抽水蓄能电站砼衬砌高压隧洞工程地质条件探讨

抽水蓄能电站高压管道(包括高岔)采用钢筋砼衬砌,是充分利用围岩承载能力,由围岩承担高内水压力,从而减小衬砌厚度、缩短工期、节省投资。在高内水压力作用下围岩不发生水力劈裂,是高压隧洞采用钢筋砼衬砌的必要条件。高压隧洞能否采用钢筋砼衬砌完成取决于围岩工程地质条件,主要表现在4个方面:围岩类别、上覆岩体厚度、最小主应力、围岩渗透性。该文结合广州抽水蓄能电站、惠州抽水蓄能电站、深圳抽水蓄能电站的工程实际,分别从抗抬理论经验准则、最小主应力准则、围岩条件、渗透准则,对砼衬砌高压隧洞工程地质条件评价进行探讨,提出评价基本原则和经验。     

阳江抽水蓄能电站高压隧洞段工程地质条件分析

通过分析阳江抽水蓄能电站高压隧洞段的工程地质条件,从隧洞的覆盖层厚度、围岩水力劈裂、围岩渗透稳定性方面进行分析判别,结果高压隧洞段Ⅰ~Ⅱ类围岩满足采用钢筋混凝土衬砌的工程地质条件,但断层和裂隙密集带发育的Ⅲ~Ⅳ类围岩在高水头压力作用下会发生渗透破坏,需专门进行固结灌浆处理。     

深圳抽水蓄能电站水力劈裂试验研究

深圳抽水蓄能电站高压岔管区洞室内水压力高,为论证深圳抽水蓄能电站高压岔管区采用钢筋混凝土衬砌的可行性,进行了现场水力劈裂试验,测试裂隙岩体的抗劈裂能力和相应的P-Q曲线.试验结果表明:岔管围岩的劈裂压力大于1.2倍的内水压力.因此在做好防渗设计的基础上,采用钢筋混凝土衬砌方案是可行的.     

惠州抽水蓄能电站高压隧洞岩体稳定性评价

惠州抽水蓄能电站最大静水头630m，地形地质条件是否能够承受如此高的内水压力。山体或围岩是否会产生水力劈裂或产生大量渗漏？高压隧洞及高压岔管能否采用钢筋混凝土衬砌？从高水头电站安全运行角度，本文从区域构造稳定性、抗抬理论经验准则和最小主应力准则等对山体稳定及围岩稳定进行研究并作出评价。     

琼中抽水蓄能电站高压引水系统布置与设计

琼中抽水蓄能电站采用一洞三机的布置形式,岔管段最小覆盖层厚度与最小主应力条件满足规范要求,且运行期衬砌结构整体裂缝宽度处于可控范围内,检修期间,在外水压力作用下结构出现整体受压破坏的可能性较小,具备采用钢筋混凝土衬砌的条件。另外通过对不同钢岔管方案的比较,认为钢板衬砌需要的高强钢材用量较大,考虑到直接投资和工期方面的明显优势,最终推荐采用衬砌厚度为1.0 m的钢筋混凝土衬砌方案。     

广蓄二期工程高压岔管渗漏问题的探讨

广州抽水蓄能电站二期工程装机120万kW，一洞四机布置，主洞及高压岔管为钢筋混凝土衬砌，承受最大静水头610m。由于位于高压岔管上方兼作排水廊道的地质探洞离岔管过近（只有32m），它们之间的围岩的水力梯度达19m，加上灌浆工艺有缺陷，地质上又存在微张结构，因而在水道首次充水过程中，高压岔管围岩发生局部水力劈裂，地质探洞出现大量漏水，漏水量高达32L／s。经对高压岔管进行化学灌浆封堵和对地质探洞做部分回填封堵以延长渗径、减小水力梯度的处理后，漏水量减小到2．5L／s , 说明这些处理措施得当，效果显著。     

高压岔管首次充排水衬砌开裂规律与渗透特征

高压岔管首次充排水过程是影响衬砌裂缝产生和扩展规律、渗透规律以及长期受力特性的关键因素,亦是关乎结构安全与围岩稳定的重要工况。以阳江抽水蓄能电站钢筋混凝土高压岔管为工程背景,基于流固耦合方法,采用离散单元法(PFC~(2D))研究了首次充水裂缝开展位置与初始地应力的关系;然后,利用有限差分法(FLAC~(3D))分析了衬砌起裂过程和贯通临界压力,明确了首次充排水至平衡状态的衬砌渗透特性以及梯级排水条件下衬砌稳定性;最后,研究了钢筋和锚杆对衬砌结构力学特性的影响,并提出限裂设计参数优化方案。结果表明:内水压力2.8 MPa为衬砌起裂临界压力,继续增至4 MPa时衬砌结构裂缝贯通;裂缝是高压岔管充水期内水外渗和放空期外水压消散的重要渗流通道,衬砌结构配筋与锚杆支护是限制裂缝开度的关键措施;放空期高外水荷载作用下衬砌存在受压破坏风险,应对内水放空梯度进行严格控制。     

