一种预应力衬砌结构及其施工方法与流程

本发明公开了一种预应力衬砌结构及其施工方法，属于建筑施工。

背景技术：

1、随着全球气候变化，为加快能源绿色低碳转型，抽水蓄能和压气储能技术快速发展。其中抽水蓄能的输水系统通常采用地下埋管的形式，其设计水头高达千米；压气储能的储气库通常采用地下大规模的密封容器。

2、对于抽水蓄能的地下隧道或压气储能的地下储气库，其密封性决定了工程的成败。而无论是抽水蓄能的地下隧道还是压气储能的地下储气库，其均面临高内压的流体或气体。常规的地下洞室，通常采用钢衬衬砌、钢筋混凝土衬砌或混凝土衬砌等结构形式。然而，钢板衬砌其钢板厚度高，安装工艺要求高，导致工程成本高、施工进度慢；钢筋混凝土衬砌或混凝土衬砌施工工艺简单、造价低廉，但其在高内压作用下，易产生裂缝，导致其密封性能较差。

技术实现思路

1、本申请的目的在于，提供一种预应力衬砌结构以解决现有技术中钢板衬砌造价高、工期长；混凝土衬砌易裂缝、密封性差的技术问题。为实现上述目的，本发明提出了一种预应力衬砌结构，具体方案如下：

2、一种预应力衬砌结构，包括：分块式衬砌层、灌浆层和钢板衬砌层；

3、所述分块式衬砌层设置在待衬砌洞室的内壁，并与所述内壁之间形成缓冲区；

4、所述钢板衬砌层设置在所述分块式衬砌层远离所述内壁一侧，用于密封洞室；

5、所述灌浆层浇筑成型在所述缓冲区，并向所述分块式衬砌层和所述钢板衬砌层施加预应力。

6、优选的，还包括混凝土衬砌层；

7、所述混凝土衬砌层设置在所述钢板衬砌层远离所述分块式衬砌层的一侧。

8、优选的，还包括柔性膜层；

9、所述柔性膜层设置在所述混凝土衬砌层远离所述钢板衬砌层一侧的表面。

10、优选的，所述分块式衬砌层由多个混凝土预制块组合形成，相邻的两个所述混凝土预制块连接的两个侧边分别设置有匹配的凹槽和凸起。

11、一种预应力衬砌结构的施工方法，包括以下步骤：

12、步骤1、在待衬砌洞室的内壁上砌筑混凝土预制块，形成分块式衬砌层，所述分块式衬砌层与所述内壁之间形成缓冲区；

13、步骤2、在所述分块式衬砌层远离所述内壁一侧设置钢板形成钢板衬砌层，所述分块式衬砌层和所述钢板衬砌层的对应位置设置有贯穿的注浆孔；

14、步骤3、穿过所述注浆孔向所述缓冲区加压注浆，形成灌浆层。

15、优选的，在所述步骤3之前还包括；

16、在所述钢板衬砌层远离所述分块式衬砌层的一侧设置模板；

17、向所述模板与所述钢板衬砌层之间浇筑混凝土形成混凝土衬砌层。

18、优选的，所述步骤3具体包括：

19、在所述洞室内设置支撑套筒，所述支撑套筒贯穿所述分块式衬砌层、所述钢板衬砌层和所述混凝土衬砌层；

20、通过所述支撑套筒以预设压力向所述缓冲区注入浆液，形成所述灌浆层。

21、优选的，所述浆液中包括膨润土。

22、优选的，所述步骤3之后还包括：

23、在所述混凝土衬砌层远离所述钢板衬砌层的一侧表面喷涂柔性膜层。

24、优选的，所述注浆孔位于所述分块式衬砌层的顶部；

25、所述注浆孔为多个，多个所述注浆孔均匀贯穿布设在所述分块式衬砌层和所述钢板衬砌层上。

26、有益效果：本发明的高内压洞室采用预应力衬砌结构能够在高内压作用时避免衬砌结构发生开裂，防止内水或内气外渗；分块式衬砌层的混凝土预制块之间设置v型槽可以让混凝土预制块卡扣住，形成整体，避免发生失稳。内外层混凝土层之间设置薄钢板，起到防渗密封作用的同时作为内外层混凝土层之间的滑动层。外圈选择混凝土预制块可加快施工进度，节约工期；内圈选择整体浇筑混凝土，可保证外圈分块式混凝土衬砌层和钢板衬砌层的稳定。设置支撑套筒的目的是通过控制套筒的收缩，来控制衬砌结构整体的变形，避免局部注浆压力过大导致衬砌结构不均匀变形，保证注浆压力和灌浆层的压应力的均匀上升。内圈混凝土层的表层喷涂柔性密封材料，目的是在内外圈混凝土层预应力损失过大、发生开裂、薄钢板局部破坏时，能够保证洞室的密封性。本发明还具有建造成本低、安全性高的特点。

技术特征：

1.一种预应力衬砌结构，其特征在于，包括：分块式衬砌层、灌浆层和钢板衬砌层；

2.根据权利要求1所述的预应力衬砌结构，其特征在于，还包括混凝土衬砌层；

3.根据权利要求2所述的预应力衬砌结构，其特征在于，还包括柔性膜层；

4.根据权利要求1所述的预应力衬砌结构，其特征在于，所述分块式衬砌层由多个混凝土预制块组合形成，相邻的两个所述混凝土预制块连接的两个侧边分别设置有匹配的凹槽和凸起。

5.一种预应力衬砌结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的预应力衬砌结构的施工方法，其特征在于，在所述步骤3之前还包括；

7.根据权利要求6所述的预应力衬砌结构的施工方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：

8.根据权利要求7所述的预应力衬砌结构的施工方法，其特征在于，所述浆液中包括膨润土。

9.根据权利要求7所述的预应力衬砌结构的施工方法，其特征在于，所述步骤3之后还包括：

10.根据权利要求5所述的预应力衬砌结构的施工方法，其特征在于，所述注浆孔位于所述分块式衬砌层的顶部；

技术总结本发明属于建筑施工技术领域，公开了一种预应力衬砌结构及其施工方法，包括：分块式衬砌层、灌浆层和钢板衬砌层；分块式衬砌层设置在待衬砌洞室的内壁，并与内壁之间形成缓冲区；钢板衬砌层设置在分块式衬砌层远离内壁一侧，用于密封洞室；灌浆层浇筑成型在缓冲区，并向分块式衬砌层和钢板衬砌层施加预应力。本发明的高内压洞室采用预应力衬砌结构能够在高内压作用时避免衬砌结构发生开裂，防止内水或内气外渗；分块式衬砌层的混凝土预制块之间设置V型槽可以让混凝土预制块卡扣住，形成整体，避免发生失稳。本发明具有建造成本低、安全性高的特点。技术研发人员：周恒,黄鹏,吕庆超,赵春龙,甄燕受保护的技术使用者：中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/18