城门洞型输水隧洞明满流计算与试验

无压输水隧洞中受到闸门启闭而引起的明满交替流水力瞬变现象,通常会造成洞内的压力剧增,对工程安全运行造成威胁。为了探究城门洞型隧洞的明满交替流和明流过渡过程,实测了模型隧洞沿线断面水深或压力变化曲线,基于窄缝法原理,使用扩散法对实测工况进行数值模拟计算,将实测数据与计算结果进行了对比分析。研究表明:在下游初始水深逼近城门洞直墙高时,下游闸门突然关闭后,在大来流量下管路中出现压力瞬间陡增的完全明满流现象,水流向上游传播并伴随剧烈的掺气,在小来流量下表现为不掺气压力突升的临界明满交替流,回波造成二次压力剧增,断面压力达到峰值。窄缝扩散法对于从明流完全转化成满流的明满流过渡过程模拟效果较好,而对于临界明满流的模拟有较大的误差。无压流水力过渡过程数值模拟计算结果与实测值基本一致,反映了明渠水力过渡过程数学模型的合理性。研究成果可为深入研究这一复杂水力现象提供借鉴和参考。

隧道渗流场围岩计算边界研究

以地铁马蹄形暗挖区间计算为例,首先通过FLAC3D建模,基于BIOT固结方程计算,将不同模型尺寸作为计算工况,模型水平宽度与底部深度分别取值为隧道宽度的2倍、2.5倍、3倍、3.5倍、4倍、4.5倍、6倍,研究不透水边界及透水边界情况下,隧道拱脚水压力、拱顶位移变化及边界范围取值。然后,计算不同模型边界,总结不透水边界及透水边界的模型边界范围,优化模型大小,提高模型计算效率。最后,根据计算结果分析,透水边界与不透水边界下的计算结果相差较大;边界范围对透水边界下的拱脚水压力与拱顶位移收敛值影响较小,对不透水边界下的拱顶位移收敛值影响较大;透水边界条件下计算边界范围h/d与l/d建议均取值为4.5;不透水边界条件下,建议依据实际工程中阻断隧道水力联系的范围进行具体的计算分析。

富水断层带隧道突水突泥的临界判据

以和顺至邢台铁路天河山隧道为背景,采用数值模拟方法,对比分析了隧道掌子面前方有无断层带2种工况下隧道开挖过程中掌子面最大挤出变形、拱顶沉降、最大渗流速度和掌子面前方塑性区分布与发展情况。结果表明:有断层带时掌子面前方塑性区与断层带塑性区临界贯通时机与掌子面最大挤出变形、拱顶沉降速率及最大渗流速度由稳定到快速增大时机一致,皆在掌子面距断层带4 m(约0.5倍隧道洞径)时。工程设计时可通过数值模拟,将掌子面前方塑性区与断层带塑性区临界贯通时机作为隧道突水突泥临界判据。现场施工时可辅以掌子面处拱顶沉降速率,综合判定隧道突水突泥时机。

城门洞型隧洞明满流水力瞬变计算研究

采用Preissmann窄缝法计算了城门洞隧洞中的明满交替水流的水力瞬变过程,给出了城门洞拱顶内的水力瞬变计算参数公式。实例研究表明在不考虑城门洞洞顶气囊或气腔内空气体积变化的情形下,城门洞内水流由无压流变为有压流时将产生较大的压力变化,由有压流变为无压流时压力变化较小;城门洞隧洞内断面流量变化越快,明满流交替产生的压力变化也越大;靠近流量变化越近的隧洞断面其水力瞬变程度越急剧。

从当前铁路隧道衬砌典型病害谈设计施工改进措施

铁路隧道对运营安全性要求极高,特别是高速铁路隧道。通过系统研究分析隧道衬砌典型病害(仰拱上拱、涌水、拱顶掉块风险)的原因,提出设计施工需改进的工程技术措施建议:1)仰拱上拱的主要原因是地下水、构造应力、膨胀力、施工质量、结构刚度不足等,建议采取加强隧底防排水、加大仰拱矢跨比、加强仰拱结构刚度和强度、确保仰拱施工质量等措施; 2)涌水的主要原因是岩溶等复杂的水文地质条件、排水设施未充分发挥作用、施工质量缺陷等,建议采取加强水文地质勘察及施工地质评估、优化排水设计、提高衬砌施工质量、加强运营维护管理等措施; 3)拱顶掉块风险的主要原因是拱部衬砌存在空洞、厚度不足、施工缝缺陷等,建议采取优化施工缝结构设计、加强开挖和防水板铺设质量控制、配备先进工装设备等措施。

输水隧洞围岩支护结构受力变形分析

地下深埋输水隧洞在运营和施工过程中存在变形大、持续时间长、支护困难等技术难题以及安全隐患。针对此问题,本研究基于某实际隧洞工程,建立了总体位移和支护结构承载力的围岩-支护体系安全性评价指标,通过旋喷混凝土、钢拱架和锚杆三种支护方式,采用理论分析方法,研究了围岩支护强度、支护时间对其承载力的影响,并且对围岩-支护体系的安全稳定性进行了评价。结果表明:对于深埋输水隧洞,当滞后掌子面1 m开始进行支护施工作业时,隧洞围岩支护抗力为2.10 MPa;当滞后掌子面5 m开始进行支护施工作业时,隧洞围岩支护抗力为0.85 MPa。研究成果对实际工程具有一定的指导意义。

输水隧洞大型溶洞处理施工技术

水利工程隧洞施工经常遇到地下溶洞,尤其是云、贵、川喀斯特地貌区域溶洞频现.夹岩水利枢纽工程输水隧洞穿越白蒲河、西溪河等多条河流和山岭,施工过程中溶洞数量多、规模大.其中,余家寨隧洞出现长144.50m,宽52.00m,高50.00m的大型溶洞,将输水隧洞拦腰截断,由于隧洞设计轴线不能大幅度调整,给工程施工带来极大困难.根据现场大型溶洞实际情况,采用钢拱架混凝土护拱施工技术,同时在溶洞底部设置永久排水涵管,既保证溶洞出现涌水时能够顺利通过,又能在护拱的保护下使输水隧洞安全通过大型溶洞施工,为今后地下工程大型溶洞处理提供了施工技术经验.

高跨比对城门洞形土质隧洞变形的影响分析

土质隧洞的开挖稳定是一个复杂的加载卸载过程,在土体中修建隧洞的施工难度远远大于修建同类型的岩石隧洞;鉴于目前对土质隧洞的变形特性研究尚不够深入,在设计和施工中可供借鉴的资料和经验有限,文中借助数值分析软件FLAC3D对不同高跨比的隧洞的围岩变形进行了分析研究,讨论了其对围岩变形及围岩位移释放系数的影响规律,为类似的隧道工程设计和施工提供借鉴与参考。

让压钢拱架在软岩大变形输水隧洞的应用研究

地下洞室工程施工中大变形围岩洞段的支护研究具有重要的工程意义。文章以观音阁输水工程输水隧洞软岩大变形洞段为例,提出一种新型让压钢拱架结构。现场试验结果显示,采用让压钢拱架支护结构可以有效释放围岩中聚集的能量,让压钢拱架的轴力相对较小,有利于隧洞的长期稳定性,可以在工程设计建设中使用。