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.     

高外水压力下深埋隧洞衬砌与围岩联合承载设计研究

在深埋隧洞的设计中,高外水压力常常成为制约隧洞结构设计的关键因素。本文结合新疆某深埋隧洞工程,秉承衬砌与围岩联合承载的设计理念,考虑固结灌浆对围岩的加固及堵水作用,对比分析了灌浆圈厚度、渗透系数及排水孔深度和布置对外水压力的影响。同时,通过有限元方法模拟固结灌浆圈与衬砌间的接触粘结作用关系,从接触粘结强度的影响机制出发,分析了高外水条件下隧洞衬砌、固结灌浆圈、原状围岩之间的传力性能,得到了不同粘结强度下隧洞支护结构的承载状态,并据此实现了对隧洞衬砌—围岩系统联合承载能力的评价,从而完善和优化了支护设计。     

输水隧洞复合式衬砌结构分析

针对传统结构力学方法在输水隧洞复合式衬砌设计分析中不能真实地考虑初期支护和二次衬砌的荷载承担比例问题,以城门洞型隧洞为例,采用有限单元法对围岩的稳定性、初期支护和二次衬砌的应力状态进行了计算分析;并获得了二次衬砌作为承载构件时的围岩压力分担比例.     

排水结构设置后软岩隧洞的渗流-应力耦合分析

高外水作用下,深埋软岩隧洞围岩-支护结构安全将受到极大挑战。为了降低高外水压对软岩隧洞围岩-支护体系的影响,较常见的工程处理措施为在隧洞周围布置排水结构,以降低洞周外水压力。笔者首先提出了一种简便的隧洞围岩-衬砌结构渗流-应力分析思路。然后,以某过断层带深埋软岩隧洞为研究对象,通过开展隧洞施工期、运行期渗流-应力耦合分析,研究了软岩隧洞排水结构的排水效应。研究发现,在注浆圈和排水结构的综合作用下,隧洞衬砌附近的水力比降较小,注浆圈水力比降较大,使注浆圈承担绝大部分外水荷载,而衬砌承担少部分外水荷载;在软岩和衬砌的变形协调作用下,最终形成注浆圈与衬砌的协同承载效应,有效提高了隧洞的运行安全水平。     

水工有压隧洞衬砌伸缩缝间距设计新法

根据对流换热边界条件下的水工压力隧洞温度分布规律，建立了考虑变温和内水压力联合作用下的隧洞衬砌、围岩应力计算法，绘出了水工有压隧洞衬砌伸缩缝间距计算公式。所获结果，可供设计人员参考。     

笔架山支线工程深埋无压隧洞围岩及支护结构分析

深圳供水网络工程中的笔架山支线引水隧洞在施工期、运行期分别主要承受初始地应力荷载和水荷载。根据非线性有限元法,建立了围岩、衬砌联合作用分析计算模型,分析了围岩、衬砌的受力和变形规律。其研究结果对隧洞衬砌配筋设计、锚固支护有一定的参考价值。     

圆拱直墙形隧洞衬砌静力计算问题

前言水工隧洞的结构型式与其用途、布置、地层构造、围岩特性以及与其水压大小有关。但无压隧洞常多采用圆拱直墙形断面,并进行封闭式衬砌以适应高速水流、承受山岩压力,便于开挖衬砌且过水断面也相对较大。这种断面的项拱中心角在90°～180°之间,而一般大型泄水隧洞常在120°左右。衬砌除受山岩压力、自重等荷载外,还有水压力,因此尽可能合乎实际并合理发挥围岩的联合作用共同承受各种荷载以减轻衬彻结构是很必要的。目前考虑围岩与砌衬共同作用有两种方法。一是将衬砌与围岩分开以研究衬砌为主、衬砌上既作用有主动荷载也因衬砌向围岩变形而受到围岩的抗力。这一类又因围岩变形与其所受应力间的相互关系可分为局部变形理论与共同变形理论。另一种是将讨砌与围岩视为一体进行计算。目前     

水利输水隧洞二次衬砌计算

衬砌结构通常采用钢混结构,衬砌厚度和配筋等参数往往从工程安全角度考虑不同围岩类别和荷载加以确定。文中主要通过结构计算和分析并结合具体工程,研究输水隧洞外部荷载的确定以及在其影响下,隧洞的衬砌结构计算。     

三板溪水电站泄洪洞结构设计探讨

隧洞结构采用复合衬砌结构型式。结构荷载主要考虑围岩压力、灌浆压力、外水压力、自重，衬砌厚度不受内水压力控制，而决定于外水压力。衬砌的工作状态相当于一个受到约束的拱圈。     

基于数值模拟的围岩和衬砌协调分析方法研究

针对水工隧洞衬砌结构传统设计方法的局限性,提出了基于数值模拟手段的围岩和衬砌结构协调分析的方法,重点研究了组合式支护结构的模拟方法、混凝土和钢管衬砌的设计与验算及荷载的作用机制及其模拟.工程应用结果表明,该方法实用、可靠,为复杂条件下水工隧洞衬砌结构设计提供参考.     

