高压洞灌浆式预应力混凝土衬砌计算与分析

南阳回龙抽水蓄能电站水量缺乏,水头比较高。为满足防渗要求,且经济合理、安全可靠,经过初步方案比选,确定引水高压洞采用灌浆式预应力混凝土衬砌。通过对结构设计方法、有限元验算成果进行分析比较,初步确定了高压洞灌浆式预应力结构的可行性和技术指标,其预应力灌浆衬砌的技术指标较高,最大灌浆压力可达5MPa。

灌浆式预应力混凝土衬砌隧洞

结合白山水电站灌浆式预应力混凝土衬砌引水隧洞工程实例，介绍了灌浆式预应力混凝土衬砌的工作机理、结构特点，并就其设计中主要技术问题，如灌浆孔的布置、灌浆压力、灌浆工艺、浆液配比、预应力保持和预应力效果等进行了论述．最后认为，灌浆式预应力衬砌由于厚度小，不需配筋，采用群孔灌浆工艺，因此可减少开挖与混凝土方量，节省材料，施工速度快，同时可改善衬砌的工作状态和提高围岩及衬砌的抗渗性．

盾构输水隧洞灌浆式预应力衬砌结构有限元分析

北京市南水北调配套工程东干渠工程输水隧洞施工工法为盾构法,为了提高其抗渗和抗裂特性,并优化内外衬的协同变形,衬砌结构采用了灌浆式混凝土预应力衬砌。研究了隧洞衬砌结构设计参数及工作机理,采用二维有限元计算方法,分析了预应力注浆压力和连接螺栓型号的影响。结果表明:内外衬之间的预应力式注浆可以提高二衬混凝土承受内水压力的能力,预应力注浆压力不宜大于0.3 MPa,否则将影响管片的结构和防水安全;连接螺栓刚度变化对管片和二衬混凝土环向应力的影响很小,结合管片张开对防水、防渗的影响,连接螺栓型号采用M20以上型号均可;随着预应力注浆压力的增加,二衬混凝土受力状态得到明显改善,由全断面受拉构件变成受弯构件,拉应力区明显减小,内外衬协同受力状态得到优化。

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。

预应力钢索式混凝土衬砌的三维非线性有限元分析

本文提出了用三维隐式索单元模拟预应力钢索的三维非线性有限元计算方法，给出了混凝土衬砌裂缝开展估算公式．结合工程实例。

输水隧洞灌浆式预应力衬砌结构承载机理研究

输水隧洞双层混凝土衬砌之间采用预应力灌浆可以提高结构的承载能力,但此类灌浆式预应力衬砌结构的承载机理尚未得到系统阐释。基于弹性理论,采用荷载结构法,建立了考虑变形协调关系的灌浆式预应力衬砌力学分析模型。通过对衬砌结构的受力分析,揭示了预应力灌浆提高衬砌结构承载力的机理,推演了衬砌结构环向拉应力判定式,以及环向抗拉强度与灌浆预应力的关系式。利用有限元数值模拟验证了理论方法的合理性,针对工程案例分析了灌浆预应力对衬砌结构的定量影响规律。结果表明:结构能承担的最大内水压力与灌浆预应力及外部水土压力,均近似呈线性正相关,内衬结构的径向变形和环向应力随灌浆预应力的增大而减小,外衬结构的径向变形和环向应力随灌浆预应力增大而显著增大。这种考虑临界情况的分析和计算方法,揭示了灌浆式预应力衬砌结构的承载机理,可为该类型输水隧洞的力学分析和结构设计提供理论依据。

白山水电站压力隧洞灌浆式预应力衬砌的试验研究

一、引言水电站的引水压力隧洞,在内水压力作用下,衬砌结构主要承受拉应力。按抗裂设计的钢筋混凝土衬砌往往很厚,甚至达到隧洞内径的1/6～1/2,很不经济。因此,在以往的工程实践中,对于高水头。

