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。     

穿黄盾构隧洞新型复合衬砌结构特性研究

为防止穿黄盾构隧洞在运行期洞内高压水从外衬管片接缝和内衬变形缝外渗,从而诱发洞外围土渗透破坏,确保隧洞能安全稳定运行。采用三维有限元分析和1〖DK（〗∶〖DK）〗1仿真物理模型试验的方法,对穿黄隧洞复合衬砌结构的特性进行了试验研究,探讨了结构型式、破坏机理和风险预防措施以及有关工程应用的具体问题;研究了盾构隧洞复合衬砌3种结构形式的7个具体方案。提出了预应力盾构隧洞结构型式,研发了拼装式管片环与预应力结构相结合的新型复合衬砌型式。这种创新结构设计型式在盾构隧洞工程中尚属首例,可为同类工程参考。     

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。     

穿黄隧洞预应力混凝土衬砌施工工艺

南水北调中线穿黄隧洞采用深埋式地下超薄预应力混凝土衬砌,钢筋密集,混凝土浇筑施工难度大,混凝土不易振捣密实。通过对穿黄隧洞预应力混凝土内衬混凝土浇筑施工工艺进行研究、对钢模台车实施改造以及对附着式振动器进行研究,采用科学的施工工艺,解决了穿黄隧洞内衬混凝土浇筑难题。     

穿黄隧道双衬砌结构平面非线性有限元分析

针对穿黄隧道盾构双衬砌结构特点,采用MARC软件进行考虑接触问题的平面非线性有限元法计算分析.计算中模拟了3重接触:外衬与地基抗力单元之间的接触;外衬管片间的接触;内衬和外衬之间的接触.同时模拟了内、外衬施工过程和荷载施加过程,得出了衬砌结构变形的基本规律和结构细部应力特征,为盾构法隧道的衬砌设计提供参考.     

穿黄隧洞衬砌无垫层段1∶1仿真模型试验及分析

南水北调中线穿黄隧洞衬砌为双层预应力结构,为了揭示其工作性态、应力变形规律,开展了穿黄隧洞衬砌1〖DK（〗∶〖DK）〗1仿真试验。为了验证试验成果,同步对其中无垫层试验段联合承载结构进行有限元计算分析。计算采用考虑接触的非线性有限元方法,模拟试验中管片拼装、分层填土、内衬预应力张拉以及内水压力施加的实际过程,对内外衬之间以及管片之间的接触与传力特性进行计算分析。通过与试验对比显示,无论是结构变形、应力,还是缝隙开度,两者规律一致,数值接近,验证了联合承载结构的受力特性及传力机理,其研究成果可供类似工程结构参考应用。     

穿黄隧洞纵向变形三维有限元分析

穿黄隧洞深埋于河床摆幅大、冲淤变化剧烈的黄河河道,地处 7 度地震区,是一个由数百个环拼装联结的非连续变形柔性结构。河床冲淤变化以及地震荷载对隧洞纵向变形以及纵向变形缝的影响问题,是隧洞方案是否可行的关键技术问题之一。为此,采用自编的考虑接触的三维非线性有限元分析程序,计算隧洞结构纵向变形、变形缝张开度、错动位移等。针对隧洞模型计算范围大,接触面多等特点,通过采取多项措施控制计算规模,保证计算精度,结合程序的方程组快速求解方法,解决了穿黄隧洞纵向变形这一技术难题。计算结果表明,在最不利荷载组合作用下,隧洞变形缝的张开度、错动位移和相应跨缝螺栓应力以及混凝土应力均在设计控制的范围内,满足设计要求。     

南水北调穿黄隧洞工程预应力混凝土施工技术

在简要介绍南水北调穿黄隧洞断面结构及锚索布置的基础上,详细介绍了该隧洞衬砌施工中采用的有黏结后张法环形预应力混凝土施工工艺,具体分析了混凝土浇筑、锚索张拉、锚具槽回填、孔道灌浆等工序的施工流程、方案及施工技术。施工实践表明,南水北调穿黄隧洞工程是有黏结后张法环形预应力混凝土施工技术在我国大洞径、高水头有压输水隧洞衬砌结构工程中的又一次成功应用,完全满足对预应力控制的条件,各项指标均达到设计要求,取得了较好的效果。     

盾构输水隧洞双层复合衬砌的联合受力分析

针对城市修建的地下盾构双层衬砌输水隧洞,由于隧洞围岩承载能力低、管片与二衬混凝土间可能存在初始间隙,在高内水压力作用下衬砌混凝土承受的应力过大,导致衬砌易出现拉裂和渗漏。本文通过有限元方法,对盾构双层衬砌输水隧洞进行模拟计算分析。结果表明:若管片、二衬之间不存在间隙,则大大降低二衬混凝土的拉应力及管片的压应力,使两者的受力趋于均匀,确保了管片和二衬混凝土组成的双层衬砌结构的联合受力作用。结果可为双层复合衬砌结构进一步优化提供依据。     

