陕西省引汉济渭二期工程引水叉洞施工变形特性研究

在已建引水隧洞旁新建叉洞会引起交叉段围岩和支护结构的应力释放与重分配,使得交叉段附近岩体与支护结构力学行为发生变化,影响已建引水隧洞的安全可靠性。基于引汉济渭二期工程,通过建立黑河引水隧洞与连接洞交叉段三维有限元模型,采用摩尔库伦屈服准则,研究在Ⅲ类围岩条件下,连接洞开挖、引水隧洞正常运行、预留岩塞段开挖及引水隧洞交叉段衬砌拆除等施工过程对引水隧洞位移、应力等影响。结果表明：连接洞前段开挖对引水隧洞的影响变形在0.02 mm以下,影响较小;引水隧洞正常运行时,在距交叉口20 m内范围内,岩塞体最大变形在0.08 mm内,因此预留20 m岩塞可以保证安全;预留岩塞段开挖,交叉口附近15 m范围内衬砌最大下沉变形为0.6 mm,衬砌未出现拉应力,引水隧洞结构安全;交叉段衬砌拆除后,剩余衬砌最大变形小于1.0 mm,引水隧洞衬砌受压,最大压应力在4.0 MPa以内,衬砌结构安全。     

ABAQUS在输水隧洞衬砌结构计算中的应用

为研究输水隧洞在地震荷载作用下结构的受力变形规律,文章采用大型有限元软件ABAQUS,对输水隧洞在设计和地震两种工况下的应力及变形规律进行分析研究,得到以下结果:输水隧洞衬砌结构在两种工况下应力最大值均位于边墙与底板的交接位置,在交接处由于结构突变产生了应力集中,结构位移在底板的跨中位置最大,其次是顶拱位置,在边墙两侧呈对称分布;在地震荷载作用下,隧洞结构应力及变形情况均大于设计工况,在底板、边墙及拱顶交接处产生塑性变形并发生破坏,并向周围扩散,在设计中应在底板、边墙及拱顶交接处采取一定的措施来防止结构破坏。结果表明,有限元ABAQUS在隧洞衬砌结构计算中准确性高,设计成果符合工程实际情况。     

软质围岩隧洞衬砌裂缝的分析与处理

小浪底水利枢纽南岸引水口工程配套项目孟西灌区总干渠7号隧洞在施工过程中出现裂缝、下沉和底板拱起现象.经过分析和结构应力计算,认为地质情况的变化导致隧洞衬砌受力条件恶化,原设计混凝土衬砌厚度不足,侧墙和底板实际应力大于规范允许值,从而引起隧洞产生纵向贯穿缝和底板裂缝拱起现象.另外,原设计爆破施工方案对隧洞围岩稳定影响较大,应采取人工边开挖、边支护、边衬砌的施工方式进行作业;将出问题隧洞段的衬砌由C20混凝土改为C20钢筋混凝土,直墙和圆拱的衬砌厚度增加至35 cm后,裂缝得到了控制.     

隧洞开挖与混凝土衬砌交叉作业施工方法

介绍一种隧洞开挖与混凝土衬砌同步作业的施工方法,利用搭设在混凝土底板浇筑块上部的钢栈桥作为出碴运输通道,钢栈桥下部空间作底板混凝土浇筑J的施工场地,顺利地完成隧洞开挖出碴与底板混凝土浇筑的交叉作业,缩短了隧洞施工工期,对于城门洞型水工隧洞的施工具有一定的借鉴意义.     

