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.     

高压水工隧洞钢筋混凝土衬砌裂缝开度计算方法评析

针对在复杂工作条件下的高压水工隧洞衬砌裂缝宽度的计算问题,基于国内外现有主要裂缝计算方法理论基础,通过研究内水压力、隧洞半径、衬砌厚度、保护层厚度、围岩抗力、混凝土抗拉强度以及衬砌配筋率等参数对衬砌裂缝开裂特性和扩展规律的影响,结合某抽水蓄能电站高压水工隧洞工程案例,开展各裂缝计算方法的综合评析。结果表明:(1)对高压水工隧洞衬砌而言,衬砌裂缝宽度主要受内水压力、围岩抗力和钢筋应力参数的影响,其中内水压力的影响最为显著;(2)由于裂缝开展规律不同,基于一般混凝土构件建立的裂缝计算方法不适用于高压水工隧洞,并且计算结果明显与实际情况差别较大;(3)弹性地基梁方法对高压水工隧洞衬砌裂缝宽度计算较为合适。     

内水压力作用下水工隧洞管片衬砌结构数值模拟分析

隧道衬砌管片结构直接影响隧道整体安全。本文以某输水水工隧洞为研究对象,利用有限元软件建立三维模型,计算管片变形与应力、接缝变形和螺栓应力,系统分析了内水压力作用下水工隧洞管片衬砌结构受力变形规律。研究表明,管片衬砌结构在内水压力作用下主要呈现向外的变形趋势,环向应力主要以环形拉应力为主;水头高度对不同位置接缝的裂缝宽度影响较小,裂缝平均宽度与水头高度的增长呈现线性关系;同一接缝的外侧开度较大,内侧开度较小,但同一接缝的裂缝开度差值接近;螺栓对于裂缝开度具有一定的限制作用,对于不同接缝和同一接缝不同开度,接缝宽度越大,当螺栓固定程度相同的情况下,螺栓对于裂缝的限制作用越大。     

水工隧洞衬砌裂缝计算公式的推导和应用

在分析以往几个水工钢筋混凝土隧洞衬砌裂缝计算通用模型局限性的基础上，根据力的平衡条件和变形相容条件，推导出了可以同时考虑围岩弹性抗力，配筋量，钢筋直径，钢筋表面形状等因素的裂缝计算通用模型。该模型适用于较大的水压范围，可以应用于不同断面，不同地质条件，不同内水压力，不同配筋情况的衬砌结构设计。     

水工隧洞设计中外水压力的探讨

以黄河公伯峡水电站工程右岸水平旋流消能泄洪洞为例,采用水工隧洞设计规范的外水压力折减系数法和有限元渗流计算法,对作用于水工隧洞衬砌混凝土上的外水压力值和分布进行探讨,以供同行设计时参考。     

水工隧洞全断面混凝土衬砌模板的应用

采用针梁钢模台车，穿行钢模台车，对水工隧洞全断面衬砌，其成型度好，表面光洁度高，施工速度快，并能降低水工隧洞衬砌成本，给施工创造一个较好的条件，简要介绍针梁钢模台车、穿行钢模台车在天生桥一级水电站、丁村坝水电站引水隧洞混凝土衬砌中的应用，存在的问题及解决的办法，旨在使针梁钢模台车、穿行钢模台车更加广泛地用于水工隧洞全断面衬砌施工。     

水工隧洞外水压力设计分析探讨

水库建成蓄水后 ,因地下水位抬高 ,对地下水工隧洞将作用较大的外水压力。文章针对乌江洪家渡水电站左岸泄洪系统地下洞室的外水压力分析 ,结合部分已建工程的实际经验 ,在大量结构计算的基础上 ,提出了外水压力的设计思路和处理措施     

水工隧洞衬砌混凝土配合比设计及应用

结合工程实例详细叙述了水工隧洞衬砌混凝土的设计要求、原材料选择、配合比设计及其相关试验调整等,从而使衬砌混凝土的内在质量有了较好的保证,外观质量也有了较大的提高。     

深埋水工隧洞衬砌渗透压力控制措施研究

我国西部高山峡谷地区水电站工程地下水位高, 深埋水工隧洞衬砌外水压力大, 防渗排水措施要求高。为减小作用于衬砌上的外水压力, 提高衬砌结构的安全性和经济性, 同时减小排水对地下环境的影响, 需要采取合理的围岩防渗排水措施。结合某在建水电站工程, 拟采用固结灌浆、排水孔等防渗排水措施, 建立泄洪洞的三维有限元模型, 精细模拟固结灌浆和排水孔作用, 研究不同方案下隧洞围岩浸润面变化和衬砌所受渗透压力分布规律。结果表明:泄洪洞深部固结灌浆可大幅减少围岩地下水内渗, 有效降低对地下水位的影响, 有利于生态环境保护;排水孔的排水降压作用显著, 可有效减小衬砌所受外水压力。若需兼顾考虑地下水环境影响及有效减小衬砌所受外水压力时, 可采用深固结灌浆联合浅排水孔的处理方案, 且建议固结灌浆范围为5~8 m, 排水孔深度1~2 m。     

