氧树脂层填满内张钢圈层与管道之间的空隙，环氧树脂层也可以对内张钢圈起到一定的缓冲作用，并且防止内张钢圈层和预制钢筋混凝土管片发生位移，影响整体结构的整体性和稳定性，有效的解决了现有引水隧洞穿越埋深较大、不良地质和围岩材料时造成管片与管片之间出现裂缝现象引起结构不稳定的问题。构不稳定的问题。构不稳定的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种提高引水隧洞结构安全性能的防护构架


[0001]本专利技术属于引水隧洞结构安全稳定
，具体涉及一种提高引水隧洞结构安全性能的防护构架。

技术介绍

[0002]由于我国水资源较为丰富，但南北地区分布不均衡，长距离引水调水工程越来越在人类生活中占据重要地位。引水隧洞输水在引水调水工程中应用广泛，但是引水隧洞在实际中存在诸多问题，其中由埋深较大导致高地应力的问题需要重点关注，因此解决引水隧洞克服高地应力，保证引水隧洞能够安全正常输水是一项重要的工程措施，在供水、发电、灌溉、防洪等方面都能带来巨大的效益，对提高国家经济发展和克服引水隧洞的安全隐患有着重要的作用。随着我国的经济发展的迅速，引水工程采用引水隧洞的方案日益增加，而提高引水隧洞和预制钢筋混凝土管道的结构稳定研究显得尤其重要。
[0003]引水隧洞在开挖过程中预制钢筋混凝土管道要承受管道顶部的围岩压力和外水压力，由于隧道开挖深度较大或者围岩材料属性较差，常常会使引水隧洞坍塌，致使预制钢筋混凝土管道所承受的压应力较大，管道内部局部位置可能会出现裂缝，从而实现在充水运营时，出现内水外渗的情况。因此在施工过程时，就需要采取相关的措施，来减小预制钢筋混凝土管道所能承受的压应力，提高整体结构的安全稳定。
[0004]目前，工程提高引水隧道结构安全稳定采用将在管道内部采取二衬混凝土或者采用满铺钢板管道的措施。在深埋隧洞开挖过程中，地应力未释放的情况下，采用二衬混凝土的方法效果并不太明显，还会增加整体结构的自重荷载，对结构自身稳定也增加了一定的影响，对深埋区引水隧洞中内部管道安全不利。采用满铺钢板管道的方法对减小管道的压应力具有明显的效果，但这种方案不太经济，施工周期长。为确保不影响预制钢筋混凝土管道在原设计条件下的正常运行，并使管道在外压荷载最大时不会出现裂缝，达到经济效益和缩减施工工期，需要对现有的钢筋混凝土压力管道结构进行改进创新，基于此，研究一种提高引水隧洞结构安全性能的防护构架是必要的。

