压气储能地下洞室密封钢衬的非线性力学响应特征

依托某压气储能电站实际工程,基于ABAQUS平台,研究密封钢衬应力的非线性影响因素,分别探究了围岩与混凝土材料非线性、密封钢衬-混凝土接触非线性的影响机理。结果表明,浅埋地下储气洞室围岩初始地应力水平不高,巨大气压导致围岩局部塑性屈服,混凝土严重开裂,密封钢衬高应力区-混凝土严重开裂区-围岩塑性区三者存在对应关系;考虑密封钢衬-混凝土之间的接触关系,使得密封钢衬应力分布更加均匀;检修期在重力影响下密封钢衬顶部与混凝土脱开,检修后再加压密封钢衬应力分布出现调整现象,顶部应力峰值和应力不均匀度有所增大;密封钢衬应力峰值随摩擦系数与缝隙值的增大而增大,当摩擦系数大于0.5时其影响不明显,随缝隙的变化梯度大致为30～40 MPa/mm;地下储气洞室密封钢衬受力分析时需同时考虑材料非线性与接触非线性,以保证密封钢衬具有足够的安全储备。     

锦屏二级水电站高压管道钢衬段高压固结灌浆试验

锦屏二级水电站高压管道单条长度约为540m～584m,原衬砌形式除近厂段为钢衬外其余均为钢筋混凝土衬砌,在高压管道开挖支护过程中,发现裂隙、岩溶比较发育,部分围岩较为破碎。为保证充水后高压管道的抗压稳定和改善地下厂房的运行环境,衬砌形式设计变更为全洞段钢衬,钢衬后进行高压固结灌浆。本文对高压固结灌浆施工前的灌浆试验进行了全面阐述,灌浆试验取得了积极成果,达到了预期目标,为后续钢衬固结灌浆施工提供了参考和宝贵的经验。     

地下埋藏式钢岔管承载机理研究

水电站地下埋藏式钢岔管承载能力是工程设计中非常重要的一个内容，但目前对于钢岔管与围岩联合承载的机理还缺乏系统深入的研究。本文结合某抽水蓄能电站的工程实际，按照钢衬与围岩联合承载的原理，用三维非线性有限元对埋藏式钢岔管进行了计算分析。计算结果表明：在钢衬与围岩共同承受内水压力时，围岩发挥了重要作用，围岩的性能越好，所分担的内水压力就越大，因此在埋深足够的情况下，应充分利用围岩进行分载，以减小钢衬厚度，从而节约工程投资。     

抽水蓄能发电工程引水系统下平段钢衬受力敏感性分析

抽水蓄能电站引水系统下平段由于承受的内水压力过大,多采用钢衬。结合已建抽蓄电站引水压力管道的监测资料,通过FLAC~(3D)软件对不同缝隙值、混凝土强度、钢衬壁厚、围岩抗力系数的敏感性分析进行研究分析,结果表明:(1)内水压力作用下,缝隙值对钢衬的变形和应力影响最为显著,混凝土垫层和钢衬壁厚次之;(2)围岩的强度变化对结果影响不明显,敏感性低;(3)钢衬壁厚增可减少钢衬的变形和环向应力,但减少的幅度不显著,壁厚存在优化的空间较大;(4)回填混凝土的施工质量是影响围岩分担比例的最主要因素之一,其致密和完整性显著影响着内水压力传递。建议在工程实践中,对于不存在明显地质缺陷的围岩,应寻找更好的施工工艺提高混凝土回填的质量,减少钢衬和混凝土、混凝土和围岩之间的缝隙,而不是全面采用高压固结灌浆。     

龙马水电站月牙肋钢岔管设计

龙马水电站非对称月牙肋钢岔管规模较大,是工程设计的关键。围绕岔管体形和钢材厚度优选,以及围岩与钢衬联合受力等课题,采用三维有限元方法对钢岔管应力变形进行了深入研究。计算与实际运行成果表明:岔管设计体形良好、结构安全。     

地下埋藏式钢岔管三维有限元分析

结合某抽水蓄能电站的地下埋藏式钢衬钢筋混凝土岔管工程实例，采用Marc有限元软件，对钢岔管与围岩联合承载进行数值模拟。通过三维有限元线性和非线性计算，考虑了初始地应力、开挖支护引起的二次应力，以及钢衬与混凝土垫层间的初始缝隙对钢岔管受力和变形的影响，分析了岔洞开挖、支护及充水运行等工况下，钢衬、混凝土衬砌、围岩的应力和变形，得出了一些对工程有意义的结论。     

