双线大直径输水隧道建设对既有桥梁及桩基的影响分析

为准确分析双线大直径输水隧道下穿对既有桥梁结构的影响,构建桥梁-地层-桩基-盾构隧道高精度数值仿真模型,对桥梁桩基结构及盾构过程进行精细化模拟,结合基于智能算法的土层参数反演模型,获取更接近真实情况的土层参数,以提高数值模拟精度。结果表明:输水隧道盾构开挖引起的地表最大沉降量为15.01 mm,基于反演的地表变形计算结果与实际监测值的误差减少约70%;盾构隧道双线开挖会引起地表二次沉降变形,两条盾构隧道中间区域的地表二次沉降量最大,约占总沉降量的60%,最大二次沉降量为5.06 mm;隧道两侧的桩基受到影响较大,最大位移为10.03 mm,位于桩基顶部,而隧道开挖对桩基内应力分布影响较小,可以认为无影响。

盾构输水隧道复合结构力学特性研究

近些年,一种新型的盾构输水隧道复合结构形式(外层为盾构管片、内层为输水钢管、中间层为填充混凝土)被用于城市大型输水隧道的建设。然而,目前对其力学方面的深入研究还较少,力学特性尚不清晰。因此依托杭州市某水源工程,以该种复合结构为研究对象,通过建立精细化有限元模型,研究了该复合结构在不同混凝土填充范围下的力学特性,并以加劲肋间距和内水压为变量进行了设计参数敏感性分析。研究结果表明:填充混凝土能提高复合结构的整体刚度,减小管片变形;内水压可以通过填充混凝土传递至管片,对复合结构整体受力有着显著影响;加劲肋间距可以有效减小输水钢管的局部应力,但超过2.0 m间距后对未布置加劲肋处的影响会减小。

美国纽约市投入19亿美元建设肯西科东景输水隧道及设施升级改造项目

美国纽约市环保局(DEP)投入19亿美元,启动肯西科-东景(KEC)输水隧道及设施升级改造项目。工程位于韦斯切斯特(Westchester)郡的普莱森特山(Mt.Pleasant),旨在提高纽约市和韦斯切斯特南部供水系统运行的灵活性,以保障当地900多万居民的饮用水安全。这是韦斯切斯特郡自20世纪40年代以来规模最大的供水工程。预计项目建设期约10年,到2035年建成并全面投入使用。

三维激光扫描技术及其在输水隧道竣工测量中的应用研究

随着科技的飞速发展,三维激光扫描技术以其高精度、高效率和非接触性等显著优势。在输水隧道竣工测量中,三维激光扫描技术不仅能够迅速、准确地获取隧道的空间形态和结构信息,还能够对隧道的安全状况进行实时监控,为隧道的运行维护提供了重要的数据支持。基于此,文章旨在探讨三维激光扫描技术在输水隧道竣工测量中的应用,分析其在提高测量精度、加快测量速度、降低测量成本等方面的优势,以期为未来相关工程的建设提供参考和借鉴。

输水隧道单层衬砌管片接头力学性能研究

输水隧道衬砌管片接头是隧道的薄弱环节,易发生漏水等事故,影响正常运行。文章以某地输水隧道为对象,借助刚度试验与弯矩传递试验对输水隧道的单层衬砌管片接头力学性能进行分析,研究发现正负弯矩随接头转角的变化趋势不同,对应刚度也不相同;随着接头弯矩的增大,弯矩传递系数会随之减小,其中过江区域的整体弯矩传递系数要大于岛域区域的整体弯矩传递系数。研究结果为隧道管片接头设计及施工提供参考。

特长输水隧道通风方案确定

输水隧道不同于公路隧道,隧道需风量与通风方式的选择,需根据输水隧道的特点进行确定。通过对采用斜井轴流风机+隧道内射流风机的通风方式和供水隧道内采用全射流风机的通风方式,两种方案进行比选,确定了利用已有的一座施工斜井兼做通风斜井的方案,达到了通风效果更优、总体投资更低、更有利于防灾救援的目的。

输水隧道单层衬砌管片接头抗弯力学特性研究

因受到复杂的外部水土压力和较高的内水压力共同作用,单层衬砌盾构法输水隧道具有独特的接头构造。针对上海青草沙输水隧道(岛屿陆域段)单层衬砌管片接头的特点(铸铁手孔,双层螺栓),借助1:1足尺荷载试验及三维非线性弹塑性数值模拟对单层衬砌输水隧道管片接头的抗弯力学特性进行了研究。获得了单层衬砌输水隧道管片接头在不同接头轴力(拉/压力)、不同接头弯矩(正/负弯矩)和不同螺栓预紧力条件下接头张角及抗弯刚度的变化规律;并获得了环向螺栓轴力随接头弯矩的变化规律及管片接头的变形特性,研究成果可供类似工程借鉴。

