隧洞断面比选及衬砌结构设计计算书

1、PAGE 隧洞断面比选及衬砌结构设计计算书基本资料1）隧洞水力参数项 目目单位符号数值备注设计流量m3/s7.3900加大流量m3/s8.7133隧洞长度m397设计纵坡i0.0011糙率n0.0144进口渐变段段首端渠渠底高程程m1177.9144进口渐变段段水头损损失系数数0.2出口渐变段段水头损损失系数数0.52）上、下下渠道水力力参数项 目目单位符号数值备注设计流量m3/s7.3900加大流量m3/s8.7133底宽m2.1高度m2.8边坡系数0.3设计水深m2.0199加大水深m2.23773）地质参参数序号项目建议物理力力学指标标参数值值类围岩类围岩类围岩1岩石容重（kN/m3）2

2、424242围岩坚固系系数f4-52-30-13单位弹性抗抗力系数数Ko（MPaa/cmm）930.54外水压力折折减系数数0.450.550.854）衬砌材材料参数数项 目目符号单位数值备注砼轴心抗压压设计强强度fcN/mm2211.9C25弹性模量EcN/mm22280000钢筋抗拉（抗抗压）设设计强度度fy/ ffyN/mm22300HRB4000最小配筋率率min%0.15钢筋砼容重重kN/m33255）结构计计算参数数项 目目符号单位数值备注建筑物等级级级4安全系数K1.15/1.00荷载基本组组合/偶然组组合最大裂缝宽宽度限值值wminmm0.25三类环境类类别隧洞断面比比选1、长

3、短洞洞判别当底板为缓缓坡而趋趋于平坡坡，长短短洞的界界限长度度为L=（512）H式中 H上游水水深 L=（512）H=（512）2.2377=11.226.8m本隧洞长度度L=3397m226.88，因此此本隧洞洞长洞，洞洞身断面面尺寸可可按明渠渠均匀流流公式试试算：洞身断面尺尺寸拟定定按底宽宽分别为为2.00m、2.11m、2.22m、2.33m及2.44m进行行比较计计算，计计算成果果如下表表：高坡隧洞城城门洞型型断面尺尺寸比较较统计表表工况底宽B（mm）水深（m）顶拱角度（）洞身净高HH（m）糙率n纵坡i过流量（mm3/s）水面以上净净高（m）水面以上净净空面积积A1(m2)洞身面积AA

4、(m22)H/BA1/A（%）备注设计2.002.11771202.93880.01441/100007.38990.82111.30775.54111.469923.599%15%加大2.49998.71330.43990.555510.022%10%设计2.101.99991202.79220.01441/100007.39330.79331.29665.49331.330023.599%15%加大2.29888.71330.42880.5510.011%10%设计2.201.89441202.66660.01441/100007.39110.77221.29225.45991.21222

5、3.677%15%加大2.24778.71330.41990.547710.022%10%设计2.301.80221202.54440.01441/100007.39550.74221.26225.40771.106623.355%15%加大2.08888.71330.45660.633311.711%10%设计2.401.71991202.44330.01441/100007.39330.72441.25445.37990.996623.311%15%加大2.00228.71550.44110.618811.488%10%隧洞进出口口接上、下下游渠道道，渠底底宽2.11m，根据以以上比较较结

6、果，随随着底宽宽B加大，洞洞身面积积减小（减小幅幅度介于于0.0020.005m2），但隧洞进进出口连连接段变变化幅度度较大，水流衔衔接不平平顺，水水头损失失较大，综合考考虑以上上两方面面因素，本本隧洞洞洞身断面面尺寸推推荐底宽宽B=22.1mm，H=22.7992m。三隧洞结结构计算算1、计算程程序与方方法隧洞衬砌结结构按新新奥法理理论进行行设计，衬衬砌型式式采用钢钢筋混凝凝土衬砌砌。隧洞洞衬砌采采用结构构力学方方法计算算。隧洞洞结构计计算软件件采用理理正计算算通用程程序。结结构计算算简图如如下。2、计算工工况及荷荷载组合合依据水工工隧洞设设计规范范（SL2279-20002）6.2条规定，