龙滩水电站左岸进水口钢衬接触灌浆施工

由于引水管道内的水流状态较复杂，进水口钢衬在水电站的运行过程中将承受巨大的动水压力，如果钢衬与周边混凝土不能共同传递水压，钢衬很容易失稳破坏，进而影响电站的安全稳定运行。为有效充填钢衬外壁与混凝土之间的缝隙，使钢衬结构能更好地与混凝土和围岩共同工作，通常采用接触灌浆方法进行。主要介绍龙滩水电站左岸大坝进水口钢衬接触灌浆的施工方案及工艺，对灌溉效果进行了评价。     

水电站埋藏式压力钢管设计准则探讨

介绍瑞士在地下埋藏式压力钢管设计方面的一些设计准则和方法及其应用情况，并与我国现行设计方法进行了比较。以某水电工程埋藏式压力钢管为例，着重讨论围岩承载能力的确定和钢衬、围岩之间荷载的分配，以及确定钢衬长度的方法。     

固结灌浆对抽水蓄能电站围岩分担率的影响

结合已建抽蓄电站引水压力管道变形监测资料,通过计算,探讨围岩抗力系数对围岩分担率的影响。研究结果表明:(1)不同内水压力作用下,围岩抗力系数的变化对钢衬变形和应力影响均不显著,敏感性低,这一现象不仅与钢衬的变形量过小、影响和波及范围有限有关,还与围岩弹性模量较大有关;(2)随着围岩抗力系数的增大,钢衬的环向应力和径向位移变化甚微,围岩分担率也无明显变化;(3)对于不存在明显地质缺陷的Ⅲ、Ⅳ类围岩,试图通过固结灌浆提高围岩分担率可能不会得到明显效果,必要性很小。     

基于不同围岩特性的月牙肋钢岔管联合承载研究

月牙肋岔管和围岩的联合承载比例与结构的受力有密切关系,围岩弹性抗力系数K是影响其联合承载的重要因素。为研究与围岩联合承载状态下岔管的复杂应力分布规律,以某抽水蓄能电站为例,建立三维月牙肋钢岔管数值仿真模型,考虑定常间隙值的影响,研究不同K值对钢衬应力、围岩应力、接触滑移状态及联合承载比的影响。结果表明:岔管钢衬与围岩存在一定间隙的情况下,合理的围岩弹性抗力系数对于改善管壳应力分布和变形有着良好的作用,选择0.5 N/mm~3作为钢岔管的临界围岩弹性抗力系数,既可充分利用钢岔管的材料强度,又能发挥围岩联合承载能力。     

地下埋藏式钢岔管结构三维有限元分析

目前对于地下埋藏式钢岔管结构设计还没有一个指导性准则，对于其工作运行状态研究也不够，因此对地下埋藏式钢岔管结构进行数值分析是一个非常重要又亟待研究的课题。为此，根据钢衬、混凝土衬砌与围岩的联合承载特点，对水电站地下钢岔管结构采用三维有限元方法进行了分析计算。得出的成果可为埋藏式钢岔管的设计提供一定的参考。     

高水头、埋藏式钢管钢衬长度确定初探

如何确定高水头、埋藏式压力管道的钢衬段长度是一个没有规范规定而又十分重要的问题。各个电站的钢衬长度确定似乎也无规律可循。本文介绍从挪威经验准则，最小地应力准则并考虑围岩渗透性几方面，提出合理确定钢衬范围的设计思路。     

沐若水电站引水发电建筑物设计

马来西亚沐若水电站采用引水式地面厂房，总装机944 MW。主要介绍了水电站厂房区域边坡的支护设计、调压井结构设计、深埋引水隧洞设计、衬砌排水设计、主厂房设计等关键引水发电建筑物的设计过程。主要设计亮点有：将调压井上部井筒与下部阻抗孔设计成非同心结构，以增大两个调压井间距；对调压井分段分高程配筋，并对井筒围岩作灌浆处理以提高围岩承载力并减小渗透性；对引水隧洞的上平段及下平段分别采用了混凝土衬砌和钢衬钢筋混凝土衬砌；将隧洞衬砌外排水管网和钢衬外表面排水设计成盲沟，提高了钢衬抗外压失稳的安全度。     