高强薄壁预应力内衬混凝土配合比优化及性能研究

某盾构输水隧洞采用复合衬砌结构,外衬采用预制管片,内衬采用现浇后张预应力混凝土结构。由于预应力混凝土结构单薄,受外衬管片手孔约束明显,而内衬钢筋、钢绞线布设密集,通水冷却温控措施难以实施,导致内衬预应力混凝土开裂风险较高。为解决内衬预应力混凝土温度裂缝问题,通过复掺粉煤灰-矿渣粉掺合料,对混凝土配合比进行优化,有效降低了混凝土的早期绝热温升,并结合封堵手孔等工程措施,解决了薄壁混凝土早期温度裂缝的关键技术难题,混凝土工作性能、力学性能、耐久性能及绝热温升满足工程设计要求及温控防裂需要。

环锚预应力混凝土衬砌三维有限元计算分析

环锚预应力混凝土衬砌是一种新型的水工压力隧洞衬砌形式,进行有限元结构分析时的关键是如何模拟环形预应力筋的作用．为此,提出了一种基于ANSYS的等效荷载法,用法向等效应力和切向等效应力模拟非均匀分布的锚索预应力,通过SURF154单元将其施加于计算模型．文中对一个无黏结预应力混凝土衬砌全部锚索张拉锁定后的应力状态进行了三维有限元计算,计算结果与实测结果具有良好的一致性．该方法还适用于有黏结曲线预应力筋的预应力混凝土结构有限元计算．

压力隧洞复合预应力混凝土衬砌修补加固防渗结构计算分析及其施工工艺

复合预应力混凝土衬砌修补、加固防渗方案是在原衬砌混凝土上二次浇筑一高性能纤维混凝土薄层,在新老混凝土中间设置薄钢板,通过在老混凝土表面开槽等手段,在老混凝土与防渗层之间形成一密闭中空的环形空间。利用水泥浆通过有限的径向位移对新浇筑的薄层混凝土根据需要人为地施加某一数值与分布的均布压应力,使二次衬砌混凝土层具有一定数值的环向预压应力。通过对新衬混凝土屈曲破坏和新老混凝土联合受力的分析表明,对于大洞径,选择外加预应力法对新内衬混凝土层施加预应力,理论上是可行的,这样可以分担部分的内水压力,而使该方案具有预应力混凝土补强加固效果及复合防渗功能。其优点是不仅省去预应力筋,达到防渗加固效果,而且施工简便,损失过水断面较小。

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．

水工隧洞预应力混凝土衬砌考虑锚索失效时的应力状态分析

水工压力隧洞无粘结预应力混凝土衬砌是一种新型的衬砌形式,本文结合工程设计实例,对衬砌结构在运行期假定锚索失效情况下的应力分布状态进行了计算分析,藉此对这种新型衬砌形式的可靠性进行评价。计算结果表明,运行期若某根锚索失效,将对衬砌的应力状态产生不同程度的影响,其影响大小和影响范围与失效锚索所在位置有关,浇筑块中部某根锚索失效的影响较小,浇筑块端部第1根锚索失效是最不利工况,拉应力区出现在衬砌底部内侧表面和锚具槽边角部位。在最不利工况下,锚具槽边角部位的拉应力会超过混凝土的抗拉强度,有可能引起开裂和渗漏。

环锚预应力混凝土衬砌隧洞安全监测技术

结合国内所有大型环锚预应力混凝土衬砌隧洞水利工程的设计及施工资料,分析总结了各自的安全监测方法、仪器、施工技术等内容,并研究归纳出针对环锚预应力混凝土衬砌隧洞结构的安全监测技术及要求,对环锚预应力混凝土衬砌隧洞结构的发展提供支持。