输水隧道管片环弯矩调整系数试验与分析

由管片错缝拼装的隧道衬砌圆环中,接头部分的挠曲刚度小于与之邻接的管片的挠曲刚度,接头部分承受的弯矩不同于管片承受的弯矩.目前,考虑接头的影响主要通过弯矩调整系数ξ来实现.但是弯矩调整系数ξ还没有通用公式,一般需要通过足尺试验来确定.由于时间和成本问题,所有隧道工程都做足尺试验不现实,故工程中经常需要借鉴类似工程的经验,这必然带来很大的随意性.以上海市青草沙输水隧道工程为依托,进行输水隧道管片弯矩调整系数的足尺试验,改变作用在管片上的径向力P和轴向力F,得到了弯矩调整系数ξ和弯矩M、轴向力F、一环管片长度L的关系公式,对隧道衬砌设计有一定参考价值.

输水隧道衬砌管片环向接头力学性态试验

为了解管片接头的力学性态,以上海青草沙输水盾构隧道为研究背景,研制了专门的试验系统,进行了1∶1原型管片接头试验,对管片环向接头的变形规律和相关参数取值进行了研究。研究结果表明:管片接头混凝土、主筋、螺栓最大值等均满足设计强度要求;接头张角和变形规律与螺栓预紧力有关,张角较小,满足隧道防水要求;管片接头抗弯刚度与横向荷载正相关,加载过程抗弯刚度最大值为20 456(kN.m).rad-1,可作为类似工程设计和施工的参考。

地震作用下输水隧道的流-固耦合分析

在大规模的调水工程的建设中穿越软土地区的浅埋输水隧道的抗震性能问题更加突出。大管径浅埋输水隧道由于内部水体质量巨大,且在振动作用下隧道内部水体产生晃动,由此引起水体-隧道衬砌之间的耦联作用,这些都直接影响隧道衬砌的动力响应。针对这一问题,将围岩-衬砌-水体作为一个整体进行有限元剖分,采用流-固耦合的分析方法,对隧道中流体对隧道衬砌的频率以及隧道衬砌动力响应的影响进行了研究,其中管内水体采用基于势的流体单元,同时对隧道内无水、半满水、满水的频率和隧道衬砌的动力响应进行了比较分析,结果表明流体对软土中输水隧道的频率和隧道衬砌动力响应的影响很大。

输水隧道在行波激励下的三维地震反应分析

随着大规模调水工程的建设,穿越软土地区的浅埋输水隧道的抗震性能的重要性愈加突出,这就涉及到地震动的输入问题。而对于空间尺度很大的大型输水隧道,地震动输入的空间变化特性即多点输入对输水隧道的地震响应产生重要的影响。所以在考虑了衬砌-水体-围岩的相互作用的同时,还考虑了地震波有限波速传播所引起的行波效应及不同地震动激励方向对三维输水隧道的地震动的影响。结果表明:与地震动一致输入相比,行波效应将对输水隧道的地震响应产生不利的影响。

输水隧道在P波入射时的三维地震响应研究

输水隧道在调水工程中应用广泛,在输水隧道的设计和施工过程中考虑结构的抗震性能是必要的。采用波函数的Fourier-Bessel级数展开法,得到P波入射时完全充水的圆形输水隧道三维地震响应的解析解,通过算例计算,分析了入射波参数和衬砌材料参数等因素对输水隧道地震响应的影响。分析表明,入射波振幅与输水隧道衬砌动应力成正比;入射波的频率和两个入射方向对对输水隧道衬砌的动应力分布和动应力幅值均有显著影响;输水隧道衬砌采用高强度混凝土,可减小衬砌受到的动水压力,但却增大了衬砌的环向动应力和轴向动应力。

大规模输水隧道水锤效应三维数值模拟

为研究大型输水隧道的水锤效应,提出基于任意拉格朗日欧拉(ALE)流固耦合技术的三维水锤分析方法,并通过算例与实验结果进行相互对比,验证了该仿真方法的有效性.基于多尺度仿真技术,建立了某大型输水隧道土体-结构-水体三维耦合非线性有限元模型,并利用所述分析方法,结合混合显式积分算法及其并行技术完成三维水锤效应的模拟计算.结果表明,水锤压力随阀门关闭时间延长及隧道长度减少而减小;隧道结构受水锤影响最大的部分出现在靠近出口处.

输水隧道二维地震反应分析

为研究软土中的浅埋输水隧道由于内部水体的作用使其动力特性与一般的交通隧道有所不同.在考虑介质的辐射阻尼的情况下,采用流-固耦合的分析方法分析一穿越河底的大管径输水隧道二维平面应变的地震反应,同时讨论其水体晃动、阻尼系数、内水压力、围岩种类、围岩的不均质分布、围岩和衬砌的非线性及衬砌的厚度对衬砌的地震响应的影响.结果表明:在满水且无内水压力的情况下,流体对隧道衬砌的地震反应影响不是很大;但其水体晃动、辐射阻尼、内水压力、围岩种类、围岩的不均质分布和围岩非线性及衬砌的厚度,对衬砌的地震反应有很大的影响;并且随着内水压力的增加,其地震反应趋于剧烈.