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。     

高压隧洞的设计及应力分析

对高水头大直径钢筋混凝土衬砌压力隧洞的设计准则和结构分析方法进行讨论分析，提出高压隧洞应按不衬砌隧洞进行设计，内压主要由围岩承担，衬砌的主要作用是平整洞壁，防止围岩坍落；外压有可能是衬砌设计的控制情况，增加抗外压圈的厚度能显著提高衬砌抗外压的能力。     

基于监测的深埋引水隧道原始水头分析

针对"荷载—结构物"模型,基于现场实测数据资料,在深埋隧道围岩轴对称假定前提下,基于渗流理论推导出施工期隧道开挖后围岩内水压力分布的解析解,研究远场稳定水头与远场稳定水头半径的相互关系,提出通过现场围岩地下水水压监测数据反推远场稳定水头和远场稳定水头半径的思路和方法。以引汉济渭工程越岭段隧道为例,根据施工期地下水的水压监测资料,分析了部分洞段隧道部位的初始水压力及隧道开挖后形成的稳定远场水头半径,得到衬砌结构外水荷载。结果表明:在隧道内只要测到某一围岩深度的水头值,就可以确定远场稳定水头与影响半径;洞段K77+993断面围岩深度14 m处压力水头为10.50 m,则远场稳定水头为39.65 m,影响半径43.65 m。研究成果能够为注浆和排水设计提供借鉴和参考。     

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。     

引汉济渭工程黄三段输水隧洞围岩变形与压力分析

以分析深埋长隧洞围岩应力和应变为目标,考虑隧洞施工方式,围岩支护形式等因素,通过数值计算,动态模拟隧洞施工过程,获取了黄三段输水隧洞初期支护后的围岩变形情况以及围岩与衬砌相互作用关系。计算结果显示:采用设计的初期支护形式,可有效控制不良洞段的围岩变形,Ⅳ、Ⅴ类围岩最大收敛变形满足规范设计要求。Ⅳ、Ⅴ类围岩与衬砌间的相互作用力随衬砌浇筑时距掌子面距离的增加而降低,但在距掌子面约4倍洞径后降幅微小。通过对比分析经验方法与数值方法所确定围岩压力成果,确定了衬砌结构设计所需的围岩压力指标,为黄三段输水隧洞设计提供了依据,分析方法可为相似工程提供参考。     

双层复合衬砌隧洞运行安全预警监控指标研究

双层复合衬砌结构是一种新型隧洞衬砌结构型式,其外衬承受外部水土压力,内衬承受内水压力,体现了"结构联合、功能独立"的新型输水隧洞设计理念,目前该衬砌型式已成功应用到我国北方某输水工程中,如何确定双层复合衬砌隧洞安全预警监控指标是工程运行管理的重点和难点.本文基于以往研究成果,提出了工程结构监控指标及监控阈值确定的统一技...     

大尺寸水工隧洞衬砌物理模型试验系统研制与应用

根据水工隧洞衬砌受力特点,研制出一种新型的大尺寸水工隧洞衬砌模型试验系统。该系统主要由压力筒体、加载系统、测量系统、封水结构组成,其中压力筒体由厚22 mm的Q245R钢板制作,尺寸为?3000 mm×L4000 mm,外水压力试验时采用橡胶囊柔性加载方式或衬砌与压力筒体间高压水体直接加载方式,内水压力试验时在隧洞内腔直接采用高压水体加载,动力源由自主设计的伺服控制高压水泵与稳压筒体组成,测量系统由常规检测仪器组合实现,封水结构则由端头涂刷防水胶与双圈橡胶条实施。该模型试验系统在高外水压力、高内水压力作用下的水工隧洞衬砌试验结果表明,所研制的试验系统能满足水工隧洞多种不同边界模型试验要求。