后张预应力张拉阶段纵向应力与张拉方案研究

为了解决在隧洞后张预应力衬砌施工中因张拉锚索挤压衬砌环,衬砌在形成环向预压应力的同时,会产生纵向拉应力,致使衬砌有可能发生环向裂缝的问题。以南水北调中线穿黄隧洞工程为例,对穿黄隧洞预应力衬砌张拉阶段的纵向应力与张拉方案进行了研究,提供了关于张拉阶段纵向应力与张拉方案的研究方法。结果表明：后张预应力衬砌施工时出现的环向裂缝问题,可以通过选择合理的张拉方法予以解决。可供具有圆筒形轮廓的预应力工程研究张拉方案时参考。     

水工压力隧洞衬砌裂缝计算及抗裂设计

给出了有防渗要求的水工压力隧洞衬砌环向应力与纵向应力计算式,分析了隧洞衬砌产生纵向裂缝与环向裂缝的原因,提出了相应抗裂设计原则与伸缩缝间距计算式.     

穿黄隧洞预应力衬砌结构三维非线性有限元分析

采用考虑接触问题的三维非线性有限元方法，对穿黄隧洞预应力衬砌结构进行计算分析。计算中考虑了内、外衬之间的接触，以及地基抗力对结构的作用，并对荷载施加过程和锚具槽施工过程进行了模拟。计算结果表明，预应力衬砌因锚索张拉挤压产生环向预压应力，同时，在衬砌环中还产生纵向拉应力。有资料分析某隧洞仿真模型预应力张拉试验中衬砌出现的环向裂缝，就是纵向拉应力超限所致。通过数值方法，分析引起纵向拉应力的主要因素，可供类似工程结构参考应用。     

顶拱欠厚条件下局部锚索失效对隧洞内衬安全影响分析

输水隧洞衬砌顶拱欠厚和局部预应力锚索失效在实际工程中可能会叠加出现，并对工程运行安全造成影响。以某大型输水隧洞为例，选取两个典型洞段，采用仿真技术研究顶拱欠厚条件下一束和两束锚索失效对应力状态的影响。结果显示：顶拱欠厚和锚索失效会对局部区域产生影响，环向为欠厚范围内，纵向为锚索布设间距内；个别锚索失效不会使洞段环向应力大幅度降低，但可能导致顶拱内侧应力超标；内衬纵向应力在张拉阶段产生，充水影响不大；锚索补张拉会使环向压应力得到有效补偿，但纵向开裂将难以恢复；锚索失效部位外侧应力超标，可能导致混凝土开裂，应做好防渗工作。     

地震波入射角对输水隧洞地震响应的影响

在均质围岩条件下,结合大伙房输水隧洞二期工程,对输水隧洞混凝土衬砌层进行了地震响应分析。结果表明:随着地震波入射角的增大,衬砌层的径向应力先增大后减小,当地震波入射角为45°时,径向应力最大;环向应力逐渐减小,当入射角为90°时,环向应力趋向于0;纵向应力逐渐增大,当入射角超过75°时,衬砌层的纵向应力超过环向应力。当地震波入射角为45°左右时,衬砌层径向、环向和纵向的动应力均较大,衬砌层的地震响应最不利。     

隔河岩预应力环锚应力及变形影响初探

隔河岩电站引水隧洞后张预应力采用ＱＭ和ＨＭ两种锚固体系，为了探明大孔口环锚效果，在预应力试验段和引水洞永久安全监测预应力段埋设大量观测仪器，配合张拉测得大量资料，通过对资料的整理分析，证明衬砌混凝土施加预应力后，在环向产生较大的压应力，达到了预期效果，同时揭示了复杂施工条件下的变化规律，为今后同类工程设计、施工提供了依据。     