输水隧道地震响应的多物质ALE数值分析

为研究浅埋输水隧道内部流体对隧道地震响应的影响,考虑黏弹性人工边界、土壤的非线性、隧道结构刚度有效率及流-固耦合作用,建立了双线隧道-土体-流体相互耦合作用的力学模型。通过刚度折减试验得到衬砌环环向、径向、轴向刚度,进而引入正交各向异性连续材料作为衬砌材料模型。采用基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)描述法的流-固耦合方法,对上海某大直径双线输水隧道在流体作用下的地震响应进行了分析。通过与等效密度法对比,验证耦合模型对于处理输水隧道多物质非线性耦合抗震问题的可行性。计算结果表明,在水平方向地震激励下,无论一致激励或是非一致激励流体对隧道地震变形和内力都有较大影响,但对位移影响较小;对于不同隧道内水量,隧道弯矩均集中于衬砌隧道45°交叉斜线位置;相比于一致激励,非一致激励增强隧道地震位移和变形响应是明显的。

输水隧道的减震措施研究

隔震技术是近几十年发展起来的新技术,对地面结构减震效果显著。本文运用Newmark隐式时间积分有限元法并采用粘-弹性人工边界,分析了在输水隧道施工中设置减震层和注浆加固一定范围内围岩这2种方法的减震效果、适用条件及其减震机理。计算结果表明:减震层或加固层的设置均使隧道衬砌应力减小,起到保护隧道衬砌的作用;在较大的范围内注浆加固围岩的办法,对软土中的输水隧道的减震更加有效,它能充分发挥围岩的承载能力;而在围岩与衬砌间设置减震层的办法,对稳定性极好的坚硬围岩中的输水隧道的减震效果更加有效。计算结果可为地震区的输水隧道抗震设计提供依据。

输水隧道流-固耦合地震反应研究

目的为了研究在考虑介质的辐射阻尼的情况下,穿越软土地区的浅埋大管径输水隧道在内水作用下,其水体晃动、阻尼系数、地震激励方向、内水压力、围岩种类、围岩和衬砌的非线性以及衬砌的厚度对衬砌的地震响应的影响.方法根据流固耦合原理建立内水-衬砌-围岩三者的运动方程,以一穿越河底的输水隧道为例,采用三维流固耦合有限元程序对其进行地震反应分析.其中管内水体采用基于势的流体单元.结果经分析得出其中水体晃动、地震激励方向、高内水压力、围岩种类,围岩非线性及衬砌的厚度都对衬砌的地震响应的影响很大.结论采用有限元理论分析了对衬砌的地震响应有影响的几个因素,为工程设计与施工提供了可靠的理论依据.

输水隧道动力模型试验中相似比尺规律的探讨

结构动力模型试验与动力模型破坏试验中,保持模型与原型相似的基本要求与处理技巧根据试验目的不同,而有所差别。这里就地下输水隧道考虑流-固耦合的动力模型试验进行理论研究和数值模拟,研究中根据工程的实际及模型试验选料的经济实用性,提出当原型与模型弹性模量不相等时的动力相似比尺是以围岩的弹性模量比来计算的规律。为今后复杂的地下水工结构动力模型的结构动力特性和破坏试验的相似问题拓宽思路,提供有用的参考价值。

考虑流-固耦合的输水隧道动力模型试验中的一种相似技巧

结构动力模型试验与动力模型破坏试验中,保持模型与原型相似的3种基本要求与处理技巧已在相关文献中提及。同时,也提及了对结构动力特性、弹性振动响应与破坏形态等试验目的不同,相似要求也有所差别,而这里将对地下软土中考虑流-固耦合的输水隧道的模型试验进行数值模拟研究。根据模型试验选料的经济实用性,提出了一种相似关系和技巧,并通过实例加以验证。数值模拟结果表明:在这种具体情况下,采用这种相似关系完全可以从模型试验的数据换算到原型,以便获得更多的有用信息,为今后地下输水工程模型试验的选材拓宽了思路,并提出了一些新的概念。

带有竖井的输水隧道地震响应分析

由于受应力集中及外形发生变化的影响,对于带有竖井的输水隧道,其在地震荷载作用下的应力、变形特性与一般输水隧道存在明显不同。采用基于势的流-固耦合运动方程建立了带有竖井的输水隧道有限元模型,考察其对于地震输入的响应。计算结果表明,由于应力集中,在竖井与隧道接头段,主应力最大;对于隧道段与竖井段,其主应力基本相同,但比不带竖井的隧道主应力要大;地震激励方向的位移最大值发生在隧道段。