布仑口水电站高温引水发电隧洞受力特性研究

新疆布仑口-公格尔水电站位于西昆仑山腹地,在强烈的新老地质构造运动作用下引水发电隧洞前段存在高地温现象(实测温度105℃),严重影响隧洞施工和支护结构的耐久性。采用解析方法研究了该隧洞围岩和支护结构的温度分布规律和受力特性。首先采用瞬态和稳态两种方法研究温度分布规律,在此基础上研究了温度和应力耦合作用下围岩和支护结构的受力特性,最后初步设计了衬砌伸缩缝间距。研究表明低温冷水对围岩和支护结构的温度场影响显著,过水瞬时围岩内壁温度发生骤降(ΔT=60℃);运行期支护结构应力近似呈线性分布,而围岩应力却表现出明显的非线性特性。     

基于对流-导热耦合模型的无压引水隧洞围岩温度场研究

为了研究无压引水隧洞温度场的变化规律,以新疆某无压引水隧洞为依托,采用有限元数值模拟,对无压引水隧洞运行时围岩温度场进行详细分析。结果表明：隧洞顶部径向围岩在0～2m范围内温度先降低后升高。围岩最低温度开始出现在隧洞顶部围岩洞壁处,随后慢慢向径向距离0.7m处转移,约-2.2℃。通水水温对隧洞围岩的温度有重要影响,可以在一定程度上减小通风对隧洞围岩温度的影响。设置衬砌保温层结构能够有效的避免围岩因为负温发生冻胀破坏。     

高地温引水隧洞隔热支护结构温度及应力特性分析

以解决高地温特殊环境下引水隧洞支护结构隔热保温问题及优化支护结构设计为目标,研究高地温引水隧洞不同隔热支护结构聚苯乙烯泡沫聚苯板(EPS)、聚苯乙烯泡沫挤塑板(XPS)的温度分布规律及受力特性,以新疆某水电站引水隧洞为研究对象,基于隧洞现场监测试验成果,采用有限元软件对支护结构的温度场和应力场进行模拟。结果表明:采用隔热层能减少温度对围岩和支护结构温度分布的影响;高地温隔热支护结构中隔热选材必须具有良好的保温隔热性能和一定的强度;EPS板两侧温差比XPS板两侧温差大2.11℃;相较XPS复合衬砌和普通混凝土衬砌, EPS复合衬砌内外温差最小,EPS复合支护结构隔热性能最好;三种衬砌结构拱顶处环向应力均最大,相比之下EPS复合衬砌环向应力最小,其值为0.40 MPa,EPS复合支护结构受力特性最好。对比分析结果表明,支护结构隔热选材上EPS板性能优于XPS板。     

高岩温输水隧洞运行期支护结构影响规律分析研究

随着跨流域调水工程的出现,引水隧洞的长度和埋深均不断增大,同时也面临着更为复杂的地质情况。文章以观音阁输水工程输水隧洞为例,,利用热-流-固耦合模型和单因素分析方法对高岩温、高地应力以及高内水压力对围岩支护结构的影响展开研究。文章结论对高岩温输水隧洞围岩支护结构设计具有重要参考价值,而在不利因素影响下,如何提升支护结构的承载力,是需要重点研究和解决的问题。     

高岩温输水隧洞运行期支护结构 影响规律分析研究

跨流域调水工程,引水隧洞的长度和埋深面临着各种各样非常复杂的地质情况。文章以观音阁输水工程输水隧洞为例,利用热—流—固耦合模型和单因素分析方法对高岩温、高地应力以及高内水压力对围岩支护结构的影响展开研究。研究结论对高岩温输水隧洞围岩支护结构设计具有重要参考价值,在不利因素影响下,如何提升支护结构承载力,是需要重点研究和解决的问题。     