三道湾水电站钢岔管和衬砌结构应力分析

三道湾水电站位于甘肃省讨赖河上,水电站压力管道为地下埋管,设计水头达372.72 m.根据该工程的实际,建立了岔管及其围岩的三维有限元模型.采用钢岔管和围岩联合承载的设计原则,计算分析了在设计内水压力作用下,不同钢岔管管壁厚度和衬砌结构对应的钢岔管及外包混凝土的应力状态,选择了合理的钢岔管管壁厚度;最后复核各种工况下钢岔管的应力状态,证明钢岔管和衬砌推荐方案满足规范要求,成果可供设计和施工参考.     

基于有限元法的浅埋无压隧洞稳定性分析

浅埋隧洞由于上部覆盖层厚度小,顶拱自承能力不足,且地表处围岩地质条件往往较差,隧洞投入运行后,对外部荷载的扰动较为敏感,严重的将危及隧洞的安全运行.该文以某无压供水隧洞为例,采用有限元法分析铁路修建后隧洞围岩的稳定性及衬砌结构的安全性.计算分析表明,在现有覆盖厚度下,修建铁路所新增的荷载对隧洞围岩及衬砌结构的影响是有限...     

钢筋混凝土岔管结构优化

针对钢筋混凝土岔管锐角区围岩稳定性和衬砌结构受力情况复杂的问题,结合某抽水蓄能电站工程实例,建立了引水钢筋混凝土岔管三维数值模型,并对岔管锐角区进行修圆处理。采用有限单元法,对比分析了不同修圆半径下的围岩稳定性及衬砌结构的应力和变形。计算结果表明:与修圆前相比,施工期塑性区范围增加,围岩的塑性区集中程度减缓,但岔管分岔处跨度增大,围岩变形略有增加;运行期岔裆的应力集中程度减缓,钢筋应力集中程度也有所减小,应力分布更加均匀;检修期岔管衬砌主要承受压应力,适当的修圆处理减缓了局部压应力集中程度,对变形影响不大;在外围围岩稳定的基础下尽量减少开挖,选择适当的修圆半径,有利于围岩的稳定和衬砌结构的受力。     

蒲石河抽水蓄能电站输水系统岔管段混凝土衬砌施工

水电站地下输水系统岔管段结构复杂,大部分为空间异型曲面,其衬砌具有材料投入大,模板及钢筋形式复杂,施工工期长等特点。为此,蒲石河工程对岔管段混凝土衬砌施工方案进行了优化,取消了模板排架,标准模板采用3015和1015钢模板,异形部位采用木模板,支撑形式为外拉内撑,整体受力结构以拉条拉力为主,脚手架管支撑辅助。通过在3号尾水岔管段实践表明,衬砌方案合理、可靠,节省了成本,保证了工期。     

引黄工程钢筋混凝土岔管应力分析

对山西省引黄工程中的钢筋混凝土岔管高应力的原因进行了分析，认为与围岩边界的温度低、约束力强有很大关系。在缺乏足够水位资料情况下，由于发现了最初通水时有一水位升高而岔管温度不变的极短时段，成功地进行了应力分解。为证实岔管是否处于弹性工作状态，提出用径向截面上的应变线性分布系数作为衡量的标准。结果表明，绝大部分截面的线性分布系数均接近于1，证明了岔管整体工作性态良好以及本观测系统已经达到很高的精度。研究发现。线性分布系数是混凝土“微裂缝”发展程度的有效指示器，为今后进一步研究洞室衬砌应力增加了一条新的途径。     

潘口水电站引水隧洞衬砌混凝土裂缝分析及处理

水工隧洞衬砌混凝土属于薄壁钢筋混凝土结构,受自身混凝土温度、收缩变形及地质水文等因素影响,容易产生裂缝。分析了潘口水电站引水隧洞的裂缝产生机理,归纳了裂缝产生的规律,并采用斜孔化学灌浆法对所产生裂缝进行了处理。介绍了灌浆工艺及施工要点、主要材料及其性能和灌后效果检查,总结了裂缝处理施工经验,可供同类工程借鉴。     

