隧洞水荷载的静力计算

作用在水工隧洞衬砌上的荷载计算与荷载组合.微课.

它可以减小荷载特别是内水压力所产生的衬砌压力，对砌是有利的。
影响山岩压力和弹性抗力的主要因素都是工程的地质条件若围岩坚固完整，则作用在衬砌上的山岩压力很小（甚至可以不计），而利用的弹性抗力却较大。
三、内水压力
内水压力是作用在衬砌内壁上的水压力。
它是有压隧洞的主要荷载，常对衬砌的计算起到控制作用，其数值可由水力计算来确定。计算方法：分解为两部分:均匀内水压力和非均匀内水压力（无水头洞内满水压力）
参建单位:
杨凌职业技术学院
四川水利职业技术学院山西水利职业技术学院
长江工程职业技术学院
重庆水利电力职业技术学院
计算方法： A、无压隧洞：在衬砌外壁布置排水措施消除外水压力。
B、有压隧洞：
外水压力有抵消内水压力的作用，需慎重考虑。
有压洞： pe e h
pe ——作用在衬砌结构外表面的外水压力强度，kN/m2;
e ——外水压力折减系数；
h ——隧洞中心至地下水位线的作用水头，m。
五、衬砌自重衬砌自重是指沿隧洞轴1米长衬砌的重量，它均匀作用在衬砌厚度的平均线上衬砌单位面积上的自重强度g为：
水工建筑物·微课
作用在水工隧洞衬砌上的荷载计算
主讲人由金玉讲师一级建造师
2014.09
一、围岩压力围岩压力为可能崩塌的岩体对衬砌的压力。特点：受力物体：施力物体：产生原因：围岩自身变形影响因素：衬砌可能崩塌的围岩岩体
岩体强度、裂缝、风化、断面的形状和尺寸、施工方法、衬砌形式等。
计算公式（文克尔假定）
p0 K
p0 ——围岩的弹性抗力强度，kN/cm2；
δ——围岩受力面的法向位移，cm； K——围岩的弹性抗力系数，kN/cm3；与岩性、洞径有关。

水工隧洞混凝土衬砌外水压力、承担均匀外水荷载的圆形隧洞衬砌应力计算

附录E 隧洞混凝土衬砌外水压力计算E.0.1 作用在水工隧洞混凝土衬砌结构上的外水压力可按下式计算：o e e w p h βγ= （E.0.1）式中：p o ——作用在衬砌结构外表面计算点上的外水压强（N/mm 2）；βe ——外水压力折减系数； γw ——水的重度（N/mm 3）；h e ——地下水位线至隧洞衬砌计算点的作用水头（mm ）。

E.0.2 外水压力折减系数βe 可根据围岩地下水活动状态及对围岩稳定的影响，结合隧洞防渗排水情况按表E.0.2的规定选取。

表E.0.2 外水压力折减系数βe级别地下水活动状态地下水对围岩稳定的影响 βe 值 1 洞壁干燥或潮湿无影响0～0.202 沿结构面有渗水或滴水风化结构面有充填物质，降低结构面的抗剪强度，软化软弱岩体0.10～0.403沿裂隙或软弱结构面有大量滴水、线状流水或喷水泥化软弱结构面有充填物质，降低其抗剪强度，对中硬岩体发生软化作用0.25～0.604严重滴水，沿软弱结构面有小量涌水地下水冲刷结构面中的充填物质，加速岩体风化，对断层等软弱带软化泥化，并使其膨胀崩解及产生机械管涌。

有渗透压力，能鼓开较薄的软弱层 0.40～0.805严重股状流水，断层等软弱带有大量涌水地下水冲刷带出结构面中的充填物质，分离岩体，有渗透压力，能鼓开一定厚度的断层等软弱带，并导致围岩塌方0.65～1.00E.0.3 临近水库、河道、其他压力隧洞等水源，沿线设置有防渗帷幕或排水廊道等水文地质条件复杂的隧洞宜进行渗流分析确定地下水压力值。

衬砌结构计算受地下水压力控制的隧洞宜采用防渗排水措施降低地下水压力。

附录F 承担均匀外水荷载的圆形隧洞衬砌应力计算F.0.1 承担均匀外水压力下的圆形隧洞，衬砌结构点切向应力可按下列公式计算：2222(1)(1)i cqo r t p t rσ=-+- （F.0.1-1）o ir t r =（F.0.1-2）式中：cq σ——衬砌结构计算点的切向应力（N/mm 2）。

