盾构高压输水隧洞新型半埋式钢管复合衬砌结构研究

目前高内水压力的输水盾构隧洞基本是采用分离式双层衬砌结构,是当前最安全的结构模式,但不一定是最合理的。该文提出了一套盾构输水隧洞新型半埋式钢管复合衬砌结构,该种衬砌结构为:盾构管片外衬、钢管内衬、内外衬间不全部填充自密实混凝土及软垫层设置于内衬钢管外表面。基于新型半埋式钢管复合衬砌结构,利用ABAQUS有限元分析软件,分析了不同自密实混凝土填充程度,不同软垫位置等条件下,钢管内衬应力,填充自密实混凝土应力及外衬盾构管片的变形。根据计算结果,新型半埋式钢管复合衬砌结构,可以有效控制盾构外衬的变形及自密实混凝土的应力。同时,半埋式钢管复合衬砌受力明确,且有利于隧洞排水,可为高压输水隧洞结构设计提供参考。     

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。     

北京南水北调配套工程隧洞衬砌结构型式分析

在北京市南水北调配套工程输水隧洞设计中,为了选择适合北京地区工程实际情况的合理衬砌结构型式,做到工程安全、经济合理、工期有保障,通过调研和考察国内外一些典型工程应用实例,总结了盾构输水隧洞衬砌结构常见结构型式的使用条件、特点和施工工期等。通过对多种衬砌型式进行比较,认为外衬采用盾构管片、内衬采用常规钢筋混凝土的结构型式是比较适合在北京市南水北调配套工程输水隧洞中采用的。     

全防水复合衬砌隧洞结构设计

本文介绍了一种有压输水隧洞复合衬砌结构与高密度聚乙烯(HDPE)自粘胶膜防水卷材结合技术,即:采用自粘型防水卷材作为主要防水层,配以混凝土自防水的复合衬砌防水体系。该技术适用于具有防水要求的双层衬砌结构输水隧洞。采用这种双层衬砌防水技术,可以将防水层从以往的径向防渗增强为径向、轴向、环向防渗,解决了输水隧洞因为外衬或内衬局部渗水而导致衬砌间窜水的现象,增加了结构耐久性。这种结构便于运行期间进行检修、排查渗漏点。该技术已成功地在北京市南水北调配套工程东干渠工程中大规模应用。     

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。     

输水隧洞动态监控指标拟定方法

为确保输水隧洞工程运行期的安全,需针对工程特点建立有效的动态监控指标。在分析研究输水隧洞监测方法、工程运行安全影响因素的基础上,选择内外水压力、温度、隧洞衬砌混凝土和围岩变形等影响因子,构建输水隧洞安全监控指标模型,按照置信区间法原理拟定监控指标。将长时段监测数据分段分析处理,同时引入移动平均滤波算法,提出了输水隧洞动态监控指标的拟定方法。实例计算结果表明,所提出的方法能确定测点的动态监控指标。     

高压输水隧洞环向结构缝喷涂聚脲封闭施工工艺

南水北调中线穿黄隧洞为盾构法施工的大型双线新型预应力复合衬砌结构的高压输水隧洞,设计流量为265 m3/s,加大流量为320 m3/s。穿黄隧洞投入运行后,将在高压条件下持续输水,若内水外渗将导致洞外砂土渗透破坏,危及隧洞安全。为确保每一条内衬结构环缝的防水密封,以消除接缝渗漏的安全隐患,需要研究喷涂聚脲的施工工艺,从而封闭内衬环向结构缝。通过采用喷涂聚脲的施工工艺,消除了内水外渗的安全隐患。     

压力输水隧洞钢衬混凝土施工技术

采用钢筋混凝土衬砌的压力输水隧洞,当围岩中有断层等软弱结构,抗渗能力较差时,若处理不当,内水外渗使隧洞渗水、漏水,严重时会导致围岩失稳,引起隧洞结构破坏,严重破坏上部环境;采用钢板承受内水压力,可以有效的解决这种问题。通过大伙房水库输水(二期)工程的成功范例,归纳总结了钢衬混凝土技术的设计理论及施工方法,研究结果对于类似工程的设计及施工具有参考意义。     

