一种钢筋混凝土夹心钢板衬砌结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种钢筋混凝土夹心钢板衬砌结构组合方式及其施工方法，具体是抽水蓄能电站竖井等高内水压力运行环境下水工隧道衬砌的快速实施和安全运行。

背景技术

目前，抽水蓄能电站高压水道的衬砌型式主要有钢筋混凝土衬砌和钢板衬砌两种。但是大量工程实例表明，两种衬砌结构均存在一定的缺陷，比如钢筋混凝土衬砌在高内水压力下不可避免会发生开裂，长时间过水后，给衬砌结构安全带来了极大的挑战，而钢板衬砌不仅造价较高，洞内运输、焊接困难，且在高外水压力下会发生溃屈的风险。

为此提出一种钢筋混凝土夹心钢板衬砌结构及其施工方法，可以杜绝隧洞在高内水作用下发生内水外渗，防止在高外水作用时发生溃屈风险。预制一种钢筋混凝土夹心钢板衬砌结构，利用吊装方式自洞顶吊入已开挖竖井中，通过钢板的预留板、预留槽和橡胶垫片结构达到相邻预制衬砌之间密封防水的目的，并通过接触灌浆的方式，使得钢筋混凝土夹心钢板衬砌与围岩紧密接触，达到联合承载高压水道不同工况环境下荷载的目的，可有效增加抽水蓄能高压水道竖井等结构的建设速度和安全。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钢筋混凝土夹心钢板衬砌结构及其施工方法，能够实现抽水蓄能电站高压水道竖井等结构快速衬砌和安全运行的目的，保障高压水道整个生命周期内安全的同时，加快高压水道的建设速度，阻止隧洞内水外渗，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种钢筋混凝土夹心钢板衬砌结构，其特征在于：包括钢板，混凝土，钢筋，橡胶垫片，围岩，位于所述钢板上的预留板和预留槽；所述钢板设置在所述混凝土和钢筋的中间部位，且钢板的一侧设置有预留板，所述预留板在环向360°范围内为上窄下宽的形状，以便于安装完衬砌结构后通过橡胶垫片贴合于另一节钢筋混凝土夹心钢板衬砌结构的钢板的预留槽内，所述预留槽的形状和预留板一致，且预留槽的尺寸满足预留板进入的要求；所述混凝土包括内层混凝土和外层混凝土，分别设置在钢板的两侧，内层混凝土中有内层环向钢筋，外层混凝土中有外层环向钢筋；所述钢筋包括内层环向钢筋和外层环向钢筋，分别设置在内层混凝土和外层混凝土内；所述橡胶垫片为弹性材料，在压力作用下能产生一定的弹性变形，橡胶垫片设置在所述钢板的预留板的外侧；所述围岩和外层混凝土的外壁通过灌浆层连结；衬砌结构安装完成后，相邻两节衬砌的预留板和预留槽在衬砌自身重力和外部压力作用下通过橡胶垫片紧密贴合，以达到密封并阻止隧洞内水外渗的目的。

进一步地，所述钢板为预制结构，其厚度可根据钢筋混凝土夹心钢板衬砌结构承载条件来确定。

进一步地，所述预留板与钢板为整体结构，通过切割形成，预留板的高度可根据钢板的宽度调整；所述预留槽在钢板上切割形成，预留槽的深度根据预留板的高度调整，以满足预留槽与另一节衬砌结构的预留板紧密贴合的要求。

进一步地，所述混凝土和钢筋共同组成钢筋混凝土筒壳，为预制结构，在浇筑预制时利用规则模具生成。

进一步地，所述橡胶垫片的形状与钢板上下侧表面的预留板和预留槽形状一致，能相互贴合。

进一步地，所述橡胶垫片通过高强粘合剂布置于预留板外表面，能充填预留板和预留槽间的微观间隙，并且随着衬砌结构的挤压越来越密实，达到防止隧洞内水外渗的目的。

本发明还提供了一种钢筋混凝土夹心钢板衬砌结构组合方式的施工方法，包括以下施工步骤：

步骤1：制作关键预制构件，包括：钢板、预留板、预留槽、钢筋和橡胶垫片；预制完成后，应对各构件进行质量检查，确保形状、尺寸在后续安装过程中能够相互贴合；

步骤2：浇筑前组装及准备工作：在预制场地搭设定型模板及内外支撑排架形成模具，将预制钢板固定在模具的相应位置，将预制好的钢筋绑扎后固定于钢板两侧对应位置；在模具接口处采用螺栓固定牢靠，在定型模具之间的缝隙粘贴纸胶带；

步骤3：浇筑混凝土及拆模养护：采用混凝土罐车运至施工现场，在模具内浇筑混凝土，要求浇筑一次完成，并采用插入式振捣棒，观察表面再无气泡溢出即可；浇筑完成后及时洒水养护，保证混凝土表面成型且无开裂现象；养护达到标准强度后拆除模板，对外表面进行清理使其光滑平整；

