关于《水工隧洞设计规范》中若干结构计算问题的讨论

在水工隧洞设计规范中,对结构计算介绍了弹性力学法、边值数值法和有限元法,宜在工程设计时合理使用;而在具体计算中,衬砌材料的弹性模量、围岩介质力学的指标又是十分重要的基础数据,亦需合理确定。文章系笔者在岗位工作和实际工作期间,所了解到的情况和设计实践过程的反馈意见,加以整理与归纳,供讨论。同时可供设计人员在执行隧洞设计规范时,在结构计算方法与基本参数选值问题上有所参考与借鉴。

《水工隧洞设计规范》和《水闸设计规范》修订工作大纲审查会在北京召开

2014年1月13日，水利水电规划设计总院在北京组织召开会议，对《水工隧洞设计规范》和《水闸设计规范》修订工作大纲进行了审查。参加会议的有水利部国科司、水电水利规划设计总院、上海勘测设计研究院等单位的专家和代表。

公路隧道上跨水工隧洞节点设计关键技术研究

以某分离式高速公路隧道上跨既有水工隧洞工程为例,结合类似项目设计经验,对大断面公路隧道上跨水工隧洞节点各关键环节进行设计,主要包括基底注浆设计、上跨节点防排水设计、上跨节点监测设计、施工组织设计等,对上跨水工隧洞节点设计要点及关键技术进行总结,给出上跨水工隧洞节点设计建议,为类似项目提供借鉴。

高压水工隧洞混凝土复合衬砌的设计及试验研究

本文基于水工隧洞工程的高地下水压情况,设计了一种混凝土复合衬砌,通过模拟隧洞注水和排空过程,分析混凝土复合衬砌的环向、径向应力,并与混凝土普通衬砌应力变化进行对比。得出结论:在水排空时,当水压降低至0.1MPa时,混凝土复合衬砌的环向压应力降低至0.04MPa,混凝土普通衬砌增至1.6~2.5MPa,混凝土复合衬砌和普通衬砌的径向压应力均随隧道水压的降低而降低;在注水期间,混凝土复合衬砌环向一直处于受压状态,当水压为1.00MPa时,径向压力约为0.40~0.80MPa;混凝土复合衬砌在隧洞注水和排空过程中,环向、径向均处于抗压状态,在水工隧道高地下水压情况中具有应用潜力。

地下式进水口在水工引水隧洞进水口设计选型中的实践研究

进水口设计与选型在水工引水隧洞设计方面相当关键,目前比较常见的地下式进水口选型设计即如此。考虑到水工引水隧洞进水口一般处于地形条件复杂区域,交通条件相对恶劣不便,而且同时需要做好环境保护工作,所以利用地下式进水口来实践参与水工引水隧洞进水口设计选型工作颇有必要。本文围绕某B引水工程为例,明确工程地质条件,研究进水口设计选型实践内容,并最终得出。

关于水工隧洞设计规范的讨论

文章就新颁布的“水工隧洞设计规范DL/T5195-2004”的结构分析和岩层覆盖厚度提出一些讨论意见,供同行专家们讨论。

图像识别技术在水工隧洞收敛变形监测中的应用

基于图像识别技术的水工隧洞收敛变形监测技术,是实现水工隧洞全断面收敛变形简便、易操作的自动化监测的重要手段。在实践应用中,基于图像识别技术实现了靶标自动识别和位移自动测读,测量精度可控制在2 mm之内,通过试验获得了最佳靶标直径和适宜的拍摄距离参数,靶标适宜直径范围为150~250 mm,适宜拍摄距离根据洞径选择3~10 m,并结合某施工期水工隧洞工程进行实际应用,取得了良好的应用效果,可显著减少人工监测工作量,大大提高监测工作效率,研究结果可为隧洞安全监测提供重要参考和技术支撑。