穿越城区隧洞分离式衬砌承载机理及性能优化研究

近年来我国兴建的穿越城区引水隧洞工程采用了一种新型分离式衬砌,但其承载机理尚不够明晰。以某水资源配置工程中穿越城区的TBM施工输水隧洞为对象,建立输水隧洞分离式衬砌整体三维有限元数值模型,分析了衬砌的变形、受力和承载比等特征。结果表明：设计内压作用下,钢衬和自密实混凝土径向紧密贴合,排水板铺设范围内两者径向变形明显大于管片,排水板铺设范围外三者径向同步变形,钢衬应力水平低且分布极不均匀,管片应力超过抗裂限值,内水压主要由围岩承担,钢衬承载比例明显低于预期;降低钢衬-自密实混凝土界面、自密实混凝土-管片界面的摩擦系数,均能使钢衬应力分布的均匀性增加,有利于钢衬承载性能的发挥,且对管片抗裂有利;提高排水板厚度与综合模量比值d/E,可以提升钢衬承载比,控制d/E在12.4～45.1 mm³/N范围内,可以满足钢衬容许应力和管片抗裂设计的要求,同时使分离式衬砌钢衬主要承担内水压的设计理念得以实现。     

三峡电站下游坝面钢衬钢筋混凝土管道结构设计

三峡电站压力管道设计采取下游坝面布置的钢衬钢筋混凝土地联合受力结构，大量的计算分析和仿真模型试验成果表明，这种结构具有较好的工作状态和较高的安全度。招标设计成果表明，在现有材料供应条件下，钢衬采用１６ＭｎＲ厚度２８～３６ｍｍ；钢筋选用Ⅱ级钢筋，分４～５层布置，这一方案是完全可行的，但为了减小施工难度，设计上将进一步研究采用提高钢筋材质及钢衬承载比例等措施，减少外包钢筋混凝土钢层数，提高结构的潜在安     

超高水头钢衬钢筋混凝土明管研究

结合依萨河二级水电站高压管道的１∶１比尺原材料结构模型试验，论述了钢衬钢筋混凝土明管在内水压力作用下的静力响应基本成果和超载能力，提出了多种材质联合受力结构的破坏标准，并将结构模型试验成果与现场水压试验原型观测成果和计算成果进行了对比分析。现场水压试验和高压管道运行情况表明，在钢衬与内层钢筋之间设置连接件更能充分发挥结构联合受力作用，同时也是改善间隙给管道受力带来不利影响的措施之一。     

各向异性岩体中埋藏式管道衬砌结构分析

 采用三维非线性有限元对层状各向异性岩体中钢衬钢筋混凝土管道洞室开挖、充水运行和衬砌结构开裂等工况进行了分析计算。根据钢衬钢筋混凝土衬砌与围岩联合受力的特点，提出了层状各向异性岩体中钢衬钢筋混凝土管道结构分析的计算方法。通过对多种方案计算和比较，论证了层状各向异性岩体中钢衬钢筋混凝土管道衬砌结构受力的基本特点，为层状各向异性岩体中钢衬钢筋混凝土管道衬砌的配筋和衬砌厚度的确定，提供了可靠的设计依据。     

辽宁省观音阁水库输水工程钢衬施工

钢管衬砌普遍用于水利水电工程水工隧洞,主要为提高周围破碎围岩的整体性加强强度、防渗、加快施工进度。钢衬方案虽然造价较高,但相比混凝土衬砌来说,施工工艺简单,施工速度快,质量控制容易,并能有效地防止污水渗入输水系统,保护水质安全。文章通过技术方案的制定和实际施工过程中的控制,论证了钢衬的运输安装问题、赶工问题、防渗效果和洞内施工安全问题等比照混凝土台车衬砌带来的优越性和便利性。     

长龙山抽水蓄能电站压力钢管接触灌浆技术研究

长龙山抽水蓄能电站引水压力管道下平段属于钢衬结构,其外包混凝土在终凝收缩后与钢衬的接触面不可避免出现脱空现象。为了保证钢衬与混凝土联合共同受力和运行安全,需采用接触灌浆方法对脱空区域进行处理。主要分析比较了电站压力钢管接触灌浆施工方案及优劣,着重介绍了可重复灌浆管接触灌浆方案的施工程序、主要施工方法、质量控制以及成果检查方法等。研究成果可为保证长龙山电站接触灌浆施工效果提供技术保障。     

黄兰溪二级水电站高压引水隧洞原型观测成果分析

介绍了福建省福安市黄兰溪二级水电站高压引水隧洞钢衬外围回填MgO混凝土的原型观测断面设计与观测成果分析。