7、本本输水隧隧洞结构构设计应应考虑以以下三种种工况及及最不利利荷载组组合：（1）正常常工况：正常运行行期最不不利荷载载组合（基基本组合合）山岩压力+衬砌自自重+围岩弹弹性抗力力+内水压力力+外水压压力；（2）特殊殊工况1：检修修期最不不利荷载载组合（基基本组合合）山岩压力+衬砌自自重+围岩弹弹性抗力力+外水压力力；（3）特殊殊工况1：施工期最最不利荷荷载组合合（基本本组合）山岩压力+衬砌自自重+围岩弹弹性抗力力+外水压压力+灌浆压压力；表4-1 城门洞洞型典型型断面计计算参数数表围岩类别类类备注衬砌厚度（m）0.30.3喷砼厚度（m）0.10.1岩石重度（kN/m3）2424开挖宽度BB（m）2

8、.902.90开挖高度HH（m）3.613.61洞内设计水水深（m）1.99991.9999弹性抗力（MPaa/cmm）30.5根据地质提提供参数数灌浆压力（MPa）0.30.32003300kkPa衬砌容重（kN/m3）2525C25钢筋筋砼3、荷载计计算1）围岩压压力依据水工工隧洞设设计规范范（SL2279-20002）6.22.4条条规定，本本隧洞类围岩岩压力按按规范6.22.4条规定定的公式式计算。垂直方向 水平方向 式中 qv 垂直均均布围岩岩压力，kN/m2qh 水水平均布布围岩压压力，kN/m2r 围围岩容重重，kN/m3B 隧洞洞开挖宽宽度，mH 隧洞洞开挖高高度，m（1）类类

9、围岩在在自稳的的条件下下并采取取有效的的支护时时，围岩岩压力计计算如下下：垂直方向 水平方向 （2）类类围岩自自稳能力力较差，采采用有效效的支护护后能自自稳，围围岩压力力计算如如下：垂直方向 水平方向 2）弹性抗抗力岩石的弹性性抗力由由理正程序序通过弹弹性抗力力系数值值自行计计算，本本计算只只考虑弹弹性抗力力系数的的计算。岩石的弹性性抗力系系数k按下式式计算：式中 k岩石弹弹性抗力力系数，kN/m3；k0单位位岩石弹弹性抗力力系数，MPaa/cmm；r隧洞的的开挖半半径，非非圆形隧隧洞，rr=B/2，cm；类围岩：类围岩：3）灌浆压压力依据水工隧隧洞设计计规范（SL2279-20002）9.1

10、1.2条条，、类围岩段段（钢筋筋混凝土土衬砌）回填灌灌浆压力力值为0.3MPaa，并沿沿洞轴线线方向（单单位长度度）等效效为洞顶顶拱均布布荷载。顶拱半径rr=1.2122m顶拱面积折减后灌浆浆压力为为0.33/2.54=0.1118MMPa4）外水压压力本隧洞全段段均处在在地下水水位之上上，无须须考虑外外水压力力。5）不同工工况荷载载计算成成果表4-2 不同工工况荷载载计算成成果表围岩类型及及计算工工况垂直山岩压压力qv（kN/m2）水平山岩压压力qh（kN/m2）内水压力（kN/m2）回填灌浆压压力（kN/m2）弹性抗力系系数（MN/m3）类运行期13.9224.3319.999207施工期

11、13.9224.33118207检修期13.9224.33207类运行期20.8888.6619.99934.5施工期20.8888.6611834.5检修期20.8888.6634.54、结构计计算受力力图、类围围岩结构构计算受受力图5、内力计计算及配配筋计算算采用理正岩岩土软件件计算成成果如下下：表4-3 类围岩岩结构计计算成果果表计算工况轴向力kN弯矩kN.m单侧纵筋最大面积(mm2)实际配筋实配面积mm2运行期-55.88923.844470C1622001005检修期-55.88921.533470施工期-112.259957.777977表4-4类围岩结结构计算算成果表表计算工况轴

12、向力kN弯矩kN.m单侧纵筋最大面积(mm2)实际配筋实配面积mm2运行期-94.0063-49.5553832.22C1622001005检修期-94.0063-44.6676882.33施工期-200.8965.28851003.7结论：本隧洞类类围岩段段采用双双层配筋筋，内外外侧均采采用C162000，实配面面积10005mmm2，大于于计算面面积9777m2，10005-9977/9777=2.86%55%，满足规规范要求求；分布筋筋采用CC122000，实配配面积5655mm22，满足足规范要要求；配配筋率最最大裂缝缝宽度00.111mmwminn=0.25mmm，满满足规范范要求。本隧洞V