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。     

三峡永久船闸下游泄水分岔管的应力分析

三峡永久船闸泄水分岔管是钢筋混凝土框架式结构。为求取其在各种复杂荷载作用下结构的应力状态,采用了光弹实验方法,以三个各具特色的基本实验与理论分析得出的成果,叠加组合得到实际存在的不同工况下的应力。研究结果指出：运行工况下,分岔管应力比较复杂,同一荷载条件下,其各部分的孔口应力有不同的表现形态;检修工况下的应力状态更复杂, 数值也更大。     

含不规则跨尺度裂缝的钢筋混凝土厂房吊车梁结构性能分析

钢筋混凝土厂房吊车梁在水电站工程建设中被广泛应用,但高寒区的低温、高风速、低湿度的环境条件易使吊车梁在施工过程中产生不规则表面裂缝,严重影响该混凝土结构的安全服役。由于裂缝尺度远远小于钢筋混凝土吊车梁结构尺度,使得现有计算方法难以有效考虑不规则、小尺度裂缝的真实形态。为解决该问题,提出了一种基于真实裂缝点云的不规则跨尺度裂缝计算方法,在无裂缝网格模型的基础上,将穿过裂缝单元的节点批量投影至裂缝曲面上,建立含精细化真实裂缝的数值模型。该方法具有不改变初始单元类型、无需对裂缝模型进行网格划分的优点,比传统的几何剖分法具有更好的适用性。通过混凝土三点弯曲及楔入劈拉试验验证了该跨尺度裂缝计算方法的正确性,并将其应用至我国高寒区钢筋混凝土吊车梁结构的安全性能分析中,为吊车梁质量评估及后续修复加固提供了有力的技术支撑。     

石泉扩机工程引水隧洞放空检测分析

利用石泉扩机工程5号机大修,将扩机工程引水隧洞放空。在放空前后及放空期间,对引水隧洞钢筋混凝土衬砌体应力应变、围岩与钢筋混凝土衬砌体的接缝状态、渗流监测孔的测孔水位变化、厂房基础扬压力、厂房上游边墙围岩变形等进行了系统检测分析。结果表明:①引水隧洞钢筋混凝土衬砌体在各段结构分缝处止水效果较差,各段结构分缝普遍存在渗漏水现象,尤其在隧洞引0 107.5以后的后半部分渗漏水较为严重;②引水隧洞的岔管到5号支管的钢衬之间发现裂缝,裂缝方向以轴向为主;位置主要在顶部或隧洞上半部,大多数裂缝渗水;③扩机工程引水隧洞的施工和目前渗漏严重的状况,改变了左岸边坡渗流场的变化,在一定程度上影响左岸边坡的长期稳定性。     

埋藏式月牙肋岔管内压分担比研究

采用三维有限元模拟了岔管、回填混凝土与围岩的联合承载体,分析了回填混凝土的塑性性质、岔管与回填混凝土之间的缝隙及围岩力学性能等重要因素对联合承载体的影响。结果表明:考虑回填混凝土的塑性性质后,围岩分担率下降;缝隙宽度超过一定值后,回填混凝土与围岩对岔管约束急剧下降,围岩分担率接近0;围岩力学性能越好,围岩分担率越高;考虑联合承载后,水压试验时岔管可能不足以承担1.25倍的设计压力,应根据岔管钢材允许应力研究水压试验值。研究成果为钢岔管与围岩共同分担内水压力的埋藏式月牙肋岔管的设计提供了参考。     

预应力钢筒混凝土管体外预应力加固试验研究

预应力钢筒混凝土管(PCCP)断丝后,管芯混凝土在荷载作用下会发生开裂,影响PCCP的承载能力。目前针对PCCP断丝管的加固有多种方法。其中利用钢绞线施加体外预应力加固PCCP断丝管的方法能够主动补偿由于断丝导致的预应力损失,同时做到整个管线减压不停水。本文通过PCCP加载-断丝-管体管芯混凝土开裂-减压-施加体外预应力-加载到设计荷载的全过程原型试验,研究了PCCP体外预应力加固效果。并针对试验过程中各阶段PCCP管体的力学特性和变形特点进行分析。试验结果表明,通过钢绞线对PCCP断丝管施加体外预应力进行加固,管体裂缝闭合,承载能力恢复至设计内压0.9 MPa,钢绞线仍处于弹性阶段,管体水密性良好,加固效果明显。