引汉济渭工程黄三段深埋长输水隧洞排水方案研究

以有效解决深埋长输水隧洞排水问题为目标,按富水性将隧洞沿线围岩划分为中等富水区、弱富水区和贫水区,采用数值方法模拟衬砌周边渗流场,分析了不同排水设计方案对引汉济渭工程黄三段深埋长输水隧洞衬砌外水压力的影响。结果显示,对于高外水压力情况,将排水孔布置于顶拱处仅能降低顶拱附近的外水压力,无法有效降低作用于底板的外水压力,而排水孔沿衬砌周边均匀布置时,可有效降低作用于衬砌上的外水压力。基于此,讨论了各排水方案的适用条件,给出了深埋长输水隧洞排水设计建议。     

高速铁路岩溶隧道泄水洞及衬砌结构设计探讨

为有效降低高速铁路岩溶隧道运营期间水害风险,针对泄水洞及衬砌结构设计两个重大原则问题,根据风险事件发生的概率和后果分析,充分考虑风险控制措施的可靠性,基于岩溶发育宏观规律性强和微观规律性差的基本特点,提出"加强排水为主、加强衬砌为辅"的指导原则,勘察设计阶段,根据岩溶隧道的地层岩性、地质构造、地形地貌、水文地质特征等岩溶宏观发育规律进行总体设计,水害风险高的岩溶隧道应设置泄水洞且应提前施工;施工阶段根据岩溶微观探测成果进行具体岩溶整治,岩溶水发育段应加强排水措施,并有针对性地设置横通道、集水廊道、排水涵管等将岩溶水引排至泄水洞,隧道衬砌采用钢筋混凝土结构进行加强,以实现风险可控、技术先进、经济合理的目的。     

复合衬砌外水压力模型试验研究

为详尽研究复合衬砌外水压力的影响规律,采用自行设计的可拆卸式复合衬砌渗流试验装置,通过改变堵水系统的几何参数、渗透特性以及防排水系统能力等,开展了60,80,100 m三种不同远场高水头环境下复合衬砌堵水与排水系统对衬砌上水压力的影响规律研究。研究结果表明：在全封堵情况下,衬砌上水压力无折减现象,而对于具有一定排水能力的衬砌结构,适当增加灌浆层厚度或减小灌浆层的渗透系数可明显降低作用于衬砌上的外水压力。根据试验数据给出了不同排水面积占比时的外水压力折减系数。研究成果可为实际工程中隧道允许排水量的设计提供参考。     

天生桥二级水电站引水隧洞高外水压力形成机制及排水效果渗流场分析

天生桥二级水电站引水隧洞穿过多条岩溶管道。隧洞在施工期多处发生了大涌水。根据暗河的岩溶水文地质条件，分析了高外水压力形成机制；并进行平面渗流场分析，研究设置排水洞后降低外水压力效果。结果表明：设置排水洞后外水压力大大降低．目前，排水洞及其支洞已戳住部分暗河水流，排水效果明显。证明设排水洞是降低外水压力的有效措施。     

排水结构设置后软岩隧洞的渗流-应力耦合分析

高外水作用下,深埋软岩隧洞围岩-支护结构安全将受到极大挑战。为了降低高外水压对软岩隧洞围岩-支护体系的影响,较常见的工程处理措施为在隧洞周围布置排水结构,以降低洞周外水压力。笔者首先提出了一种简便的隧洞围岩-衬砌结构渗流-应力分析思路。然后,以某过断层带深埋软岩隧洞为研究对象,通过开展隧洞施工期、运行期渗流-应力耦合分析,研究了软岩隧洞排水结构的排水效应。研究发现,在注浆圈和排水结构的综合作用下,隧洞衬砌附近的水力比降较小,注浆圈水力比降较大,使注浆圈承担绝大部分外水荷载,而衬砌承担少部分外水荷载;在软岩和衬砌的变形协调作用下,最终形成注浆圈与衬砌的协同承载效应,有效提高了隧洞的运行安全水平。     

溪古水电站左岸三维渗流场有限元分析

溢洪洞和排沙洞是溪古水电站重要组成部分,它们往往承受较大的外水压力,而排水孔是降低外水压力最好的渗控措施.为详细了解溪谷水电站左岸山体的渗流场分布以及溢洪洞和排水洞密集排水孔的排水效果,采用有自由面渗流求解的改进截止负压法和排水子结构法等渗流场求解技术,对溪谷水电站左岸溢洪洞和排沙洞三维渗流场进行了有限元数值模拟计算,重点研究了设置排水孔前后左岸岩体渗流场变化和不同排水孔间排距对岩体渗流场影响,给出了左岸溢洪洞和排沙洞优化排水设计方案.     

