高地热高地应力水工隧洞衬砌稳定性研究

以新疆塔什库尔干河齐热哈塔尔水电站引水隧洞为例,使用ANSYS Workbench软件建立了热-固耦合分析模型,采用数值模拟的方法分析了高地热、高地应力、压力水头311.49 m条件下,水工隧洞运行期衬砌的稳定性。结果表明:隔热层的设置能明显改善一期混凝土衬砌的受力情况,衬砌平均主应力减小约46%,但对二期混凝土几乎没有影响,且衬砌结构的平均位移增大约14%;设置隔热层能显著提高一期混凝土的安全性,但二期混凝土除两底角安全系数大于1外,其余部位的安全系数仍小于1;隔热层+一期混凝土+二期混凝土组成的支护结构有其合理之处,但必须使用高性能混凝土提高支护结构的抗裂性能,才能满足工程安全的要求。     

水电站引水隧洞支护结构稳定性分析

文章以哈德布特水电站引水隧洞工程为研究对象,通过对工程建设期和运行期支护结构稳定性进行研究,分别计算了不同监测点的安全系数、结构位移和等效应力。结果表明:衬砌厚度为0.27m时,支护结构的稳定性最佳;隔热层对温度应力影响较大,能明显改善支护结构的受力情况;喷锚支护+隔热层+钢筋混凝土的支护结构可满足工程实际的需求,为提高隧洞支护结构稳定性提供理论依据。     

复杂地质条件下隧洞支护结构稳定性分析

为研究隧洞支护结构在复杂地质条件下的稳定性,以新疆塔什库尔干河齐热哈塔尔水电站引水隧洞为例,使用ANSYS Workbench软件建立了热-结构耦合分析模型,用数值模拟的方法分析了高地热、高地应力、地震等荷载作用的条件下,水工隧洞支护结构的稳定性。结果表明,在围岩与一期混凝土间设置隔热层能显著提高支护结构的稳定性,当二期混凝土衬砌厚度为0.25 m且过水断面形状为圆形时,只需适当提高二期混凝土的标号并按规范进行配筋,支护结构即能满足工程安全性的要求;在高地热、高地应力条件下,支护结构的地震位移响应与衬砌厚度基本符合线性关系,衬砌厚度每增加0.05 m结构的最大响应位移平均涨幅为7.72%。但当衬砌厚度较大时,支护结构可能与地震发生较大的响应,不利于结构的稳定性。上述计算结果与结论可为实际工程提供借鉴。     

高温热害隧洞温度场计算及隔热层选取原则

以新疆齐热哈塔尔水电站引水隧洞工程出现的高地热地质灾害为例,在理论计算隧洞温度场分布的基础上,针对高温热害隧洞隔热层的选取原则进行探讨。结果表明,高温热害引水隧洞中,在围岩与衬砌间设置隔热层能显著减小衬砌两侧的温差和温度应力,随着隔热层厚度的增大与导热系数的减小,其隔热性能逐渐增大,并给出相应的计算公式。根据相应的推导公式,针对目前工程中使用的隔热材料进行对比分析,为工程中选取隔热材料提供参考。     

高温热害隧洞温度场计算及隔热层选取原则

以新疆齐热哈塔尔水电站引水隧洞工程出现的高地热地质灾害为例,在理论计算隧洞温度场分布的基础上,针对高温热害隧洞隔热层的选取原则进行了探讨。结果表明,高温热害引水隧洞中,在围岩与衬砌间设置隔热层能够显著减小衬砌两侧的温差和温度应力,随着隔热层厚度的增大与导热系数的减小,其隔热性能逐渐增大,并给出了相应的计算公式;根据相应的推导公式,针对目前工程中使用的隔热材料进行了对比分析,为工程中选取隔热材料提供参考。     

深埋软岩输水隧洞开挖支护时空效应研究

云南滇中引水工程中所穿越的滇中红层软岩流变特性显著,隧洞开挖及支护过程中围岩变形量大,对隧洞开挖支护体系及后期衬砌混凝土结构受力影响显著。重点对软岩蠕滑变形时空效应进行了分析,研究了隧洞开挖的衬砌预留变形量、支护体系合理施做时机及衬砌受力情况。研究表明,在确保隧洞围岩稳定的条件下,通过充分发挥围岩的自稳能力,改善支护体系受力条件,最终实现了隧洞支护参数的最优设计。     

高地温引水隧洞隔热支护结构温度及应力特性分析

以解决高地温特殊环境下引水隧洞支护结构隔热保温问题及优化支护结构设计为目标,研究高地温引水隧洞不同隔热支护结构聚苯乙烯泡沫聚苯板(EPS)、聚苯乙烯泡沫挤塑板(XPS)的温度分布规律及受力特性,以新疆某水电站引水隧洞为研究对象,基于隧洞现场监测试验成果,采用有限元软件对支护结构的温度场和应力场进行模拟。结果表明:采用隔热层能减少温度对围岩和支护结构温度分布的影响;高地温隔热支护结构中隔热选材必须具有良好的保温隔热性能和一定的强度;EPS板两侧温差比XPS板两侧温差大2.11℃;相较XPS复合衬砌和普通混凝土衬砌, EPS复合衬砌内外温差最小,EPS复合支护结构隔热性能最好;三种衬砌结构拱顶处环向应力均最大,相比之下EPS复合衬砌环向应力最小,其值为0.40 MPa,EPS复合支护结构受力特性最好。对比分析结果表明,支护结构隔热选材上EPS板性能优于XPS板。     

