引红济石调水工程深埋输水隧洞外水压力计算探讨

外水压力是深埋隧洞村砌设计中的重要荷载，且往往难以确定，本文结合引红济石调水工程隧洞排水系统的设计对常用外水压力计算方法进行了探讨，并提出了采用渗流理论简化计算外水压力的有效方法，得出合理的设置排水系统及进行围岩灌浆是减少衬砌外水压力和维持地下水系平衡的有效措施。     

引汉济渭工程黄三段深埋长输水隧洞排水方案研究

以有效解决深埋长输水隧洞排水问题为目标,按富水性将隧洞沿线围岩划分为中等富水区、弱富水区和贫水区,采用数值方法模拟衬砌周边渗流场,分析了不同排水设计方案对引汉济渭工程黄三段深埋长输水隧洞衬砌外水压力的影响。结果显示,对于高外水压力情况,将排水孔布置于顶拱处仅能降低顶拱附近的外水压力,无法有效降低作用于底板的外水压力,而排水孔沿衬砌周边均匀布置时,可有效降低作用于衬砌上的外水压力。基于此,讨论了各排水方案的适用条件,给出了深埋长输水隧洞排水设计建议。     

富水区深埋无压长隧洞排水措施及衬砌结构内力分析研究

穿越山岭的深埋隧洞,常遇到丰富的地下水。外水压力对隧洞修建、施工的可行及运行稳定性都有重大影响。解决该问题的重点是通过合理的工程措施降低外水压力。文章提出了"堵排结合"的治水思路,通过采用防排水板和排水孔结合的防排水系统,达到降低外水压力对衬砌结构不利影响的作用,确保围岩和衬砌支护结构的稳定、安全。     

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。     

深埋隧洞透水衬砌渗控研究

高外水压力是富水区深埋长隧洞衬砌结构的主要荷载,直接关系到结构安全和工程建设的成败。基于"先堵后排,堵排结合"的治水思路,研究隧洞衬砌的结构型式。通过具体工程实例,从外水压力大小、灌浆圈渗透梯度、衬砌结构受力3个方面,论证了透水衬砌可以较好地防治高外水压力,为透水衬砌防治高外水压力提供理论依据。     

深埋隧洞外水压力分析与应对

针对深埋隧洞水压力作用,以某隧洞工程为背景,对目前深埋隧洞水压力问题进行了分析,采用数值模拟手段探讨了不同应对措施减弱外水荷载作用的规律,评价其适用条件和效果。最后针对外水荷载处理,提出了以“堵”为主,“堵”“排”结合的原则,在衬砌后的围岩中进行预灌浆封堵地下水,对于无法封堵完全的渗透水使用排水导管或排水盲管进行收集并排入隧洞内,该措施为应对深埋隧洞水压力提供参考。     

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。     

临近水库的隧洞二维渗流场解析解及工程应用研究

水库水头对邻近隧洞地下水渗流的影响较大,威胁到隧洞的运行安全。【目的】为保障邻近水库的隧洞工程的安全,【方法】应用镜像法,通过权重分配考虑水库水头边界及远场水头边界双重影响,推导渗流场解析解,并建立有限元模型进行对比验证。【结果】结果显示,解析解所计算的渗流场水头函数精度满足工程计算要求,可为衬砌结构的初步设计提供理论依据。【结论】基于解析解的参数分析表明：隧洞衬砌外水压力随着隧洞与水库距离增大而减小,其关系曲线呈非线性,隧洞与水库距离越大曲线越平缓,洞线选择时宜尽量选取曲线相对平缓的区间;灌浆可有效减小衬砌外水压力,但随着灌浆质量及灌浆厚度的提升,其对衬砌外水压力的影响逐渐减小;相对而言,灌浆质量对减小衬砌外水压力的作用更为突出,当衬砌外水压力过大时,宜优先选择提高灌浆质量。     

基于ADINA的钢筋混凝土衬砌安全性分析

基于新奥法的衬砌施工理念及透水衬砌理论,采用ADINA有限元软件,以衬砌内混凝土和钢筋结构极限承载力为判别标准,对丹巴水电站引水隧洞在外水压力、内水压力及灌浆压力工况下衬砌的安全性进行了分析评价。数值分析结果表明:该深埋高地应力引水隧洞衬砌在外水压力和灌浆压力作用下,衬砌内混凝土和钢筋处于完全受压状态,其内力满足承载力要求;在内水压力作用下,衬砌满足抗压承载力要求,但受到较大拉应力,衬砌易开裂。     

