适于TBM施工的压力管道与排水廊道的布置结构及施工方法与流程

本发明属于水利水电工程技术领域，具体涉及一种适于tbm施工的压力管道与排水廊道的布置结构及施工方法。

背景技术：

水电站压力管道普遍采用钢板衬砌进行设计，众所周知钢板衬砌有强度高、受内水条件好、防渗性好等众多优势，但也有抗外水压力差的致命弱点。针对这一弱点，高压管道的周围会设置排水廊道，其目的就是降低高压管道附近的地下水位。排水廊道的开挖断面一般都很小，使用钻爆法施工难度很大，安全和施工进度难以保障。因此近些年有少数电站引进了较为先进的tbm法进行排水廊道的施工，这样就极大程度上解决了安全和进度两大难题。例如发明专利《一种水电站压力管道排水廊道结构》(cn201910501349.6)中就提到了采用tbm法进行压力管道排水廊道的施工，就是很好的范例。但从其描述的内容看同样存在一些问题。

(1)由于tbm施工对场地的要求更高，因此在工程实际设计中需要详细安排机械的进场与出厂。此文中提到的排水廊道是一个封闭的环形，但是没有说明tbm是如何进入环形圈进行排水廊道的起始点开挖，又是如何待封闭环形排水廊道开挖完成后离开排水廊道的。

(2)此文中所描述的排水廊道位于每两个压力管道中平洞的正中间，高程与高压管道中平洞相近，此种设计是大多数电站采用的设计方案。这种设计方案将会破坏每两条压力管道中平洞之间的岩体，影响围岩与钢板的联合受力，增加钢板厚度，提高投资；同时由于压力管道中平洞、排水廊道和施工支洞在位于同一高程的邻近区域纵横排列布置，因此增加了排水廊道底部排水沟布置的难度。

(3)如此文附图3中所绘，位于两边的压力管道中平洞上方仅一侧有深排水孔，而不像中间的压力管道中平洞上方两侧均有深排水孔，此种设计同样是大多数电站采用的设计方案。此种设计中，位于两边的压力管道中平洞上方仅一侧存在深排水孔，难以形成封闭的排水区，降低外水的效果有所减弱。

采用tbm施工排水廊道的难点在于：如何合理布置排水廊道的路线，既能保证tbm有效施工，使排水廊道的开挖快速、安全；又能对压力管道中平洞周围岩体产生更为良好的排水效果、及时降低地下水位；同时尽可能保护压力管道中平洞之间岩体的完整性。现有技术成果对于解决上述问题仍有许多不足之处。

基于上述情况，本发明提出了一种适于tbm施工的压力管道与排水廊道的布置结构及施工方法，可有效解决以上问题。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种适于tbm施工的压力管道与排水廊道的布置结构及施工方法。本发明结构简单，排水廊道线路及其坡度设计合理，一举三得，优势在于可以针对tbm机械的施工特点合理安排排水廊道硐室的布置，安排施工机械的进场与转场，避免施工受阻等问题。同时提高排水廊道高程，减少对压力管道中平洞同一高程处中间岩体的破坏，提高这一区域围岩的完整性，增加围岩对内水压力的分担比，降低投资。在两侧压力管道中平洞的外部各增加一组排水廊道，使得每一条压力管道中平洞上方均有2条排水廊道，从排水廊道中打深排水孔，这样每条压力管道中平洞均可以形成封闭的排水区间，可以更为有效的降低地下水，减少钢板壁厚和增加加进环间距，降低工程投资和施工难度。

为解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案实现：

一种适于tbm施工的压力管道与排水廊道的布置结构，包括用于施工多条平行压力管道中平洞的施工支洞，将在所述施工支洞上开挖排水廊道的起点设定为a点，由a点处开挖形成依次连接的第一段排水廊道和第二段排水廊道，所述第一段排水廊道和第二段排水廊道之间的连接拐点设定为b点，第二段排水廊道的尾端设定为c点；由a点经b点到c点，该区间高程升高；

所述第二段排水廊道的尾端连接有布置在所述压力管道中平洞上方的蛇形排水廊道，将所述蛇形排水廊道的尾端设定为d点；由c点到d点，该区间高程降低，且该区间内的蛇形排水廊道的底部开挖高程比压力管道中平洞的顶部高程高；

