为节约投资、加快施工进度,取消钢衬是近代埋藏式压力管道设计的一个发展方向,充分利用围岩承担内水压力是其设计的指导思想。地下管道的衬砌形式除钢板衬砌外,还有混凝土及钢筋混凝土衬砌、预应力混凝土衬砌以及具有防渗薄膜的混凝土衬砌等。

(一)混凝土及钢筋混凝土衬砌

混凝土衬砌和钢筋混凝土衬砌在低水头压力管道中应用较多(但若用于高水头情-况,在内水压力作用下混凝土衬砌难免开裂,因此应用较少),在高水头情况下防渗和承担内水,压力主要靠围岩,因此,其工作机理与不衬砌隧洞相似。该种情况下,混凝土及钢筋混凝土衬砌只能起到平整洞壁作用,为防渗和承担内水压力围岩必须较新鲜、完整(同时,其原始最小主压应力应不小于该点的内水压强并应有1.2～1.4的安全系数以防在充水后围岩被水力劈裂),洞室开挖后的二次应力与充水后的三次应力不但与洞室的尺寸和形状有关而且决定于原始地应力场的情况,因此,确定原始地应力场是地下工程设计的重要内容。小型工程和设计初级阶段由于地质资料不足,原始地应力场难以确定,在这种情况下也可根据岩石的覆盖厚度初步确定管道的位置和线路,挪威经验建议管顶以上岩体的最小覆盖厚度应满足

式中,Lr为计算点至岩面的最小距离(见图4-39);γW、H分别为水的容重和计算点的静水压;γr、α分别为岩体容重和山坡倾角;K为安全系数(可取1.2～1.4)。其余符号的含义及单位同前。围岩的覆盖厚度除应满足上述要求外还应该是新鲜、完整的(目的是满足防渗要求)。(www.daowen.com)

图4-39　围岩覆盖厚度

(二)预应力混凝土衬砌

预应力混凝土衬砌的特点是在管道充水之前在衬砌中施加预压应力以使管道充水后衬砌中不出现拉应力(或在局部只有很小的拉应力),混凝土衬砌中预压应力的施加方法主要有高压灌浆、钢缆施压、用膨胀混凝土衬砌3种。高压灌浆是指在混凝土衬砌与围岩之间进行的高压灌浆,目的是给衬砌施加预压应力。这种方法简单可靠、应用较广,但要求围岩应新鲜、完整并有足够的厚度。钢缆施压是指在混凝土衬砌外围预设钢缆,待混凝土强度足够后张拉钢缆给衬砌施加预压应力。这种做法安全可靠、对围岩要求不高,但施工复杂、造价较高。用膨胀混凝土衬砌主要利用的是混凝土的膨胀特点,在混凝土凝固过程中因自身膨胀会形成压应力,若围岩不够完整或覆盖厚度不够则可在衬砌靠围岩一侧布置钢筋以使其在衬砌混凝土的膨胀过程中承受拉应力,从而确保混凝土能够形成足够的压应力并减小混凝土膨胀在围岩中引起的应力。