隧洞断面比选及衬砌结构设计计算书

PAGE隧洞断面比选及及衬砌结构构设计计算算书基本资料1）隧洞水力参参参数项目单位符号数值备注设计流量m3/s7.390加大流量m3/s8.713隧洞长度m397设计纵坡i0.001糙率n0.014进口渐变段首端端端渠底高高程m1177.91114进口渐变段水头头头损失系系数0.2出口渐变段水头头头损失系系数0.52）上、下渠道道道水力参数数项目单位符号数值备注设计流量m3/s7.390加大流量m3/s8.713底宽m2.1高度m2.8边坡系数0.3设计水深m2.019加大水深m2.2373）地质参数序号项目建议物理力学指指指标参数数值Ⅲ类围岩Ⅳ类围岩Ⅴ类围岩1岩石容重（kNNN/m3）2424242围岩坚固系数fff4-52-30-13单位弹性抗力系系系数Ko（MPa//ccm）930.54外水压力折减系系系数0.450.550.854）衬砌材料参参参数项目符号单位数值备注砼轴心抗压设计计计强度fcN/mm211.9C25弹性模量EcN/mm228000钢筋抗拉（抗压压压）设计计强度度fy/fy’’N/mm2300HRB400最小配筋率ρmin%0.15钢筋砼容重kN/m3255）结构计算参参参数项目符号单位数值备注建筑物等级级4安全系数K1.15/1...0荷载基本组合///偶然组合合最大裂缝宽度限限限值wminmm0.25三类环境类别隧洞断面比选1、长短洞判别别别当底板为缓坡而而而趋于平平坡，长长短洞的的界限限长度为为L=（5～122）H式中H—上上游游水深L=（5～122）H=（5～12）×2.23377=11...2～26.88mm本隧洞长度L===3977m>>26..8，因此本本隧隧洞长洞洞，洞洞身断面面尺寸寸可按明明渠均均匀流公公式试试算：洞身断面尺寸拟拟拟定按底底宽分分别为2.0m、2.1m、2.2m、2.3m及2.4m进行比较较计计算，计计算成成果如下下表：：高坡隧洞城门洞洞洞型断面面尺寸寸比较统统计表表工况底宽B（m）水深（m）顶拱角度（°）洞身净高H（mmm）糙率n纵坡i过流量（m3///s）水面以上净高（m）水面以上净空面面面积A1(mm2)洞身面积A(mmm2)H/BA1/A（%）备注设计2.002.1171202.9380.0141/10007.3890.8211.3075.5411.46923.59%>15%加大2.4998.7130.4390.55510.02%>10%设计2.101.9991202.7920.0141/10007.3930.7931.2965.4931.33023.59%>15%加大2.2988.7130.4280.5510.01%>10%设计2.201.8941202.6660.0141/10007.3910.7721.2925.4591.21223.67%>15%加大2.2478.7130.4190.54710.02%>10%设计2.301.8021202.5440.0141/10007.3950.7421.2625.4071.10623.35%>15%加大2.0888.7130.4560.63311.71%>10%设计2.401.7191202.4430.0141/10007.3930.7241.2545.3790.99623.31%>15%加大2.0028.7150.4410.61811.48%>10%隧洞进出口接上上上、下游游渠道道，渠底底宽2.1m，根据以上上比比较结果果，随随着底宽B加大，洞洞身身面积减减小（减减小幅度度介于于0.022～0.055m2），但隧隧洞洞进出口口连接接段变化幅幅度度较大，水水流流衔接不不平顺顺，水头头损失失较大，综综合合考虑以以上两两方面因因素，本本隧洞洞洞身断断面尺寸寸推荐荐底宽B=2..11m，H=2..7792m。三．隧洞结构计计计算1、计算程序与与与方法隧洞衬砌结构按按按新奥法法理论论进行设设计，衬衬砌型式式采用用钢筋混混凝土土衬砌。隧隧洞洞衬砌采采用结结构力学学方法法计算。隧隧洞洞结构计计算软软件采用用理正正计算通通用程程序。结结构计计算简图图如下下。