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于实际中衬砌开裂具有随机性和不可控性，目前尚无一个工程实测到隧洞运行中衬砌裂缝的开裂宽
度，导致目前现行规范中裂缝的控制标准制定不合理，进而使得衬砌设计不合理 ［14］ ；（3）钢筋作为限
制裂缝宽度的重要措施，由于衬砌开裂透水，在长期运行中会使得钢筋发生腐蚀，从而影响钢筋的限
裂作用，但由于衬砌开裂具有随机性，目前工程中难以对钢筋进行有效的靶向防腐 ［15］ 。
综上可见，目前钢筋混凝土衬砌在实际运行中尚存在一些不足，衬砌开裂具有随机性和不可控
性，难以对裂缝进行实时监测以及对钢筋进行靶向防腐。诱导缝作为在工程建设中人为设计并制造的
特定薄弱点，常见于车站、水坝等大体积混凝土结构，其目的在于引导或控制裂缝在特定的位置产
生，是一种解决混凝土衬砌随机开裂问题的潜在方案 ［16］ 。对此，本文在对传统透水衬砌机理认识的基
础上，基于化被动开裂为主动开裂的思想，将诱导缝的优势与钢筋混凝土衬砌结构相结合，提出了含
诱导缝钢筋混凝土衬砌结构型式，通过开展室内物理模型试验，分析首次和二次充排水过程中衬砌结
构受力和裂缝演化过程，验证该衬砌型式的有效性和可靠性，实现对钢筋混凝土衬砌的开裂可控、钢
筋腐蚀可防、裂缝宽度可测的目的。

2 含诱导缝钢筋混凝土透水衬砌结构设计

2.1 传统钢筋混凝土透水衬砌工作机理 为了厘清传统钢筋混凝土衬砌压力隧洞的运行工作机理，进
而为含诱导缝钢筋混凝土衬砌结构的设计提供理论指导，选取已建的仙游和天荒坪抽水蓄能电站的高
压隧洞充排水试验的监测数据，分析高水头钢筋混凝土衬砌压力隧洞的运行工作机理。
仙游抽水蓄能电站引水系统压力隧洞采用钢筋混凝土衬砌结构型式，衬砌厚度为 50 cm，内径为
6.5 m，设计最大净水头为 540 m。为了实时了解充排水试验过程中和今后运行中压力隧洞的运行工况
状况，2 号引水隧洞中布置了多个监测断面 ［17］ 。
图 1 为仙游电站 2 号引水隧洞两个监测断面的渗压计监测结果。由图 1 总体可以看出，在充水阶段
初期，衬砌背后或外侧水压力基本为零，而当内水压力升高至某一值后，衬砌外侧水压力开始快速升
高，表明此时衬砌开裂了；此后，由于衬砌开裂，内、外水连通，充排水过程中衬砌内侧水压力和外
侧水压力同步升降，且两者差值很小，基本趋于平衡。另外，从两个监测断面充排水过程中衬砌内、
外侧水压力的变化过程可以看出，监测断面 1 衬砌左侧水压力的上升要慢于衬砌右侧水压力，而监测
断面 2 衬砌左右侧水压力基本保持同步，表明不同断面位置衬砌的开裂特征有所不同。

图 1 仙游电站 2 号引水隧洞运行监测图 ［17］

天荒坪抽水蓄能电站上游引水压力隧洞采用钢筋混凝土衬砌结构型式，衬砌厚度为 60 cm，内径
为 7.0 m，设计最大净水头为 680 m，围岩为Ⅰ、Ⅱ类优质岩体。隧洞沿线布置了 3 个监测断面，每个
断面均布置有渗压计、测缝计和钢筋计，用于监测衬砌外侧水压力、衬砌与围岩之间的缝隙以及衬砌
钢筋应力 ［18］ 。

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