引松隧洞预应力钢筋混凝土衬砌结构计算分析

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1、第28卷第5期长江科学院院报Vo1．28No。520l1年5月JournalofYangtzeRiverScientificResearchInstituteMav20l1文章编号：1001—5485(2011)O5—0063一o4引松隧洞预应力钢筋混凝土衬砌结构计算分析刘阳，王倩，刘阳(女)(吉林省水利水电勘测设计研究院，长春130021)摘要：针对吉林省中部城市引松供水工程机械式后张法预应力钢筋混凝土衬砌输水隧洞工程，采用普通解析法和弹塑性有限元2种计算方法，对预应力钢筋混凝土衬砌进行了计算对比分析，提出了有限元计算结果是合理可行的。计算结果表明：对于本工程线路穿越沟谷及波状台地区

2、的多段浅埋有压隧洞，采用预应力混凝土衬砌结构是切实可行的。对于预应力钢筋混凝土衬砌隧洞这种复杂的结构形式，采用有限元计算能够更好地模拟开挖、预应力施加、围岩与衬砌结构的受力状态，相对于普通的解析法，其计算结果更接近实际，对控制工程总投资可起到关键作用。同时总结了预应力衬砌的优点和应用前景，提出了需要进一步研究和探讨的问题。关键词：引松供水工程；隧洞；预应力；衬砌中图分类号：TV732．3文献标识码：A内力；另一类是有限元法(数值计算法)，是将衬砌与围岩作为整体进行计算。本文对隧洞衬砌结构的1概述计算，采用解析法和有限元计算方法进行对比分析。近年来，我国水利水电工程预应力技术发展较快，从

3、坝工预应力混凝土结构扩展到水工隧洞预应2衬砌布置及计算条件力混凝土衬砌。继清江隔河岩水电站引水隧洞预应力混凝土衬砌锚束施工获得成功之后，天生桥一级预应力衬砌结构形式如下：衬砌断面内侧布置水电站引水隧洞工程、小浪底水库排沙隧洞工程、大锚具槽，通过钢绞线张拉变形，使衬砌受到挤压，使伙房水库输水工程、南水北调中线穿黄工程等均采衬砌截面形成预压应力。预应力钢筋采用高强度无用了这一技术。粘结低松弛l860级6בpJ15．2钢绞线，公称截面面吉林省中部城市引松供水工程位于吉林省境积A=6×140mm。预应力筋束沿管道轴向的中内，从第二松花江丰满水库库区引水，解决吉林省中心间距为386mm，采用双

4、层双圈无粘结预应力钢绞部地区用水的大型长距离调水工程。多年平均引水线环形游动锚支撑变角张拉技术，环锚锚板锚固端量为8．97亿m，设计引水流量为38m／s。输水总和张拉端各设6个锚孔，内层3根钢绞线从锚固端干线全长约110km，其中隧洞段长97km。线路穿起始沿内层圆周环绕2圈后进入内层张拉端，外层越饮马河与双阳河及两岸台地处，地貌以波状台地3根钢绞线从锚固端起始沿外层圆周环绕2圈后进为主，建筑物隧洞与埋管交替，长达22．8km。有压入外层张拉端，钢绞线锚固端与张拉端包角为2×隧洞洞径6．6in，埋深12～45m，围岩风化层较厚，360。。两侧锚具槽位置圆心夹角80。，预留内槽口岩石强度

5、低，围岩类别以Ⅳ．V类为主，围岩抗渗能长度为1．2in，中心深度为0．25m，宽度为0．20m。力较差，在该段考虑采用抗裂设计，采用后张法无粘以引松工程1号隧洞l5+839断面为例。隧洞结预应力混凝土衬砌结构形式。由于预应力衬砌造埋深30．5m，洞径6．6m，该计算断面处内水压力水价较高，在保证工程安全的前提下衬砌计算成果采头为43．7m，外水压力水头为21．7m。预应力衬砌用值的合理性对控制工程投资起到关键作用。混凝土采用C40W10，衬砌厚度为500mm。钢绞线目前隧洞衬砌计算采用的方法主要分为2大张拉控制应力17"=0．75，=1395MPa。锚具采类：一类是常规结构力学法(解析

6、法)，考虑围岩的用夹片环锚，锚具变形和钢筋内缩值0=5mm。预抗力作用，假定抗力分布后按超静定结构计算衬砌应力钢绞线与孔道壁的摩擦系数=0．0035，考虑收稿日期：2011-O1-o6作者简介：刘阳(1972一)，男，吉林长春人，高级工程师，主要从事水工结构的科研与设计，(电话)0431·85661815(电子信箱)liuy—an@100108@163．tom。长江科学院院报“”孔道每米长度局部偏差的系数=0．0007(注：该⋯，即“⋯=n”：。由弹性力学单个圆筒承受两数值采用黄河小浪底工程对多家无粘结钢绞线的均布压力荷载的拉密解答，经推导可得两圆筒层间实测平均值)。界面均布约束力p为

7、p=若等[(1+专2)一(一。3解析法计算(2)根据《水电工程预应力锚固设计规范》(DL／T式中：为材料泊松比。5176—2003)，将对环形锚束施加的张拉力作为荷载选取内层圆筒脱离体为研究对象，其环向应力之一，组合内水压力、外水压力及其他荷载，进行衬径向应力分别为砌的应力计算。其中，衬砌预应力的计算按照以下一一一(P—一P，)．；简化的理想分析模型⋯考虑：(1)锚索环按照同心圆布置，以预应力钢绞线IT，==一一———(p一P，)L(0≤r