高外水压力下深埋隧洞衬砌与围岩联合承载设计研究

在深埋隧洞的设计中,高外水压力常常成为制约隧洞结构设计的关键因素。本文结合新疆某深埋隧洞工程,秉承衬砌与围岩联合承载的设计理念,考虑固结灌浆对围岩的加固及堵水作用,对比分析了灌浆圈厚度、渗透系数及排水孔深度和布置对外水压力的影响。同时,通过有限元方法模拟固结灌浆圈与衬砌间的接触粘结作用关系,从接触粘结强度的影响机制出发,分析了高外水条件下隧洞衬砌、固结灌浆圈、原状围岩之间的传力性能,得到了不同粘结强度下隧洞支护结构的承载状态,并据此实现了对隧洞衬砌—围岩系统联合承载能力的评价,从而完善和优化了支护设计。     

高外水隧洞衬砌堵排水方案及降压效果分析

高埋深隧洞往往伴随着高外水问题,较高的外水压力将导致隧洞衬砌受力破坏,是制约工程安全的重要方面。堵排结合是解决隧洞高外水问题的一项重要技术途径,但在工程设计中往往难以合理考虑堵水措施及排水措施的综合效应。采用三维渗流场数值分析技术,真实模拟灌浆堵水效应及间隔布置排水孔排水效应的综合降压措施,针对性探讨了灌浆圈厚度、排水孔及排水带参数对衬砌外水压力的影响规律,为高外水隧洞的堵排水设计及衬砌设计提供了重要支撑。     

透水衬砌设计理论在惠蓄高压隧洞设计中的应用

应用透水衬砌设计理论,对惠州抽水蓄能电站高压隧洞进行数值计算分析.根据高压隧洞实际施工及运行过程,分别依次计算了隧洞开挖、衬砌灌浆和充水运行等工况.为模拟高压隧洞的充水过程,计算了不同内水头时的隧洞内压工况.为反映不同参数对高压隧洞结构的影响,对围岩弹性模量、渗透系数、灌浆圈围岩弹性模量、灌浆圈围岩渗透系数等参数进行了敏感性分析.     

堵排水方式对秦岭隧洞衬砌外水压力的影响研究

为研究隧洞外水压力对衬砌结构的影响,针对引汉济渭秦岭隧洞的高地下水头特点,采用数值计算分别对无灌浆层和有灌浆层两类情况下衬砌完全不透水、渗透性较低、设置排水孔3种工况进行了研究,分析了不同工况下衬砌外水压力的变化,并以典型洞段的堵排水方案为例,验证了排水孔设计的合理性。结果表明：随着衬砌结构透水性的增强,作用于二次衬砌的外水压力逐渐降低;当衬砌具有一定渗透性而未设置排水孔时,灌浆层渗透系数越小,作用于衬砌上的外水压力越小,且随着灌浆层厚度增加,衬砌外水压力不断减小,渗流量不断降低,当灌浆层厚度达到一定程度后,衬砌外水压力值虽继续减小但降幅明显趋缓;采用围岩灌浆并设置排水孔,可使作用于二次衬砌上的外水压力大幅度减小,且有效降低渗流量。综上,采用围岩灌浆的同时设置排水孔可取得良好效果,使作用在二衬结构外表面的地下水压力水头基本接近于零,达到了设计要求。     

复杂岩溶地区引水隧洞衬砌外水压力研究

衬砌外水压力的合理计算是岩溶地区引水隧洞设计关注的重点,对结构设计参数选取及运行安全影响重大。针对滇中引水工程大理Ⅱ段引水隧洞,采用ABAQUS数值模拟的方法对不同衬砌及注浆圈参数下隧洞衬砌外水压力及渗流场变化规律进行研究分析,以确定合适的设计参数。研究结果表明:衬砌全封堵时外水压力基本可认为等效于该点处的静水压力,一般不能考虑水头折减;增大衬砌渗透系数是降低衬砌外水压力极为有效的措施,但同时对渗流场产生较大影响;减小注浆圈渗透系数或增大其厚度在降低衬砌外水压力的同时可有效减小渗流场扰动,极大缓解排水减压和环境保护之间的矛盾。通过分析不同因素对衬砌外水压力的影响,所得结果可为复杂岩溶地区隧洞工程防排水系统设计提供参考。     

富水隧洞排水设计及效果分析

在富水区开挖深埋无压水工输水隧洞,高外水压力是影响隧洞衬砌稳定的最重要因素,合理的排水设计对隧洞安全尤为重要。结合宁夏固原地区(宁夏中南部)城乡饮水安全水源工程7~#大湾输水隧洞,对深埋高外水隧洞的排水设计进行了探讨,提出结合围岩固结灌浆和钻孔安装毛细透排水管(不穿透固结灌浆层)的设计方案,并采用平面渗流有限元方法对排水效果进行了分析,结果表明,该排水设计方案能有效减少衬砌上承受的外水压力,且可靠性强,对周边地下水平衡影响较小,可供类似工程参考。     