水工隧洞设计规范(试行)SD134—84

说明第一章总则第二章基本资料第三章隧洞布置第四章横断面形状及尺寸第五章水力设计第六章混凝土和钢筋混凝土衬砌第七章不衬砌与喷锚隧洞第八章灌浆、防渗和排水第九章观测、运行和维修附录一* 围岩分类表附录二高流速防蚀设计问题附录三* 外水荷载折减系数值选用表附录四圆形有压隧洞衬砌静力计算方法附录五圆拱直墙式隧洞衬砌静力计算方法附录六马蹄形隧洞衬砌静力计算方法附录七隧洞衬砌计算通用程序附录八* 喷锚衬砌设计方法附录九混凝土衬砌裂缝及其防止措施打印刷新水工隧洞设计规（试行）SD134—84组织编写部门：水利电力部水利水电规划主编部门：水利电力部勘测批准部门：中华人民国水利电力部试行日期：1985年5月1日中华人民国水利电力部关于试行《水工隧洞设计规》SD134—84的通知(84)水电水规字第141号根据国家计委关于修订设计规的要求，我部委托水利电力部勘测会同有关设计、科研和高等院校等9个单位修编了《水工隧洞设计规》SD134—84，经审定现批准该规颁布试行。

于此同时停止使用1966年颁发的《水工隧洞设计暂行规》。

各单位在试行过程中，如有意见，请告水利电力部勘测和水利电力部水利水电规划。

1985年3月12日说明水利电力部规划设计管理局(79)水电规水字第7号文下达勘测主持对水利电力部1966年颁发的《水工隧洞设计暂行规》进行修订工作。

根据国家建委(80)建发设字第8号文颁发的“工程建设标准规的管理办法”的有关规定精神，以1966年暂行规为基础，结合我国近年水工隧洞建设经验，搜集并借鉴国外先进技术。

在广泛调查研究、专题总结的基础上，先后提出了规讨论稿、初稿以及送审稿，召开了多次讨论会，最后由水利水电规划审定，报水利电力部批准，现颁发试行。

参加本规编写的单位及各单位的主要人员为：主编单位：水电部勘测——段乐斋、黄孟良、俊芳参加编制单位：水电部西北勘测——欣先水电部东北勘测——长海水电部勘测——治水电部勘测——夏广逊省水电勘测——马耀堂水利水电科学研究院——有天清华大学水利系——受天陕西机械学院水利系——戴振霖在本规的编修过程中，得到了许多单位和专家的大力支持和帮助，提供了许多宝贵的资料、意见和具体建议，特致以意。

海底隧道衬砌水荷载计算

海底隧道衬砌水荷载计算
随着科技的发展，海底隧道的技术得到了不断的提高，海底隧道的安全性也越来越重要。

考虑到结构特殊性，施工复杂度，地质条件复杂，地下水介质条件复杂，以及隧道构建时会遇到的潮汐变化等因素，必须进行海底隧道衬砌水荷载计算，以保证海底隧道安全，降低施工文本的风险。

海底隧道衬砌水荷载计算是指海底隧道衬砌全过程的水力学分析。

根据工程实际情况，对地下水流状态、衬砌结构、水深、隧道过流坍塌及地质工程施工祁等进行水荷载有限元分析，并及时捕捉衬砌构造及地下水状态变化，以确保施工文件的安全。

在海底隧道衬砌水荷载计算中，首先要确定海底隧道结构的位置及开挖断面尺寸，接着要建立精确的地下水流动有限元分析模型，对衬砌结构的稳定性进行计算，确保衬砌不会受到海水潮汐的影响而有所变形。

此外，海底隧道衬砌水荷载计算还要结合实际水深及隧道过流情况，进行衬砌结构的水平水荷载及垂直水荷载计算，以确保其耐力设计的安全性。

此外，在海底隧道衬砌水荷载计算中，还要考虑隧道过流构造的特殊性和施工影响，结合隧道过流构造、施工形势及地下水状态，模拟水文地质工程结构施工文本，确保工程的安全性。

总之，海底隧道衬砌水荷载计算是一项重要而复杂的过程，需要对各种相关因素进行定量分析，结合工程施工文本，使海底隧道构建
更加安全有效，确保隧道的安全性。

第七节水工地下洞室衬砌的荷载

第七节水工地下洞室衬砌的荷载一、水工隧洞的荷载组合
基本荷载与特殊荷载
１）正常运用情况
围岩压力+衬砌自重+设计洪水时的内、外水压力
２）施工、检修情况
围岩压力+衬砌自重+可能最大的外水压力
３）非常运用情况
围岩压力+衬砌自重+校核洪水时的内、外水压力
二、衬砌上的荷载计算
１、围岩压力：垂直围岩压力；侧向围岩压力；底部上挤力
2、弹性抗力：当衬砌受力变形后，变形方向指向围岩，就产生弹性抗力。

*考虑弹性抗力的条件:
(1)围岩没有不利的断层或裂隙;
(2)围岩厚度大于洞中内水压力的0.4倍;
(3)围岩厚度大于3倍洞径;
(4)围岩与衬砌之间的间隙被完好填充,接触紧密.
弹性抗力的计算：
其中, k为岩石抗力系数, 为围岩变形.
3.水荷载
内水压力：有压:压坡线
无压:洞内水深
（2）外水压力：指作用在衬砌外壁上的地下水压力，其值取决于洞外地下水位线的高低和外水压力，折减系数的大小。

