專利名稱：雙層混凝土鋼板防滲地下高壓輸水管道的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種水利水電建筑結構，是一種能適應高內水壓和高外水壓的埋藏式高壓輸水管。
水電站發電引水鋼管按結構型式可分為明管、地下埋管、壩內埋管、壩后背管等。現有水電站地下輸水管道，一般包括鋼筋混凝土襯砌的隧洞段和地下埋藏式鋼管段，前者按《水工隧洞設計規范》進行設計，后者按《水電站壓力鋼管設計規范》進行設計。國內部分水電站壓力鋼管的最大參數如表1—1所示。表中數據顯示，HD值最大者為地下埋管。我國臺灣及國外抽水蓄能電站的HD值已達到(4000～5000)m2，見表1—2。隨著大容量抽水蓄能電站的發展，地下埋管的發展潛力最大。
表1—1圍內部分已建水電站壓力鋼管最大參數
表1—2臺灣及國外抽水蓄能電站地下埋管實例
隨著HD值的提高，地下輸水管道也遇到了一些急待解決的問題。對壓力隧洞而言，其防滲問題很難解決。在高水頭內壓作用下，混凝土襯砌必然開裂而產生內水外滲，致使襯砌外水壓大大提高，并可能高于地下水位外水壓力。當內水放空速度過快，襯砌裂縫閉合，滲出的高壓水來不及向洞內反滲消壓，極有可能形成對襯砌非常不利的高外水壓力，使混凝土襯砌遭到破壞。同時，內水外滲還可能造成圍巖抗剪指標降低、軟化及邊坡失穩等一系列問題。在這種情況下，為了防止隧洞襯砌混凝土開裂，于是對混凝土襯砌施加預壓應力，使隧洞充水時襯砌環向出現壓應力或拉應力小于混凝土允許拉應力。常用的方法有兩種，一種是對圍巖按特定要求進行高壓灌漿，使襯砌處于受壓狀態，漿液凝固后，襯砌仍能保存一定的壓應力，這種方法稱為高壓灌漿式預應力襯砌。廣州抽水蓄能電站引進美國哈扎公司的設計方法，該設計理論的關鍵是使鋼筋混凝土襯砌和周圍2—8倍管道直徑范圍內的圍巖聯合受力，在圍巖中采用預應力灌漿技術使混凝土襯砌達到限裂的要求。為了驗證哈扎公司設計理論和確保工程安全，廣蓄曾耗資數百萬元，對原型鋼筋混凝土壓力管道和分岔管進行了試驗。現場試驗表明圍巖上采用高壓灌漿技術，并不能在襯砌上產生均勻的預壓應力，甚至有的襯砌部位根本就測不出預應力。可見高壓灌漿式預應力襯砌的理論和實踐并不完全吻合。其設計理論和施工技術均需要完善，目前還僅僅是一種工程經驗。天荒坪抽水蓄能電站也采用了預應力灌漿技術，對圍巖采用了高壓固結灌漿，灌漿壓力高達9MPa。這種灌漿技術難度大，成本高，工期也很長。
施加預應力的別一種方法，是機械式張拉預應力錨索，使其對襯砌產生預壓應力，目前均采用后張法施工，稱為后張法預應力襯砌，又可分為無粘結后張法和有粘結后張法。前者在小浪底工程排砂洞中采用，后者則在隔河巖水電站中采用，均需在襯砌內預留孔道，有粘結后張法錨索張拉后還要進行灌漿。預應力錨索施工工藝相當復雜，造價昂貴，在張拉過程中還發生過混凝土壓裂的問題。
可見，制約有壓隧洞發展的關鍵因素便是滲漏問題，而其實質便是混凝土材料的抗拉強度較低，開裂后不能滿足防滲要求。而有些隧洞為了防止出現過大外壓，設置內外水相通的排水孔，但滲水量難以控制，且外壓削減也不可靠。若設置只能由外向內排水的單向排水孔，可緩解此問題，但此裝置性能不穩定，檢修更換困難，所以沒有得到推廣。
