本發(fā)明涉及一種襯砌，還涉及一種所述襯砌的制作方法。

背景技術(shù)：

抽水蓄能電站機(jī)組安裝位置一般較低，而發(fā)電水頭卻較高，這使得抽蓄電站的輸水系統(tǒng)要能承擔(dān)較大的內(nèi)水壓力。在地質(zhì)條件較差時，許多電站不得不在輸水系統(tǒng)設(shè)計中采取鋼筋混凝土襯砌與鋼管襯砌聯(lián)合使用的方式。由于鋼管破壞的隱蔽性，在這類設(shè)計中保證鋼管的運行穩(wěn)定非常重要。

多數(shù)地埋高壓鋼管的破壞是由外水壓力引起的失穩(wěn)所致，如劉家峽1#機(jī)組引水發(fā)電隧洞、美國TaumSank(托姆索克)電站壓力隧洞等。這是因為：1、鋼管與混凝土襯砌洞間存在結(jié)構(gòu)縫設(shè)計，高內(nèi)水壓力易導(dǎo)致鋼管襯砌和混凝土襯砌變形不協(xié)調(diào)，在交界面出現(xiàn)拉裂，造成內(nèi)水外滲；2、內(nèi)水外滲、上水庫滲流邊界以及山體地下水形成了山體地下滲流場。而地下埋管相對于外壓是一種薄殼結(jié)構(gòu)，一旦高壓水沿鋼管襯砌和混凝土襯砌的縫隙作用于高壓管道上，可能導(dǎo)致鋼管變形壓屈鼓包。

近年來，隨著人們對外水壓力威脅鋼管安全運行現(xiàn)象的認(rèn)識不斷深入，對鋼管襯砌與混凝土襯砌接縫處的連接要求越來越具體；但是，目前國內(nèi)各水電設(shè)計院對此接縫的細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計卻十分粗放。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有的鋼管襯砌與混凝土襯砌的連接部位容易破壞的問題，本發(fā)明提供了一種襯砌及其制作方法，該襯砌及其制作方法不但能夠控制鋼管襯砌和混凝土襯砌的變形協(xié)調(diào)，降低外水壓力對鋼管失穩(wěn)的威脅，保障廠房安全運行，還具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低，防滲效果顯著等優(yōu)點。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種襯砌，包括依次連接的混凝土襯砌段和鋼管襯砌段，鋼管襯砌段內(nèi)含有鋼管，鋼管外套設(shè)有阻水環(huán)，阻水環(huán)與鋼管密封連接，混凝土襯砌段內(nèi)含有結(jié)構(gòu)和構(gòu)造鋼筋，結(jié)構(gòu)和構(gòu)造鋼筋與阻水環(huán)連接固定。

混凝土襯砌段的軸線與鋼管襯砌段的軸線重合，混凝土襯砌段的內(nèi)徑與鋼管襯砌段的內(nèi)徑相同，鋼管襯砌段中鋼管的一端與混凝土襯砌段抵接。

阻水環(huán)與鋼管固定連接，阻水環(huán)的中心線與鋼管的軸線重合，阻水環(huán)的外徑與阻水環(huán)的內(nèi)徑之差大于或等于30cm，沿鋼管襯砌段的軸線方向，鋼管外間隔地套設(shè)有多個阻水環(huán)。

該襯砌中含有一次性澆筑成型的共同澆筑段，共同澆筑段位于混凝土襯砌段與鋼管襯砌段的連接區(qū)域，共同澆筑段的一半為混凝土襯砌段的一段，共同澆筑段的另一半為鋼管襯砌段的一段，阻水環(huán)位于共同澆筑段的所述另一半內(nèi)。

沿混凝土襯砌段的軸線方向，共同澆筑段的中心與鋼管的所述一端的端面平齊，結(jié)構(gòu)和構(gòu)造鋼筋包括外層結(jié)構(gòu)和構(gòu)造鋼筋與內(nèi)層結(jié)構(gòu)和構(gòu)造鋼筋，外層結(jié)構(gòu)和構(gòu)造鋼筋設(shè)置于內(nèi)層結(jié)構(gòu)和構(gòu)造鋼筋的外側(cè)，內(nèi)層結(jié)構(gòu)和構(gòu)造鋼筋的端部與阻水環(huán)焊接。