水工隧洞水力计算

水工隧洞水力计算的内容，一般有:泄流能力计算、水头损失计算、绘制压坡线(有压流）、水面线的计算（无压流）。

1、泄流能力水工隧洞泄流能力计算，分有压流和无压流两种情况。

实际工程中，多半是根据用途先拟定隧洞设置高程及洞身断面和孔口尺寸,然后通过计算校核其泄流量。

若不满足要求，再修改断面或变更高程，重新计算流量，如此反复计算比较，直至满意为止。

（1）有压流的泄流能力有压流的泄流能力按公式(1）计算：02gH A Q μ= (1)式中Q —-泄流量；μ—-流量系数；A ——隧洞出口断面面积;g -—重力加速度。

g H H 2200υ+=式中 H —-出口孔口静水头;g220υ—-隧洞进口上游行近流速水头。

流量系数μ随出流条件不同而略有差异,自由出流和淹没出流分别按公式（2）和公式（3）计算：∑∑⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=222211i j i j j j A A R C gl A A ζμ （2) ∑∑⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=2222221i I I i J j A A R C gl A A A A ζμ （3)式中 A —-隧洞出口断面面积；A 2——隧洞出口下游渠道过水断面面积；ζj -—局部水头损失系数;A j ——与ζj 相应流速之断面面积；L i 、A i 、R i 、C i ——某均匀洞段之长度、面积、水力半径和谢才系数。

上述泄流能力计算公工适用于有压泄水隧洞，对发电的有压引水隧洞，其过流能力决定于机组设计流量，即流量为已知,要求确定洞径.（2)无压流的泄流能力无压泄水隧洞的洞身底坡常大于临界坡度,洞内水流呈急流状态，其泄流能力不受洞长影响,而受进口控制，若进口为深孔有压短管，仍可按公式（2）和公式（3）计算,而忽略其沿程水头损失（根号中的最后一项)。

表孔堰流进口的斜井式无压隧洞，其泄流能力由堰流公式计算:2/302H g mB Q ε= （4) 式中 ε—-侧收缩系数;m -—流量系数;B —-堰顶宽度(m ）；H 0-—包括行近流速水头g 220υ的堰顶水头。

隧道区间荷载计算

一、荷载计算 1.1 地层压力对比不利因素，选取如下断面进行分析:隧道YK22+284.057处，由纵断面图知埋深为h=16.07m ，V 级围岩，横断面衬砌类型为D 型，岩土力学参数表1-1如下：表1-1 岩土力学参数1.1.1 围岩深浅埋的判定偏于安全考虑，取隧道开挖最大轮廓尺寸进行围岩压力的计算，即B=6.2m ，H t =6.5m 。

等效荷载高度：[]140.4520.45210.1(6.25)8.064s q h w m -=⨯⨯=⨯⨯+⨯-=,式中 s —围岩级别，如级围岩s=5； w —宽度影响系数，其值为： ()51-+=B i w其中，B —坑道宽度；i —B 每增加1m 时，围岩压力的增减率（以B=5m 为基准），当B<5m 时，取i=0.2，B>5m 时，取i=0.1。

深浅埋分界深度：q (2~2.5)h (16.128~20.16)p H m ==由于围岩为V 级，围岩软弱破碎且节理发育，故深浅埋分界深度取2.520.16p q H h m ==，q p h h H <<，故隧道为一般浅埋隧道。

1.1.2 围岩压力的计算对于埋深q p h h H <<的一般浅埋隧道，衬砌统一按照一般浅埋段隧道的最大埋深16.07h m =处的围岩压力进行设计和检算。

一般浅埋隧道围岩压力按谢家休公式计算：对于V 级围岩，0(0.5~0.7)θφ=,此处取00.6θφ=，查规范可得V 级围岩似摩擦角为040φ=︒，00.60.64024θφ==⨯︒=︒,则0tan 0.839φ=,tan 0.445θ=,0tan tan 0.839 4.467βφ==+=,[]00tan tan 0.259tan 1tan (tan tan )tan tan βφλββφθφθ-==+-+,又因为水位线在素填土和粉质粘土交界处，故粉质粘土的有效容重为/320.1(122.76%)1014.7kN/m γ=⨯+-=，320.3 2.714.7 6.113.0 2.2413.2 5.0314.93/m 16.07i ih kN hγγ⨯+⨯+⨯+⨯===∑，竖向均布压力：2tan 0.25916.070.445(1)14.9316.07(1)168.25kN/m 6.2v h h Bλθσγ⨯⨯=-=⨯⨯-=拱顶水平压力：2114.9316.070.25962.14/e h kN m γλ==⨯⨯=拱底水平压力：2214.93(16.07 6.5)0.25987.28kN/m e H γλ==⨯+⨯=1.2 水压力拱顶水压力：12110(6.1 2.24 5.03)133.7/w w H kN m σγ==⨯++=拱底水压力：22210(6.1 2.24 5.03 6.5)198.7kN/m w w H σγ==⨯+++=1.3地面车辆荷载及其冲击力 1.3.1 竖向荷载在道路下方的地下结构，地面车辆及施工荷载可按20kPa 的均布荷载取值，并不计冲击压力的影响，即p oz =20kPa 。

