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水 利 学 报

2025 年 11 月 SHUILI XUEBAO 第 56 卷 第 11 期

文章编号：0559-9350（2025）11-1469-11

含诱导缝钢筋混凝土衬砌压力隧洞物理模型试验研究

吴维江 1，2 ，汪小刚 ，刘学山 ，英鹏涛 ，邵明磊 ，张 强 1
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（1. 中国水利水电科学研究院 流域水循环与水安全全国重点实验室，北京 100038；2. 南京工业大学 交通运输工程学院，
江苏 南京 211816；3. 南方电网调峰调频发电有限公司工程建设管理分公司，广东 广州 511499；
4. 中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，陕西 西安 710065）
摘要：钢筋混凝土衬砌是压力隧洞一种优选的衬砌结构型式，在高水头下可能发生开裂，但其开裂位置和开裂数
量具有随机性，且难以进行有效监测和控制，对隧洞长期安全服役会产生不确定性影响。针对传统钢筋混凝土衬
砌存在的不足，提出了含诱导缝钢筋混凝土衬砌结构，使被动开裂转为主动开裂。通过开展新型衬砌压力隧洞充
排水物理模型试验，分析了首次和第二次充排水过程中衬砌结构的受力性状，并验证新型衬砌结构的有效性。试
验结果表明：首次充水过程中，当衬砌开裂后，衬砌外侧水压力出现快速上升，且随着衬砌内外侧水压力差的逐
渐减小并趋于平衡，衬砌（环向）和钢筋受力开始由受拉状态转为受压状态；而在第二次充排水过程中，衬砌内外
水连通，且两者同步升降，衬砌环向受力初期表现为短暂的受拉，后逐渐受压；首次和第二次充水后，含诱导缝
的钢筋混凝土衬砌仅沿诱导缝形成了 1 条贯通裂缝，其他部位未出现裂缝。模型试验结果证实了含诱导缝钢筋混
凝土衬砌可以实现开裂位置可控、裂缝宽度可测、钢筋可靶向防腐的功能，克服了传统钢筋混凝土衬砌存在的不
足，可为高水头压力隧洞钢筋混凝土透水衬砌设计提供新的思路。
关键词：抽水蓄能电站；压力隧洞；含诱导缝钢筋混凝土衬砌；物理模型试验
中图分类号：TV332 文献标识码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20240842

1 研究背景

随着我国“双碳”战略和抽水蓄能中长期发展规划的实施，抽水蓄能电站作为国家电网的中坚调
节工具，其开发进入了前所未有的阶段 ［1-2］ 。压力隧洞作为抽水蓄能电站的重要输水系统，与传统水
电站相比，具有洞径大、水头高的特点，隧洞建设质量和运行安全将关系到整个工程的本质安全。
钢筋混凝土衬砌作为一种常见的衬砌结构型式，在高水头压力作用下普遍会发生开裂透水 ［3-5］ ，
因此也被称为透水衬砌 ，因其兼具技术和经济优势，近年来在我国高水头抽水蓄能电站中得到广泛
［6］
应用 。目前，我国已建的广蓄、天荒坪、惠蓄、仙游、清蓄、深蓄和阳蓄等抽蓄工程，除了均采用
［7］
钢筋混凝土衬砌这一结构型式外，电站设计静水头普遍超过 500 m，阳蓄电站的设计静水头已达到
799 m，成为目前国内外已建成的水头最高的钢筋混凝土衬砌压力隧洞 ［8-10］ 。
虽然钢筋混凝土透水衬砌在抽水蓄能电站高水头压力隧洞建设中得到了巨大成功应用，但从衬砌
实际的运行性状来看，其仍存在一些不足之处，影响隧洞的长期安全服役性能。具体表现为：（1）受
施工质量和地质条件影响，衬砌开裂部位具有随机性、裂缝条数不可控，个别工程因衬砌开裂较为严
重，导致内水外渗量大，影响工程发电运行效益 ［11-13］ ；（2）工程中对于透水衬砌采用限裂设计，但由

收稿日期：2024-12-23；网络首发日期：2025-11-14
网络首发地址：https：/link.cnki.net/urlid/11.1882.TV.20251114.1036.001
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基金项目：国家电网公司总部科技项目（5200-202455105A-1-1-ZN）；国家自然科学基金面上项目（52179121）；中国水利水电科学
研究院基本科研业务费专项（GE0145B012021）
作者简介：吴维江（2000—），硕士生，主要从事地下洞室及结构工程稳定性研究。E-mail：weijiang@njtech.edu.cn
通信作者：张强（1986—），正高级工程师，主要从事复杂内外水环境下水工隧洞设计与安全评价研究。E-mail：zhangq@iwhr.com
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