基于变形控制的某深埋软岩水工隧洞初期支护参数的选择与验证

大变形下围岩的稳定控制一直是水利水电、公路、铁路等行业的传统难题,尚未形成一套验证软岩大变形等级下初期支护型式及参数选取的经验方法。依据某深埋水工隧洞工程地质情况,选择典型洞段预测挤压变形风险,利用控制变形估算所需支护力,依据规范和相关工程经验确定支护类型与参数的同时,考虑实际开挖过程利用数值仿真分析验算支护的合理性。结果表明,该隧洞具有极大的大变形风险,采用支护力的方法所确定的支护类型和参数基本合理,可将围岩变形有效控制在规范要求的1.0%~3.0%范围,且锚杆长度及支护应力等均未超过极限强度。

基于混凝土水化热效应的高地温水工隧洞衬砌结构温控防裂研究

为分析高地温水工隧洞衬砌结构温度应力特性,基于拉普拉斯变换推导出衬砌结构瞬态温度场的解析解,并借助弹性抗力法推导出衬砌结构的弹性温度应力分量。依托新疆布伦口水电站监测数据对衬砌结构瞬态温度场及应力场进行计算分析,并采用抗拉强度准则和裂缝尖端强度因子对衬砌结构破坏进行分析,提出合理的温控防裂措施。结果表明:1)衬砌温度场前期整体温度迅速上升,在第7天左右达到最大值,其中衬砌内壁温度可达到37℃,外壁温度可达到56℃。2)衬砌结构外墙环向应力可达到2.2 MPa,体现为拉应力状态;径向应力可达到2.7 MPa,呈现为压应力状态。3)衬砌结构强度的破坏主要受温度及结构本身稳定性2方面影响,可通过采用低热水泥、控制混凝土的入模温度以及严格监控施工过程来提高衬砌的稳定性。其中,采用低热水泥可降低衬砌结构的温升值,混凝土的最终水化热每降低50 k J/kg,衬砌结构内外壁的温差可降低1.85℃左右;适当提高入模温度可缩短水化热的放热周期及降低衬砌内外壁温差。

对流-导热耦合作用下保温层对寒区水工隧洞衬砌结构力学特性的影响

以新疆布伦口水电站引水隧洞为例,考虑对流-导热作用,通过现场监测成果和有限元仿真计算,分析引水隧洞在不同位置铺设不同厚度的保温层对衬砌结构热-力耦合特性的影响。结果表明,表面铺设时,保温层厚度与衬砌的冻胀力呈负相关,且当厚度在0.06 m以上时,二次衬砌的冻胀力变为压应力;保温层厚度与衬砌的横向位移呈正相关,与纵向位移呈负相关。夹层铺设时,保温层厚度与二次衬砌的冻胀力呈正相关,与一次衬砌的冻胀力呈负相关;随着保温层厚度的增加,二次衬砌的最大主应力变为拉应力,不利于二次衬砌的安全稳定;随着保温层厚度的增加,一次、二次衬砌的横向位移差值增大近4倍,纵向位移差值增大10倍以上。

《水工隧洞设计规范(送审稿)》通过审查

2015年7月5～6日，水利部水利水电规划设计总院在长春主持召开会议，对中水东北勘测设计研究有限责任公司公司主编的《水工隧洞设计规范（送审稿）》进行审查。

高地温水工隧洞节理围岩温度场及塑性区特性研究

高温效应及其围岩节理结构特征对隧洞稳定的影响是高地温隧洞设计的关键问题。文章基于高地温隧洞现场温度及位移数据,分析高地温隧洞节理围岩温度变化特性。同时采用离散元方法模拟不同高温、不同节理结构特征隧洞围岩温度场、位移场规律及塑性区分布范围。结果表明:相对于完整围岩,节理围岩减少了隧洞围岩变温区的面积,并且节理倾角越靠近水平方向或竖直方向对温度场的影响越大。节理围岩在一定程度上可阻止变形位移量。热力耦合作用下节理围岩塑性区面积仅是地应力作用下塑性区面积的2倍左右,且节理倾角与竖直方向夹角越小,节理围岩的塑性区面积越大。当节理倾角为90°时,节理围岩的塑性区面积最大。