高地温隧洞温度场三维数值模拟分析

在高地温条件下,温度场是影响引水隧洞结构稳定的重要因素。为了研究不同工况下引水隧洞的温度场特性,以新疆布仑口—公格尔水电站高地温引水隧洞为依托,采用有限元仿真模拟的方法建立三维模型,对不同工况下高地温引水隧洞围岩及衬砌结构的稳态温度场特性进行了模拟计算,并取衬砌结构及围岩不同测点的温度场特性值进行对比分析。结果显示:受洞口及掌子面影响,围岩及衬砌温度随洞深增大可分为平缓段和骤升段两个阶段,且呈非线性变化。衬砌腰拱与顶拱内表面温差随洞深增大逐渐减小,且与工况有关,施工期最大值为1.26℃,运行期最大值为0.22℃。从模拟结果与实测结果的对比分析可知,实测与模拟所得围岩温度场分布特性相同。研究成果可为高地温引水隧洞热力耦合分析及其洞室稳定性提供了理论依据,同时也可为高地温区相关工程提供参考。     

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。     

基于ANSYS的高地温支护结构温度应力研究

针对高地温引水隧洞模拟试验,利用有限元软件ANSYS模拟围岩支护模型在常温18℃和高地温60℃工况下养护1、3、7 d的温度场、应力场。研究表明:常温工况混凝土水化热主要通过岩板散失;高地温加速了喷射混凝土的水化反应,其内部热量、水分散失主要在混凝土边壁及岩板接触的边角处;试件岩板模型的最大第一主应力出现在混凝土试件底角处,而不是中心最高温度处。     

高地温条件下深埋隧洞围岩温度—应力分析及施工对策

以位于西昆仑山区的齐热哈塔尔水电站引水发电隧洞高地温洞段为例,初步分析了工程区隧洞高地温洞段大地热流背景及其形成机理,针对隧洞围岩的高地温分布特征,建立典型高地温洞段地质模型,利用有限元软件模拟隧洞施工贯通通水后的围岩岩体温度场,并由此来推断热应力对于围岩稳定性的影响。结果表明,围岩温度90℃以上、空气温度50℃以上的高地温洞段,内外温差大于10℃(里低外高),若采用无衬砌和一次支护方案对高地温洞段围岩进行支护,该洞段内大部分区域的最大主拉应力将超过C25混凝土的抗拉强度,易产生整体拉裂破坏;若采用钢筋混凝土衬砌结构方案,则可以通过增加衬砌结构的配筋量来降低其最大主应力值,此时隧洞围岩及衬砌结构均未出现整体拉裂破坏。研究成果能够为保证该高地温隧洞的安全运行提供可靠的设计依据。     

深埋软岩隧洞施工过程动态数值模拟研究——以西藏某引水隧洞为例

以西藏某引水隧洞工程施工为例,采用通用软件FLAC3D对深埋软岩隧洞施工开挖过程中的围岩稳定性和锚固支护受力演化过程进行分析,揭示了塑性区、围岩变形和应力分布的总体规律。通过对该引水隧洞施工开挖和锚固支护的模拟计算,论证了隧洞开挖的稳定性以及锚杆、喷混凝土、钢拱架的支护作用,并提出洞室结构锚固支护合理时机宜为滞后掌子面一个施工进尺。对同类深埋软岩隧洞工程具有一定借鉴意义。     

偏桥水电站引水隧洞施工全过程的离散单元法仿真模拟研究

为保证偏桥水电站引水隧洞K2＋010～K2＋310m段的稳定及基于工期紧的考虑,对该段隧洞的支护结构进行了优化设计。本文采用国际上广泛应用的离散单元法程序UDEC,对该引水隧洞施工运行全过程进行了仿真模拟,对支护结构设计进行检算,同时探讨了隧洞施工和运行全过程的离散单元法仿真技术。     

输水隧洞软岩变形特性分析及处理

本文主要介绍了北疆引水式工程某隧洞施工过程中通过对岩体变形全过程监测分析,有针对性地进行一次支处理的过程。本隧洞于2006年9月全线通水,目前已安全运行15年。本隧洞对软岩隧洞的监测过程及支护方式积累了处理不同不良地质状况的丰富经验,对软岩隧洞开挖过程中及时优化喷锚支护各项设计参数,创优质项目、造经济型工程提供了典范。     