不同外水压力下输水隧洞结构及配筋计算要点分析

针对输水隧洞在衬砌结构、配筋计算中不同外水压力对结构内力值及配筋结果的影响,根据《水工隧洞设计规范》(SL 279-2016)推荐的作用在钢筋砼衬砌结构上的外水压力计算方法及外水压力折减系数方法对外水压力进行折减,并采用水工隧洞钢筋混凝土衬砌计算机辅助设计软件SDCAD对隧洞衬砌结构在不同外水压力作用下的内力及配筋进行计算。计算结果表明:①无压输水隧洞内力及配筋结果由外水压力控制,外水压力越大,结构所受内力越大,对隧洞的选配钢筋要求也越大;②在外水压力作用下隧洞底板与边墙交接位置出现了应力集中,拉应力大于砼抗拉强度,在设计中应采取一定的措施进行补救,防止结构产生拉裂破坏。     

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。     

特大断面无压泄洪隧洞外水压力取值的探讨

贵州夹岩水利枢纽工程库尾伏流泄洪隧洞为特大断面无压城门洞形,隧洞衬砌厚度及配筋主要由外水压力控制。采用隧洞衬砌四周固结灌浆、设纵横向排水盲管及排水孔等措施进行处理。运用工程类比、有限元渗流分析计算及传统计算方法进行分析研究。结果表明,衬砌排水效果良好,可有效降低隧洞外水压力。该方法对类似工程的无压隧洞外水压力的取值具有参考意义。     

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。     

基于LUSAS软件的TBM隧洞管片衬砌结构分析

以菲律宾某供水项目输水隧洞为例,采用大型通用有限元软件LUSAS,以美国规范为标准进行管片衬砌结构分析,对深埋有压隧洞TBM管片在内、外水压力作用下的受力特点和配筋情况进行研究。计算结果表明:管片衬砌以轴力控制为主,且最大轴力一般发生在衬砌的底部;当外水压力较高,导致配筋较大时,建议在隧洞设置排水管,以降低外水压力,减少配筋。该计算思路和方法可为今后类似管片配筋设计提供借鉴和参考。     

外水压力不应作为控制隧洞混凝土衬砌厚度的主要荷载

目前在水工隧洞衬砌设计中,外水压力是必须考虑的基本因素之一。其值是由洞顶地下水位的静水头乘以折减系数β来确定的,1963年苏联隧洞规范取β=1,1966年我国隧洞规范取β=O.25～1.O。对于深埋隧洞,外水压力作为隧洞衬砌的主要荷载往往控制了衬砌的     

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。     

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。     

基于等效渗流力法的深埋隧洞围岩稳定性分析

在进行渗流应力分析时,等效渗流力法较流固耦合法具有概念清晰、便于理解等优点。利用FLAC3D内置fish语言提取渗流场总水头分布,采用tecplot对总水头在x、y、z向求导,获取单元平均水力梯度,计算等效渗流力并以外力的形式施加于各单元上进行渗流计算,并通过算例验证该方法在模拟隧洞开挖渗流工况的有效性和准确性。某深埋引水隧洞渗流工况围岩稳定性分析结果表明,采用堵排结合的工程措施能有效降低衬砌高外水压力,对维持围岩稳定具有重要意义。     

基于井流理论的隧洞外水压力解析计算方法研究

外水压力是影响隧洞安全稳定运行的关键因素。目前，外水压力的取值仍采用经验性或半经验性的方法，局限性较大。基于井流理论，采用水-岩分算的方式，通过地下水渗流原理推求圆形隧洞外水压力折减系数解析计算公式，并通过数值分析方法进行对比，将成果应用于城门洞形断面进行验证。结果表明，围岩条件即围岩的渗透性主要影响外水压力的大小；衬砌支护完成后，隧洞孔隙水压力会快速降低，然后逐渐趋于稳定，衬砌的阻水作用得到充分发挥；利用解析公式计算等效转换后的城门洞形断面，解析解与数值解误差不大，围岩的渗透性仍为主要因素。     

深部隧洞工程衬砌外水压力取值研究

为隧洞运行衬砌的安全耐久及经济性,采用堵排结合的地下水治理原则降低了衬砌的外水头,研究了排水孔布置对衬砌外缘水头、排水量的影响关系,分析了不同排水孔系统对应解析法中的衬砌等效系数取值。计算结果表明,某隧洞工程排水孔环向夹角采用20°、纵向间距3m时,衬砌外缘水头特征值为5. 21m,大幅降低作用于隧洞衬砌的外水压力,有效改善了衬砌的受力,提高了工程的经济性。