特大断面无压泄洪隧洞外水压力取值的探讨

贵州夹岩水利枢纽工程库尾伏流泄洪隧洞为特大断面无压城门洞形,隧洞衬砌厚度及配筋主要由外水压力控制。采用隧洞衬砌四周固结灌浆、设纵横向排水盲管及排水孔等措施进行处理。运用工程类比、有限元渗流分析计算及传统计算方法进行分析研究。结果表明,衬砌排水效果良好,可有效降低隧洞外水压力。该方法对类似工程的无压隧洞外水压力的取值具有参考意义。     

潘口水电站无压泄洪隧洞衬砌计算

潘口水电站无压泄洪隧洞为城门洞形,采用基于结构力学原理的边值法对隧洞衬砌进行了计算。大型无压泄洪隧洞衬砌厚度主要由外水压力控制。该工程上游洞段设防渗帷幕,下游洞段顶拱设置排水孔,有效降低了隧洞的外水压力荷载,从而减小了衬砌结构厚度及配筋量。对类似工程的无压隧洞设计具有参考意义。     

山西引黄工程南干线7# 隧洞衬砌外水压力研究

本文采用综合修正系数取代规范建议的单一折减系数,用渗流场分析方法确定作用在引黄入晋南干线7#隧洞衬砌上的外水压力。由己知钻孔水位及泉水位反演出各地层的渗透张量及地表入渗强度求得初始渗流场。衬砌外水压力分析中考虑了衬砌混凝土的渗透性以及排水、灌浆等工程措施的影响。根据分析结果,提出了系统排水孔布置的建议,得出了在相应的排水减压措施下衬砌厚度由原设计35cm减至25cm,这一建议已被采用,取得了巨大经济效益。     

渠道衬砌排水减压系统计算方法研究

衬砌渠道运用排水系统进行减压时,纵向集水暗管、横向连通管及逆止式排水阀构成排水管网,管网各管段具有变流量的特点,可用有限单元法进行排水减压计算。当渠基为弱渗透性的重粉质壤土时,排水粗沙层可简化为一维渗流场,粗沙层的厚度起控制作用。渠堤渠基渗流场可按二维渗流场处理,二维渗流场计算与排水管网计算通过纵向集水暗管剖面进行耦合,经对渠内无水稳定渗流及渠内正常水位非稳定渗流两种控制工况进行计算后,即可进行渠道衬砌排水减压系统的设计。     

复杂岩溶地区引水隧洞衬砌外水压力研究

衬砌外水压力的合理计算是岩溶地区引水隧洞设计关注的重点,对结构设计参数选取及运行安全影响重大。针对滇中引水工程大理Ⅱ段引水隧洞,采用ABAQUS数值模拟的方法对不同衬砌及注浆圈参数下隧洞衬砌外水压力及渗流场变化规律进行研究分析,以确定合适的设计参数。研究结果表明:衬砌全封堵时外水压力基本可认为等效于该点处的静水压力,一般不能考虑水头折减;增大衬砌渗透系数是降低衬砌外水压力极为有效的措施,但同时对渗流场产生较大影响;减小注浆圈渗透系数或增大其厚度在降低衬砌外水压力的同时可有效减小渗流场扰动,极大缓解排水减压和环境保护之间的矛盾。通过分析不同因素对衬砌外水压力的影响,所得结果可为复杂岩溶地区隧洞工程防排水系统设计提供参考。     

隧道设计中外水压力取值的探讨

本文对隧道设计中常用的外水压力计算方法进行了探讨,并给出了算例。文章认为,设置排水设施和地层防渗加固是减小衬砌外水压力及维持地下水系平衡的有效措施。     

百色水电站地下厂房洞室群围岩渗流场分析

运用渗流场有限单元法求解的固定网格的结点虚流量法和排水孔排水子结构技术，并定义了溢流型排水孔、逸流型排水孔和排水孔开关器，在水力等效多孔隙介质渗流模型假定的基础上，能对工程复杂渗流场问题进行精细的求解。对广西百色水电站地下厂房洞室群围岩区的渗流场进行了多工况的三维计算，论证和分析了各洞室围岩区的渗流场特性，渗流场水头和引水隧洞衬砌外水压力分布的规律，以及防渗与排水设施渗控方案的合理性和还存在的缺点，并提出相应的改进意见。     