输水隧洞衬砌受力有限元分析

采用三维非线性有限元法对输水隧洞的开挖进行数值模拟,并对多个工况下衬砌受力情况进行分析。验证了设计方案的可行性,为施工提供了可靠依据,为保证隧洞衬砌结构施工和运行期的稳定性提供了有效方法。     

穿黄隧洞形变检测及三维数字仿真管理系统研究

穿黄工程是南水北调中线总干渠穿越黄河的关键性工程,其中穿黄隧洞工程技术难度最大。穿黄隧洞采用双层衬砌结构,工程地质条件复杂,其在多变的水土压力作用下的变形情况直接关系到穿黄隧洞的运行安全和南水北调中线工程的正常供水。以三维激光扫描技术为工具,获取了穿黄隧洞过水面的三维信息,采用自主研发的隧道形变检测/监测系统对隧洞进行形变检测,并建立了穿黄隧洞三维数字仿真管理系统。将测绘技术应用于穿黄隧洞的运行管理,可提供可靠的技术支撑。     

浅埋暗挖输水隧洞的施工可行性和安全性研究

研究了南水北调中线北京段西四环公路下输水隧洞、施工廊道和岔洞浅埋暗挖法施工的可行性和安全性.使用基于弹塑性增量理论的三维有限元方法分5种工况细致地模拟了预加固、开挖和支护等施工过程,并模拟了混凝土和注浆地层的力学参数随龄期的变化过程,得出了一系列对设计和施工具有重要参考意义的结论.施工期的现场实测资料表明本文的结论与工程实际相符合,是可信的.现在的研究对于公路下软弱地层中的暗涵和岔洞工程施工,也具有一定参考价值.     

南水北调中线穿黄隧道盾构注浆浆材试验

为满足南水北调中线工程穿黄隧洞盾构施工工法要求,对研制开发的水泥-膨润土-水玻璃系双液塑性壁后注浆材料,通过室内模拟注浆试验,重点探讨了材料组分对注浆材料流动性、稳定性、凝胶特性、强度等性能的影响.结果表明:凝胶时间可控制在10 s左右;不同配比注浆材料1 h单轴抗压强度为0.08～0.12 MPa,28 d为7.81～8.52 MPa;渗透系数为2.0×10-8 cm/s;模拟注浆时浆液不被水稀释,充填良好;且不会对地层产生劈裂,也不会向开挖掌子面渗漏.     

大型渡槽三向预应力槽身结构设计

南水北调中线工程属特大型跨流域调水工程,由于工程的重要性及工程规模的庞大,采用常规钢筋混凝土结构不但不易解决槽身结构防渗抗裂的问题,还将造成槽身结构的槽壁与底板等很厚,大大增加自重,引起上部结构以及下部结构工程量的大大增加。因此槽身结构采用三向预应力混凝土结构体系,利用预应力施工技术,充分发挥材料的性能,在满足材料强度及结构使用条件的前提下,使工程经济合理。     

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。     

输水隧洞复合式衬砌结构分析

针对传统结构力学方法在输水隧洞复合式衬砌设计分析中不能真实地考虑初期支护和二次衬砌的荷载承担比例问题,以城门洞型隧洞为例,采用有限单元法对围岩的稳定性、初期支护和二次衬砌的应力状态进行了计算分析;并获得了二次衬砌作为承载构件时的围岩压力分担比例.     

南水北调中线工程关键机械设备的探讨

从提高工效，缩短施工周期，节省投资的角度出发，对南水北调中线工程施工中的关键大型机械设备进行了探讨。     

引汉济渭工程秦岭隧洞围岩稳定性有限元分析

对引汉济渭工程秦岭引水隧洞开挖的初期支护施工过程围岩结构的塑性变形分布规律进行分析研究,结合计算结果,为初期支护过程围岩的稳定性提供分析依据,以便对现场施工提供合理化建议。采用非线性弹塑性有限元法,依据地下结构设计理论及岩石的Drucker-Prager屈服准则,考虑围岩和初期支护衬砌结构的整体性,对秦岭引水隧洞的Ⅲ、Ⅳ类围岩开挖和初期支护结构的施工过程进行了模拟,计算了开挖施工过程三种不同工况下围岩顶拱及侧向的塑性变形。结果表明:秦岭隧洞初期支护施工过程的三种工况下围岩结构的塑性变形主要集中在顶拱120°范围内及两侧边墙,隧洞围岩结构整体处于安全状态。