2、计算工况及及及荷载组合合依据《水工隧洞洞洞设计规规范》（SL2779-20002）6.2条规定，本本输水隧洞洞结构设计计应考虑以以下三种工工况及最不不利荷载组组合：（1）正常工况况：：正常运行行行期最不不利荷荷载组合合（基基本组合合）山岩压力+衬砌砌砌自重+围岩弹性性抗抗力+内水压力+外水压力力；；（2）特殊工况况11：检修期期最最不利荷荷载组组合（基基本组组合）山岩压力+衬砌砌砌自重+围岩弹性性抗抗力+外水压力力；；（3）特殊工况况11：施工期期最最不利荷荷载组组合（基基本组组合）山岩压力+衬砌砌砌自重+围岩弹性性抗抗力+外水压力+灌浆压力力；；表4-1城门门门洞型典型型断断面计算算参数数表围岩类别Ⅳ类Ⅴ类备注衬砌厚度（m）0.30.3喷砼厚度（m）0.10.1岩石重度（kNNN/m3）2424开挖宽度B（mmm）2.902.90开挖高度H（mmm）3.613.61洞内设计水深（m）1.9991.999弹性抗力（MPPPa/ccm）30.5根据地质提供参参参数灌浆压力（MPPPa）0.30.3200～30000kPaa衬砌容重（kNNN/m3）2525C25钢筋砼3、荷载计算1）围岩压力依据《水工隧洞洞洞设计规规范》（SL2779-20002）6.2..4条规定，本本隧洞Ⅴ类围岩压压力按规范范6.2..4条规定的的公式计算算。垂直方向水平方向式中qvv——垂直均布布围围岩压力力，kN/mm2qh—水平均均布围岩岩压力力，kN/mm2γr—围岩容容重，kkN/m33B—隧洞开挖挖宽度度，mH—隧洞开挖挖高度度，m（1）Ⅳ类围岩岩在自稳稳的条条件下并并采取取有效的的支护护时，围围岩压压力计算算如下下：垂直方向水平方向（2）Ⅴ类围岩岩自稳能能力较较差，采采用有有效的支支护后后能自稳稳，围围岩压力力计算算如下：：垂直方向水平方向2）弹性抗力岩石的弹性抗力力力由理正正程序序通过弹弹性抗抗力系数数值自自行计算算，本本计算只只考虑虑弹性抗抗力系系数的计计算。岩石的弹性抗力力力系数k按下式计计算算：式中k——岩岩石弹性抗抗抗力系数数，kN/mm3；k0—单位岩石石弹性性抗力系系数，MPa//ccm；r—隧洞的开挖挖半半径，非圆圆圆形隧洞洞，rr=B/2，cm；Ⅴ类围岩：Ⅳ类围岩：3）灌浆压力依据水工隧洞设设设计规范范（SL27799-200022）9.1..2条，Ⅳ、Ⅴ类围岩段（钢钢钢筋混凝凝土衬衬砌）回回填灌灌浆压力力值为为0.3MMPPa，并沿洞洞轴轴线方向向（单单位长度度）等等效为洞洞顶拱拱均布荷荷载。顶拱半径r=111.2112mm顶拱面积折减后灌浆压力力力为0.3//22.544=00.1118MMPa4）外水压力本隧洞全段均处处处在地下下水位位之上，无无须须考虑外外水压压力。5）不同工况荷荷荷载计算成成果果表4-2不同同同工况荷载载计计算成果果表围岩类型及计算算算工况垂直山岩压力qqqv（kN/mm2）水平山岩压力qqqh（kN/mm2）内水压力（kNNN/m2）回填灌浆压力（kN/mm2）弹性抗力系数（MN/mm3）Ⅳ类运行期13.924.3319.99207施工期13.924.33118207检修期13.924.33207Ⅴ类运行期20.888.6619.9934.5施工期20.888.6611834.5检修期20.888.6634.54、结构计算受受受力图Ⅳ、Ⅴ类围岩结结构计计算受力力图5、内力计算及及及配筋计算算采用理正岩土软软软件计算算成果果如下：：表4-3Ⅳ类围岩结结构构计算成成果表表计算工况轴向力kN弯矩kN.m单侧纵筋最大面积(mmmm2)实际配筋实配面积mm2运行期-55.8923.84470C16@200001005检修期-55.8921.53470施工期-112.2555957.77977表4-4Ⅴ类围围围岩结构计计算算成果表表计算工况轴向力kN弯矩kN.m单侧纵筋最大面积(mmmm2)实际配筋实配面积mm2运行期-94.06333-49.55333832.2C16@200001005检修期-94.06333-44.67666882.3施工期-200.899965.2851003.7结论：本隧洞Ⅳ类围岩岩岩段采用用双层层配筋，内内外外侧均采采用CC16@@2000，实配面积10055mmm2，大于计计算算面积97777m2，10055--977/977=22..86%<5%，满足规规范范要求；；分布布筋采用C12@@2200，实配面面积565mmmm2，，满足规规范范要求；；配筋筋率最大大裂缝缝宽度0.11mm<wmin=00..25mmm，满足规规范范要求。本隧洞V类围岩岩岩段采用用双