热-力作用下水工隧洞围岩-支护结构耦合力学特性及相互作用机制

在高海拔寒区,围岩与支护结构的相互作用过程是影响水工隧洞结构稳定的重要因素。为了研究热-力作用下水工隧洞围岩-支护结构相互作用的时空演化规律,以新疆某寒区水工隧洞为依托,基于现场监测资料,采用有限元仿真模拟,计算温度效应下围岩-衬砌相互作用的弹塑性解析解,分析热力作用下隧洞耦合结构温度场和应力场的时空分布特征。结果表明：洞内低温对耦合结构的温度场和应力场影响较大,应实施防寒保温措施,保证在极端天气下,结构沿径向2.7 m内温度不低于0℃;通风前期,温度应力对耦合结构的应力变化起主导作用,21 d后还要考虑衬砌支反力、围岩被动支反力以及围岩外边界约束的共同耦合作用;对流前48 d结构内侧受拉,结构洞腰内侧出现最大拉应力155 kPa, 48 d后结构压应力激增,并且48～60 d内耦合应力增长速率最快。随着温度的降低,-1.95℃为洞顶和洞底的拉应力激增点,洞腰前期拉应力急剧增大,于-3.5℃开始缓慢减小。本次研究揭示了热-力作用下围岩支护结构相互作用的动态全过程,可为寒区隧洞安全施工提供依据。     

长引水隧洞对水温影响的实验研究

为了查明水体在流经发电引水隧洞后水温的变化，相应天然河道的水温变化以及引水式电站尾水汇入天然河道后水温分布情况，我们实测了渔子溪一级电站，岷江映秀湾电站和南桠河三级电站的引水隧洞井，出口水温，与经水隧洞相对应的天然河道水温以及尾水下游受影响河段内的水温。     

深埋软岩水工隧洞开挖支护设计及工程对策

深埋软岩水工隧洞面临突出的高应力围岩挤压变形问题,开挖施工难度极大,后期运行环境及工况复杂,其开挖支护设计须统筹兼顾施工全过程及长期运行的安全稳定性.以某深埋软岩水工隧洞为研究对象,考察了该类软岩的各向异性力学特性,并对隧洞布置方案、系统支护设计、爆破开挖控制等方面进行了论述.其中,为规避片岩各向异性的不利影响,推荐洞...     

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。     

水温影响下有压水工隧洞结构稳定分析

为解决运行期有压引水隧洞温度荷载和均匀内水压力联合作用下的应力计算问题,采用有限元法分析隧洞运行期水温变化所产生的温度应力对衬砌应力场与应力极值的影响,通过ANSYS Workbench进行有限元分析,计算运行期不同水温影响条件下的应力分布情况,并对比了弹性力学法计算的温度应力极值。计算结果分析表明,在隧洞运行期混凝土水化热基本稳定后,水温为温度应力的主导条件,水温升高会增大衬砌径向拉应力。因此,对于夏季高温地区或高水温地区需调整隧洞衬砌的配筋,以适应水温产生的温度应力对隧洞衬砌结构的影响。     

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。     

白水峪水电站引水发电系统设计与施工

白水峪水电站引水发电系统的开挖支护设计和结构设计采取了一系列的优化设计。在引水隧洞、电站厂房和赤家峪改道隧洞的开挖支护上分别采用了：小进尺、多循环，加强跟班监测，锚杆支护，有取舍地进行灌浆等措施。压力钢管的岔管要用贴边岔型式。厂房采用新型“雁形板”屋面结构。通过近半年运行观察，证明了该优化设计是成功的，是个较好的范例。     

偏桥水电站引水隧洞施工全过程离散单元法仿真模拟研究

为保证偏桥水电站引水隧洞K2 010-K2 310地段的隧洞稳定及基于工期紧的考虑,对该段隧洞的支护结构进行了优化设计.本文采用国际上广泛应用的离散单元法程序UDEC,对该引水隧洞施工运营全过程进行了仿真模拟,达到对其支护结构设计进行检算之目的,同时探讨了隧洞施工和运营全过程的离散单元法仿真技术.