深埋TBM隧洞围岩稳定与衬砌支护时机研究

结合某市供水项目TBM有压输水隧洞工程,建立三维数值分析模型,考虑开挖面空间约束效应,采用FLAC3D进行施工开挖期的围岩稳定与衬砌支护时机研究,分析了深埋TBM隧洞围岩的变形过程和在不同衬砌支护时机条件下围岩的变形与衬砌受力规律。计算结果表明,开挖掌子面的空间效应明显,对围岩的变形过程有较大影响;衬砌支护越早,围岩的变形量越小,但会造成衬砌应力水平显著提高,对衬砌结构的安全不利;因此建议综合考虑围岩稳定状态与衬砌应力量值决定衬砌支护时机。     

导流隧洞衬砌结构计算分析研究

导流隧洞广泛应用于工程建设中,钢筋混凝土衬砌支护是导流隧洞的主要支护方式。目前,中国国内大部分工程导流隧洞衬砌配筋方案值得商榷。文章对导流洞衬砌结构的受力特点进行了分析研究。研究表明只要采用先进的设计理念和有效的工程措施,就能减小衬砌厚度和钢筋用量。     

妙隘水库导流隧洞衬砌结构有限元分析及配筋计算

SAP2000在结构分析计算中应用越来越广泛,以妙隘水库导流隧洞为例,采用SAP2000建立结构有限元模型,分析计算施工期、运行期等不同荷载工况下衬砌的内力,并对衬砌受力特点进行分析研究,按照SL 191—2008《水工混凝土结构设计规范》进行配筋计算,对导流隧洞衬砌结构计算、配筋等具有一定的参考意义。     

泄洪洞混凝土衬砌温控方案研究

为寻求衬砌混凝土的有效温控防裂措施,结合某泄洪洞混凝土衬砌实际情况,在考虑了混凝土热力学参数随龄期变化、混凝土实际浇筑过程对温度应力影响的基础上,设计不同的温控方案,利用大型有限元软件对泄洪洞衬砌混凝土温度场、温度应力场进行了三维仿真计算.结果表明:衬砌混凝土浇筑完后第2天达到最高温度,第3天表面出现较大的拉应力,混凝...     

溪洛渡导流洞衬砌混凝土温控防裂研究

溪洛渡水电站导流洞衬砌混凝土在施工初期出现了部分裂缝,在弹性徐变温度应力计算原理基础上,采用ANSYS有限元程序,模拟实际施工过程,对导流洞衬砌混凝土温度和温度应力进行了三维有限元仿真分析。根据计算分析结果,认为衬砌结构产生裂缝的原因主要有混凝土温升高、温降快、养护措施不当、洞内气温过低、围岩强约束等,最后提出了满足温控防裂要求的温度控制措施和方案。提出的优化配合比、洒水养护、分缝分块以及冬季封洞保温等温控措施,在导流洞衬砌混凝土后期施工中得到采用,有效地防止了裂缝的进一步发展。     

围岩特性与衬砌厚度对隧洞衬砌混凝土温度应力的影响

为探明围岩特性与衬砌厚度对衬砌混凝土温度应力的影响,从而制定合理的温控标准,提出了技术可行、经济合理的温控措施,确保了白鹤滩水电站泄洪洞衬砌混凝土具有较高的抗裂安全性。根据白鹤滩水电站泄洪洞衬砌混凝土的结构和材料特性以及边界条件,利用ANSYS对衬砌施工过程中的温度场和应力场进行三维计算。结果表明:衬砌厚度越大,混凝土温度越高,最高温度出现时间越晚;围岩强度越高,衬砌厚度越大,产生的拉应力就越大;而围岩强度越差,衬砌厚度越大,对应的拉应力相对较小。围岩特性与衬砌厚度共同影响着衬砌混凝土温度和温度应力变化趋势,因此,为确保混凝土抗裂安全性,对不同围岩特性的地段应选择不同的衬砌厚度。研究结果可供类似工程参考。     

无粘结环锚预应力混凝土衬砌应力状态分析

无粘结环锚预应力混凝土衬砌是有压水工隧洞采用的一种新型衬砌型式,由于衬砌结构组成体系复杂,导致其内部应力状态分布极为复杂,且在不同工况下受力会发生显著变化。为了解该结构在施工期和运行期的受力状态,并及时掌握衬砌安全状况,对小浪底排沙洞环锚预应力衬砌张拉期和运行期的应力状态进行了研究。采用等效荷载法和实体建模法相结合的方法建立数值模型,通过对应力状态计算和应力状态现场实测值进行对比,明确了不同工况下预应力衬砌受力状态。研究结果表明,小浪底排沙洞环锚衬砌在张拉期和运行期预应力状态都处于安全范围。研究结果对无粘结环锚预应力混凝土衬砌的设计、施工具有重要参考意义。     