盘道岭隧洞围岩位移变形监测与分析

盘道岭隧洞衬砌结构变形、裂缝等病害问题日益突出,在重点病险洞段选取监测断面,构建变形监测系统,埋设多点位移计、应变计,进行隧洞围岩蠕动变形及衬砌结构应变监测。隧洞围岩位移、温度与衬砌结构应变随时间的相关关系表明,监测期内衬砌结构应变与围岩位移整体呈负相关、但相关性较弱,与温度呈正相关且相关性较强,说明监测短期内衬砌结构应变主要受温度效应影响。盘道岭隧洞围岩存在的蠕变变形是一个较为缓慢的过程,且多点位移计部分测点位移量与衬砌结构应变变化表现出一定相关性,围岩蠕动变形势必导致衬砌结构病害不断加剧。因此,应加强不同部位、深度隧洞围岩蠕动变形的长期监测,预判围岩蠕变对衬砌结构稳定状况的影响及发展趋势。     

隧洞开挖下的边坡变形灰色预测分析

隧洞是常见的水利工程结构形式。在开挖过程中受施工条件和受力形式变化的影响,隧洞进出口边坡会产生一定的变形,一旦变形过大,会对工程安全造成不利影响。及时监测和预测边坡变形具有重要的工程意义。针对隧洞开挖过程中的边坡变形预测问题,引入灰色预测模型,通过构建经典灰色预测的GM（1,1）模型,基于实测点位的变形数据,对未来的变形趋势进行预测。选取某输水隧洞实例进行分析,在该隧洞开挖的进出口边坡上设置若干监测点,记录监测点的水平、垂直位移数据,采用文章提出的灰色预测模型对监测点位的变形进行预测,并将预测值和实测值进行对比。结果表明预测的位移量与真实的位移量相差较小,误差均在5%以内,可以较好地实现隧洞开挖过程中边坡位移的预测,具有较高的预测精度。提出的边坡变形灰色预测分析模型可以较好实现隧洞开挖下的变形预测,方法简单实用,可为隧洞开挖过程中的变形控制提供技术支持,可在类似工程中推广应用。     

隧洞主支洞交叉段围岩及二衬支护有限元分析

目前国内外长隧洞、超长隧洞发展迅猛,在设计与施工中常增设支洞以增加工作面及其它作用。主支洞交叉段结构型式复杂、断面较大,常规的计算方法难以准确、全面地得到其受力变形状态。利用通用有限元软件Abaqus,建立主支洞交叉段三维模型,对其施加荷载并计算得到应力分布与变形分布状态云图以及几处特殊位置断面云图。计算结果表明:隧洞交叉段交叉口位置围岩应力集中现象明显,边墙、底板应力较大,顶拱位移明显,此区域为隧洞交叉段最不利位置。建议此区域在开挖过程中应高度重视,且加强地板、边墙外层钢筋,加强顶拱初期柔性支护,二次衬砌刚性支护。可根据围岩变形阶段与稳定情况预留适当的围岩变形量,以便更大地发挥围岩自稳能力。     

深埋大直径无压引水隧洞基于流变的风险分析

以南水北调西线工程深埋大直径无压引水隧洞为例，考虑高地应力及锚杆、衬砌等支护的动态作用，推导出隧洞围岩、衬砌应力及位移的表达式．经计算表明，一般在运行5年后，隧洞衬砌及围岩稳定破坏基于流变的风险达到最大，并随围岩流变的稳定而趋于稳定，隧洞开挖后未及时衬砌的风险明显高于及时衬砌的情况．     

高温深埋引水隧洞施工过程热-应力-蠕变分析

高地温热害不仅恶化了施工环境,在热-应力-蠕变作用下,还严重影响工程结构的安全稳定。以新疆某深埋高温引水隧洞为依托,对高温深埋引水隧洞施工过程热-应力-蠕变作用下围岩及衬砌的时效力学响应进行计算。研究结果表明,隧洞开挖后,轴向未开挖岩石在施工期的瞬态温度场扰动范围有限,温度场影响范围约为3 m深度,大约为1倍洞径。自洞口向掌子面,围岩温度逐渐升高,且呈现显著的非线性;在衬砌的作用下,围岩变形量有所减小,衬砌结构可使围岩蠕变变形降低16.91%;衬砌结构变形受开挖过程影响明显,长期的蠕变甚至可能使衬砌结构失效。研究成果可为高地温相关工程设计提供参考。     

