穿黄隧洞预应力衬砌结构三维非线性有限元分析

采用考虑接触问题的三维非线性有限元方法,对穿黄隧洞预应力衬砌结构进行计算分析。计算中考虑了内、外衬之间的接触,以及地基抗力对结构的作用,并对荷载施加过程和锚具槽施工过程进行了模拟。计算结果表明,预应力衬砌因锚索张拉挤压产生环向预压应力,同时,在衬砌环中还产生纵向拉应力。有资料分析某隧洞仿真模型预应力张拉试验中衬砌出现的环向裂缝,就是纵向拉应力超限所致。通过数值方法,分析引起纵向拉应力的主要因素,可供类似工程结构参考应用。     

无黏结环锚预应力混凝土衬砌结构优化

针对水工高压隧洞环锚无黏结预应力混凝土衬砌的结构特性和已建工程在施工及运行过程中暴露出来的问题,提出了将锚索钢绞线由衬砌内部移至外侧表面、锚具槽由衬砌下部的双排布置改为衬砌底部的单排布置、减小衬砌厚度和锚索钢绞线根数的结构优化方案,并对结构优化依据、可行性和结构优化前后衬砌混凝土中预应力分布状态进行了分析论证。结果表明,本文提出的结构优化方案可显著减小隧洞岩石开挖量、衬砌混凝土浇筑量和锚索无黏结钢绞线用量;在保持衬砌预压应力水平不变的基础上,环向预压应力分布更为均匀,低应力区范围显著减小;结构优化后锚具槽混凝土易于回填密实,增强了锚具保护可靠性。     

无粘结环锚预应力衬砌锚具槽布置方式对比研究

无粘结环锚预应力衬砌锚具槽是整个预应力衬砌受力的关键部位,其位置的选择对于整个预应力衬砌受力和安全而言至关重要。结合引松供水工程有压输水隧洞无粘结预应力衬砌结构,采用等效荷载法和实体建模相结合的方法进行Flac3D三维建模,对锚具槽单排和双排布置时的衬砌关键部位受力情况进行了分析。计算结果表明:(1)无粘结环锚预应力衬砌的下半环因锚具槽的影响,会存在局部预应力缺失和分布不均,而单排锚具槽布置能减小衬砌预应力的不均匀性。(2)锚具槽及附近区域是预应力衬砌的薄弱区,衬砌拉应力区主要分布在锚具槽环向的临空面附近,衬砌受压最大区域分布在相邻锚具槽之间。(3)双排锚具槽布置型式抗超载能力优于单排锚具槽布置型式。     

隧洞环锚无粘结预应力混凝土衬砌优化研究

分析了小浪底排沙洞无粘结环向锚索式预应力混凝土衬砌双排锚具槽布置形式存在的问题,提出将锚具槽双排布置改为单排布置在衬砌底部的优化衬砌形式,并利用ANSYS对其进行三维有限元计算分析,结果表明,优化衬砌形式在施工、造价、应力分布和结构安全方面都比原衬砌形式好.     

输水隧洞预应力混凝土衬砌锚具槽优化设计分析

锚具槽是输水隧洞预应力混凝土衬砌中预应力钢筋张拉与锚固的关键部位,其对预应力混凝土衬砌的可靠性具有重要影响。为探究衬砌结构采用预制装配式免拆模板锚具槽后局部受力状态,依托珠江三角洲水资源配置工程,采用有限元方法开展数值模拟分析,将其与常规锚具槽的受力状态进行了对比。模拟结果表明：免拆模板锚具槽可有效避免混凝土衬砌沿锚具槽角部开裂,提高回填混凝土与衬砌结构混凝土的粘结锚固性能。与常规锚具槽对比,预制装配式免拆模板锚具槽减小了槽口尺寸,提高了混凝土衬砌的整体性,具有施工效率高、工程造价低、施工环境好等优点。     

排沙洞后张法预应力衬砌结构设计

排沙洞是小浪底水利枢纽泄洪洞群的重要组成部分，在其防渗帷幕至出口闸室中间采用后张法预应力混凝土衬砌。通过结构应力分析，选定排沙洞洞径６．５ｍ，衬砌厚度０．６５ｍ，每米洞长布置４束锚索，６个锚具槽迭加。同时还确定了波纹管、锚具和张拉设备。波纹管由薄钢板卷成。对断层破碎带部位的洞体，先在预应力混凝土衬砌的外侧做普通钢筋混凝土环以承受环外断层破碎带产生的山岩压力。     