隧道衬砌水压力荷载

隧道衬砌水压力荷载随着路网向山区的拓展，线路标准的提升，特别是高速铁路和高速公路大规模的修建，需要修建大量的“深”、“长”、“大”山岭隧道及江、河、海底隧道。

在山岭隧道的修建过程中，经常会遇到地质条件复杂的地层，有时须穿越高水压富水地区，如渝怀铁路圆梁山隧道、锦屏输水隧洞。

在水下隧道修建过程中，地下水问题更是突出，如日本青函隧道、英法海底铁路隧道、厦门翔安海底隧道、青岛胶州湾海底隧道。

本文将对隧道衬砌水压力荷载进行讨论。

标签：隧道；压力；荷载以往，我国山岭隧道工程设计中，对地下水治理采用“防排结合，以排为主”的原则，将衬砌背后的水通过排导系统排入隧道水沟，通常在设计衬砌结构时不考虑外水荷载。

“以排为主”虽能减小衬砌水压力，但不能根治隧道的各种水害，而且直接导致洞顶地下水位下降、地表水和井泉涸竭、地面岩溶塌陷、生态环境恶化，影响人们的生产和生活，隧道部门也苦于补救和巨额赔偿。

生态和环境保护是21世纪可持续发展的主旋律，隧道工程建设必须适应环境保护的要求。

在对地下水的处治过程中，隧道设计理念更新主要体现在防排水措施的变化，而不同的地下水处治方式，会产生不同的衬砌水荷载问题。

地下水对衬砌支护系统的力学作用对隧道的施工安全和建成后的结构可靠度具有重要影响。

到目前为此，国内外学者针对隧道水荷载的研究主要有衬砌水压力取值问题、涌水量预测问题、围岩与衬砌渗流力计算、裂隙岩体渗流状况、水荷载下围岩及衬砌受力状态等几个方面。

1 衬砌水压力问题1.1隧道规范对水压力的考虑国内较早提出衬砌水压力荷载问题的主要集中在水工隧洞界，相比水工部门而言，交通部门对隧道水荷载问题认识水平和研究深度均存在明显的差距。

随着人们对地下水与隧址周边生态环境密切相关的认识不断深入，对隧道工程中地下水处治原则进行了深入的思考，在渝怀铁路的建设中，铁道部第二勘察设计院提出隧道地下水处治的“限量排放”新理念。

至此，隧道工程水压力荷载问题也就完全凸现出来了。

SL 279-2002 水工隧洞设计规范

有关选择衬砌结构静力计算方法的某些内容
有限元计算的力学模型
锚喷结构设计的部分参数
部分附录
对
相比增加的内容如下
本规范适用于土洞设计
环境保护和水土保持的要求
洞内和出口消能的条款
隧洞充放水的规定
施工和安全监测中反馈设计的要求
土洞预应力混凝土灌浆设计的要求
具体增加如下章节
不良地质洞段设计
土洞设计
预应力混凝土衬砌
不良地质洞段设计土洞设计
土洞支护与衬砌
标准分享网
土洞衬砌分缝与防渗止水
隧洞灌浆防渗和排水
灌浆防渗和排水
隧洞安全监测隧洞运行和维修附录高流速防空蚀设计附录圆形有压隧洞衬砌结构计算弹性力学方法附录灌浆式预应力衬砌的结构计算附录混凝土衬砌裂缝及其防止措施本规范用词和用语说明
,
中华人民共和国水利行业标准
水工隧洞设计规范
发布
实施
中华人民共和国水利部发布
中华人民共和国水利行业标准
水工隧洞设计规范
主编单位水利部东北勘测设计研究院
批准部门中华人民共和国水利部
施行日期
年月日
标准分享网
中华人民共和国水利部
关于批准发布水工隧洞设计规范的通知
水国科
标准分享网
相邻两隧洞间的岩体厚度应根据布置需要地质条件
围岩承受的内水压力围岩的应力和变形隧洞横断面尺寸和形
状施工方法和运行情况如一洞有水邻洞无水等因素综合分
析决定岩体厚度不宜小于倍开挖洞径或洞宽岩体较好
时经分析岩体厚度可适当减小但不应小于倍开挖洞径
或洞宽应保证运行期围岩不发生渗透失稳和水力劈裂