外層結(jié)構(gòu)和構(gòu)造鋼筋套設(shè)于阻水環(huán)外，外層結(jié)構(gòu)和構(gòu)造鋼筋的端部與共同澆筑段的一端的端面平齊，共同澆筑段的所述一端位于鋼管襯砌段內(nèi)。

外層結(jié)構(gòu)和構(gòu)造鋼筋含有外層結(jié)構(gòu)鋼筋與外層構(gòu)造鋼筋，內(nèi)層結(jié)構(gòu)和構(gòu)造鋼筋含有內(nèi)層結(jié)構(gòu)鋼筋與內(nèi)層構(gòu)造鋼筋，外層結(jié)構(gòu)鋼筋的外徑和內(nèi)層結(jié)構(gòu)鋼筋的外徑相同，內(nèi)層構(gòu)造鋼筋的端部與阻水環(huán)的端面焊接，外層構(gòu)造鋼筋的端部與共同澆筑段的所述一端的端面平齊，共同澆筑段的長度為外層結(jié)構(gòu)鋼筋直徑的80倍～100倍。

一種上述襯砌的制作方法，包括以下步驟：

步驟1、將鋼管的一端外套設(shè)阻水環(huán)，使阻水環(huán)與鋼管密封連接固定；

步驟2、將結(jié)構(gòu)和構(gòu)造鋼筋的端部與阻水環(huán)對應(yīng)焊接固定；

步驟3、澆筑出混凝土襯砌段和鋼管襯砌段。

在步驟3中，澆筑時，沿混凝土襯砌段的軸線方向，在鋼管的所述一端的兩側(cè)一次性澆筑出共同澆筑段，共同澆筑段的中心與鋼管的所述一端的端面平齊，共同澆筑段的長度為結(jié)構(gòu)和構(gòu)造鋼筋中鋼筋直徑的80倍～100倍。

該襯砌的制作方法還包括：

步驟4、對共同澆筑段的施加化學(xué)灌漿，灌漿材料及灌漿方式遵循(DL/T5406-2010)《水工建筑物化學(xué)灌漿施工規(guī)范》的要求。

本發(fā)明的有益效果是：該襯砌及其制作方法不但能夠控制鋼管襯砌和混凝土襯砌的變形協(xié)調(diào)，降低外水壓力對鋼管失穩(wěn)的威脅，保障廠房安全運行，還具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低，防滲效果顯著等優(yōu)點。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。

圖1是本發(fā)明所述襯砌的示意圖。

1、混凝土襯砌段；2、鋼管襯砌段；3、鋼管；4、阻水環(huán)；5、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造鋼筋；6、混凝土；7、共同澆筑段；8、外層結(jié)構(gòu)和構(gòu)造鋼筋；9、外層結(jié)構(gòu)鋼筋；10、外層構(gòu)造鋼筋；11、內(nèi)層結(jié)構(gòu)和構(gòu)造鋼筋；12、內(nèi)層結(jié)構(gòu)鋼筋；13、內(nèi)層構(gòu)造鋼筋。

具體實施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。

一種襯砌，包括依次連接的混凝土襯砌段1和鋼管襯砌段2，鋼管襯砌段2內(nèi)含有鋼管3，鋼管3外套設(shè)有阻水環(huán)4，阻水環(huán)4與鋼管3密封連接，混凝土襯砌段1內(nèi)含有結(jié)構(gòu)和構(gòu)造鋼筋5，結(jié)構(gòu)和構(gòu)造鋼筋5與阻水環(huán)4連接固定，如圖1所示。

在本實施例中，將該襯砌分為混凝土襯砌段1和鋼管襯砌段2，該表述僅是為了便于使本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解本發(fā)明中部件的位置和連接關(guān)系，并不表示該襯砌的整體性被破壞。