无黏结环锚预应力混凝土衬砌张拉工艺研究

依托吉林省中部城市引松供水工程无黏结环锚预应力混凝土衬砌现场原位试验,对预应力衬砌张拉工艺进行了优化研究,提出了以单个衬砌浇筑块中部锚具槽为起点,两排锚具槽同时向两端进行张拉的张拉顺序,并根据张拉试验总结了4个张拉质量控制指标。现场张拉试验表明:优化后的张拉工艺与小浪底排沙洞工程相比,张拉效率得到了大幅提高,具有较大的经济效益。4个张拉质量控制指标不仅可以保证张拉质量,而且指标均可量化,实际操作简便易行,可为引松供水工程环锚衬砌后续施工及今后类似工程提供重要参考。     

穿黄隧洞内衬预应力混凝土强度有限元计算分析

为验证穿黄隧洞内衬预应力混凝土强度,根据穿黄隧洞双层复合衬砌结构的特点与作用模式,在考虑钢绞线与孔道摩擦、锚具变形及钢筋内缩等引起预应力损失的前提下,采用三维非线性有限元模型对内衬预应力混凝土强度进行了分析与验证。通过计算得出有效预应力在钢绞线上的分布情况,以及分别在张拉工况与设计水头工况下内衬混凝土的内外表面环向应力和平均环向应力的分布规律。计算结果表明:张拉过程中的预应力损失较为严重,需要在施工过程中严格控制张拉应力以及其他引起预应力损失的影响因素,以保证张拉后有效预应力满足强度要求;穿黄隧洞内衬混凝土在两种工况下均实现全截面受压,应力分布满足设计要求,可保证穿黄隧洞的长期有效运行;模拟计算结果的应力参数值与1∶1仿真模型试验值吻合良好,变化规律与关键参数均基本一致。     

回龙电站隧洞衬砌温度应力分析

回龙电站高压灌浆试验洞混凝土衬砌产生了许多环向缝,给后续的预应力灌浆试验增添了麻烦。对隧洞衬砌混凝土的温度应力作了一些计算,并通过对影响温度应力因素的分析,找到了相关的处理办法。图5幅,表1个。     

隧洞环锚无粘结预应力混凝土衬砌优化研究

分析了小浪底排沙洞无粘结环向锚索式预应力混凝土衬砌双排锚具槽布置形式存在的问题,提出将锚具槽双排布置改为单排布置在衬砌底部的优化衬砌形式,并利用ANSYS对其进行三维有限元计算分析,结果表明,优化衬砌形式在施工、造价、应力分布和结构安全方面都比原衬砌形式好.     

十三陵抽水蓄能电站2号尾水隧洞混凝土裂缝处理

十三陵抽水蓄能电站2号尾水隧洞已运行多年熏混凝土衬砌出现了大量的环向和纵向裂缝,这些纵向裂缝和环向裂缝的存在,会影响混凝土的耐久性和隧洞的正常运行。本文通过化学灌浆方法,采用了先进的灌浆设备和施工工艺,对北京十三陵蓄能电厂2号尾水隧洞中部分较严重的裂缝进行了灌浆处理,取得了预期效果。对类似隧洞混凝土裂缝的防渗堵漏及补强加固具有借鉴意义。     

压力隧洞衬砌后张预应力计算

清江隔河岩电站引水隧洞是我国首例采用后张预应力衬砌的地下工程，采用洞挖施工，贴壁衬砌，后张预应力作业在洞内进行。针对这些特点，为满足工程要求，设计时曾对预应力锚索在衬砌中的布置，曲线锚索预应力计算方法，锚索锚固过程预应力分布，以及混凝土衬砌环预应力估算等作了研究，并进行了仿真结构模型试验。这些研究成果已应用于隔河岩工程和后续工程实践中。     

软岩隧洞二次衬砌的裂缝特性与成因

某大型灌溉工程中的引水隧洞，二次衬砌产生了严重裂缝．通过对不同洞段的衬砌变形、裂缝的发生发展以及衬砌与围岩温度的跟踪观测，获得了二次衬砌的应力变化与发展规律、混凝土的收缩曲线及影响因素、裂缝的产生时间与发展变化特性、温度应力的分布与变化过程．各种观测结果规律性好、相互印证，为裂缝的原因分析提供了可靠的依据．综合分析监测结果得出：隧洞二次衬砌的纵向裂缝与横向裂缝产生的原因是不同的，纵向裂缝是由于围岩压力和混凝土的收缩应力共同作用的结果，横向裂缝是由于混凝土的温度应力和收缩应力共同作用所致。     

