1.课题来源与背景： 珠江三角洲水资源配置工程是国务院部署的172项节水供水重大水利工程之一，也是《粤港澳大湾区发展规划纲要》要求加快推进的湾区互联互通重要基础设施，将有效解决广州南沙、深圳、东莞生产生活缺水问题，并为香港和佛山顺德、广州番禺等地提供应急备用水源，为粤港澳大湾区的高质量可持续发展提供重要的战略支撑。工程输水线路穿越珠三角核心城市群，采用全封闭深层地下输水方式，输水隧洞全长154km，其中盾构隧洞总长124km，占比超过80%，沿线地形、地质和环境条件复杂，压力输水盾构隧洞方案是整个工程的技术可行性和经济合理性的关键，对工程安全、质量、工期和投资起控制性作用。本工程是世界上输水压力最大、长度最长的盾构隧洞调水工程，最大输水压力达1.5MPa，其结构设计和施工工艺都遇到了前所未有的挑战。目前，国内外已建的压力输水盾构隧洞工程案例较少，且输水压力较低，最高不超过0.6MPa，没有高压输水盾构隧洞工程的设计和施工经验，更缺乏成熟的理论支撑。对于复合衬砌结构内、外衬之间的传力机理以及对结构受力的影响还存在大量争议，对于外载、内压联合作用下的三层衬砌结构体系缺乏充分的试验论证。特别是各层衬砌之间的荷载分担机制不明确，给结构分析计算与设计优化造成较大困扰。 项目前期由广东省水利厅组织编制了《珠江三角洲水资源配置工程科研规划纲要》，并通过了包含两名院士在内的专家组评审，一致认为开展复杂地质条件下压力输水盾构隧洞复合衬砌结构系列关键技术的研究与开发，为优化工程设计及施工工艺提供技术支撑是非常必要的。 项目立项后，广东省水利电力勘测设计研究院有限公司通过公开招标，联合广东省水利水电科学研究院、水利部水利水电规划设计总院、中国水利水电科学研究院、清华大学、同济大学、华南理工大学、武汉大学共同开展《珠江三角洲水资源配置工程复杂地质条件下高水压盾构输水隧洞复合衬砌结构关键技术研究》课题研究。

    2.技术原理及性能指标： 2.1技术原理： 本研究采用理论分析、试验研究和数值分析相结合的手段，通过新材料研发、微观受力机理及计算理论研究、模型试验及数值仿真和原型结构试验研究四个步骤逐步实现对复合衬砌结构力学特征系统的研究，揭示不同衬砌结构型式的适用性及复合衬砌结构的协同受力机理，提出科学合理的衬砌型式。本研究的技术路线如下图所示，主要按照如下路线依次开展。 2.2性能指标：（1）管片-混凝土-钢衬连接界面力学性能试验研究 ；（2）压力输水隧洞复合衬砌结构设计优化及数值仿真分析； （3）压力输水隧洞复合衬砌结构1:1模型破坏试验研究； （4）复合衬砌共同作用理论模型研究与试验； （5）盾构管片的渗漏控制标准及承载力研究； （6）钢筋混凝土衬砌承载（内压）能力研究； （7）复杂地质条件下高水压盾构输水隧洞复合衬砌鲁棒性设计理论及方法研究 ；（8）压力输水盾构隧洞原型结构试验研究 。

    3.技术的创造性与先进性： （1）研发了“内撑+囊体”的大型高内压模拟系统，采用现代数据采集与处理系统和三维有限元数值仿真技术，系统揭示了内衬、管片和自密实混凝土层高内压输水隧洞复合衬砌结构在不同围岩条件、内外压条件下的承载机理和变形特征； （2）提出了内衬损伤后复合衬砌承载能力变化规律，分析了不同围岩条件对双层衬砌结构受力和变形的影响，提出了基于内衬开裂性能控制的围岩-双层衬砌联合内压承载能力的计算分析模型和方法； （3）采用数值分析模拟了接缝不同变形状态下渗漏水发展过程，建立了防水垫层大变形计算方法、接缝损伤-变形-防渗性能之间的关系，提出盾构输水隧洞接缝变形控制标准及结构优化措施。 技术先进，创新性强，总体上达到国际领先水平。

    4.技术的成熟程度，适用范围和安全性： 本课题立足于理论研究、模型测试、数值仿真与原位验证相结合，原位试验是对珠江三角洲水资源配置工程复合衬砌结构型式的进一步验证，验证采用的设计假定、受力模型和数值分析成果的合理性和可靠性，验证复合衬砌结构设计的安全性、整体性和工作性能，研究成果在珠江三角洲水资源配置工程试验段项目得到工程应用，经实践证明研究成果技术成熟，安全、经济、可靠、实用性强。并在珠江三角洲水资源配置工程的主体工程中全面推广应用。

    5.应用情况及存在的问题 ：本项目采用理论研究、模型测试、数值仿真与原位验证相结合的方式，针对复杂地质条件下高水压盾构隧洞复合衬砌结构承载机理、防渗构造、设计理论等方面开展研究，取得一系列研究成果。共编制科技成果报告10本，发表论文36篇，申请专利24项（已授权18项，受理6项）。研究成果已在珠江三角洲水资源配置工程得到全面推广应用，效果良好。 在相关研究成果的支撑下，结合地质和内外水压条件，多种盾构输水隧洞复合衬砌结构型式成功应用于珠江三角洲水资源配置工程，其中管片-钢内衬分开受力结构应用长度81.3km；管片-钢内衬联合受力结构应用长度4.9km；管片-钢筋砼内衬联合受力结构应用长度7.4km。节省投资约7亿元，经济效益显著。