在本實施例中，如圖1所示，混凝土襯砌段1的軸線與鋼管襯砌段2的軸線重合，混凝土襯砌段1的內(nèi)徑與鋼管襯砌段2的內(nèi)徑相同，混凝土襯砌段1的外徑與鋼管襯砌段2的外徑相同，阻水環(huán)4全部位于鋼管襯砌段2內(nèi)，鋼管襯砌段2中鋼管3的左端與混凝土襯砌段1抵接，鋼管3位于鋼管襯砌段2的內(nèi)表面，鋼管襯砌段2中鋼管3外含有混凝土6。

在本實施例中，阻水環(huán)3為鋼環(huán)，阻水環(huán)4與鋼管3焊接，阻水環(huán)4的中心線與鋼管3的軸線重合，阻水環(huán)4的外徑與阻水環(huán)4的內(nèi)徑之差大于或等于30cm，阻水環(huán)4的外徑小于鋼管襯砌段2的外徑，阻水環(huán)4的具體尺寸將根據(jù)現(xiàn)場的實際情況而定，沿鋼管襯砌段2的軸線方向，鋼管3外間隔地套設(shè)有多個阻水環(huán)4。在鋼管襯砌段2的始端設(shè)置阻水環(huán)4，阻水環(huán)4可以阻止外水滲入。

在本實施例中，該襯砌中含有一次性澆筑成型的共同澆筑段7，共同澆筑段7位于混凝土襯砌段1與鋼管襯砌段2的連接區(qū)域，共同澆筑段7的一半為混凝土襯砌段1的一段，共同澆筑段7的另一半為鋼管襯砌段2的一段，如圖1中，共同澆筑段7的左半部分為混凝土襯砌段1的一段，共同澆筑段7的右半部分為鋼管襯砌段2的一段，阻水環(huán)4位于共同澆筑段7的所述另一半(共同澆筑段7的右半部分)內(nèi)，如阻水環(huán)4位于共同澆筑段7的右半部分內(nèi)。沿混凝土襯砌段1的軸線方向，共同澆筑段7的中心與鋼管3的左端的端面平齊，共同澆筑段7的長度(圖1中左右方向的尺寸)為結(jié)構(gòu)和構(gòu)造鋼筋5中鋼筋直徑的80倍～100倍。如圖1所示，鋼管襯砌段2的左端的端面的左側(cè)及右側(cè)各40d～50d(d為鋼筋直徑)作為共同澆筑段7，其范圍內(nèi)的回填混凝土一次性共同澆筑成型，可以進(jìn)一步加固鋼管襯砌與鋼筋混凝土襯砌的連接強(qiáng)度。

在本實施例中，結(jié)構(gòu)和構(gòu)造鋼筋5呈筒狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)和構(gòu)造鋼筋5包括外層結(jié)構(gòu)和構(gòu)造鋼筋8與內(nèi)層結(jié)構(gòu)和構(gòu)造鋼筋11，外層結(jié)構(gòu)和構(gòu)造鋼筋8套設(shè)于內(nèi)層結(jié)構(gòu)和構(gòu)造鋼筋11的外側(cè)，內(nèi)層結(jié)構(gòu)和構(gòu)造鋼筋11的端部與阻水環(huán)4焊接。外層結(jié)構(gòu)和構(gòu)造鋼筋8套設(shè)于阻水環(huán)4外，外層結(jié)構(gòu)和構(gòu)造鋼筋8的端部與共同澆筑段7的右端的端面平齊，共同澆筑段7的右端位于鋼管襯砌段2內(nèi)，如圖1所示。在兩種管道接縫處將混凝土襯砌中的鋼筋深入鋼管襯砌，通過焊接使鋼筋混凝土襯砌與鋼管襯砌有較強(qiáng)的連接強(qiáng)度。

在本實施例中，外層結(jié)構(gòu)和構(gòu)造鋼筋8含有外層結(jié)構(gòu)鋼筋9與外層構(gòu)造鋼筋10，內(nèi)層結(jié)構(gòu)和構(gòu)造鋼筋11含有內(nèi)層結(jié)構(gòu)鋼筋12與內(nèi)層構(gòu)造鋼筋13，外層結(jié)構(gòu)鋼筋9的外徑和內(nèi)層結(jié)構(gòu)鋼筋12的外徑相同，內(nèi)層構(gòu)造鋼筋13右端的端部與阻水環(huán)4的端面焊接，外層構(gòu)造鋼筋10右端的端部與共同澆筑段7右端的端面平齊，共同澆筑段7的長度為外層結(jié)構(gòu)鋼筋9直徑的80倍～100倍，如圖1所示。