TBM隧洞管片衬砌受力与连接螺杆的必要性研究

结合某TBM有压引水隧洞,建立了包含管片衬砌与外部围岩的三维数值计算模型,运用有限元法模拟分析衬砌在不同工况下的应力和变形特性,探索使用连接螺杆的必要性。结果表明:施工完建期在开挖释放荷载和豆砾石灌浆压力单独作用下螺杆对衬砌的受力影响甚微;运行期在内水压力作用下,采用螺杆的方案衬砌环向拉应力较大且在与螺杆连接位置处出现局部应力集中。未采用螺杆的方案使得管片衬砌具有柔性结构的特征,承担的内压较小因而环向拉应力较小,表明螺杆对衬砌的环形拉应力不利。未采用螺杆的接缝处最大张开位移由原来的0.635 mm增加为0.731 mm,表明螺杆对于减小接缝处张开位移有利。基于接缝处张开位移不大于4 mm即可满足要求,具有较高的安全裕度,螺杆的优势不明显。鉴于此,从螺杆的不利角度出发,建议螺杆在管片安装期间完成功能后放松螺杆连接,以避免管片局部被动拉裂而影响结构整体的安全性。     

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。     

地面荷载和衬砌支护作用下浅埋隧道的围岩应力解

为研究地面荷载对有衬砌支护的浅埋隧道围岩应力的影响,在Verruijt研究复杂边界条件下浅埋隧道围岩应力问题的基础上,考虑隧道衬砌支护及地面荷载共同作用对浅埋隧道围岩应力稳定性的影响,求得了浅埋隧道围岩应力解并分析了多个因素对隧道围岩应力场的影响。结果表明:地面荷载越大,隧道腰部环向应力越大、底部环向应力越小;衬砌支护作用越大,隧道腰部环向应力越小、底部环向应力越大。地面荷载和衬砌支护作用不会改变浅埋隧道周边环向应力的分布规律及其受力最不利位置,但会改变其大小及作用方向。开挖过程中隧道拱腰处易出现土体失稳破坏。     

水工压力隧洞结构设计若干关键问题刍析

据水工压力隧洞结构与荷载特点,讨论了水工压力隧洞最小覆盖厚度、主应力大小顺序、外水荷载、钢筋混凝土衬砌轴向裂缝与限裂设计、衬砌伸缩缝间距设计与环向裂缝开展等涉及水工压力隧洞结构设计诸多复杂问题,探讨了解决上述疑难问题的计算模型与计算方法,强调为保证水工压力隧洞衬砌与围岩联合承载,应重视水工隧洞回填灌浆与高压隧洞固结灌浆.     

输水隧洞灌浆式预应力衬砌结构承载机理研究

输水隧洞双层混凝土衬砌之间采用预应力灌浆可以提高结构的承载能力,但此类灌浆式预应力衬砌结构的承载机理尚未得到系统阐释。基于弹性理论,采用荷载结构法,建立了考虑变形协调关系的灌浆式预应力衬砌力学分析模型。通过对衬砌结构的受力分析,揭示了预应力灌浆提高衬砌结构承载力的机理,推演了衬砌结构环向拉应力判定式,以及环向抗拉强度与灌浆预应力的关系式。利用有限元数值模拟验证了理论方法的合理性,针对工程案例分析了灌浆预应力对衬砌结构的定量影响规律。结果表明:结构能承担的最大内水压力与灌浆预应力及外部水土压力,均近似呈线性正相关,内衬结构的径向变形和环向应力随灌浆预应力的增大而减小,外衬结构的径向变形和环向应力随灌浆预应力增大而显著增大。这种考虑临界情况的分析和计算方法,揭示了灌浆式预应力衬砌结构的承载机理,可为该类型输水隧洞的力学分析和结构设计提供理论依据。