穿黄隧洞衬砌1∶1仿真模型应力观测成果分析

穿黄隧洞选用双层复合衬砌结构,外衬为拼装式钢筋混凝土管片结构,内衬为现浇预应力混凝土结构。为了验证和优化设计,完善施工工艺,开展了隧洞衬砌1〖DK（〗∶〖DK）〗1仿真地下模型试验。模型由内外衬不分隔的联合受力和内外衬由弹性防、排水垫层分隔分别独立工作单独受力的两个试验段组成。主要就试验过程中各工况条件下内衬的钢筋和混凝土应力观测成果进行了分析。分析结果表明,两个试验段在设计内水压工况下,各断面环向均实现了全截面受压,均满足设计要求。     

穿黄盾构隧洞新型复合衬砌结构特性研究

为防止穿黄盾构隧洞在运行期洞内高压水从外衬管片接缝和内衬变形缝外渗,从而诱发洞外围土渗透破坏,确保隧洞能安全稳定运行。采用三维有限元分析和1〖DK（〗∶〖DK）〗1仿真物理模型试验的方法,对穿黄隧洞复合衬砌结构的特性进行了试验研究,探讨了结构型式、破坏机理和风险预防措施以及有关工程应用的具体问题;研究了盾构隧洞复合衬砌3种结构形式的7个具体方案。提出了预应力盾构隧洞结构型式,研发了拼装式管片环与预应力结构相结合的新型复合衬砌型式。这种创新结构设计型式在盾构隧洞工程中尚属首例,可为同类工程参考。     

穿黄隧洞衬砌无垫层段1∶1仿真模型试验及分析

南水北调中线穿黄隧洞衬砌为双层预应力结构,为了揭示其工作性态、应力变形规律,开展了穿黄隧洞衬砌1〖DK（〗∶〖DK）〗1仿真试验。为了验证试验成果,同步对其中无垫层试验段联合承载结构进行有限元计算分析。计算采用考虑接触的非线性有限元方法,模拟试验中管片拼装、分层填土、内衬预应力张拉以及内水压力施加的实际过程,对内外衬之间以及管片之间的接触与传力特性进行计算分析。通过与试验对比显示,无论是结构变形、应力,还是缝隙开度,两者规律一致,数值接近,验证了联合承载结构的受力特性及传力机理,其研究成果可供类似工程结构参考应用。     

穿黄隧洞1∶1仿真试验

穿黄隧洞1∶1仿真试验是南水北调中线最重要的试验项目之一,试验课题多、技术含量高、试验周期长,备受大家关注,在此作简要介绍。一、仿真试验的目的南水北调中线穿黄工程采用隧洞方案穿越黄河,穿黄隧洞为大型水工隧洞,内径7m,外径8．7m,全长4250m．埋深于黄河河床下23～35m,除承受外部较高的水、土荷载外,还承受＞0．5MPa的内水压力。隧洞衬砌采用双层复合结构,外衬为拼装     

环向预应力锚索穿索工艺的改进

本文介绍国家重点工程南水北调中线一期穿黄隧洞预应力钢筋砼衬砌工程1：1仿真试验实施阶段,对预应力锚索制安中的穿索工艺进行革新、改进,使其更加完善,有效地保证现场施工顺利进展的情况。     

南水北调穿黄隧洞衬砌土压力离心试验研究

南水北调工程穿越黄河砂土地基的输水隧洞，拟采用盾构法施工．本文进行了两类离心模型试验，一类模拟隧洞开挖，一类模拟土—结构相互作用，对穿黄隧洞的开挖稳定问题和土—结构相互作用问题进行了初步的研究．试验结果表明：由于强烈的拱效应作用，隧洞周围的砂土能够在远小于原位土压力的支护压力下保持稳定；当隧洞衬砌与周围上体有一个初始间隙（盾尾间隙）时，土作经过位移和与结构发生相互作用，最后作用在衬砌结构上的土压力远小于原位土压力．     

穿黄隧洞内衬预应力混凝土强度有限元计算分析

为验证穿黄隧洞内衬预应力混凝土强度,根据穿黄隧洞双层复合衬砌结构的特点与作用模式,在考虑钢绞线与孔道摩擦、锚具变形及钢筋内缩等引起预应力损失的前提下,采用三维非线性有限元模型对内衬预应力混凝土强度进行了分析与验证。通过计算得出有效预应力在钢绞线上的分布情况,以及分别在张拉工况与设计水头工况下内衬混凝土的内外表面环向应力和平均环向应力的分布规律。计算结果表明:张拉过程中的预应力损失较为严重,需要在施工过程中严格控制张拉应力以及其他引起预应力损失的影响因素,以保证张拉后有效预应力满足强度要求;穿黄隧洞内衬混凝土在两种工况下均实现全截面受压,应力分布满足设计要求,可保证穿黄隧洞的长期有效运行;模拟计算结果的应力参数值与1∶1仿真模型试验值吻合良好,变化规律与关键参数均基本一致。     

穿黄隧洞预应力双层复合衬砌结构受力特性研究

结合穿黄隧洞衬砌1∶1仿真模型试验,采用三维非线性有限元方法进行计算分析,跟踪对比试验中无垫层衬砌段（联合承载）、有垫层衬砌段（独立承载）2 种结构的试验监测数据,研究这种新型双层复合衬砌结构的受力特性。计算采用考虑接触的非线性有限元方法,模拟仿真模型试验中管片拼装、分层填土、内衬预应力张拉 , 以及内水压力施加（充水）的实际过程,研究管片之间以及内外衬之间的缝隙状态和传力机理。研究结果显示：即使内、外衬处于完全张开状态,无垫层模型的预应力荷载也可以通过插筋传递到外衬,表明插筋是实现内外衬砌联合承载的重要结构措施;有垫层模型内外衬砌具有独立承载特性。计算与试验成果对比显示,无论是结构变形、缝隙开度还是衬砌应力,两者规律一致、数值接近,其研究成果可供类似工程参考借鉴。     

盾构隧道衬砌连接螺栓变形的影响因素分析

盾构隧道衬砌连接螺栓是连接衬砌管片之间的唯一部件和最重要的约束,螺栓变形问题是管片设计必需考虑的因素.通过南水北调穿黄盾构隧道管片接头1∶1仿真模型试验,对管片连接螺栓变形的影响因素进行了系统的研究分析,获取了不同偏心距、不同弯矩荷载、不同管片接头间的垫层厚度、不同螺栓预紧力、不同螺栓位置条件下详细的螺栓受力状态和变形特征资料,为盾构隧道管片设计提供依据.     

复杂地质条件下穿黄隧洞工程关键技术综述

穿黄隧洞是南水北调中线穿越黄河的关键工程,工程规模大,地质条件复杂,还需面对河床游动、深度冲淤、砂土地震液化、软土震陷、隧洞渗漏、围土稳定、压力输水安全与长期运用等一系列问题,技术难度高。为此国务院南水北调工程建设委员会办公室将《复杂地质条件下穿黄隧洞工程关键技术》列为“十一五”国家科技支撑计划重大项目中的一个课题。通过对工程总体布置优化和多项专题研究,包括按1:1比尺建立洞顶埋深30余米的隧洞仿真试验模型,较真实地模拟外部水土环境和内水压力等工况条件,经过试验研究,解决了一系列技术难题,确保工程顺利实施,推动了有关工程技术的创新与发展。 