软弱松散岩体浅埋隧洞衬砌结构设计研究

考虑软弱松散岩体的复杂性和浅埋隧洞山岩压力计算理论的不确定性,针对托巴水电站中路沟弃渣场排水隧洞,基于浅埋隧洞山岩压力不同的计算理论,通过SDCAD结构力学计算方法对衬砌结构展开稳定性分析。结果表明,对于软弱松散岩体浅埋隧洞,侧向山岩压力采用主动土压力的计算成果更为合适;在底板和边墙连接处增设贴脚措施,能够有效缓解直角方案的应力集中,并可减少抗剪钢筋,降低边墙和底板连接处剪切破坏的可能性,对保证工程安全、加快施工速度和节省工程投资具有重大意义。     

浅埋压力隧洞抗裂设计数值模拟分析

纵观国内已建大型工程的浅埋压力隧洞,采用抗裂式预应力衬砌形式居多,而对于长距离引水隧洞,如果大范围采用该形式则投资过高。基于裂隙岩体渗流场-应力场耦合理论的有限元方法,对浅埋压力隧洞内水外渗进行数值模拟分析,同时考虑了围岩固结灌浆、地下水位、渗流场变化对围岩的影响,反映了隧洞在开挖、充水、加压过程中围岩应力的变化。验证了孔隙水压力的增减均引起岩体有效应力的减小,岩体呈失稳趋势。围岩覆盖厚度越厚,承担荷载的能力越大。以吉林省中部引松供水工程为例,得出了长距离浅埋引水压力隧洞是否采用抗裂设计,需要结合高压水发生的频率、渗漏量、固结灌浆对提高围岩抗渗性能、岩体渗透压力、有效应力、岩体结构、是否存在排水通道、控制岩体渗漏失稳的状态等因素进行综合分析,确定隧洞衬砌形式。研究结果可为合理确定抗裂设计区段、合理选择隧洞衬砌形式和隧洞埋深提供依据。     

圆形压力水工隧洞在轴对称岩体应力作用下的弹性理论计算

深埋于地层之中的圆形压力水工隧洞,无论是坚硬围岩还是软弱围岩,以往多按普氏和太沙基山岩压力理论及弹性抗力假定,采用结构力学或与弹性力学相结合的计算方法设计衬砌结构,这在某些情况下,不符合实际情况。对于支护结构的合理设计,国内外都在不断地探讨新方法,目前采用《新奥法》进行支护设计就是其一。本文视压力水工隧洞的围岩和混凝土衬砌为不同的弹性介质,运用弹性理论,推导出在轴对称岩体应力和内水压力联合作用下,计算混凝土衬砌及位移的计算式为:     

不同隧洞围岩压力计算方法对管片力学特性影响研究

为探究隧洞围岩压力计算方法对管片力学特性的影响,文章以榕江关埠引水工程为研究对象,依据全土柱理论、SL 279—2016《水工隧洞设计规范》与普氏理论3种围岩压力计算方法,基于地层-结构法建立TBM有压输水隧洞精细化模型,分析其结构的安全稳定性。结果发现,隧洞处于安全状态,围岩压力计算方法对管片应力及变形影响较大;全土柱理论物理意义明确适用于浅埋隧洞,对于深埋隧洞可以选取普氏理论进行设计研究。该研究可为类似工程提供一定的理论参考。     

天生桥二级水电站引水隧洞设计

天生桥二级水电站引水隧洞长 ,埋深大 ,外水压力高 ,沿线工程地质和水文地质条件极其复杂。结构设计采用新奥法施工 ,衬砌采用限裂设计 ,对高达 4MPa的外水压力段 ,采用加厚衬砌、高压固结灌浆及排水措施 ,对断层破碎带、岩溶洞穴、暗河等不良地质洞段 ,采用高压固结灌浆和灌浆孔内布设锚杆加固围岩、再用桩管、管梁、明钢管、拱桥等结构通过 ,取得了良好的效果和施工经验     

高外水隧洞衬砌堵排水方案及降压效果分析

高埋深隧洞往往伴随着高外水问题,较高的外水压力将导致隧洞衬砌受力破坏,是制约工程安全的重要方面。堵排结合是解决隧洞高外水问题的一项重要技术途径,但在工程设计中往往难以合理考虑堵水措施及排水措施的综合效应。采用三维渗流场数值分析技术,真实模拟灌浆堵水效应及间隔布置排水孔排水效应的综合降压措施,针对性探讨了灌浆圈厚度、排水孔及排水带参数对衬砌外水压力的影响规律,为高外水隧洞的堵排水设计及衬砌设计提供了重要支撑。     

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。     

经济节约型浅埋隧洞初期支护设计应用研究

本文基于穿越浑河上游河谷浅埋段工程，针对该浅埋段输水隧洞的突出特点，提出了适应浅埋段不同地质构造、不同地表环境的经济节约型浅埋隧洞开挖、支护的设计理念。同时，结合广泛应用的“新奥法”和“新意法”两种隧道工程设计、施工理论，以“浅埋暗挖法”为基础，创新研究出一套适合该工程的浅埋段复合施工工法，提高了施工效率，保证了施工安全，节约了工程投资，可为同类工程提供参考。     

引松隧洞预应力钢筋混凝土衬砌结构计算分析

针对吉林省中部城市引松供水工程机械式后张法预应力钢筋混凝土衬砌输水隧洞工程,采用普通解析法和弹塑性有限元2种计算方法,对预应力钢筋混凝土衬砌进行了计算对比分析,提出了有限元计算结果是合理可行的.计算结果表明:对于本工程线路穿越沟谷及波状台地区的多段浅埋有压隧洞,采用预应力混凝土衬砌结构是切实可行的.对于预应力钢筋混凝土...     