步骤4：将预制好的橡胶垫片(4)通过高强度粘合剂粘在预留板(101)顶部，为确保粘接质量，应提前进行粘接试验以选取适宜的高强粘合剂；

步骤5：将钢筋混凝土夹心钢板衬砌吊装进已开挖完成的竖井内，在衬砌与围岩之间进行灌浆处理，相邻两节预制衬砌之间通过预留板、预留槽和橡胶垫片的挤压作用达到密封的效果。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明为预制结构，结构简单，设计合理，运送及施工便捷高效；本发明可以通过预留板、预留槽和橡胶垫片实现相邻两节衬砌之间的密封，达到阻止隧洞内水外渗的目的；本发明可以在高内水压力环境中，在不影响高压水道整个生命周期内安全的前提下，实现衬砌结构快速安全建设；本发明的结构尺寸较为灵活，可通过调节钢板厚度和钢筋直径及间距布置，给予不同的支护力数值，能够满足不同类型的工程需要。

附图说明

图1为本发明中衬砌结构示意图。

图2为本发明中衬砌结构截面示意图。

图3为本发明中预留板局部位置示意图。

图4为本发明中预留板和橡胶垫片组合方式示意图。

图5为本发明中预留槽局部位置示意图。

图6为本发明中预制衬砌结构应用实例图。

其中，1-钢板；2-混凝土；3-钢筋；4-橡胶垫片；5-围岩；101-预留板；102-预留槽；201-内层混凝土；202-外层混凝土；301-内层环向钢筋；302-外层环向钢筋。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例及附图，对本发明的技术方案进行清楚完整的描述。应该了解，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-6所示，本发明的一种钢筋混凝土夹心钢板衬砌结构，包括钢板1，混凝土2，钢筋3，橡胶垫片4，围岩5，预留板101，预留槽102，内层混凝土201，外层混凝土202，内层环向钢筋301，外层环向钢筋302。

如图1-5所示，所述钢板1设置在所述混凝土2和钢筋3的中间部位，且钢板的一侧设置有预留板101，所述预留板101在环向360°范围内为上窄下宽的形状，以便于安装完衬砌结构后通过橡胶垫片4贴合于另一节钢筋混凝土夹心钢板衬砌结构的钢板1的预留槽102内；所述预留槽102的形状和预留板101一致，且预留槽102的尺寸满足预留板101进入的要求；所述钢板1为预制结构，其厚度可根据钢筋混凝土夹心钢板衬砌结构承载条件来确定；所述预留板101与钢板1为整体结构，通过切割形成，预留板101的高度可根据钢板1的宽度调整；所述预留槽102在钢板1上切割形成，预留槽102的深度根据预留板101的高度调整，以满足预留槽102与另一节衬砌结构的预留板101紧密贴合的要求。

如图1-6所示，所述混凝土2包括内层混凝土201和外层混凝土202，分别设置在钢板1的两侧，内层混凝土201中有内层环向钢筋301，外层混凝土202中有外层环向钢筋302；混凝土2和钢筋3共同组成钢筋混凝土筒壳，为预制结构，在浇筑预制时利用规则模具生成。

如图1-5所示，所述钢筋3包括内层环向钢筋301和外层环向钢筋302，分别设置在内层混凝土201和外层混凝土202内；钢筋3的直径和间距布置可根据承载条件确定。

如图1、图2、图4和图6所示，所述橡胶垫片4为弹性材料，在压力作用下能产生一定的弹性变形，橡胶垫片4设置在所述钢板1的预留板101的外侧；所述橡胶垫片4的形状与钢板上下侧表面的预留板101和预留槽102形状一致，能相互贴合；橡胶垫片4通过高强粘合剂布置于预留板101外表面，能充填预留板101和预留槽102间的微观间隙；衬砌结构安装完成后，相邻两节衬砌的预留板101和预留槽102在衬砌自身重力和外部压力作用下通过橡胶垫片4紧密贴合，以达到密封并阻止隧洞内水外渗的目的。

如图6所示，围岩5与外层混凝土202的外侧通过灌浆层连结。

本发明的一种钢筋混凝土夹心钢板衬砌结构组合方式的施工方法，包括以下施工步骤：

步骤1：制作关键预制构件，包括：钢板1、预留板101、预留槽102、钢筋3和橡胶垫片4；预制完成后，应对各构件进行质量检查，确保形状、尺寸在后续安装过程中能够相互贴合；

步骤2：浇筑前组装及准备工作：在预制场地搭设定型模板及内外支撑排架形成模具，将预制钢板1固定在模具的相应位置，将预制好的钢筋3绑扎后固定于钢板1两侧对应位置；在模具接口处采用螺栓固定牢靠，在定型模具之间的缝隙粘贴纸胶带；

步骤3：浇筑混凝土及拆模养护：采用混凝土罐车运至施工现场，在模具内浇筑混凝土2，要求浇筑一次完成，并采用插入式振捣棒，观察表面再无气泡溢出即可；浇筑完成后及时洒水养护，保证混凝土表面成型且无开裂现象；养护达到标准强度后拆除模板，对外表面进行清理使其光滑平整；

步骤4：将预制好的橡胶垫片4通过高强度粘合剂粘在预留板101顶部，为确保粘接质量，应提前进行粘接试验以选取适宜的高强粘合剂；

步骤5：将钢筋混凝土夹心钢板衬砌吊装进已开挖完成的竖井内，在衬砌与围岩之间进行灌浆处理，相邻两节预制衬砌之间通过预留板101、预留槽102和橡胶垫片4的挤压作用达到密封的效果。

此外，本说明书应被视为一个整体，上述实施方式并非本发明唯一的独立技术方案，实施例中的技术方案可经适当组合调整，形成本领域技术人员可理解的其他实施方式。