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隧洞衬砌

2020-04-09 21:01

为防止隧洞壁岩块崩塌、渗漏和改善水流条件,用混凝土、钢筋混凝土、钢板、水泥砂浆、块石等材料将隧洞围岩衬护起来的一种工程技术处理措施。水工隧洞多需进行衬砌。衬砌可使水工隧洞:①内表面达到预期的形状和尺寸;②保护围岩免遭风化及水流冲刷;③防止和减少渗漏;④降低隧洞表面糙率,提高过流能力;⑤承受山岩压力、内外水压力等荷载,保护围岩稳定。

衬砌类型及所用材料,根据隧洞的功用、工程地质和水文地质、受力情况及施工条件等确定,对水工隧洞还需考虑衬砌对水流状态的影响,常见的衬砌形式有:①平整衬砌。即用混凝土、喷浆、砌石等做成的衬砌,它不承受荷载,但可减小糙率,使围岩免受水流冲刷,防止或减少渗漏,适用于围岩坚硬、稳定,内水压力不大的情况。②单层衬砌。即用混凝土、钢筋混凝土或浆砌石等建成,应用较广,一般用于中等地质条件,水头较高,流速和洞径较大的情况。③组合式衬砌。即内层为钢板或钢丝网喷浆,外层由混凝土或钢筋混凝土构成的衬砌,适用于地质条件较差,水头高,流速大的隧洞。④预应力衬砌。即用灌浆法或各种机械方法施加预应力的衬砌,可有效地减小衬砌厚度,适用于高水头圆形有压隧洞。⑤装配式衬砌。即用预制混凝土、钢筋混凝土或预应力混凝土块在现场组装成的衬砌,可减少劳动强度,加快施工进度,但衬砌整体性差,易渗漏。⑥锚喷衬砌。包括喷混凝土衬砌,喷混凝土与锚杆组合式衬砌,喷混凝土与锚杆、钢筋网组合衬砌等。锚喷衬砌能充分利用围岩的自承能力,使围岩与衬砌共同工作,减少作用在衬砌上的荷载,节省材料,并可简化施工,缩短工期,是20世纪50年代发展起来的一项技术,适用于岩体完整、坚硬,但抗风化能力及抗渗能力较差的情况。

混凝土和钢筋混凝土衬砌,施工时需分块、分段进行,形成纵向和环(横)向施工缝。环向施工缝的间距根据现场浇筑能力、混凝土干缩变形、围岩约束等因素确定;纵向施工缝应设置在衬砌结构拉应力和剪应力较小的部位。纵向施工缝需凿毛、设插筋以加强其整体性,必要时缝内设键槽和止水。无压隧洞衬砌的环向施工缝,如无防渗要求,可不作处理;而有压隧洞和有防渗要求的无压隧洞,其环向施工缝,需采取凿毛等必要的接缝处理措施。在隧洞与断层破碎带或软弱岩层交会,以及竖井与平洞交会等可能产生较大沉降的部位,为防止不均匀沉降而开裂,需设置永久性沉降缝;当洞线较长时,为防止混凝土因干缩和温度应力而产生裂缝,沿洞线方向可设置永久性横向伸缩缝。

现场浇筑的混凝土或钢筋混凝土衬砌顶部,由于受施工条件限制,往往不能填满,须进行回填灌浆,以改善衬砌的受力条件。当围岩破碎、承载能力低时,一般需进行固结灌浆,以提高其整体性,减小山岩压力,增加围岩的弹性抗力,减小渗漏。设置排水可减小作用在衬砌上的外水压力,对无压隧洞,可在洞内水面线以上,钻设穿过衬砌的排水孔,还可在底部衬砌下面设置纵向排水管。对有压隧洞,根据外水压力情况,也可在底部衬砌下面设纵向排水管。

隧洞衬砌与围岩相互约束,要确切计算衬砌内力是很困难的,常用的计算方法可参见有压隧洞衬砌计算和无压隧洞衬砌计算。

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