新型预应力混凝土衬砌压力隧洞技术及其有限元分析

本文提出了一新型预应力混凝土衬砌压力隧洞技术,即:在厚壁圆筒承受内外水压力时,利用围岩的抗力作用,采用外加预应力法,在围岩和衬砌混凝土之间安装一种圆环形扁千斤顶设备——用薄钢板制成的中空圆环形压力囊,并根据需要利用水或水泥浆通过有限的径向位移对隧洞衬砌混凝土层外部人为地施加某一数值与分布的均布压应力,用以部分或全部抵消内水压力所产生的拉应力。其优点是不仅省去了预应力钢筋,而且施工简便、经济合理。还利用三维有限元法,分析了在隧洞衬砌混凝土外层间隔施加预应力时衬砌混凝土中应力的变化。计算结果表明,该技术是可行的,效果十分明显,可应用于实际工程。     

压力隧洞新型预应力混凝土衬砌技术模拟试验研究

在现有压力隧洞预应力混凝土衬砌技术的基础上,提出了基于圆环形扁千斤顶技术的新型预应力混凝土衬砌隧洞新概念。实现这个设想的关键设备是圆环形扁千斤顶,是一个用薄钢板制成的中空圆形压力囊,利用液压通过有限的径向位移对隧洞混凝土衬砌层外部施加均布压应力。室内模拟试验证明,采用薄钢板制作的圆环形扁千斤顶可以通过灌浆或注水对衬砌结构施加预应力,衬砌结构环向预压应力与注水压力呈线性关系,与理论结果一致。     

压力隧洞预应力混凝土衬砌浅谈

压力隧洞通常采用混凝土衬砌,由于混凝土的抗拉强度和延展性低,而衬砌结构主要承受拉应力,这样势必增加结构的复杂性和成本。为了能够充分的利用混凝土的抗压强度以及围岩的承载力,在施工中采用各种方法对衬砌施加径向力,在衬砌内建立与运行荷载相平衡的预应力,使得衬砌的工作状态大大改善。     

灌浆式预应力混凝土衬砌隧洞

结合白山水电站灌浆式预应力混凝土衬砌引水隧洞工程实例，介绍了灌浆式预应力混凝土衬砌的工作机理、结构特点，并就其设计中主要技术问题，如灌浆孔的布置、灌浆压力、灌浆工艺、浆液配比、预应力保持和预应力效果等进行了论述．最后认为，灌浆式预应力衬砌由于厚度小，不需配筋，采用群孔灌浆工艺，因此可减少开挖与混凝土方量，节省材料，施工速度快，同时可改善衬砌的工作状态和提高围岩及衬砌的抗渗性．     

压力隧洞衬砌后张预应力计算

清江隔河岩电站引水隧洞是我国首例采用后张预应力衬砌的地下工程，采用洞挖施工，贴壁衬砌，后张预应力作业在洞内进行。针对这些特点，为满足工程要求，设计时曾对预应力锚索在衬砌中的布置，曲线锚索预应力计算方法，锚索锚固过程预应力分布，以及混凝土衬砌环预应力估算等作了研究，并进行了仿真结构模型试验。这些研究成果已应用于隔河岩工程和后续工程实践中。     

己建压力隧洞复合预应力混凝土衬砌修补加固关键技术研究

提出一种复合预应力混凝土衬砌修补、加固防渗方案,该方案在原衬砌混凝土上,二次浇注一高性能纤维混凝土薄层。在新老混凝土中间设置薄钢板,通过在老混凝土表面开槽等手段,在老混凝土与防渗层之间形成一密闭中空的环形空间。利用水泥浆通过有限的径向位移对新浇注的薄层混凝土根据需要人为地施加某一数值与分布的均布压应力,使二次衬砌混凝土层具有一定数值的环向预压应力。这样可以分担部分的内水压力,而使该方案具有预应力混凝土补强加固效果及复合防渗功能。其优点是不仅省去预应力筋,达到防渗加固效果,而且施工简便,损失过水断面较小。     

隧洞预应力混凝土衬砌施工技术应用

针对高水头和隧洞围岩较破碎、埋深较浅等情况,文章着重介绍了无粘结预应力混凝土衬砌施工、无粘结预应筋的张拉、防腐的施工工艺。应用实践证明:采用后张法双圈无粘结预应力混凝土衬砌施工技术,可以解决隧洞衬砌抗裂问题,并能大幅度降低工程造价。     

清江隔河岩电站压力隧洞环锚预应力衬砌设计

隔河岩电站引水隧洞环锚预应力衬砌结构为国内首例，以下介绍了该工程隧洞料砌的设计情况。这一实践为大直径、高水头压力隧洞衬砌设计创造了新途径。研制成功的环锚系统已在该工程中应用，实现了无台座张拉施工。该项新技术适用于各种环形孔道预应力工程。     