技术实现思路

[0005]针对现有设备存在的缺陷和问题，本专利技术提供一种提高引水隧洞结构安全性能的防护构架，结构独特、抗压效果好、施工周期短、造价低，有效的解决了在深埋隧洞开挖过程中，地应力未释放的情况下，预制钢筋混凝土管道所承受的压应力值超出规范的范围内，以及管片与管片之间发生的张开度和错台过大，危害预制钢筋混凝土管道整体结构的稳定性的问题。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的方案是：一种提高引水隧洞结构安全性能的防护构架，包括管道主体、内张钢圈层和环氧树脂层，所述管道主体和内张钢圈层同心设置，管道主体由多组六边形预制钢筋混凝土管片拼接而成，相邻管片的环向缝之间采用定位销连接，每个管片接缝面设有两个定位销，内张钢圈层安装在管道主体的内部，其形状为犬牙交
错状，环氧树脂层设置在内张钢圈层和管道主体之间，起到粘接加固的作用，内张钢圈层外表面嵌入有铆钉，铆钉的底部嵌入管道主体内，对管道主体、环氧树脂层和内张钢圈层进行连接，管道主体的顶部设置有加固组件，加固组件包括灌浆层，管道主体安装在围岩体内，管道主体与围岩体之间设置有填充间隙，填充间隙内填充有灌浆层。
[0007]进一步的，所述预制钢筋混凝土管片为六边形及纵向凹凸面球窝结构。
[0008]进一步的，所述预制钢筋混凝土管片宽度为1.4m，管片与管片之间采用高抗性拉尼龙定位销。
[0009]进一步的，所述管道主体每环管片分为4块，一块底部管片，一块顶部管片，两块侧面管片。
[0010]进一步的，所述预制钢筋混凝土管片拼装时，采用管片安装器将管片沿洞径向安装，首先安装顶部和底部管片，然后安装侧面管片。
[0011]进一步的，所述内张钢圈层犬牙交错处的曲率不大于0.01或者采用梯形。
[0012]进一步的，所述内张钢圈层的材质采用Q235钢，厚度在2～5cm之间。
[0013]进一步的，所述内张钢圈层由钢环和连接钢板组成，钢环宽度为0.6m，连接钢板的宽度为0.8m，连接钢板和钢环是通过满焊的形式连接为一个整体，连接之后会形成一个钢笼。
[0014]进一步的，所述内张钢圈在铺设时每隔0.8m满铺一个钢环，相邻两钢环之间通过相同材料的连接钢板焊接，每1.4m内的连接钢板的铺设面积占钢环面积的2/3，相邻两块连接钢板之间的角度为30
º
。
[0015]进一步的，所述环氧树脂层在管道主体与内张钢圈层之间，其最小厚度为1cm。
[0016]进一步的，所述铆钉为化学铆钉，其设置在内张钢圈层边缘的10cm处，在钢环一圈上嵌钳进去24个铆钉，铆钉与内张钢圈层之间设置有橡胶圈，24个铆钉上设置有预应力拉紧绳。
[0017]进一步的，所述管道主体的管壁厚度尺寸为a，管道顶部的加固组件的壁厚为b，其中b为TBM开挖的最大直径。
[0018]本专利技术的有益效果：本专利技术主要用于引水隧洞中采用预制钢筋混凝土管片拼接后形成的管道主体，结构独特新颖、稳定效果好，内张钢圈层在管道主体内部并不是以常规圆形的形式体现出来，而是通过上下凹凸不平的形式，且曲率不大于1/100，当水流进入管道时，可能会增加沿程水头损失和局部水头损失，但管道的洞径过大，针对于凹凸不平的地方造成的水头损失与传统的形式造成的水头损失相差不大；此外，内张钢圈层在管道内部铺设时，可以以半环加固或者全环加固，铺设于管道层的内部，且管道与内张钢圈层的中间加入环氧树脂层作为粘结剂，让环氧树脂层填满内张钢圈层与管道之间的空隙，环氧树脂层也可以对内张钢圈起到一定的缓冲作用，并且防止内张钢圈层和预制钢筋混凝土管片发生较大位移，影响整体结构的整体性和稳定性；预制钢筋混凝土管片与管片间加入高抗性拉尼龙定位销，对受到较大内外压时，能有效的限制管片之间的错动；管道外包裹一层灌浆层，灌浆层为混凝土材质，具有较好的稳定性、耐磨性、耐侵蚀性等特点，灌浆层的外面为围岩体，针对
Ⅴ
类围岩自身结构不太稳定，开挖时会出现土体塌落的现象，为避免开挖时出现此类现象的发生，需要先加固管道外部围岩的属性，而且灌浆层还可以减小其他因素传递给管道的应力的影响，抵御外部环境的侵蚀，保护管道，进一步的保护引水隧洞的安全稳
定。
[0019]内张钢圈层在沿着洞径开挖的方向进行铺设时，每隔0.8m满铺一个钢环，相邻两钢环之间通过相同材料的连接钢板焊接，每1.4m内的连接钢板的铺设面积占钢环面积的2/3，相邻两块连接钢板之间的角度为30
º
，连接钢板和钢环是通过满焊的形式连接为一个整体，连接之后会形成一个钢笼，从而进一步提高了钢笼分担管道应力能力；铆钉底部嵌入管道内部，外端通过橡胶圈与钢笼接触，并且在钢环一圈上嵌钳进去24个铆钉，并且均匀的分布在钢环上，而连接钢板需要在四个角的位置嵌入铆钉，通过钢环、连接钢板和铆钉三者之间的配合不仅能是三者结合的更加密实，成为一个整体部件，并且能在管道内部起到支撑的作用，使其在通水运营工况更具有稳定性。
[0020]由此，本专利技术结构新颖独特本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高引水隧洞结构安全性能的防护构架，包括管道主体、内张钢圈层和环氧树脂层，所述管道主体和内张钢圈层同心设置，管道由多组六边形预制钢筋混凝土管片拼接而成，相邻管片的环向缝之间采用定位销连接，每个管片接缝面设有两个定位销，内张钢圈层安装在管道主体的内部，其形状为犬牙交错状，环氧树脂层设置在内张钢圈层和管道主体之间，起到粘接加固的作用，内张钢圈层外表面嵌入有铆钉，铆钉的底部嵌入管道主体内，对管道主体、环氧树脂层和内张钢圈层进行连接，管道主体的顶部设置有加固组件，加固组件包括灌浆层，管道主体安装在围岩体内，管道主体与围岩体之间设置有填充间隙，填充间隙内填充有灌浆层。2.根据权利要求1所述的提高引水隧洞结构安全性能的防护构架，其特征在于：所述预制钢筋混凝土管片为六边形及纵向凹凸面球窝结构。3.根据权利要求1所述的提高引水隧洞结构安全性能的防护构架，其特征在于：所述预制钢筋混凝土管片宽度为1.4m，管片与管片之间采用高抗性拉尼龙定位销。4.根据权利要求1所述的提高引水隧洞结构安全性能的防护构架，其特征在于：所述管道主体每环管片分为4块，一块底部管片，一块顶部管片，两块侧面管片；所述预制钢筋混凝土管片拼装时，采用管片安装器将管片沿洞径向安装，首先安装顶部和底部管片，然后安装侧面管片。5.根据权利要求1所述的提高引水隧洞结构安全性能的防护构架，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘启波，方腾卫，崔恒富，谢树平，张建伟，王勇，陈磊，刘贺，
申请(专利权)人：华北水利水电大学，
类型：发明
国别省市：