非圆形压力隧洞考虑支护滞后过程的应力与位移解析解

基于平面弹性复变函数中的保角变换方法,考虑衬砌的支护滞后效应,并认为衬砌与围岩完全接触,提出了带有衬砌的非圆形水工隧洞在原始地应力和内水压力共同作用下的应力与位移解析解,且求解过程中采用幂级数法简化计算。以马蹄形隧洞为例,用ANSYS进行数值计算,并与解析解进行对比验证;计算隧洞围岩开挖边界和衬砌内外边界的切向正应力以及围岩与衬砌之间的接触应力;讨论在不同侧压力系数、位移释放系数和内水压力下围岩与衬砌的应力分布规律。结果显示:解析解与数值解吻合较好;位移释放系数和内水压力对衬砌及围岩的应力分布影响显著,当位移释放系数和内水压力较大时,在衬砌内边界将出现拉应力区。研究结果为非圆形水工隧洞的围岩与衬砌的应力与位移分析提供了可行方法。     

复杂围岩有压隧洞应力变形有限元仿真分析

以摩洛哥某水电站具有复杂围岩条件的有压引水隧洞为例,选取围岩条件最差的隧洞断面,运用非线性有限元法,对隧洞开挖、衬砌及运行过程中的应力变形进行了有限元仿真分析,探讨了复杂围岩条件下有压隧洞施工期及运行期应力变形的分布与变化规律。     

引水隧洞下穿对既有路堑边坡位移影响研究

为研究新建引水隧洞下穿对既有路堑边坡位移的影响，结合某新建引水隧洞案例，采用Flac3d软件，从边坡位移的角度分析新建引水隧洞下穿对既有边坡的影响。结果表明：(1)新建引水隧洞下穿对路堑右侧边坡影响较大，左侧边坡影响较小，最大位移出现在坡顶，数值约为212mm。(2)隧洞前50m开挖时，坡脚处竖向位移和坡顶处水平位移变化速率较大；后50m开挖时，坡脚处水平位移和坡顶处竖向位移变化速率较大。(3)隧洞施工中，应及时施加衬砌，并加强边坡坡顶处的位移监测，防止出现坡顶变形失稳。     

软岩引水隧洞围岩稳定性分析

为研究软岩区引水隧洞开挖变形规律，基于某软岩引水隧洞工程实例，对现场监测数据进行分析。结果表明：(1)受软弱岩层的影响，掌子面开挖6m以内，拱顶沉降值和周边位移值的变化最大，且拱顶位移沉降和周边位移与时间的关系符合指数函数关系；(2)软弱岩层隧洞开挖后，围岩自身很难迅速形成自稳定岩圈。当施加支护结构后，且支护结构与围岩形成支护拱圈时，位移才会有所收敛。在实际隧洞施工过程中，对于监测断面25m以内的位移监测要适当进行加密；(3)对于软岩区隧洞，因隧洞地层的工程性质较差，隧洞开挖后要及时进行支护。在实际施工过程中，要重视现场隧洞变形监测，发现问题及时处理。     

不同埋深对某水电站隧洞围岩流变稳定性影响

在高埋深下进行隧洞的开挖意味着将克服巨大的构造应力与自重应力,而在进行洞室开挖设计中地应力作用也是不容忽视的。因此,基于卸荷岩体理论和流变理论,依托室内流变试验进行了相关流变参数的反演,结合有限元分析软件ANSYS以及有限差分软件FLAC对比分析了不同埋深下隧洞围岩在加衬砌前后的蠕变变形量、塑性区等。结果表明:随着埋深的增加,隧洞周围的卸荷作用会越来越明显;洞室的开挖卸荷及洞侧围岩的共同作用,使得隧洞在埋深由浅及深的过程中经历了从“压力拱”的出现到消失的过程;当埋深增加时隧洞的水平向位移越来越大,洞侧变形将成为影响隧洞稳定的一个主要控制因素。     

新建高速公路隧道下穿既有供水隧洞的有限元分析

应用ANSYS有限元软件,建立三维有限元模型,通过计算主要分析高速公路隧道开挖引起的围岩位移场和应力场的变化情况和其对供水隧洞的影响程度,对供水隧洞衬砌结构的位移及内力变化进行分析,进而评估对供水隧洞的安全影响。     

