布仑口引水隧洞围岩及衬砌结构温度分布与受力特性分析

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正在施工中的布仑口—公格尔水电站引水隧洞,钻孔内最高温度达到82℃,高地温问题十分突出,且施工过程中降温十分困难,隧洞通风后,洞内温度仍高达60多度,给施工带来了极大的影响。该工程中的高地温对施工方法、施工环境、造价、工程衬砌结构的形式及耐久性都有较大影响。本文正是基于高温对该引水隧洞围岩及衬砌结构受力影响而展开的,拟采用解析方法进行研究,主要成果如下:  (1)针对布仑口引水隧洞存在的高温情况,对施工期围岩内的非稳态温度分布进行了分析,得到围岩温度随通风时间的动态变化规律,并对围岩温度场的各影响因素对降温效果的影响进行详细分析,主要包括风与围岩间对流换热系数、围岩导热系数、通风温度等。  (2)分析了变温引起围岩的温度应力,最大环向温度应力约为1.4MPa;分析温度场与应力场共同作用下围岩的应力特性,得出本深埋工程中施工期围岩的受力以压应力为主,环向最大压应力约为10.5MPa。  (3)分析了运行期衬砌结构与围岩的温度分布表达式,着重分析水与混凝土的对流换热系数、混凝土与围岩导热系数等因素对衬砌温度分布规律的影响。换热系数由110W/(m2·k)增加到500W/(m2·k)时,衬砌内外壁的温度差增加约6%,混凝土与围岩导热系数的比值越小,引起衬砌内外壁温度差越大。  (4)分析了运行期变温引起衬砌温度应力表达式,详细分析了混凝土线膨胀系数、衬砌混凝土初始温度等因素对温度应力的影响,得出混凝土初始温度对衬砌的温度应力分布有较大影响,混凝土初始温度由10℃增加到30℃时,环向拉应力扩大为原来的2.5倍。  (5)分析单纯内水以及内水与温度共同作用下,衬砌的应力分布特征,得出本高温隧洞由于温度变化引起衬砌的温度应力约占总应力的80%,对衬砌结构的受力影响较大。
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