隧道围岩渗流和衬砌水压力荷载_王建宇

· 本刊特稿·
隧道围岩渗流和衬砌水压力荷载
王建宇
( 中铁西南科学研究院有限公司成都 610031) 摘要从地下水的渗流作用出发 , 对作用于隧道衬砌的水压力荷载的计算进行了讨论 , 并得出以下几个结论 : 一是在采用全封堵防水衬砌的情况下 , 无论围岩的渗透系数多小 , 都必须考虑同地下水位相应的水压力荷载。二是只有透水的衬砌 ( 或设置排导系统 ) 才能考虑水压力折减系数。水压力折减系数的量值主要取决于衬砌渗透系数同地层渗透系数之比。三是对于高水头的深埋隧道 , 为避免量值较大的水压力 , 应设置排导系统 , 不宜采用全封堵衬砌结构。要采用围岩注浆来控制地下水的排放流量。关键词隧道水压力衬砌结构折减系数中图分类号 U451 文献标识码 A 文章编号 1009 4539 ( 2008) 02 0001 06
Ab s t r a c t O nt h eb a s i s o f s e e p a g e a n a l y s i s , s o m ep r o b l e ms o ne x t e r n a l w a t e r p r e s s u r eo nl i n i n g o f t u n n e l sa r ed i s c u s s e di n t h i sp a p e r .T h ee mp h a s e s a r ee s p e c i a l l yg i v e nt o : ( 1) Wh e nf u l l s e a l i n gw a t e r p r o o f i n gl i n i n g i s e m p l o y e d , n or e d u c t i o nc o e f f i c i e n t f o r t h ew a t e r p r e s s u r es h o u l db ec o n s i d e r e di n t oa c c o u n t n oma t t e r h o ws ma l l t h ep e r m e a b i l i t yc o e f f i c i e n t o f t h eg r o u n di s . ( 2) F o r t h ep e r me a b l el i n i n g ( d r a i n a g ea p p r o a c h ) , ar e d u c t i o nc o e f f i c i e n t w h i c hi s d e t e r m i n e db yt h er a t i o o f p e r m e a b i l i t yc o e f f i c i e n t o f l i n i n gt ot h a t o f g r o u n dr o c km a yb et a k e ni n t oa c c o u n t , i . eβ =f ( k /k) . l r ( 3) I no r d e r t oa v o i dh i g hw a t e r p r e s s u r e , f o rd e e pt u n n e l sw i t hh i g hw a t e r h e a do f g r o u n dw a t e r , ad r a i n a g es y s t e m ma yb er e c o m m e n d e di n s t e a do f f u l l s e a l i n gw a t e r p r o o f i n gl i n i n g .I nt h a t c a s e , g r o u n dg r o u t i n gi s ap r o p e r me a s u r et oc o n t r o l t h el o s s o f g r o u n dw a t e r a n db e n e f i t sz o o l o g yc o n s e r v a t i o n . Ke yw o r d s t u n n e l ;w a t e r p r e s s u r e ;l i n i n g ;r e d u c t i o nc o e f f i c i e n t

水工建筑物的荷载计算

水工建筑物的荷载计算水工建筑物上的作用有：重力、水作用、渗透作用力、风及波浪作用、冰及冰冻作用、温度、土及泥沙作用、地震作用等。

一、自重W=V γ一般素砼取23.5~24kN/m 3，钢筋砼取24.5~25kN/m 3，浆砌石取21.5~23kN/m 3，对土石坝的材料重度应根据具体性能及不同部位，分别取湿重度、干重度、饱和重度、浮重度等几种情况计算。

水工建筑物上永久固定设备，如闸门、启闭机等，其自重标准值采用设备标牌重量作用分项系数：大体积混凝土、土石坝取1.0；对普通水工混凝土、金属结构（设备）取1.05，当自重对结构有利时取0.95。

地下工程的混凝土衬砌取1.1，其对结构有利时取0.9。

二、水压力水体对各种水工结构均发生作用，作用结果是对结构产生水压力，其可分为静水压力和动水压力。

1．静水压力水体静止状态下对某结构表面的作用力称为静水压力（1）作用在坝、闸等结构面上的水压力P H =221H w γ P V =w w V γ（2）管道及地下结构上的水压力计算。

内水压力：作用在管道内壁上的静水压力；外水压力：作用于管道或衬砌外侧的水压力。

对内水压力，为计算方便，常将其分解成均匀内水压力和非均匀内水压力两部分。

h p w wr γ=')cos 1(''θγ-=i w wr r p对有压隧洞的砼衬砌的外水压强标准值可按式（2-6）计算。

e e ek H p ωγβ= （2-6）式中：ek p ——作用于衬砌上的外水压强标准值（KN/m 2）；e β——外水压力折减系数，可按表2-1采用；e H ——作用水头(m)，按设计采用的地下水位线与隧洞中心线的高差确定。

同内水压力一样，外水压力也可分解成均匀外水压力和非均匀外水压力。

非均匀外水压力的合力方向垂直向上，合力的大小应等于单位洞长排开水体的重量。

2．动水压力（1）渐变流时的时均压强：θρcos gh p w tr =式中：tr p ——过流面上计算点的时均压强代表值（N/m 2）；w ρ——水的密度（kg/m 3）； g ——重力加速度(m/s 2)；h ——计算点A 的水深(m)；θ——结构物底面与平面的夹角。

