输水隧道受力变形模拟之研究 - 水利技师公会.pdf

水利會訊 第十二期 陳鈞華、宋建明、甘俊二－輸水隧道受力變形模擬之研究 輸水隧道受力變形模擬之研究 陳鈞華 宋建明 甘俊二 屏東科技大學土木工程系 屏東科技大學坡地防災與 七星農田水利基金會董事長 副教授 水資源工程所 水利技師 水利技師 摘 要 本研究目的在於應用 ANSYS 有限元素分析軟體進行輸水隧道開挖施工模擬分析， 進行二維彈性分析,根據模擬結果提供工程規劃設計者可數值化依據。 關鍵詞：數值分析、有限元素法、輸水隧道 一、研究動機目的 關,其中最主要的是地形和地質條件。本研 由地下隧道結構的開挖引起的岩團移 究案例之輸水圓形隧道位置位於台灣南部 動變形。其包括連續和非連續變形兩部 山區某水利隧道，實際狀況之模擬參數說 分，且其影響因素甚多，無法依據理論上 明：全長 3.1 公里，於 1930 年完工通水啟 進行研究，將遇到計算繁雜及誤差等人為 用，隧道平面設計為直線，隧道縱斷面設 不及之因素，另外工程理論計算公式往往 計為單向坡面，設計橫斷面為類似圓形輸 對其作簡化處理或為統計型之經驗式，則 水隧道，隧道口斷面其高寬約 5.4 公尺之 導致計算其模型適應、應用性之不便，或 類似圓形輸水隧道，隧道埋深平均 6m，全 計算結果與工程實際相差甚遠。時代飛快 長 3,108m，縱坡 1/1200，設計流量 56cms， 進步，核心處理器工具之快速運算及有限 流速 2.1m/s，而 1972 年起分三期進行隧道 元素法理論應用之發展，計算非線性模型 加強工，隧道頂拱及側壁敷全面以混凝土 之有限元分析軟體 ANSYS、CFD、PRO-E 襯砌 （強度 210kg/cm2），兩端出口為峽谷， 等的出現，使得能更快速解決模擬工程上 地質狀況（表一）。岩團分類:兩端為 IV 類 複雜繁瑣的計算問題。 岩團,各長約 10Om,中間為 V 類岩團。隧道 支護結構採用混凝土襯砌支護（表二），地 二、材料及方法 錨加勁周圍岩團狀況（表三）。採用全斷面 2.1 工程及模擬參數分析概況 開挖的施工方法。 表一 地質狀況 隧道位置: 輸水隧道位置的選擇與水 庫地理位置有關。隧道具體位置的選擇與 工程地質條件、地形地貌特徵、水文地質、 工程的施工工期、投資額度以及當今的隧 道施工技術水準和今後運營環境要求等有 146 -學術天地 水利會訊 第十二期 陳鈞華、宋建明、甘俊二－輸水隧道受力變形模擬之研究 表二 隧道支撐結構設計參數 表三地錨加勁岩團狀況