南水北调穿黄隧洞内衬预应力锚索应力应变试验研究

南水北调中线穿黄隧洞内衬张拉,采用弧形垫座将内衬预应力锚索导出预留槽,只用一台千斤顶实现无台座张拉,这在盾构隧洞工程中属首次应用,结构创新、工艺复杂可借鉴的资料较少。为了验证结构设计的合理性和可靠性,完善施工工艺,确保在隧洞衬砌中成功应用,通过穿黄隧洞衬砌1∶1仿真模型试验,对内衬钢绞线在张拉过程中应变规律、应力损失、锚束之间的相互影响及锚索与波纹管间的摩阻系数等要素进行研究分析。试验结果显示张拉锚固端应力总损失（包括锚具损失和锚索回缩损失）小于35%;锚具锁定后最大应力为1 044.25 MPa;预应力锚索张拉对相邻锚索的影响较小;锚索与管道间的摩阻系数在规范范围内。     

无粘结环锚预应力混凝土衬砌应力状态分析

无粘结环锚预应力混凝土衬砌是有压水工隧洞采用的一种新型衬砌型式,由于衬砌结构组成体系复杂,导致其内部应力状态分布极为复杂,且在不同工况下受力会发生显著变化。为了解该结构在施工期和运行期的受力状态,并及时掌握衬砌安全状况,对小浪底排沙洞环锚预应力衬砌张拉期和运行期的应力状态进行了研究。采用等效荷载法和实体建模法相结合的方法建立数值模型,通过对应力状态计算和应力状态现场实测值进行对比,明确了不同工况下预应力衬砌受力状态。研究结果表明,小浪底排沙洞环锚衬砌在张拉期和运行期预应力状态都处于安全范围。研究结果对无粘结环锚预应力混凝土衬砌的设计、施工具有重要参考意义。     

排沙洞后张法顶应力衬砌结构设计

排沙洞是小浪底水利枢纽泄洪洞群的重要组成部分。在其防渗帷幕至出回闸室中间采用后张法预应力混凝土衬砌，通过结构应力分析，选定排沙洞洞径６．５ｍ，衬砌厚度０．６５ｍ，每米洞长布置４束锚索，６个锚具槽迭加。同时还确定了波纹管，锚具有张拉设备。波纹管由薄钢板卷成。对断层破碎带部位的洞体，先在预应力混凝土环以承受环外断层破碎带产生的山岩压力。     

长距离深埋输水隧洞预应力锚索张拉施工技术研究

水工隧洞预应力内衬预埋件多,内衬锚索张拉预留槽结构复杂,为保证锚索张拉的结构强度,对混凝土施工工艺需进行深入技术研究。文章通过对某长距离输水隧洞预应力锚索张拉关键技术的研究总结,系统分析预应力锚索张拉施工工艺和关键技术,成果既可为预应力衬砌快速施工提供支持,同时为类似工程施工提供一定的指导价值。     

顶拱欠厚条件下局部锚索失效对隧洞内衬安全影响分析

输水隧洞衬砌顶拱欠厚和局部预应力锚索失效在实际工程中可能会叠加出现，并对工程运行安全造成影响。以某大型输水隧洞为例，选取两个典型洞段，采用仿真技术研究顶拱欠厚条件下一束和两束锚索失效对应力状态的影响。结果显示：顶拱欠厚和锚索失效会对局部区域产生影响，环向为欠厚范围内，纵向为锚索布设间距内；个别锚索失效不会使洞段环向应力大幅度降低，但可能导致顶拱内侧应力超标；内衬纵向应力在张拉阶段产生，充水影响不大；锚索补张拉会使环向压应力得到有效补偿，但纵向开裂将难以恢复；锚索失效部位外侧应力超标，可能导致混凝土开裂，应做好防渗工作。     

基于水利工程预应力衬砌环锚锚索二次张拉施工实践研究

在输水隧洞衬砌结构环锚索一次张拉锚固过程中锚索二次张拉可有效降低由锚具夹片回缩产生的锚固预应力损失和锚固回缩量,从而显著增强锚固效果,更好的发挥预应力的作用。文章以辽宁省某输水工程为例,对环锚锚索的二次张拉预应力施工从设备选择、工艺流程、技术要点等方面进行分析,以期为环形预应力锚索在水利工程中的应用提供一定的技术支撑。     

南水北调穿黄隧洞工程预应力混凝土施工技术

在简要介绍南水北调穿黄隧洞断面结构及锚索布置的基础上,详细介绍了该隧洞衬砌施工中采用的有黏结后张法环形预应力混凝土施工工艺,具体分析了混凝土浇筑、锚索张拉、锚具槽回填、孔道灌浆等工序的施工流程、方案及施工技术。施工实践表明,南水北调穿黄隧洞工程是有黏结后张法环形预应力混凝土施工技术在我国大洞径、高水头有压输水隧洞衬砌结构工程中的又一次成功应用,完全满足对预应力控制的条件,各项指标均达到设计要求,取得了较好的效果。     

