摘要：为了研究盾构输水隧洞设垫层预应力复合衬砌的受力特性,以南水北调中线穿黄隧洞工程为背景,采用有限元软件ANSYS建立了盾构输水隧洞预应力复合衬砌结构的整体三维有限元模型,对比了有垫层衬砌结构与无垫层衬砌结构的内衬、外衬的应力分布情况,分析了不设垫层与设不同刚度的垫层时内衬与外衬之间的传力机制,以及垫层刚度的变化对隧洞内衬预应力混凝土环向应力的影响。计算分析结果表明:预应力复合衬砌中设置合适的垫层可以充分发挥内衬预应力的作用效果,实现内衬、外衬独立承载的设计目的,从而可以改善内衬和外衬在隧洞充水运行时的应力分布状态并使外衬具有较大的压应力,提高了衬砌结构的整体安全性;同时,垫层刚度越小,内衬传递给外衬的水压力荷载比越小,越能充分发挥内衬的锚索预应力效果;这种设垫层预应力复合衬砌结构形式在软土地层条件下的高埋深、高内压盾构输水隧洞工程中具有应力分布状态好、防水性能好、整体结构安全度高等综合优势。

摘要：无黏结曲线锚索式预应力衬砌结构是有压水工隧洞采用的一种新型衬砌型式,因结构体系受力机理较复杂,造成结构设计存在困难。为此,本文首先根据无黏结曲线锚索式预应力衬砌结构受力特征分析其数值建模的关键点;然后,提出相应的建模方法:通过设置接触关系实现模拟围岩对衬砌不同的约束作用,利用等效荷载和实体模型相叠加的方法模拟锚索变化的预应力状态,采用梯度荷载分段施加方式模拟预应力损失的非线性分布;最后,基于有限差分软件FLAC3D,以小浪底有压排沙洞为工程案例建模分析,选取衬砌变形、衬砌局部和整体预应力效果、受力最不利位置和衬砌薄弱环节潜在破坏特征等最能反映预应力衬砌结构力学特性的四个方面,将数值计算结果与监测数据对比分析,验证了本文建模方法的正确性。研究表明,本文提出的建模方法原理明确、建模快捷、结果可靠,对工程设计具有指导意义。

摘要：在已建工程运行过程中,由于受到诸多不确定因素的影响,水工隧洞内部出现不同程度的混凝土衬砌开裂、渗漏等问题,对工程运行效益造成严重影响,这种情况下,则需在保证衬砌预应力水平不变的基础上,对水工隧洞预应力衬砌结构进行优化设计,以减少该类型结构对工程后期投入运行的影响。本文以无粘结环锚预应力衬砌结构为例,主要从无粘结环锚预应力衬砌结构的特点入手,并结合实例对该结构的优化设计进行分析,可为类似工程提供参考和借鉴。

摘要：新型无黏结环锚衬砌具备预应力损失低、薄弱区小、施工便捷等优势,但因结构复杂致使力学特性不明确,阻碍了其广泛应用。依托引松工程总干线压力隧洞,开展了首次预应力环锚衬砌大型原位加载试验,明确了内水压加载过程中衬砌预应力重分布特征,揭示了环锚拉力、钢筋应力以及锚固应力损失变化规律,并探讨了围岩和环锚衬砌联合承载作用。原位试验表明:环锚衬砌整体预应力分布均匀,高效地利用了锚索高强抗拉性和混凝土抗压性,常规钢筋作用极小,因而整体可不配筋或仅构造配筋;锚具槽背后混凝土预应力稍薄弱,是高内水压作用下结构潜在破坏区域,但内水加载过程中衬砌环向、纵向预应力值趋于一致,将有效减缓预应力薄弱部位开裂倾向;环锚衬砌具备优越的抗拉和抗渗性能,可不依赖于围岩条件而独立承载,也可利用围岩部分承载以降低预应力设计值或增加结构安全裕度,它能为覆盖层薄、地质条件差且内水压力高的大直径压力隧洞长期存在的支护难问题,提供解决新途径。