高压水工隧洞BFRP网格增强钢筋混凝土衬砌试验研究

为探究玄武岩纤维增强树脂复合材料网格(简称BFRP网格)对高压水工隧洞钢筋混凝土衬砌结构裂缝控制能力及承载能力的增强作用,进行了高压水工隧洞钢筋混凝土衬砌结构模型对比试验,试验采用真实高压水加载。通过对隧洞模型内壁环向变形监测,以及通过声发射系统对模型在加载全过程中的声发射信息监测,对比分析了BFRP网格对裂缝产生及扩展的影响。研究结果显示,与常规混凝土衬砌结构模型相比较,BFRP网格增强钢筋混凝土衬砌结构模型的极限承载力提高21%、宏观裂缝最大开度减少了68%、宏观裂缝空间分布更为分散;开裂前内壁环向拉应变增大了81%,开裂时的声发射绝对能量占加载过程中声发射总累积绝对能量的33.78%(前者为99.38%),主要破坏模式表现为韧性破坏。可见,BFRP网格可显著提高高压水工隧洞钢筋混凝土衬砌结构的裂缝控制能力和承载能力。     

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。     

圆形水工隧洞钢衬加固技术

在病险水库除险加固工程中,对于承受内水压力为主的圆形水工隧洞的加固问题,最简单的处理方法是在原衬砌隧洞内增加钢衬,就可使隧洞达到结构安全和防渗要求。但在实际设计及施工过程中,对这种加固技术还存在适用条件认识不足,灌浆工艺及工序不到位,钢衬起始部位止水结构设计不当等问题。由此造成钢衬抗外压失稳、受水流冲击而翘曲等安全事故。针对圆形水工隧洞钢衬加固存在的问题,分析和讨论了钢衬加固的特点及其适应性,并总结了圆形水工隧洞钢衬加固的设计及施工要点。对今后隧洞钢衬加固的设计及施工具有一定的指导意义。     

压力隧洞钢衬水力物理试验模拟问题的研究

以马头水库压力隧洞钢衬外压失稳事故为例,以水力物理模型为手段,复演钢衬失稳的全过程,为研究中低水头钢衬失稳原因和防止措施奠定基础．主要讨论水力物理模型试验的相似模拟问题,并介绍了试验结论．     

超长输水隧洞衬砌混凝土测强曲线的建立与应用

本文通过对大伙房水库输水工程DB1,DB2标段衬砌混凝土强度数据分析,建立了针对本工程的两种测强曲线方程。该曲线方程应用到工程中,可以便捷、准确、无损坏地测得衬砌混凝土的实际强度,为工程施工提供准确的数据依据,对于评定衬砌构造物的混凝土质量起到重要作用。     

水工隧洞衬砌混凝土质量检测与安全分级评价

由于目前国内还没有针对水工隧洞服役后衬砌质量评价的规范,因此依托引滦入津隧洞,通过现场检测,结合以往的检测报告,并借鉴对水工建筑物、公路隧道等结构混凝土质量的检测技术和评定方法,从混凝土强度、碳化深度、保护层厚度与钢筋锈蚀状态共四个方面,提出了针对隧洞衬砌混凝土质量的检测技术和分级评级方法,并在此四项指标评价分级的基础上,提出了隧洞衬砌混凝土质量综合评价体系。结合引滦入津隧洞衬砌质量的检测结果进行分析,得出引滦入津隧洞衬砌混凝土质量的安全等级为B级,表明隧洞的质量部分已出现一定的问题,应该尽快对重点洞段采取除险加固措施,确保隧洞的安全运行。该评价体系为今后相关工程的安全鉴定提供了参照和依据。     

水工隧洞钢筋混凝土衬砌水压致裂分析方法研究

引入具有水力耦合属性的内聚单元模拟衬砌裂缝、衬砌-围岩交界面,以反映缝隙的位移非连续特征以及内部压力水体的流动特性.结合渗流-应力间接耦合方法,提出了水工隧洞钢筋混凝土衬砌水压致裂算法,探究了衬砌裂缝发展历程、裂缝宽度演化以及缝隙内部水压力传递特征等,并基于此系统分析了衬砌-围岩有条件联合承载特性的影响.计算分析表明,...     

津桥湖有压隧洞衬砌结构计算分析

隧洞的衬砌设计关系到其本身的安全性与实用性,尤其是有压隧洞在泄洪过程中,高水头、高流速对洞身的安全性构成严重威胁,科学合理的钢筋混凝土衬砌设计对隧洞安全及缩短施工期十分有利。本文通过介绍隧洞的受力情况,采用理正岩土系列软件对有压隧洞进行衬砌设计,并通过PC-1500程序集中的G-12加以校核以满足稳定、运行安全的要求。