复合衬砌联合承担高内水压力的可行性分析

复合衬砌结构形式越来越多地应用于高内水压长距离输水隧洞中。该文结合珠三角水资源配置工程,对几种不同复合衬砌形式进行有限元分析,在联合受力模式下,以盾构管片接缝张开量为控制条件,分析不同复合衬砌结构形式在不同围岩条件下的应力变形特性,确定不同结构方案联合承担高内水压力的可行性,深化对不同复合衬砌联合受力特性的认识,为设计计算提供参考。     

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。     

压力输水隧洞围岩最小覆盖厚度研究方法

压力隧洞充水运行后,低压时,隧洞衬砌不开裂,保护围岩;内水压力上升到一定程度后,钢筋混凝土衬砌开裂,内水外渗,95%以上的压力由围岩承担,压力隧洞最小覆盖厚度问题,转化为隧洞内水外渗的岩体稳定问题。文中对压力隧洞最小覆盖厚度的判据及研究方法进行了总结、分析。提出了应用渗流体积力研究隧洞衬砌,采用渗流应力耦合的方法分析围岩稳定,确定岩石最小覆盖厚度,并提出了研究发展方向。     

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。     

有压盾构输水隧洞复合衬砌结构形式研究

有压盾构输水隧洞目前常用内外衬分离的受力模式,内外衬联合受力研究居多,但工程应用较少,在联合受力的研究上,内外衬的连接形式如何更优,相关研究就更少了。文中通过对内外衬之间采用光滑和整体连接2种连接方式进行分析,探讨了内外衬的受力性能的差异,尤其是在高压水发生内衬渗漏,积存在内外衬之间时,不同的连接对受力体系有着明显的影响。结果表明,在不发生内衬渗漏时,2种连接形式的受力变形差异并不大,当发生内衬渗漏时,随着外渗水压的逐渐增大,光滑连接的内衬逐渐退出受力分担体系,内压逐步转移至外衬以及围岩共同承担,而对于整体连接,发生内衬渗漏对受力体系的影响并不明显,内外衬始终能够发挥各自的功能,联合围岩以共同受力的形式承担内水压。在发生内衬渗漏时,若内外衬之间存在水压,则整体连接的受力体系要优于光滑连接。     

阳江抽水蓄能电站高压隧洞稳定性分析

阳江抽水蓄能电站输水系统采用有压隧洞,由于隧洞内水压力大,隧洞围岩的稳定是设计的关键问题。从围岩类别、抗抬理论准则、最小主应力准则、渗透准则4个方面分析了阳江抽水蓄能电站高压隧洞稳定性,分析结果表明：高压隧洞各洞段围岩能完全承受高压隧洞内水压力,采用钢筋混凝土衬砌方案满足围岩稳定性要求,内水压力不会引起围岩的开裂。而对于支管部位,建议仍采用钢衬方案。     

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。     

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。     

CFRP补强水工压力隧洞内压分载比例参数敏感性分析

采用CFRP加固水工压力隧洞时，CFRP除了要承担变化的外部水土荷载，还要承担部分内水压力。为了明确“CFRP-胶层-衬砌混凝土”复合结构的内压分载规律，建立了“实体-弹簧-实体”三维有限元模型，并结合模型试验的实测结果验证了有限元模型的有效性。基于该模型，分析了胶层的弹性模量(E_a)、胶层的厚度(t_a)、CFRP的弹性模量(E_c)和CFRP的厚度(t_c)等参数变化时，衬砌混凝土和CFRP之间承担内水压力比例的变化规律。计算分析结果表明：t_c和E_c是影响衬砌混凝土承担内水压力比例的主要因素。对于粘贴1～3层的计算工况，当t_c由0.1 mm逐渐增加到2 mm的过程中，衬砌混凝土承担内水压力的比例分别减小了34.25%、47.776%、53.931%;当E_c由100 GPa增加到600 GPa的过程中，衬砌混凝土的承载比例分别减小了6.482%、11.945%、16.509%。极差分析结果也表明，衬砌混凝土承担内水压...     