仙游抽水蓄能电站2号引水隧洞充排水试验实测数据分析

本文对仙游抽水蓄能电站工程2号引水隧洞充排水试验过程中所观测记录到的实测资料进行分析,讨论高压隧洞围岩承载、衬砌与围岩之间渗流场而形成渗流力等理论概念,通过实测资料进一步说明隧洞衬砌混凝土允许开裂、由经高压固结灌浆的围岩来抵抗内水压力及承担防渗的设计符合实际,供同类工程参考与借鉴。     

有关水工隧洞衬砌结构计算一些问题的探讨

根据过去水工隧洞设计中所遇到的问题，针对目前正在开展的南水北调中线工程三座隧洞设计，就衬砌计算中如何正确估量围岩的作用，垂直山岩压力荷载的考虑，外水压力及衬砌断面型式等问题进行一些探讨，以促进隧洞设计水平的提高。     

水工压力隧洞最小埋深的探讨

水工压力隧洞的埋设深度决定其施工工期的长短和造价的高低。若能将隧 洞内的水压力荷载传递到岩体内，而不引起岩石滑移或涌水的危险，则隧洞距地表面的距离即为压力隧洞的最小埋深。在工程实践中，确定埋深不大的压力隧洞的衬砌型式及参数应仔细研究山岩岩体的结构和应力状态，其最终方案的选择必须进行系统的数值研究。     

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。     

高压钢筋混凝土隧洞透水衬砌设计理论的进一步研究

在高压钢筋混凝土隧洞透水衬砌设计理论在广蓄成功应用实践的基础上,结合近年来水电工程数值计算的成果,提出了一套较完整的透水衬砌设计理论的数值计算方法。根据钢筋混凝土衬砌的开裂渗透特性建立了钢筋混凝土衬砌的应变~裂缝宽度~渗透系数的关系方程,将内水压力以体力的形式作用于隧洞衬砌和围岩,并结合结构三维弹塑性损伤有限元分析,建立了高压隧洞内水外渗渗流场与应力场的耦合数值分析的计算模型,用于模拟高压钢筋混凝土隧洞透水衬砌的运行机理,进行透水衬砌理论设计。     

基于ADINA的钢筋混凝土衬砌安全性分析

基于新奥法的衬砌施工理念及透水衬砌理论,采用ADINA有限元软件,以衬砌内混凝土和钢筋结构极限承载力为判别标准,对丹巴水电站引水隧洞在外水压力、内水压力及灌浆压力工况下衬砌的安全性进行了分析评价。数值分析结果表明:该深埋高地应力引水隧洞衬砌在外水压力和灌浆压力作用下,衬砌内混凝土和钢筋处于完全受压状态,其内力满足承载力要求;在内水压力作用下,衬砌满足抗压承载力要求,但受到较大拉应力,衬砌易开裂。     

苗坑水库工程引水隧洞稳定性及应力分析

输水隧洞经常发生的病害主要为衬砌裂缝,因此对隧洞裂缝进行分析对维护衬砌结构的稳定性至关重要。以苗坑水库输水工程为例,结合断裂力学理论以及混凝土断裂准则,建立输水隧洞衬砌结构稳定性的安全评价方法。依据计算模型,分析裂缝位置及角度对衬砌结构安全性以及稳定性的影响,最终确定引水隧洞的稳定性和应力条件,以此为隧洞支护提供建议。     

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。     

大型有压输水隧洞环形高效预应力体系施工技术研究与应用

环形高效预应力体系具有材料强度高、结构变形小、抗裂及抗渗性能好、耐久性高等优点,在用于浅埋隧洞和隧洞衬砌情况下,综合技术经济效益显著.本文以大伙房水库输水(二期)工程隧洞后张法环形无粘结预应力混凝土衬砌施工为实例,系统阐述了有关施工工艺和关键的施工技术,为类似工程的设计和施工提供了一套先进、成熟和完整的指导性方案.     

在复杂地质条件下建造水工长隧洞的实例

在很多国家已建造了水工长隧洞(长度大于5km)。隧洞的埋深在很多地方超过1km。深埋长隧洞的设计与施工需要解决一系列复杂问题,如预报隧洞沿线的工程地质条件;山岩压力、岩爆、岩石的挤入和气体的喷出、土的破坏和水的涌入、高温水和高温岩石等自然现象和作用;根据通风设施的配置,通往坑洞的路径,石碴和混凝土的运输,电力供应和排水设施等条件,确定每个工作面独头进尺的最合理长度等。隧洞建筑区地质条件对衬砌方法的选定、建筑物造价和施工期限有极其重要影响,     

深埋隧洞高外水压力设计探讨

外水压力是深埋隧洞衬砌结构设计中一项十分重要的荷载。文章结合深埋隧洞,对减小衬砌外水压力措施进行了分析,对折减系数法、解析法和数值法等取值方法进行了评价,基于解析法对外水压力随围岩渗透系数、灌浆参数和隧洞埋深等的变化规律进行了研究,并结合工程实例提出了适应于深埋隧洞的衬砌外水压力措施和方法。