隧道二衬顶部缺陷泡沫混凝土填充效果分析

针对隧道二衬浇筑后其拱顶位置常留有空洞缺陷的问题,介绍了一种利用低密度、低弹模、高变形性的泡沫混凝土新材料填充上述缺陷的新方法。以福建某山岭隧道工程为例,利用ABAQUS软件分析采用该方法后二衬支护结构的安全可靠度。结果显示:该方法能够有效解决二衬结构拱顶位置空洞缺陷的问题,控制围岩拱顶变形,防止二衬结构受力不均与局部受力过大。     

盾构输水隧洞灌浆式预应力衬砌结构有限元分析

北京市南水北调配套工程东干渠工程输水隧洞施工工法为盾构法,为了提高其抗渗和抗裂特性,并优化内外衬的协同变形,衬砌结构采用了灌浆式混凝土预应力衬砌。研究了隧洞衬砌结构设计参数及工作机理,采用二维有限元计算方法,分析了预应力注浆压力和连接螺栓型号的影响。结果表明:内外衬之间的预应力式注浆可以提高二衬混凝土承受内水压力的能力,预应力注浆压力不宜大于0.3 MPa,否则将影响管片的结构和防水安全;连接螺栓刚度变化对管片和二衬混凝土环向应力的影响很小,结合管片张开对防水、防渗的影响,连接螺栓型号采用M20以上型号均可;随着预应力注浆压力的增加,二衬混凝土受力状态得到明显改善,由全断面受拉构件变成受弯构件,拉应力区明显减小,内外衬协同受力状态得到优化。     

齐热哈塔尔水电站大深埋长隧洞关键技术难题及对策

齐热哈塔尔水电站工程发电引水隧洞存在隧洞长、埋深大、高地应力、岩爆和高地温等复杂工程地质问题,因此,对隧洞围岩稳定、施工期安全、隧洞支护荷载和衬砌型式等的研究至关重要。通过采用现场围岩变形和地应力释放测试、数值模拟反演分析和衬砌时机试验研究等方法,分析了深埋长隧洞高地应力与岩爆的产生机理、岩爆特征和破坏形式,以及高地温的成因,研究了高地应力、岩爆和高地温对施工、衬砌荷载和衬砌型式的影响。针对上述问题对策如下:对于高地应力围岩洞段,开挖完成后,初期支护采取时间滞后的方式消减高地应力;对于岩爆洞段,采取主动预防措施和强施工支护,确保施工安全,将岩爆发生的可能性及岩爆的危害降到最低;对高地温洞段开挖采取通风、在掌子面和风带口放置冰块、对掌子面和附近岩体喷水等降温措施,而且完善和优化了隧洞一次支护和二次衬砌设计。这些措施保证了引水隧洞的施工和运行安全,对类似地质条件的隧洞工程设计和施工具参考价值。     

水工隧洞衬砌混凝土质量检测与安全分级评价

由于目前国内还没有针对水工隧洞服役后衬砌质量评价的规范,因此依托引滦入津隧洞,通过现场检测,结合以往的检测报告,并借鉴对水工建筑物、公路隧道等结构混凝土质量的检测技术和评定方法,从混凝土强度、碳化深度、保护层厚度与钢筋锈蚀状态共四个方面,提出了针对隧洞衬砌混凝土质量的检测技术和分级评级方法,并在此四项指标评价分级的基础上,提出了隧洞衬砌混凝土质量综合评价体系。结合引滦入津隧洞衬砌质量的检测结果进行分析,得出引滦入津隧洞衬砌混凝土质量的安全等级为B级,表明隧洞的质量部分已出现一定的问题,应该尽快对重点洞段采取除险加固措施,确保隧洞的安全运行。该评价体系为今后相关工程的安全鉴定提供了参照和依据。     

高海拔寒区隧道主动保温系统加热功率的计算分析

为解决高海拔寒区隧道仅仅依靠保温层还不足以防止隧道洞口段产生冻害的问题,将主动加热系统作为保温层的补充保温措施应用于西藏米拉山隧道。主动加热系统由布设于二次衬砌和保温层之间的电加热带和隧道洞外的太阳能发电系统组成,可用于严寒时期隧道洞口段衬砌的防冻保温。建立考虑隧道衬砌和热源的隧道洞口段围岩传热模型,运用叠加原理得到洞口段围岩温度场解析解。运用反演法来计算洞口段围岩的热物性参数。计算结果表明:在米拉山隧道中,电加热系统的铺设范围建议为0～330 m,其中0～100 m范围的电加热系统的运行功率建议为152 W/m~2,100～200 m范围内的电加热系统功率建议为131 W/m~2,200～330 m范围内的电加热系统功率建议为107 W/m~2,将得到的理论解与试验结果对比,其精度满足工程应用要求。研究成果可为类似高海拔寒区隧道电加热系统的设计与施工提供理论上的指导。