广州北江引水工程有压隧洞衬砌结构设计

结合广州北江引水工程2~#、3~#有压隧洞工程地质条件,拟定两个隧洞衬砌结构方案:预应力钢筋混凝土衬砌结构型式与钢筋混凝土衬砌结构加设钢衬两种隧洞衬砌结构型式方案,从施工、工程投资、结构安全性、抗渗性能、过流能力等方面进行比较,最终确定采用钢筋混凝土衬砌加设钢衬结构型式的方案,并对该衬砌结构型式进行了设计计算。     

盾构管片钢筋混凝土内衬大型输水隧洞结构研究

在北京市南水北调配套工程团城湖至第九水厂输水工程(一期)输水隧洞工程中,根据盾构管片钢筋混凝土内衬的结构间连接结构形式的不同,对双层衬砌相互作用模型进行了对比分析.根据所确定的结构模型对不同的力学模型进行分析,确定了北京地区土质条件下的盾构管片内衬钢筋混凝土的力学模型.计算表明,结构控制的内力状态确定为盾构管片为大偏心受压构件,内衬钢筋混凝土结构为小偏心受拉构件.     

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。     

均匀内水压力作用下圆形混凝土衬砌隧洞配筋设计探讨

基于对规范隧洞衬砌结构设计方法的分析探讨,考虑实际隧洞衬砌配筋应力状况,提出便于设计者进行均匀内水压力下圆形混凝土衬砌隧洞结构计算分析方法。按照此方法进行隧洞衬砌设计,计算过程简单清晰,设计分析结论明确,可以满足工程设计要求。     

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。     

南水北调中线工程穿黄隧洞关键技术研究

简要介绍了国家＂十一五＂科技支撑计划项目＂南水北调中线工程关键技术研究与应用＂课题四＂中线工程输水能力及冰害防治技术研究＂所取得的部分水力学研究成果,包括南水北调中线工程输水模拟平台的研制、中线工程数值仿真软件开发、分水口和节制闸的水力敏感性分析、闸前常水位控制算法、穿黄工程节制闸闸前水位确定、冰期输水能力及冰期运行控制等,研究成果紧密结合中线工程的实际情况,可应用于中线工程的运行、调度与管理。     

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。     

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。     

岩石围岩盾构钢筋混凝土内衬高内压输水隧洞受力简化分析方法

长距离输水工程在穿越城市群时,往往需要深埋以规避地表及浅层地下的各类建(构)筑物。这种情况下盾构隧洞成为极具优势的选择方案。当这种深埋隧洞的围岩具有较好承载能力时,可以采用钢混凝土内衬与盾构组成复合衬砌,与围岩一起共同承担管道内的高内水压力。而这种隧道结构的内衬往往会发生开裂,进而改变其受力特征,此时内衬、盾构管片与围岩如何共同受力成为了工程设计的重点和难点,对此目前还没有成熟的计算方法和规程。针对钢筋混凝土受内水压开裂后的受力变形特点,提出了钢筋混凝土内衬开裂后刚度减少的等效刚度计算方法,计算在内水压力作用下复合衬砌与围岩共同作用的受力特点。结果表明:当围岩弹性模量达到2 GPa时,这种结构可以具有较好的承载能力;当围岩弹性模量达到5 GPa时,可以承担1 MPa以上的内水压力,围岩具有较好的利用价值。研究结果为盾构钢筋混凝土内衬高压输水隧洞联合受力提供了简化的计算方法。     

压力隧洞设计与结构计算研究进展

针对目前压力隧洞设计现实和设计规范均不是很完善、结构计算缺乏可靠方法以及对内外水荷载作用下围岩衬砌联合承载机理研究还不深入的现状,对压力隧洞设计准则、结构计算以及内外水荷载作用下围岩衬砌联合承载机理这三个方面的国内外研究进展进行了综述,并指出存在的不足.基于研究现状的总结分析,提出了需要进一步深入研究的课题.研究成果可为压力隧洞的设计和结构计算提供参考.     

观音峡水电站引水隧洞设计方案分析

无压隧洞是引水发电站常采用的引水工程。本文以观音峡水电站无压输水隧洞作为工程背景,介绍了观音峡水电站及其引水隧洞的工程概况,在此基础上,分析了隧洞线路方案比选和隧洞结构形式比选,并对隧洞过水能力和衬砌结构受力安全进行了验算。结果表明,采用左岸引水隧洞,选用城门形式的无压引水隧洞结构形式,在技术、经济指标等方面优势明显;隧洞的衬砌结构受力和过流能力满足设计要求。