预应力锚索混凝土衬砌隧洞的耐久性及其改进

近年来，在我国有采用预应力锚索混凝土衬砌隧洞的趋势。其原因有两个方面：一方面是由于压力隧洞的P×D值越来越大，另一方面是为了节省钢材，而且结构要满足耐久性的要求。对于有长期耐久性要求的现代工程结构来说，技术的改进和质量保证体系是密不可分的。为此，笔者对预应力锚索混凝土衬砌隧洞的基本问题进行了探讨，诸如设计标准、有粘结和无粘结锚索、混合配筋、钢材的长期抗腐蚀性能、隧洞的薄弱部位、灌浆的作用、衬砌混凝土及施工等，并提出一些改进意见。     

隔河岩电站压力隧洞预应力衬砌性态分析

隔河岩水电站压力隧洞是国内首次采用钢筋混凝土预应力衬砌结构，通过５年来对该结构的观测和资料分析表明，预应力在改善隧洞的结构应力和防止裂缝的产生方面效果显著，同时表明隔河岩采用后张法施加预应力是成功的，为今后大直径、高水产头隧洞的设计和施工提供了新的途径和经验。     

隧洞无粘结预应力混凝土衬砌若干关键技术问题

水工隧洞无粘结预应力混凝土衬砌在我国已应用和正在施工中的工程仅有2例，本文基于实践对施工中一些关键的技术问题进行了论述，具体为：（１）预应力钢筋与锚具的选择；（２）无粘结筋外包PE套管的质量；（３）锚具槽位置的确定；（４）预应力筋与锚具槽的定位，等等。     

无黏结环锚预应力混凝土衬砌张拉工艺研究

依托吉林省中部城市引松供水工程无黏结环锚预应力混凝土衬砌现场原位试验,对预应力衬砌张拉工艺进行了优化研究,提出了以单个衬砌浇筑块中部锚具槽为起点,两排锚具槽同时向两端进行张拉的张拉顺序,并根据张拉试验总结了4个张拉质量控制指标。现场张拉试验表明:优化后的张拉工艺与小浪底排沙洞工程相比,张拉效率得到了大幅提高,具有较大的经济效益。4个张拉质量控制指标不仅可以保证张拉质量,而且指标均可量化,实际操作简便易行,可为引松供水工程环锚衬砌后续施工及今后类似工程提供重要参考。     

压力隧洞复合预应力混凝土衬砌修补加固防渗结构计算分析及其施工工艺

复合预应力混凝土衬砌修补、加固防渗方案是在原衬砌混凝土上二次浇筑一高性能纤维混凝土薄层,在新老混凝土中间设置薄钢板,通过在老混凝土表面开槽等手段,在老混凝土与防渗层之间形成一密闭中空的环形空间。利用水泥浆通过有限的径向位移对新浇筑的薄层混凝土根据需要人为地施加某一数值与分布的均布压应力,使二次衬砌混凝土层具有一定数值的环向预压应力。通过对新衬混凝土屈曲破坏和新老混凝土联合受力的分析表明,对于大洞径,选择外加预应力法对新内衬混凝土层施加预应力,理论上是可行的,这样可以分担部分的内水压力,而使该方案具有预应力混凝土补强加固效果及复合防渗功能。其优点是不仅省去预应力筋,达到防渗加固效果,而且施工简便,损失过水断面较小。     

圆形有压隧洞混凝土衬砌结构计算方法的比较

水电站圆形有压隧洞钢筋混凝土衬砌常用计算方法有公式法、弹性力学法、边值法及有限元法等,但这几种方法计算结果常常相差较大,笔者分析了计算结果相差较大的原因,对这几种计算方法进行了初步分析评价。     

无粘结环锚预应力混凝土衬砌应力状态分析

无粘结环锚预应力混凝土衬砌是有压水工隧洞采用的一种新型衬砌型式,由于衬砌结构组成体系复杂,导致其内部应力状态分布极为复杂,且在不同工况下受力会发生显著变化。为了解该结构在施工期和运行期的受力状态,并及时掌握衬砌安全状况,对小浪底排沙洞环锚预应力衬砌张拉期和运行期的应力状态进行了研究。采用等效荷载法和实体建模法相结合的方法建立数值模型,通过对应力状态计算和应力状态现场实测值进行对比,明确了不同工况下预应力衬砌受力状态。研究结果表明,小浪底排沙洞环锚衬砌在张拉期和运行期预应力状态都处于安全范围。研究结果对无粘结环锚预应力混凝土衬砌的设计、施工具有重要参考意义。     

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。     

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。