附录六马蹄形隧洞衬砌静力计算方法

点的摩擦力与弹性抗力分布图纵坐标成正比其计算公式为
式中符号见下述
二建议几种常用衬砌结构形式的计算公式和计算步骤
采用的符号
衬砌中心线的半径
拱座断面的计算重心对顶拱水平直径的纵坐
标在点上
衬砌中心线上各点对通过顶拱拱冠中心的水平
轴的纵坐标
衬砌中心线上各点对顶拱水平直径的纵坐标附图在点上
马蹄形隧洞衬砌的荷载作用图
当中心角大于时考虑弹性抗力作用的相应计算方法可参见圆拱直墙式衬砌静力计算方法
建议的计算步骤
确定基本体系中由于单位多余未知力的作用在拱座产生的转角
确定刚臂的长度
附
确定基本体系中由于外荷载作用使拱座产生的转角
附
按公式附
式附
式附
确定变位
和
附确定多余未知力
附
附
式中
附
附
水工隧洞设计规范试行
以下计算可按封闭式衬砌计算公式进行公式附
水工隧洞设计规范试行
续表
附录六马蹄形隧洞衬砌静力计算方法
一总则马蹄形隧洞衬砌的静力计算建议以假定的弹性抗力分布图形为基础用结构力学原理所
得的公式进行计算计算方法的特点是衬砌顶拱按无铰的封闭式的拱座与底板和非封闭式的拱座与岩石按弹性固接进行计算衬砌中的反拱按弹性地基上的梁计算按力法原理计算多余未知力设在弹性中心荷载作用与圆形隧洞衬砌静力计算方法中假定相同
水工隧洞设计规范试行
考虑岩石弹性抗力时假定
衬砌周围的介质用岩石的弹性抗力系数表示
岩石弹性抗力分布图按三点绘制附图
其纵坐标与衬砌中心线成直交各点分别
为
当
时
当

隧道区间荷载计算

一、荷载计算 1.1 地层压力对比不利因素，选取如下断面进行分析:隧道YK22+284.057处，由纵断面图知埋深为h=16.07m ，V 级围岩，横断面衬砌类型为D 型，岩土力学参数表1-1如下：表1-1 岩土力学参数1.1.1 围岩深浅埋的判定偏于安全考虑，取隧道开挖最大轮廓尺寸进行围岩压力的计算，即B=6.2m ，H t =6.5m 。

等效荷载高度：[]140.4520.45210.1(6.25)8.064s q h w m -=⨯⨯=⨯⨯+⨯-=,式中 s —围岩级别，如级围岩s=5； w —宽度影响系数，其值为： ()51-+=B i w其中，B —坑道宽度；i —B 每增加1m 时，围岩压力的增减率（以B=5m 为基准），当B<5m 时，取i=0.2，B>5m 时，取i=0.1。

深浅埋分界深度：q (2~2.5)h (16.128~20.16)p H m ==由于围岩为V 级，围岩软弱破碎且节理发育，故深浅埋分界深度取2.520.16p q H h m ==，q p h h H <<，故隧道为一般浅埋隧道。

1.1.2 围岩压力的计算对于埋深q p h h H <<的一般浅埋隧道，衬砌统一按照一般浅埋段隧道的最大埋深16.07h m =处的围岩压力进行设计和检算。

一般浅埋隧道围岩压力按谢家休公式计算：对于V 级围岩，0(0.5~0.7)θφ=,此处取00.6θφ=，查规范可得V 级围岩似摩擦角为040φ=︒，00.60.64024θφ==⨯︒=︒,则0tan 0.839φ=,tan 0.445θ=,0tan tan 0.839 4.467βφ==+=,[]00tan tan 0.259tan 1tan (tan tan )tan tan βφλββφθφθ-==+-+,又因为水位线在素填土和粉质粘土交界处，故粉质粘土的有效容重为/320.1(122.76%)1014.7kN/m γ=⨯+-=，320.3 2.714.7 6.113.0 2.2413.2 5.0314.93/m 16.07i ih kN hγγ⨯+⨯+⨯+⨯===∑，竖向均布压力：2tan 0.25916.070.445(1)14.9316.07(1)168.25kN/m 6.2v h h Bλθσγ⨯⨯=-=⨯⨯-=拱顶水平压力：2114.9316.070.25962.14/e h kN m γλ==⨯⨯=拱底水平压力：2214.93(16.07 6.5)0.25987.28kN/m e H γλ==⨯+⨯=1.2 水压力拱顶水压力：12110(6.1 2.24 5.03)133.7/w w H kN m σγ==⨯++=拱底水压力：22210(6.1 2.24 5.03 6.5)198.7kN/m w w H σγ==⨯+++=1.3地面车辆荷载及其冲击力 1.3.1 竖向荷载在道路下方的地下结构，地面车辆及施工荷载可按20kPa 的均布荷载取值，并不计冲击压力的影响，即p oz =20kPa 。