所述蛇形排水廊道的尾端通过第七段排水廊道与第一段排水廊道的b点连接，将所述第七段排水廊道上靠近b点的拐点设定为e点；由d点经e点、b点到a点，该区间高程降低。

作为本发明的一种优选技术方案，所述蛇形排水廊道包括依次连接的第三段排水廊道、第一段平面弯道、第四段排水廊道、第二段平面弯道、第五段排水廊道、第三段平面弯道和第六段排水廊道，第三段排水廊道的首端与c点连接，第六段排水廊道的尾端与d点连接。

作为本发明的一种优选技术方案，由c点到d点的这一区间内的排水廊道，在平面布置上采用蛇形线条，坡比为0.5％。

作为本发明的一种优选技术方案，由c点到d点的这一区间内的蛇形排水廊道，其底部开挖高程比压力管道中平洞的顶部高程高25～30m。

作为本发明的一种优选技术方案，所述第一段排水廊道和第二段排水廊道的坡度不大于10％。

作为本发明的一种优选技术方案，所述排水廊道采用tbm开挖施工的方式形成，其断面为圆形，直径为3.5m，转弯处的转弯半径需要满足tbm行进的要求。

作为本发明的一种优选技术方案，所述压力管道中平洞包括平行设置的三条压力管道中平洞，每条压力管道中平洞的左、右斜上方各对应设有一条排水廊道。

作为本发明的一种优选技术方案，所述蛇形排水廊道上设置有分别与所述第三段排水廊道、第四段排水廊道、第五段排水廊道和第六段排水廊道的内部连通的深排水孔。

作为本发明的一种优选技术方案，所述深排水孔通过pvc管与设置在蛇形排水廊道内的软式不透水管连接，软式不透水管将水引至蛇形排水廊道底部的排水沟内。

本发明还提供一种适于tbm施工的压力管道与排水廊道的布置结构的施工方法，包括以下施工步骤：

s1.将施工支洞的a点前某一区域作为tbm的组装场地，进行tbm的安装及调试；

s2.待tbm调试运行良好后，从a点开始采取爬坡的方式对第一段排水廊道和第二段排水廊道进行施工；

s3.依次对第三段排水廊道、第一段平面弯道、第四段排水廊道、第二段平面弯道、第五段排水廊道、第三段平面弯道和第六段排水廊道进行开挖施工，由c点到d点的开挖，采用降坡的方式；

s4.由d点经e点到b点，对第七段排水廊道进行施工，采用降坡的方式；

s5.完成第七段排水廊道的施工后，施工机械最后经过已经开挖成型的第一排水廊道和施工支洞运输出地下硐室群。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

本发明结构简单，排水廊道线路及其坡度设计合理，一举三得，具体可以总结为：

第一：合理布置排水廊道线路和与压力管道中平段施工支洞、压力管道中平洞的空间关系，使得tbm机械的行进方式简单、明确，能够更好的发挥采用tbm所带来的施工效率高、开挖速度快、施工过程安全等优势。

第二：可以保证压力管道中平洞之间同一高程处岩体的完成性，提高压力管道中平洞运行的安全性，一定程度上降低钢板的壁厚，节约投资。

第三：可以使每一条压力管道中平洞左、右上方各有一条排水廊道，从排水廊道中打深排水孔，这样每条压力管道中平洞均可以形成封闭的排水区间，可以更为有效的降低地下水位，减少钢板壁厚和增加加进环间距，进一步降低工程投资和施工难度。

附图说明

图1为本发明的平面结构示意图；

图2为本发明的纵剖面结构示意图(a-a剖面)；

图3为本发明的排水廊道典型断面图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

如图1所示，一种适于tbm施工的压力管道与排水廊道的布置结构，包括用于施工多条平行压力管道中平洞2的施工支洞1，所述压力管道中平洞2均穿过所述施工支洞1并与之相垂直；将在所述施工支洞1上开挖排水廊道的起点设定为a点，由a点处开挖形成依次连接的第一段排水廊道3和第二段排水廊道4，所述第一段排水廊道3和第二段排水廊道4之间的连接拐点设定为b点，第二段排水廊道4的尾端设定为c点；由a点经b点到c点，该区间高程升高。