對于地下埋管段，雖然防滲問題解決了，但鋼管抗外壓問題卻十分突出，美國哈扎公司設計的巴斯康蒂抽水蓄能電站就因截滲和排水體系設計不當而發生了鋼管失穩的嚴重事故。所以按抗外壓控制所設計的鋼管管壁很厚，需采用影響混凝土澆筑質量，增大開挖洞徑的加勁環。或者為降低外水壓，而需要設置復雜的截滲和排水體系，增加了施工難度，檢修也比較困難。在地下埋管結構計算中廠前等特殊部位和管段，由于不計Ko值或取很小的Ko值，所以常需要采用高強鋼材，且管壁很厚才能滿足計算要求(見表1—2)，相應又提高了對焊接工藝的要求。地下工程實踐表明，圍巖抗力較高，圍巖分擔了大部分內壓，日本實測圍巖分擔內壓比率為50—80％，而實測鋼管應力很低，顯然鋼管作用未能充分發揮，其主要作用是防滲。
綜上所述，對現有地下埋管的結構型式進行徹底改造，充分發揮鋼材、混凝土和圍巖的長處，而避免其短處，才能適應高水頭，大直徑地下壓力管道的要求。
本實用新型的目的是為了提供一種防滲效果好、抗外壓能力高、防腐性能好的雙層混凝土鋼板防滲地下高壓輸水管道。
本實用新型的目的可通過如下措施來實現本實用新型的管道由三種材料組成，并與圍巖一起承擔三種荷載和滿足一種要求。
圍巖主要承擔內水壓力；外層混凝土主要承擔山巖壓力；鋼板主要起防滲作用；內層鋼筋混凝土主要承擔外水壓力。可先預制由鋼板和內層混凝土組成的預制管，推入洞內，再澆筑外層混凝土。
本實用新型相比現有技術具有如下優點1、本實用新型可避免采用復雜的高壓灌漿措施或預應力張拉措施，避免采用厚鋼板和高強鋼材，簡化了洞內施工，可加快工期，保證安全以及降低工程投資。
2、本實用新型將鋼板置于兩層混凝土承壓層之間，其外層混凝土可承受山巖壓力，內層混凝土可起承受外水壓力和保護鋼板作用，鋼板可起防滲作用；因而本實用新型充分發揮了各層的作用，其防滲效果好、抗壓能力高。
本實用新型的具體結構可由下述結構示意圖給出
圖1是本實用新型的結構示意
圖1—圍巖2—外層混凝土3—防滲鋼板4—內層混凝土本實用新型還將結合附圖實施例作進一步詳述參照
圖1，一種雙層混凝土鋼板防滲地下高壓輸水管道是在防滲鋼板3兩側分別設有外層混凝土2和內層混凝土4。在該管道的外層混凝土設在圍巖1內。
圍巖1主要承擔內水壓力；外層混凝土2主要承擔山巖壓力；鋼板3主要起防滲作用；內層鋼筋混凝土4主要承擔外水壓力。可先預制由鋼板3和內層混凝土4組成的預制管，推入圍巖1洞內，再澆筑外層混凝土2。
權利要求1.一種雙層混凝土鋼板防滲地下高壓輸水管道，其特征在于在防滲鋼板(3)兩側分別設有外層混凝土(2)和內層混凝土(4)。
專利摘要本實用新型涉及一種雙層混凝土鋼板防滲地下高壓輸水管道,該管道是在防滲鋼板兩側分別設有外層混凝土和內層混凝土;本實用新型與圍巖一起承擔三種荷載和滿足一種要求,本實用新型的防滲效果好、抗外壓能力高、防腐性能好。
文檔編號F16L9/00GK2465022SQ00226870
公開日2001年12月12日 申請日期2000年9月28日 優先權日2000年9月28日
發明者傅金筑, 蔣鎖紅 申請人:傅金筑