围岩类型及衬砌厚度对水工隧洞地震动力响应的影响分析

以分析水工隧洞在地震激励作用下的变形破坏机制为目标,针对不同围岩类型和衬砌厚度条件下水工隧洞位移变化,根据地下结构抗震计算理论,选取合理的材料参数和模型边界条件,使用ANSYS建立了某水工隧洞的三维有限元模型,对其施加水平和竖向地震激励,应用瞬态分析法计算了隧洞结构模型在不同围岩类型和衬砌厚度下的水工隧洞动力响应。结果表明,在相同衬砌厚度下,随着隧洞围岩强度的降低,水平位移和竖向位移受影响的程度有明显的区别,即水平位移越来越大,竖直位移无明显规律可循;在相同的围岩强度下,水工隧洞并不会随着衬砌厚度的增加而趋于稳定,在Ⅲ类围岩的情况下,水工隧洞的位移随着衬砌厚度的增加而越来越大,Ⅴ类围岩下改变衬砌厚度对水工隧洞的位移几乎没有影响。因此,合理的设计围岩类型和衬砌厚度,可以既满足水工隧洞抗震性能要求,又能够降低工程造价。研究结果对合理设计隧洞衬砌厚度、增强抗震性能具有参考价值。     

概率积分模型模拟隧洞开挖过程中岩石移动

隧洞开挖引起的上覆岩石的位移,传统的预计模型能很好地对变形的最大值进行预计,但没有对岩石下沉过程进行研究分析。通过将隧洞开挖过程中上覆岩层移动模拟为随机过程,采用随机介质理论建立概率积分模型对隧洞开挖过程中岩石位移进行模拟分析,显示出隧洞开挖过程中岩石位移分层影响传递规律,并结合江苏某抽水蓄能电站实际观测数据,通过建立传统模型对概率积分模型的参数进行预测,模拟的岩石下沉过程对解释隧洞开挖过程中岩石移动具有一定的参考价值。更多还原     

反复温度-应力耦合作用下引水隧洞变形特征

深埋引水隧洞在通过高地温区域时,伴随着开挖卸荷—通风降温—通水运行的全过程,隧洞围岩将经历反复的温度-应力耦合作用,使得围岩的变形破坏更为复杂。对齐热哈塔尔水电站深埋引水隧洞高地温洞段进行三维数值分析,详细研究了围岩在经历开挖、两次降温以及内水压力共同作用的全过程变形特征,比选了衬砌设计方案。结果表明:温度对围岩径向深度5 m范围内影响很大,此范围内围岩在经历反复温度-应力耦合作用后,不仅位移明显增大,而且可能会加重岩体损伤程度,但一定的内水压力有利于围岩稳定;施做二次衬砌能控制围岩变形,使原本隆起的拱脚变为下沉,但是仅通过增加二次衬砌厚度来抑制围岩变形和改善衬砌应力的作用是有限的。     

穿越渠道的溢洪洞施工垮塌分析及大开挖抢险处理措施

结合工程实际对穿越输水干渠的溢洪洞土方开挖过程中发生整体垮塌的原因进行分析,并介绍了大开挖后隧洞衬砌方法,为类似城门洞型隧洞施工积累了丰富的经验。     

新建公路对既有隧洞的影响及粘钢加固效用分析

以碧沙北路道路工程跨碧岭隧洞为例,研究了在既有隧洞上方修建公路时,车道荷载对隧洞衬砌结构的影响及粘钢加固方案的加固效果。采用非线性有限元的方法进行的数值模拟分析表明:新建公路会造成隧洞衬砌边墙凹陷、底板隆起、开裂增多等不利影响。粘钢加固后,钢板与衬砌共同受力,能有效减小衬砌变形,缓解衬砌应力集中,防止衬砌裂缝扩展,使得新增开裂占比从46.28%降至18.89%。