复合衬砌外水压力模型试验研究

为详尽研究复合衬砌外水压力的影响规律,采用自行设计的可拆卸式复合衬砌渗流试验装置,通过改变堵水系统的几何参数、渗透特性以及防排水系统能力等,开展了60,80,100 m三种不同远场高水头环境下复合衬砌堵水与排水系统对衬砌上水压力的影响规律研究。研究结果表明：在全封堵情况下,衬砌上水压力无折减现象,而对于具有一定排水能力的衬砌结构,适当增加灌浆层厚度或减小灌浆层的渗透系数可明显降低作用于衬砌上的外水压力。根据试验数据给出了不同排水面积占比时的外水压力折减系数。研究成果可为实际工程中隧道允许排水量的设计提供参考。     

排水结构设置后软岩隧洞的渗流-应力耦合分析

高外水作用下,深埋软岩隧洞围岩-支护结构安全将受到极大挑战。为了降低高外水压对软岩隧洞围岩-支护体系的影响,较常见的工程处理措施为在隧洞周围布置排水结构,以降低洞周外水压力。笔者首先提出了一种简便的隧洞围岩-衬砌结构渗流-应力分析思路。然后,以某过断层带深埋软岩隧洞为研究对象,通过开展隧洞施工期、运行期渗流-应力耦合分析,研究了软岩隧洞排水结构的排水效应。研究发现,在注浆圈和排水结构的综合作用下,隧洞衬砌附近的水力比降较小,注浆圈水力比降较大,使注浆圈承担绝大部分外水荷载,而衬砌承担少部分外水荷载;在软岩和衬砌的变形协调作用下,最终形成注浆圈与衬砌的协同承载效应,有效提高了隧洞的运行安全水平。     

深埋隧洞高外水压力设计探讨

外水压力是深埋隧洞衬砌结构设计中一项十分重要的荷载。文章结合深埋隧洞,对减小衬砌外水压力措施进行了分析,对折减系数法、解析法和数值法等取值方法进行了评价,基于解析法对外水压力随围岩渗透系数、灌浆参数和隧洞埋深等的变化规律进行了研究,并结合工程实例提出了适应于深埋隧洞的衬砌外水压力措施和方法。     

关于圆形隧洞衬砌回填灌浆压力荷载静力计算问题

一、引言隧洞衬砌顶部混凝土浇捣条件较差,不容易填得密实;因而顶部衬砌与岩石之间往往有空隙存在,对衬砌受力有不利影响。所以在工程实践中多规定在隧洞顶部进行回填灌浆,填满这些空隙,使山岩压力均匀地作用在衬砌上;在承受内水压力时,也能传递一部分荷载到岩石上去,从而改善衬砌的受力情况。回     

路堤填筑对下覆输水隧洞的影响及减载设计

路堤填筑将对下覆输水隧洞结构产生不利影响，为降低路堤填筑对下覆输水隧洞的影响，提出了在隧洞两侧设置灌注桩的减载方案，并采用有限元对未设置灌注桩减载及不同桩间距、桩体弹性模量和桩体排数的灌注桩减载加固后输水隧洞进行模拟，同时在典型断面设施监测点，监测隧洞衬砌顶拱、拱腰、边墙、底板、边墙与底板连接点的应力和变形情况，分析了桩间距、桩体弹性模量和桩体排数对隧洞减载效果的敏感性。结果表明：(1)路堤填筑将造成隧洞衬砌顶拱竖向变形达到5.45 cm,边墙和地板交接处，混凝土所受拉应力达到8.34 MPa,超过结构抗拉强度容许值，衬砌处于不安全状态；(2)通过设置灌注桩可以有效降低路堤填筑对输水隧洞的不利影响，提高输水隧洞的安全性；(3)输水隧洞减载效果与桩体间距和桩体排数显著相关，与弹性模量相关性相对较小。     

立洲水电站引水隧洞固结灌浆试验研究

木里河立洲水电站引水隧洞沿线工程地质条件和水文地质条件较为复杂,均应对隧洞围岩进行固结灌浆,提高围岩的整体性,降低围岩渗透系数,充分利用围岩的承载能力,形成一定范围的围岩固结圈,达到与衬砌结构联合受力的目的.因此,在引水隧洞固结灌浆工作大范围展开之前,通过灌浆试验来确定各项参数是非常有必要的.笔者根据该工程的地质条件、试验目的和试验内容,将灌浆试验分为三段试验区,以获得合理的灌浆参数、适合的灌浆工艺,从而指导灌浆工程的实施,保证各标段引水隧洞固结灌浆的可靠性并达到节约灌浆工程投资的目的.     