水工抗震设计规范和可靠性设计

在采用传统的安全系数法或可靠性设计法的问题上,目前在水利和水电部门间存在不同意见。由此给设计人员带来了一定的困惑和不便。本文概述了水工建筑物向可靠度设计方法发展的趋势及其在相当程度上仍依赖工程经验的水工建筑物应用中存在的问题。认为:潘家铮院士提出的"积极慎重,转轨套改"是解决矛盾的指导思想。可采用在以分项系数表征的极限方程中引入能反映非随机性不确定性的结构系数。迄今,在水工结构设计中,对目标可靠度的确定等问题尚有待深入研究,作用和材料性能的分项系数主要根据其自身变异特性,依托专家的工程经验确定。在给定的作用和材料性能的分项系数情况下,由与现行的安全系数套改确定结构系数。简介了经水利部和电力工业部共同颁布的现行《水工建筑物抗震设计规范》在修编中的转轨套改,并期盼这种处理方式能继续为两个部门所保持。

综合物探法在水工隧洞岩塞口开挖施工中的应用

采用反射层析成像(True Reflection Tomography,简称TRT)及探地雷达技术(Ground-Penetrating Radar,简称GPR)两种物探方法 ,结合水工隧洞开挖时的掌子面地质情况,查明某引水工程水工隧洞岩塞口前方未开挖洞段地质情况。采用TRT探测技术,对前方150m范围内的断层发育及围岩稳定情况进行初步判断后,结合探地雷达法,对开挖范围内30m地质情况进一步探明,为指导岩塞爆破开挖的关键洞段进行安全施工提供保障。

大型水工隧洞智慧信息系统平台建设

大型水工隧洞施工往往具有地质条件复杂、施工环境恶劣、技术标准及质量要求高的特点,传统的项目管理方法难以满足当前越来越高的目标管理需求。为提高水利施工企业技术创新能力,强化企业创新主体地位,推动水工隧洞施工技术与智能化平台深度融合。通过在大型水工隧洞建设智慧平台,在宏观上形成智能化体系,在施工过程中达到全程可视化监控、UWB人车实时定位、安全质量闭环管理、空气质量、爆破以及地质形变等高精度监测,促使大型水工隧洞实现施工规范化、管理科学化以及隐患可控化的战略项目。

水工隧洞转弯段混凝土高精度衬砌施工工艺

水工隧洞转弯段施工组织是施工重点和难点。通过对大渡河某水电站导流洞转弯段衬砌体型控制所采用工艺的阐述,采取调整分仓长度、改变台车衬砌方式、选定每仓控制轴线、预先控制矮边墙尺寸、严控台车行走定位位置、校核顶模及边模安装位置工艺措施,提高了水工隧洞转弯段衬砌精度,实现了导流洞转弯段混凝土高精度衬砌的目的。

水工隧洞混凝土衬砌管片预制成型与蒸养一体化技术研究与应用

介绍了水工隧洞钢筋混凝土衬砌管片预制成型与蒸养一体化技术的研究目的、方法、主要技术原理,管片钢模的制造及安装、钢筋笼加工及安装、混凝土浇筑和蒸汽养护一体化施工程序的质量控制及管片质量检验要求。该技术采用工厂流水线式施工方法,通过对各个工序循环时间的严格控制,完成整个盾构管片的生产流程,提高了生产效率;采用折叠养护棚蒸汽养护方式,单个棚内可同时布置10套模具同时作业,根据施工进度安排确定同时运行养护棚的个数;流水线采用“浇筑+蒸养”一体的模式,即生产线与蒸养线同步,缩短了管片生产时间;混凝土通过自动输送平台运输到生产浇筑区进行浇筑,提高了预制管片生产的自动化程度。