下面介紹一種上述襯砌的制作方法，包括以下步驟：

步驟1、將鋼管3的一端外套設(shè)阻水環(huán)4，使阻水環(huán)4與鋼管3密封連接固定，具體的，可以先將鋼管3就位，在混凝土襯砌段1和鋼管襯砌段2的擬交接初始處設(shè)置阻水環(huán)4，阻水環(huán)4與鋼管3焊接固定；

步驟2、使筒狀的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造鋼筋5(鋼筋籠)的軸線與鋼管3的軸線重合，將結(jié)構(gòu)和構(gòu)造鋼筋5的端部與阻水環(huán)4對應(yīng)焊接固定，如圖1所示；

步驟3、澆筑出混凝土襯砌段1和鋼管襯砌段2。

由于混凝土襯砌段1和鋼管襯砌段2的尺寸均較大，混凝土襯砌段1和鋼管襯砌段2通常需要沿軸向分段澆筑成型，為了進(jìn)一步加固鋼管襯砌與鋼筋混凝土襯砌的連接強(qiáng)度，在步驟3中，澆筑時，需要在沿混凝土襯砌1的軸線方向鋼管3的左端的兩側(cè)一次性澆筑出共同澆筑段7，即圖1中的共同澆筑段7一次性澆筑成型，共同澆筑段7的中心與鋼管3的左端的端面平齊，共同澆筑段7的左右兩半部分互為鏡像，共同澆筑段7的長度為結(jié)構(gòu)和構(gòu)造鋼筋5中鋼筋直徑的80倍～100倍。

為了增加混凝土和圍巖部分的密實，防止外水滲入鋼管外側(cè)。該襯砌的制作方法還包括步驟4，步驟4為在澆筑出共同澆筑段7后對該共同澆筑段7施加化學(xué)灌漿，即上述共同澆筑段7為經(jīng)過化學(xué)灌漿處理的共同澆筑段7。具體的，將兩種襯砌的連接部分范圍(即共同澆筑段7)施加化學(xué)灌漿，在靠近鋼管襯砌段2處設(shè)兩排化學(xué)灌漿，灌漿孔位與原隧洞帷幕灌漿孔錯開，灌漿孔入巖≥3m，灌漿孔塞位距孔口0.6m，灌漿壓力為1.2倍～1.5倍的靜水內(nèi)壓。在進(jìn)行上述化學(xué)灌漿時，灌漿材料及灌漿方式滿足(DL/T 5406-2010)《水工建筑物化學(xué)灌漿施工規(guī)范》的要求。

另外，在步驟1之前，首先需要選定地埋高壓鋼管(鋼管襯砌段2中的鋼管3)的鋼管管徑和厚度，計算地埋高壓鋼管在外水壓力作用下失去穩(wěn)定性的臨界值；其次根據(jù)此鋼管的工作環(huán)境、地下水水位等，評估外水壓力對鋼管失穩(wěn)的威脅性。若外水壓力較高，對鋼管的潛在威脅較大，可以實施本技術(shù)方案。

通過上述襯砌的制作方法制作出的襯砌能夠控制鋼管襯砌和混凝土襯砌的變形協(xié)調(diào)，降低外水壓力對鋼管失穩(wěn)的威脅，保障廠房安全運行。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施例，不能以其限定發(fā)明實施的范圍，所以其等同組件的置換，或依本發(fā)明專利保護(hù)范圍所作的等同變化與修飾，都應(yīng)仍屬于本專利涵蓋的范疇。另外，本發(fā)明中的技術(shù)特征與技術(shù)特征之間、技術(shù)特征與技術(shù)方案之間、技術(shù)方案與技術(shù)方案之間均可以自由組合使用。