考虑围岩约束高压隧洞衬砌结构限裂计算理论探讨

对于高压隧洞而言,钢筋的主要作用不在于受力,而在于限制裂缝展开宽度,以减少衬砌的渗漏量,提高耐久性.从考虑围岩约束的角度,假定钢筋混凝土衬砌的最大变形不超过不衬砌隧洞围岩的变形,并考虑衬砌开裂后高压水内水外渗在裂缝面上产生劈缝力的影响,推导出相应的高压隧洞限裂计算公式.算例分析表明,计算出的钢筋面积较规范公式小,更加符合工程实际.     

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。     

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。     

考虑主筋约束作用的高压水工隧洞衬砌裂缝开度研究

针对高压水工隧洞衬砌裂缝开度的研究,基于钢筋混凝土有限差分方法,引入Cable结构单元,对衬砌开裂后混凝土—钢筋的联合承载特性进行分析,结果显示,裂缝开裂位置与衬砌力学状态有关。通过探讨运行期高内水压力工况下主筋对衬砌裂缝的约束效果,分析了环向配筋率、钢筋位置、隧洞半径和围岩类别对衬砌裂缝开度的影响,并通过逐步回归分析提出高压水工隧洞衬砌的限裂设计优化方法。结果表明:衬砌最大裂缝开度与环向配筋率、围岩变形模量呈反比,选择适中的钢筋位置可以实现对衬砌的最佳约束;在衬砌限裂的优化设计过程中,建议优先采取固结灌浆等工程措施,改善围岩力学性能,其次提高衬砌环向配筋率以减小最大裂缝开度,将调整钢筋位置和隧洞半径作为衬砌限裂的辅助方法。本文研究成果为高压水工隧洞衬砌限裂设计配筋计算和裂缝预测提供重要参考。     

地铁盾构隧道管片破损修复技术研究

某地铁区间隧道挖掘贯通后,受后续施工的影响,产生了较大变形与位移,并导致管片错台、破损与局部开裂。为避免隧道的进一步损坏以及确保盾构隧道的运营安全,需对隧道管片进行修复处理。在分析该区域地质条件的基础上,经多方案比较,决定采用钢板内衬加固的方式对破损管片进行修复。对钢板内衬加固所涉及的净空复核、管片受力复核、裂缝处理及环片加固等技术问题展开了详细论述。工程实践表明,钢板内衬加固的方式效果良好,可供类似工程修复问题借鉴。     

软岩隧洞二次衬砌的裂缝特性与成因

某大型灌溉工程中的引水隧洞，二次衬砌产生了严重裂缝．通过对不同洞段的衬砌变形、裂缝的发生发展以及衬砌与围岩温度的跟踪观测，获得了二次衬砌的应力变化与发展规律、混凝土的收缩曲线及影响因素、裂缝的产生时间与发展变化特性、温度应力的分布与变化过程．各种观测结果规律性好、相互印证，为裂缝的原因分析提供了可靠的依据．综合分析监测结果得出：隧洞二次衬砌的纵向裂缝与横向裂缝产生的原因是不同的，纵向裂缝是由于围岩压力和混凝土的收缩应力共同作用的结果，横向裂缝是由于混凝土的温度应力和收缩应力共同作用所致。     

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.     

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。     

盾构输水隧洞预应力钢筋混凝土衬砌 结构设计研究

随着埋深不断增加,输水隧洞由埋深产生的内水压力相应增大,普通钢筋混凝土衬砌结构已不能满足承载要求。为此,对北京市南水北调中线配套工程东干渠工程的隧洞预应力衬砌结构设计进行了探讨研究。结果表明,利用现有成熟技术采用压浆式预应力复合衬砌可以满足该结构的适用性和耐久性要求。     

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,...     

新型预应力混凝土衬砌压力隧洞技术研究

本文提出了一种新型预应力混凝土衬砌压力隧洞技术。该项技术根据厚壁圆筒承受内外水压力理论,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,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。其优点是省去了预应力钢筋,且施工简便。模拟试验证明,利用水或水泥浆施加预应力法是可行的。有限元计算结果表明,在隧洞衬砌混凝土外层间隔施加预应力时,衬砌混凝土中的应力能够满足工程需要。