过缝钢筋对放空洞无压段衬砌混凝土应力影响研究

以江坪河水电站放空洞无压段为例,利用ANSYS软件模拟了衬砌混凝土的施工过程,采用三维有限元法仿真计算了温度与温度应力,分析了有无过缝钢筋约束工况下温度应力的发展过程和分布规律,研究了过缝钢筋在增加结构段之间整体性的基础上对衬砌混凝土应力的影响,为隧洞工程是否有必要设置过缝钢筋提供了参考。

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。

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．

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。

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。

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。

预应力混凝土衬砌隧洞锚具槽区域应力状态分析

环锚预应力混凝土衬砌是水工压力隧洞一种新型的衬砌形式,锚具槽是施工过程中用于固定锚具和实施锚索张拉的部位,也是整个衬砌结构的最薄弱环节。通过三维有限元计算和现场实验,对小浪底排沙洞无粘结预应力混凝土衬砌全部锚索张拉锁定后锚具槽区域的应力状态进行了研究,计算结果与实验结果相当吻合。研究表明,锚具槽区域的应力状态要比其它部位复杂,环向预压应力分布均匀性较差,在锚具槽口的锚索出露端存在径向拉应力。研究结果对类似工程的结构设计具有参考意义。

穿黄隧洞预应力混凝土衬砌施工工艺

南水北调中线穿黄隧洞采用深埋式地下超薄预应力混凝土衬砌,钢筋密集,混凝土浇筑施工难度大,混凝土不易振捣密实。通过对穿黄隧洞预应力混凝土内衬混凝土浇筑施工工艺进行研究、对钢模台车实施改造以及对附着式振动器进行研究,采用科学的施工工艺,解决了穿黄隧洞内衬混凝土浇筑难题。

压力隧洞新型预应力混凝土衬砌技术模拟试验研究

在现有压力隧洞预应力混凝土衬砌技术的基础上,提出了基于圆环形扁千斤顶技术的新型预应力混凝土衬砌隧洞新概念。实现这个设想的关键设备是圆环形扁千斤顶,是一个用薄钢板制成的中空圆形压力囊,利用液压通过有限的径向位移对隧洞混凝土衬砌层外部施加均布压应力。室内模拟试验证明,采用薄钢板制作的圆环形扁千斤顶可以通过灌浆或注水对衬砌结构施加预应力,衬砌结构环向预压应力与注水压力呈线性关系,与理论结果一致。

己建压力隧洞复合预应力混凝土衬砌修补加固关键技术研究

提出一种复合预应力混凝土衬砌修补、加固防渗方案,该方案在原衬砌混凝土上,二次浇注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注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。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。

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。

压力隧洞预应力混凝土衬砌浅谈

压力隧洞通常采用混凝土衬砌,由于混凝土的抗拉强度和延展性低,而衬砌结构主要承受拉应力,这样势必增加结构的复杂性和成本。为了能够充分的利用混凝土的抗压强度以及围岩的承载力,在施工中采用各种方法对衬砌施加径向力,在衬砌内建立与运行荷载相平衡的预应力,使得衬砌的工作状态大大改善。

小浪底排沙洞预应力衬砌结构模型对比试验研究

为了确定小浪底排沙洞的最优预应力混凝土衬砌方案,在施工现场制作了两个1:1的结构模型,分别采用无粘结钢绞线和有粘结钢绞线,进行了预应力效果对比和压水试验研究。试验结果表明,无粘结方案摩擦损失小,在混凝土中建立的预压应力大且与设计值接近,同时由于双圈环绕布置使沿环向预应力分布更为均匀;锚具槽数量减少近一半,衬砌结构的整体性强,工程造价低,施工工艺比较简单,施工质量易于保证。在设计外水压力作用下能够做到不裂不渗,满足使用要求;有粘结方案摩擦损失大,在混凝土中建立的预压应力小,比设计预压应力小25％,同时由于锚具槽数量多,结构的整体性差,而且施工工艺复杂,有堵管等质量隐患。根据结构模型试验结果和专家论证,实际工程采用了无粘结预应力衬砌方案。

小浪底排沙洞预应力砼衬砌施工管理

黄河小浪底水利枢纽排沙洞预应力砼衬砌浇筑属于以德国旭普林公司为责任方的 CGIC 联营体承建的工程项目,由中国水利水电第十四工程局分包承建。这是水电十四局继导流洞开挖和砼衬砌、排沙洞开挖和进水塔砼浇筑之后,向 CGIC 分包承建的第四个工程项目。旭普林公司有近百年历史,有成功完成著名的英吉利海底隧道的施工业绩,它不仅拥有大批国际一流的工程管理人员和世界上最先进的施工设备,更重要的是它积累了许多成功的国际工程施工及经营管理经验。可以说,这些经验在某种程度上代表了发达国家成功企业的先进经验。排沙洞衬砌为世界首例双圈环绕无粘结预应力砼的衬砌形式。为圆满完成这个并不熟悉的工程项目。

国外高压管道采用的几种新衬砌型式

近年来,国外在水电建设中,对隧洞衬砌除了发展喷锚技术外,还研究了采用综合措施取消高压管道大部分钢衬和采用预应力钢索混凝土衬砌以及素混凝土高压灌浆衬砌的技术,都已取得了不少成功的经验,这对节约钢材,降低工程造价具有积极的意义。本文仅对上述后三个技术问题介绍如下。

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。

基于锚索监测数据的环锚无黏结预应力混凝土衬砌结构可靠性分析

与环锚有黏结预应力混凝土衬砌相比,环锚无黏结预应力混凝土衬砌结构具有许多突出优点,但可靠性问题是制约其得以普遍应用的关键。用于评价环锚无黏结预应力混凝土衬砌结构可靠性的重要参数之一是锚索的应力状态变化情况。基于小浪底排沙洞锚索测力计的长期监测资料,本文对隧洞运行过程中温度和水头变化对锚索应力状态的影响进行了分析,并据此对这种结构形式锚索的可靠性进行了评价。结果表明:温度变化对锚索应力状态具有显著影响,而洞内水头变化的影响则很小。小浪底排沙洞已安全运行10多年,经历了最高设计水头的考验,锚索预应力一直处于比较稳定的状态,表明并未发生无黏结钢绞线的断裂或松弛现象,锚索的锚固状态良好,衬砌结构的可靠性不存在问题。

基于观测数据的环锚预应力混凝土衬砌预应力效果分析

结合黄河小浪底排沙洞工程,对锚索张拉阶段的预应力效果和混凝土的徐变进行了探讨。通过建立合理的锚索张拉程序和数据采集制度,将混凝土的弹性应变、混凝土的徐变、预应力损失造成的应变从实测总应变中分离出来。分析结果显示:在预应力的张拉阶段,混凝土的徐变占总应变的24%。混凝土的徐变近似地与应力和持荷时间成线性关系,即ε=ασt,其中系数α与约束条件有关,不是一个常数。数据表明,通过实测数据得到混凝土衬砌中的应力与应力分布与有限元分析结果相一致。

南阳回龙工程高压隧洞预应力灌浆技术

根据河南南阳回龙抽水蓄能电站引水隧洞灌浆式预应力混凝土衬砌设计方案的选择及现场灌浆试验成果,在分析试验洞数据的基础上探讨了预应力灌浆的主要技术参数和要求。