深埋水工隧洞衬砌渗透压力控制措施研究

我国西部高山峡谷地区水电站工程地下水位高, 深埋水工隧洞衬砌外水压力大, 防渗排水措施要求高。为减小作用于衬砌上的外水压力, 提高衬砌结构的安全性和经济性, 同时减小排水对地下环境的影响, 需要采取合理的围岩防渗排水措施。结合某在建水电站工程, 拟采用固结灌浆、排水孔等防渗排水措施, 建立泄洪洞的三维有限元模型, 精细模拟固结灌浆和排水孔作用, 研究不同方案下隧洞围岩浸润面变化和衬砌所受渗透压力分布规律。结果表明:泄洪洞深部固结灌浆可大幅减少围岩地下水内渗, 有效降低对地下水位的影响, 有利于生态环境保护;排水孔的排水降压作用显著, 可有效减小衬砌所受外水压力。若需兼顾考虑地下水环境影响及有效减小衬砌所受外水压力时, 可采用深固结灌浆联合浅排水孔的处理方案, 且建议固结灌浆范围为5~8 m, 排水孔深度1~2 m。     

南水北调中线工程黄羑段渠道排水计算分析

为解决南水北调中线工程黄河北—羑河北段渠道高地下水位渠段渠道边坡及衬砌的稳定性问题,计算衬砌下地下水的扬压力,采用有限元法复核渠道内坡排水措施,在稳定渗流工况与非稳定渗流工况下,采用不同排水管间距、粗沙垫层厚度和渗透系数、基础土层渗透系数组合,对衬砌板下水头敏感性进行分析,并根据计算分析结果对高地下水位渠段提出了衬砌排水垫层、排水管的调整措施,以优化排水设计,节省工程投资。     

大流量涌水封堵结合无盖重高压防渗固结灌浆在锦屏二级水电站中的应用

结合锦屏二级引水隧洞工程实际创新施工工艺,通过堵水灌浆与混凝土衬砌前防渗固结灌浆的施工结合,在形成一定厚度围岩固结加载圈,抵抗高水头压力,防止外水内渗,保证施工质量的同时,又兼顾总体施工组织安排,为工程顺利推进提供了有利综合保障.     

水工隧洞外水压力作用下有限元计算分析

结合大比尺结构试验,采用数值模型分析(软件采用MIDAS GTS软件)隧洞衬砌在外水压力作用下的应力应变情况。结果表明,在地下洞室中,做好围岩固结灌浆设计、施工,能有效降低衬砌结构的外水压力,提高岩体承受外水压力的能力,提高隧洞周围岩体的稳定安全性,该作用效果在地下水比较丰富的地区,渗透性较强的岩体工程较为显著。结合水工隧洞的运行状况,若做好隧洞的固结灌浆圈,当隧洞存在一定的内水外渗情况,可以减轻外渗影响,避免造成工程事故。可为今后更为安全、合理的隧洞设计提供相应的研究基础。     

考虑地下水渗流影响的衬砌隧洞弹塑性分析

考虑地下水渗流场的作用,将含水围岩作为两相介质体,视外水压力为渗透水作用在围岩和衬砌应力场中的体积力,分别考虑围岩与衬砌的渗透系数,并基于岩体应变非线性软化特征,对衬砌隧洞进行弹塑性分析,得到了渗流场作用下围岩与衬砌的应力和位移解析计算式,并得到围岩开始产生屈服的极限应力。计算表明,当考虑渗透水压力作用时,围岩径向应力和切向应力都增大,并使围岩塑性区扩展;当隧洞围岩、衬砌材料的渗透系数差异显著时,不能简化为等渗透系数处理。     

江坪河水电站导流洞衬砌失效条件下涌水量计算及预测分析

最大涌水量的测算是江坪河水电站导流洞应急抢险排水预案设计的关键问题。为此,分别采用解析方法和有限元数值方法预测了江坪河水电站导流洞衬砌失效的极端假设条件下导流洞的涌水量,通过两个方法计算结果对比,验证了解析方法求解方形断面隧洞涌水量的适用性,进而对不同渗透系数进行敏感性分析。结果表明,在不考虑灌浆且围岩渗透系数一定的条件下,江坪河水电站导流洞涌水量随着初期支护渗透系数的降低而不断减小;同时,预测了不同渗透系数对应的最大涌水量,可为应急抢险设计提供参考依据。     

小浪底引黄工程引水干线隧洞突涌水封堵方案

小浪底引黄工程引水干线2号隧洞,掘进至桩号32+013时,发生突涌水。隧洞排水量约10 896 m3/d,已接近12 000 m3/d排水系统极限。为确保施工安全,降低隧洞排水压力,减小淹洞风险,采用化学灌浆对富水洞段地下水进行封堵。文章对掌子面涌水孔、掌子面封堵、注浆效果检验等工艺进行了阐述。采用化学灌浆取得了很好的效果,既提高了围岩的整体性,又达到了堵水的目的,开挖掘进过程中,掌子面的渗流量明显降低。     

岩溪水库工程取水兼放空隧洞洞内垮塌处理分析

岩溪水库工程取水兼放空隧洞受到地形等因素的影响,导致在开挖施工中多次出现垮塌现象,该段洞内多为碎石夹泥充填,且溢洪道左侧边墙顶部出现Lf1~Lf7条裂缝,分布在导流洞垮塌段顶部附近,且宽度逐渐增加后稳定,因而对其进行有效的处理是十分必要的。通过对岩溪水库工程取水兼放空隧洞洞内垮塌现状及原因的分析,提出取水兼放空隧洞洞内垮塌处理方案,采用永久衬砌、充砼回填处理,加强地表截排水和洞内排水,并对垮塌段预部围岩进行固结灌浆处理,实施后,效果良好。