临近水库的隧洞二维渗流场解析解及工程应用研究

水库水头对邻近隧洞地下水渗流的影响较大,威胁到隧洞的运行安全。【目的】为保障邻近水库的隧洞工程的安全,【方法】应用镜像法,通过权重分配考虑水库水头边界及远场水头边界双重影响,推导渗流场解析解,并建立有限元模型进行对比验证。【结果】结果显示,解析解所计算的渗流场水头函数精度满足工程计算要求,可为衬砌结构的初步设计提供理论依据。【结论】基于解析解的参数分析表明：隧洞衬砌外水压力随着隧洞与水库距离增大而减小,其关系曲线呈非线性,隧洞与水库距离越大曲线越平缓,洞线选择时宜尽量选取曲线相对平缓的区间;灌浆可有效减小衬砌外水压力,但随着灌浆质量及灌浆厚度的提升,其对衬砌外水压力的影响逐渐减小;相对而言,灌浆质量对减小衬砌外水压力的作用更为突出,当衬砌外水压力过大时,宜优先选择提高灌浆质量。     

黄土隧道地层增湿条件下衬砌力学响应

以某黄土公路隧道为对象,基于室内试验和数值分析方法,研究隧道所处黄土地层的地下水位 不同抬升高度、地层不同增湿程度对衬砌结构的力学响应。主要结果与结论:地层地下水位抬升及增湿 期间,降低了隧道地层的成拱效应,衬砌应力均呈增大趋势,拱脚及拱顶处衬砌受力趋于不安全状态,水 位抬升高度每增加７０％,拱脚部位衬砌拉、压应力分别提高２０％和１０％;地层含水率每增加３０％,拱脚 部位衬砌拉、压应力提高５０％和１２％;采取修正的围岩压力计算公式,能更合理的反映黄土地层增湿效 应下“围岩压力放大效应”,应从加强支护力度、改善围岩条件和增强防排水措施三个角度来改善黄土 隧道在施工期成洞条件和增强工后期的长期稳定性。     

地下埋管抗外压稳定分析

某水电站压力管道地下水位与内水压力均较高,充水后,调压井及压力管道向山体渗水,进一步加剧了地下水的丰富性。在无可靠排水措施的情况下,压力钢管道的外水压力不能折减,经计算,所设计的钢管道结构形式不能满足外压要求。通过采用在上平段、1#斜井、中平段适当位置打排水洞与深排水孔的措施,有效降低了外水压力,保证了钢管道的抗外压稳定。     

隧洞衬砌外水压力的取值方法与应对措施研究

针对隧道衬砌外水压力折减系数选取、衬砌结构选型等问题,在阐述外水压力折减系数含义的基础上,通过对衬砌类型进行系统分类,对不同衬砌型式外水作用规律与外水压力折减系数进行了分析与讨论。其中,全封堵型衬砌折减系数为1,全排型衬砌折减系数为0,而排堵结合型衬砌折减系数则与整个衬砌系统的设计参数有关。同时,指出相应衬砌结构设计中存在的错误认识,并由此引申出隧道工程在外水压力应对处理方面应该关注的主要影响因素。研究成果可为应对外水压力问题的地下隧道衬砌设计提供参考。     

富水地区隧洞衬砌开裂的外水 压力原因分析

某无压输水隧洞在富水地区修建,检修时发现混凝土衬砌出现严重裂缝,与围岩之间存在连续脱空。为此,采用三维有限元法,按照渗流场变化历史对隧洞渗流和应力场进行了模拟计算,结果表明,外水压力可能是造成衬砌开裂的原因,并提出了降低衬砌外水压力和拉应力的处理措施建议。现场监测表明本文的计算方案和成果合理。     

深埋地下管道及地下洞室群三维渗流场的 有限元精细模拟

利用自主研发的三维渗流分析软件GWSS计算了敦化抽水蓄能水电站工程区的渗流场分布特征及地下厂房系统、引水管道排水系统的排水效果。计算结果表明：（1）在现有设计方案下,地下厂房和压力管道中水平段的排水系统和排水洞作用明显,防渗排水设计满足设计要求;（2）下水平段的压力管道承受外水压力较大,建议对引水系统的下水平段的排水洞增设排水孔。     

不同外水压力下输水隧洞结构及配筋计算要点分析

针对输水隧洞在衬砌结构、配筋计算中不同外水压力对结构内力值及配筋结果的影响,根据《水工隧洞设计规范》(SL 279-2016)推荐的作用在钢筋砼衬砌结构上的外水压力计算方法及外水压力折减系数方法对外水压力进行折减,并采用水工隧洞钢筋混凝土衬砌计算机辅助设计软件SDCAD对隧洞衬砌结构在不同外水压力作用下的内力及配筋进行计算。计算结果表明:①无压输水隧洞内力及配筋结果由外水压力控制,外水压力越大,结构所受内力越大,对隧洞的选配钢筋要求也越大;②在外水压力作用下隧洞底板与边墙交接位置出现了应力集中,拉应力大于砼抗拉强度,在设计中应采取一定的措施进行补救,防止结构产生拉裂破坏。