小浪底排沙洞混凝土衬砌不同阶段预应力变化实测分析

小浪底排沙洞是我国首例采用双圈环绕无粘结预应力混凝土衬砌的水工隧洞 ,本文对这一新型结构形式和特点进行了简单介绍 ,并根据观测仪器所获得的大量实测数据 ,对不同阶段 (预应力施加、回填灌浆和过水运行 )混凝土衬砌和锚索中的有效预应力变化及混凝土徐变变化规律进行了探讨。实测资料表明 ,采用双圈环绕无粘结预应力技术 ,可实现理想的预应力效果和均匀的环向应力分布。围岩开挖的质量对环向预应力分布的均匀性具有重要影响 ;对预应力施加需时较长的实际结构 ,混凝土的徐变应变在观测仪器的总应变变化中占有不容忽视的比例 ,其大小与预压应力和持荷时间成线性关系 ,可按ε0 =α∑σiti 进行计算。过水运行阶段的实测数据表明 。

水工压力隧洞灌浆式预应力衬砌弹塑性应力分析

采用岩石力学中应用广泛的莫尔———库仑屈服条件,对水工压力隧洞灌浆式预应力衬砌进行了系统分析,给出了水工压力隧洞围岩分别处于弹性状态与弹塑性状态下的围岩、衬砌应力解析计算式.

新型预应力混凝土衬砌压力隧洞技术研究

本文提出了一种新型预应力混凝土衬砌压力隧洞技术。该项技术根据厚壁圆筒承受内外水压力理论,利用围岩的抗力作用,采用外加预应力法,在围岩和衬砌混凝土之间安装一种圆环形扁千斤顶设备,根据需要利用水或水泥浆通过有限的径向位移对隧洞衬砌混凝土层外部人为地施加某一数值与分布的均布压应力,用以部分或全部抵消内水压力所产生的拉应力。其优点是省去了预应力钢筋,且施工简便。模拟试验证明,利用水或水泥浆施加预应力法是可行的。有限元计算结果表明,在隧洞衬砌混凝土外层间隔施加预应力时,衬砌混凝土中的应力能够满足工程需要。

高压输水隧洞预应力混凝土衬砌锚具槽优化及免拆模板成槽技术研究

输水隧洞预应力混凝土衬砌的锚具槽是钢绞线张拉与锚固的关键部位,其有效设置对于提升预应力混凝土体系的可靠性具有重要意义。基于高压输水隧洞衬砌环形预应力混凝土技术,提出了一种缩口形变截面锚具槽及其尺寸优化计算方法,研发了高性能纤维混凝土预制装配式免拆模板成型锚具槽的技术。与已有工程常规锚具槽对比,新型锚具槽减小了槽口尺寸,减少了锚具槽周边局部应力集中的情况,提高了锚具槽回填混凝土的嵌固能力和衬砌混凝土的整体性。预制装配式免拆模板提高了锚具槽成型质量,免除了锚具槽模板拆除、槽壁混凝土凿毛处理及槽内残渣清理等工序,可有效提高施工效率、降低工程造价、改善施工环境等。研究成果对输水隧洞预应力混凝土衬砌技术创新具有重要的推进作用,在实际工程中得到了成功应用。

黄河小浪底水利枢纽排沙洞后张法预应力混凝土衬砌的设计研究

简介黄河小浪底水利枢纽复杂的水文、地质条件以及庞大的工程规模．该枢纽设计有３ 条排沙洞，担负着泄洪、排沙、调节径流和保证进水口不被泥沙淤堵的任务．根据排沙洞的水库运用要求，灌浆帷幕下游排沙洞洞身段设计为混凝土后张预应力隧洞．通过大量的调研、试验、分析论证，在施工前确定该预应力方案选用无粘结预应力系统，成为目前世界上规模最大的无粘结预应力隧洞衬砌工程，在国内尚属首例．

排沙洞无粘结预应力混凝土衬砌的研究与实践

在黄河小浪底水利枢纽工程中 ,有压排沙洞衬砌工程成功采用了无粘结后张预应力混凝土衬砌的施工方法 ,是世界上规模最大的无粘结预应力隧洞衬砌工程 ,开创了无粘结预应力系统在我国水电工程中运用的先河。实践证明 ,小浪底水利枢纽排沙洞预应力系统设计上是成功的 ,结构上是安全可靠的 ,经济上是合理的。

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。