水工隧洞的布置荷载计算与支护设计PPT课件

➢泄洪洞 ➢引水发电和尾水洞 ➢灌溉和供水洞 ➢放空和排沙洞 ➢施工导流洞
一洞多用原则：应根据枢纽任务，尽量设计为多用途隧
洞，以降低工程造价。
（2）按流态分类
① 有压隧洞：按管流计算。 ② 无压隧洞：按明渠流计算。 ➢引水发电隧洞一般是有压洞；灌溉输水隧洞常为无压洞； ➢同一条隧洞可以设计成前段有压、后段无压。 ➢在同一洞段，应避免时而有压时而无压的明满流交替流态，其危害：a）易引起振动、空蚀；b）影响泄流能力。 ➢究竟选用有压或是无压隧洞，应根据工程任务、地形地质及水头等条件，通过技术经济比较选定。
最小围岩厚度要求：
➢ 有压隧洞洞身段：围岩厚度＞3D。最小围岩厚度应满足不发生渗流失稳和水力劈裂的要求。工程经验：对于坚硬完整岩体，加衬砌隧洞的最小围岩厚度T≮0.4H（H为内水压力水头）；如不加衬砌或采用锚喷衬砌时， T≮ 1.0H。
➢ 进、出口段：一般顶部岩体厚度≮1B（1D）。
（4）隧洞的纵坡，应根据用途、运行要求、上下游衔接、施工、检修等因素综合比较分析后确定。
水工隧洞的布置、荷载计算与支护设计
1 概述 2 水工隧洞的布置 3 水工隧洞进口段 4 水工隧洞洞身段 5 水工隧洞出口段及消能设施 6 高流速泄水隧洞的水流脉动压力与空蚀 7 水工地下洞室的围岩稳定性 8 水工隧洞衬砌的荷载及荷载组合 9 水工隧洞的衬砌计算与支护设计
2. 类型
（1）按功用分类
3．其它任务隧洞的合一布置
灌溉与发电隧洞合一布置。发电后的尾水用于灌溉。其主要问题是用水上的矛盾。泄洪与排沙隧洞合一。排沙洞进口高程往往较低，施工期还可结合导流，导流完成后改建成泄洪排沙洞。但对于高水头情况，在设计中需要认真研究高速含沙水流的冲蚀、磨损及消能问题。

XX引水隧洞水力计算1

XXX引水隧洞水力计算1、引水系统水头损失计算XX工程引水隧洞设计采用钻爆法开挖、光面爆破成形，隧洞总长度12217.76m，开挖断面为D=2.8m的马蹄形断面，底宽2.50m。

隧洞开挖后根据不同地质条件，洞室围岩分别采取不同的衬砌结构，其中C30喷射混凝土（含素喷、锚喷断面）衬砌洞长3417m，不衬砌断面5730m，采用DN1500钢板衬砌及管桥断面长850m，DN1800钢板衬砌断面长度469.27m，其余为C25钢筋混凝土衬砌断面。

引水系统的水头损失包括局部水头损失和沿程水头损失，其中局部损失按《水力计算手册》中所列公式和参数进行计算，沿程水头损失采用曼宁公式计算。

公式如下：（1）沿程水头损失计算公式：式中：L——引水隧洞长度，m；V——水流流速，m/s；n——糙率值；R——水力半径，m。

引水隧洞及压力钢管的糙率n取值考虑工程规模及施工质量，取值见表1-1。

引水建筑物断面糙率系数表1-1根据上述的糙率n 计算沿程水头损失，经计算，沿程水头损失在设计流量Q=4.56m 3/s 、2.28 m 3/s 时的水头损失值见表1－2。

引水系统水头损失值表1－2 （2）局部水头损失局部水头损失计算公式为：∑=gv h j 22ξ式中：ξ——局部水头损失系数。

引水系统局部水头损失系数取值结果见下表1-3。

引水系统局部水头损失系数表1－3经计算，局部水头损失在设计流量Q=4.56m3/s、2.28 m3/s时的水头损失值见表1－4。

引水系统局部水头损失值表1－4从以上计算，当两台机满发Q=4.56m3/s时，由进水口至蜗壳进口总的水头损失为16.362m，当一台机满发Q=2.28m3/s时，总水头损失为4.09m。