具体地，所述第一段排水廊道3和第二段排水廊道4的坡度不大于10％；所述排水廊道采用tbm开挖施工的方式形成，其断面为圆形，直径为3.5m，转弯处的转弯半径需要满足tbm行进的要求。

所述第二段排水廊道4的尾端连接有布置在所述压力管道中平洞上方的蛇形排水廊道，将所述蛇形排水廊道的尾端设定为d点；所述蛇形排水廊道包括依次连接的第三段排水廊道51、第一段平面弯道61、第四段排水廊道52、第二段平面弯道62、第五段排水廊道53、第三段平面弯道63和第六段排水廊道54，第三段排水廊道51的首端与c点连接，第六段排水廊道54的尾端与d点连接。

具体地，由c点到d点，该区间高程降低；由c点到d点的这一区间内的排水廊道，在平面布置上采用蛇形线条，坡比为0.5％。c点的底板高程应高于压力管道中平洞2一定高度。通过综合分析，如果这一高程差太小则排水廊道开挖依然会影响到压力管道中平洞2之间围岩的完整性；如果这一高程差太大，排水廊道与压力管道中平洞高程差范围内的岩体是排水的真空地带，没有有效的排水措施，将会增加钢板的外水压力。经过数值计算和多目标决策，将这一高程差定位25～30m。

具体地，所述压力管道中平洞2包括平行设置的三条压力管道中平洞2，每条压力管道中平洞2的左、右斜上方各对应设有一条排水廊道，使得压力管道中平洞2之间的岩体完好。所述蛇形排水廊道上设置有分别与所述第三段排水廊道51、第四段排水廊道52、第五段排水廊道53和第六段排水廊道54的内部连通的深排水孔8；如图2所示，从排水廊道顶拱圆心角100～120°范围内打30～40m深排水孔8，排距5m；每条压力管道中平洞2均处于排水廊道和深排水孔8组成的封闭的排水帷幕之下。

如图3所示，所述深排水孔8通过pvc管9与设置在蛇形排水廊道内的软式不透水管10连接，软式不透水管10将水引至蛇形排水廊道底部的排水沟11内。地下水经排水廊道的深排水孔8、pvc管9和软式不透水管10后流入底板下方的排水沟11。排水廊道内收集的地下水从c点经d、e、b和a最后流入施工支洞1，从而流到山体之外。

所述第六段排水廊道54的尾端通过第七段排水廊道7与第一段排水廊道3的b点连接，将所述第七段排水廊道7上靠近b点的拐点设定为e点；由d点经e点、b点到a点，该区间高程降低。

本发明提供一种适于tbm施工的压力管道与排水廊道的布置结构的施工方法，包括以下施工步骤：

s1.将施工支洞1的a点前某一区域作为tbm的组装场地，进行tbm的安装及调试；

s2.待tbm调试运行良好后，从a点开始对第一段排水廊道3和第二段排水廊道4进行施工，这两段排水廊道采取爬坡的方式，坡度不大于10％，最后到达c点时其底部开挖高程需要比压力管道中平洞2顶部高程高25～30m。

s3.依次对第三段排水廊道51、第一段平面弯道61、第四段排水廊道52、第二段平面弯道62、第五段排水廊道53、第三段平面弯道63和第六段排水廊道54进行开挖施工，由c点到d点的开挖，采用降坡的方式，坡度0.5％；

s4.由d点经e点到b点，对第七段排水廊道7进行施工，采用降坡的方式，具体坡度可根据现场实际测量确定；

s5.完成第七段排水廊道7的施工后，施工机械最后经过已经开挖成型的第一排水廊道3和施工支洞1运输出地下硐室群。

依据本发明的描述及附图，本领域技术人员很容易制造或使用本发明的适于tbm施工的压力管道与排水廊道的布置结构，并且能够产生本发明所记载的积极效果。

如无特殊说明，本发明中，若有术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此本发明中描述方位或位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以结合附图，并根据具体情况理解上述术语的具体含义。

除非另有明确的规定和限定，本发明中，若有术语“设置”、“相连”及“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

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