无黏结环锚预应力混凝土衬砌张拉工艺研究

依托吉林省中部城市引松供水工程无黏结环锚预应力混凝土衬砌现场原位试验,对预应力衬砌张拉工艺进行了优化研究,提出了以单个衬砌浇筑块中部锚具槽为起点,两排锚具槽同时向两端进行张拉的张拉顺序,并根据张拉试验总结了4个张拉质量控制指标。现场张拉试验表明:优化后的张拉工艺与小浪底排沙洞工程相比,张拉效率得到了大幅提高,具有较大的经济效益。4个张拉质量控制指标不仅可以保证张拉质量,而且指标均可量化,实际操作简便易行,可为引松供水工程环锚衬砌后续施工及今后类似工程提供重要参考。     

后张预应力张拉阶段纵向应力与张拉方案研究

为了解决在隧洞后张预应力衬砌施工中因张拉锚索挤压衬砌环,衬砌在形成环向预压应力的同时,会产生纵向拉应力,致使衬砌有可能发生环向裂缝的问题。以南水北调中线穿黄隧洞工程为例,对穿黄隧洞预应力衬砌张拉阶段的纵向应力与张拉方案进行了研究,提供了关于张拉阶段纵向应力与张拉方案的研究方法。结果表明：后张预应力衬砌施工时出现的环向裂缝问题,可以通过选择合理的张拉方法予以解决。可供具有圆筒形轮廓的预应力工程研究张拉方案时参考。     

小浪底工程排沙洞环形预应力混凝土施工

小浪底水利枢纽工程的３条排沙洞，洞身７０％以上采用后张法无粘结预应力混凝土衬砌。其张拉系统的施工主要包括钢绞线的就位，固定，锚具槽，锚具及张拉设备的安装，张拉等步骤，施工工艺严谨。三维有限元分析结果表明，张拉时锚具槽附近将出现明显的应力集中，为此，采取了分步张拉，加箍筋等措施，达到了对预应力的控制，也避免了产生贯穿性裂缝。     

预应力混凝土衬砌在引水隧洞工程中的应用

吉林省某引水隧洞工程局部较差围岩段采用钻爆法开挖,钻爆段衬砌混凝土采用无粘结预应力混凝土衬砌。文中主要介绍了隧洞无粘结预应力混凝土施工程序,钢筋、钢铰线、锚具槽模板的制作与安装,穿行式钢模台车安拆,混凝土施工及钢绞线张拉等。     

穿黄隧洞内衬预应力混凝土强度有限元计算分析

为验证穿黄隧洞内衬预应力混凝土强度,根据穿黄隧洞双层复合衬砌结构的特点与作用模式,在考虑钢绞线与孔道摩擦、锚具变形及钢筋内缩等引起预应力损失的前提下,采用三维非线性有限元模型对内衬预应力混凝土强度进行了分析与验证。通过计算得出有效预应力在钢绞线上的分布情况,以及分别在张拉工况与设计水头工况下内衬混凝土的内外表面环向应力和平均环向应力的分布规律。计算结果表明:张拉过程中的预应力损失较为严重,需要在施工过程中严格控制张拉应力以及其他引起预应力损失的影响因素,以保证张拉后有效预应力满足强度要求;穿黄隧洞内衬混凝土在两种工况下均实现全截面受压,应力分布满足设计要求,可保证穿黄隧洞的长期有效运行;模拟计算结果的应力参数值与1∶1仿真模型试验值吻合良好,变化规律与关键参数均基本一致。     

后张预应力圆形隧洞衬砌纵向应力计算

隧洞后张预应力衬砌施工过程中,因张拉锚索挤压衬砌环产生环向预压应力,同时,还会在衬砌环中产生纵向拉应力,若处理不当,其值较大,可以使衬砌发生环向裂缝,应予重视.提出等效弹性地基梁算法,用以计算薄壁圆筒的纵向内力、应力和变形,适于手算和电算,可供工程应用;通过对不同张拉方案计算结果的分析,提出减小纵向应力,保障安全应用的建议.     

小浪底工程排沙洞无粘结预应力混凝土衬砌试验段实测分析

黄河小浪底水利枢纽工程排沙洞混凝土衬砌采用了双层双圈环锚无粘结预应力新技术，文中对其洞内试验段的预应力钢筋和测试元件布置，以及洞内无粘结预应力混凝土施工工艺做了概括总结．结合从开始浇筑混凝土到预应力钢筋张拉锚固结束的全过程中对衬砌混凝土和普通钢筋的应力及洞径变化等实测资料，分析了混凝土温度收缩应力变化和衬砌混凝土预压应力分布规律，论述了洞内试验段衬砌混凝土裂缝的成因，提出了优化混凝土配合比、加强施工温控的改进建议．