摘要：为了分析输水隧洞预应力混凝土衬砌结构应力对相关因素的敏感性,以穿黄隧洞工程为例,选取张拉控制应力σcon、预应力钢筋与孔道壁的摩擦系数μ、钢绞线孔道局部偏差摩擦系数k以及锚具变形和钢筋内缩值a等4个因素作为敏感性参数,通过正交试验设计法确定计算方案,采用三维有限元方法计算了各因素不同取值时管壁混凝土的应力状态。利用极差分析方法分析了管壁混凝土环向应力和轴向应力对上述4个因素的敏感性。结果表明,在钢绞线张拉完成、充水达到设计水压的两种工况下,管壁混凝土环向应力和轴向应力对这4个因素的敏感性由高到低依次为:μ、σcon、a、k,特别是μ和σcon对管壁混凝土环向应力有显著影响,在数值计算中需要评估或者通过试验验证这2个因素取值的准确性,以保证参数取值反映实际情况以及数值计算结果的可靠性。

摘要：依托吉林省中部城市引松供水工程无黏结环锚预应力混凝土衬砌现场原位试验,对预应力衬砌张拉工艺进行了优化研究,提出了以单个衬砌浇筑块中部锚具槽为起点,两排锚具槽同时向两端进行张拉的张拉顺序,并根据张拉试验总结了4个张拉质量控制指标。现场张拉试验表明:优化后的张拉工艺与小浪底排沙洞工程相比,张拉效率得到了大幅提高,具有较大的经济效益。4个张拉质量控制指标不仅可以保证张拉质量,而且指标均可量化,实际操作简便易行,可为引松供水工程环锚衬砌后续施工及今后类似工程提供重要参考。

摘要：无粘结环锚预应力混凝土衬砌是有压水工隧洞采用的一种新型衬砌型式,由于衬砌结构组成体系复杂,导致其内部应力状态分布极为复杂,且在不同工况下受力会发生显著变化。为了解该结构在施工期和运行期的受力状态,并及时掌握衬砌安全状况,对小浪底排沙洞环锚预应力衬砌张拉期和运行期的应力状态进行了研究。采用等效荷载法和实体建模法相结合的方法建立数值模型,通过对应力状态计算和应力状态现场实测值进行对比,明确了不同工况下预应力衬砌受力状态。研究结果表明,小浪底排沙洞环锚衬砌在张拉期和运行期预应力状态都处于安全范围。研究结果对无粘结环锚预应力混凝土衬砌的设计、施工具有重要参考意义。

摘要：概述了无粘结环锚预应力衬砌技术的国内外现状,总结了无粘结环锚衬砌的优缺点和国内外工程概况,对隧洞无粘结环锚预应力衬砌技术的发展提出了展望。

摘要：预应力混凝土衬砌张拉是盾构输水隧洞预应力衬砌施工的关键环节,现有张拉方法工序繁复,施工效率较低,难以进行合理的资源配置。本文以珠江三角洲水资源配置工程某输水盾构隧洞预应力衬砌区间为例,通过有限元数值模拟和现场施工工效对比,对预应力混凝土衬砌张拉施工方案进行优化。结果表明:采用一机两顶,单次张拉双侧2个锚具槽的优化方案不仅能够满足结构安全需求,整体变形相较于设计工况减小了28.04%,对结构变形的改善效果最好,并且施工时的张拉次数比设计工况减少了22次,经过现场施工工效对比,每个预应力混凝土浇筑节段张拉优化方案可节省张拉施工时间19.98 h,在保证结构安全的前提下显著提高了施工效率。研究结果可为类似工程提供参考。

摘要：地下多层洞室是压气储能(CAES)工程的关键环节,其优化设计对提高压气储能工程的效率至关重要,而大多数压气储能工程的洞室优化模型只考虑强度指标,未考虑经济性指标。本文采用有限元方法模拟了高温高压作用下的CAES多层洞室,计算了各层的应力场和应变场(通过试验验证了εθ_(max)出现在衬砌层的顶部),并论证了衬砌层εθ_(max)受结构参数的影响较小,以及预应力衬砌的必要性。预应力衬砌洞室的数值计算结果表明,施加预应力可以有效地减小εθ_(max),提高CAES预应力衬砌洞室的稳定性。建立了一种新的CAES预应力内衬洞室的多目标优化模型,该模型考虑了安全性(最小化预应力以满足其强度条件)和经济性(最小化洞室表面积以降低施工成本)。计算结果表明,多目标优化模型比单目标优化模型(仅考虑强度指标)更安全、更经济地获得CAES多层洞室结构。