从水头损失计算成果看出，每km的隧洞水头损失1.34m，隧洞沿程不会出现负压现象，隧洞纵断面布置基本合理。

2 引水系统水击压力计算1）计算工况工况1: 机组在最大工作水头下，丢弃全部负荷。

工况2: 机组在最小工作水头下，一台机由空转突然增荷至满发。

隧洞水力计算范文

隧洞水力计算范文隧洞水力计算主要涉及到隧洞内水流的压力和流量的计算。

隧洞作为水工结构，其内部的水流对结构的安全和稳定性有着重要的影响。

因此，需要对隧洞内的水力进行计算和分析，以确定水流对结构的影响，并采取相应的措施保证结构的安全。

1.隧洞内水流的压力计算：隧洞内的水流受到重力的作用，会产生一定的压力。

根据达西公式，可以计算出水流的压力。

达西公式表示为P=γh+½γv^2，其中P为水流的压力，γ为水的密度，h为水流的压力高度，v为水流的速度。

通过测量隧洞内的压力和水流速度，可以计算出水流的压力。

2.隧洞内水流的流量计算：水流的流量是指单位时间内通过隧洞截面的水量。

可以通过测量水流的速度和截面积，计算出水流的流量。

水流的速度可以通过流速计测量，截面积可以通过测量隧洞的尺寸来获得。

根据流量的计算结果，可以判断隧洞内的水流是否过大，从而采取相应的排水措施。

3.隧洞内的水力分析：根据水流的压力和流量的计算结果，可以对隧洞内的水力进行分析。

通过分析水流的压力分布和流量变化，可以确定水流对隧洞结构的影响程度。

如果水流对结构产生过大的压力或者流量过大，会导致结构的破坏或者安全隐患。

因此，需要对水流的水力进行分析，并采取相应的措施保证结构的安全。

4.隧洞内的防洪设计：对于水流较大的隧洞，需要进行防洪设计。

防洪设计包括流量计算、排洪能力计算和设计洪水位的确定。

通过对流量的计算和分析，可以确定隧洞的排洪能力。

根据排洪能力和设计洪水位的要求，可以确定隧洞的截面尺寸和排水设施的设计。

综上所述，隧洞水力计算是对隧洞内水流的压力和流量进行计算和分析的过程。

通过水力计算，可以评估水流对结构的影响，从而确定相应的防护措施，保证隧洞结构的安全和稳定。

隧洞水力计算需要考虑多个因素，如水流的压力、流量、速度和结构的安全要求等。

因此，需要进行详细的测量和分析，以获得准确的计算结果。

隧道区间荷载计算

一、荷载计算 1.1 地层压力对比不利因素，选取如下断面进行分析:隧道YK22+284.057处，由纵断面图知埋深为h=16.07m ，V 级围岩，横断面衬砌类型为D 型，岩土力学参数表1-1如下：表1-1 岩土力学参数1.1.1 围岩深浅埋的判定偏于安全考虑，取隧道开挖最大轮廓尺寸进行围岩压力的计算，即B=6.2m ，H t =6.5m 。

等效荷载高度：[]140.4520.45210.1(6.25)8.064s q h w m -=⨯⨯=⨯⨯+⨯-=,式中 s —围岩级别，如级围岩s=5； w —宽度影响系数，其值为： ()51-+=B i w其中，B —坑道宽度；i —B 每增加1m 时，围岩压力的增减率（以B=5m 为基准），当B<5m 时，取i=0.2，B>5m 时，取i=0.1。

深浅埋分界深度：q (2~2.5)h (16.128~20.16)p H m ==由于围岩为V 级，围岩软弱破碎且节理发育，故深浅埋分界深度取2.520.16p q H h m ==，q p h h H <<，故隧道为一般浅埋隧道。

1.1.2 围岩压力的计算对于埋深q p h h H <<的一般浅埋隧道，衬砌统一按照一般浅埋段隧道的最大埋深16.07h m =处的围岩压力进行设计和检算。

一般浅埋隧道围岩压力按谢家休公式计算：对于V 级围岩，0(0.5~0.7)θφ=,此处取00.6θφ=，查规范可得V 级围岩似摩擦角为040φ=︒，00.60.64024θφ==⨯︒=︒,则0tan 0.839φ=,tan 0.445θ=,0tan tan 0.839 4.467βφ==+=,[]00tan tan 0.259tan 1tan (tan tan )tan tan βφλββφθφθ-==+-+,又因为水位线在素填土和粉质粘土交界处，故粉质粘土的有效容重为/320.1(122.76%)1014.7kN/m γ=⨯+-=，320.3 2.714.7 6.113.0 2.2413.2 5.0314.93/m 16.07i ih kN hγγ⨯+⨯+⨯+⨯===∑，竖向均布压力：2tan 0.25916.070.445(1)14.9316.07(1)168.25kN/m 6.2v h h Bλθσγ⨯⨯=-=⨯⨯-=拱顶水平压力：2114.9316.070.25962.14/e h kN m γλ==⨯⨯=拱底水平压力：2214.93(16.07 6.5)0.25987.28kN/m e H γλ==⨯+⨯=1.2 水压力拱顶水压力：12110(6.1 2.24 5.03)133.7/w w H kN m σγ==⨯++=拱底水压力：22210(6.1 2.24 5.03 6.5)198.7kN/m w w H σγ==⨯+++=1.3地面车辆荷载及其冲击力 1.3.1 竖向荷载在道路下方的地下结构，地面车辆及施工荷载可按20kPa 的均布荷载取值，并不计冲击压力的影响，即p oz =20kPa 。

压力隧洞的衬砌计算

压力隧洞的衬砌计算一、基本资料某水电站压力隧洞，为三级建筑物，拟进行设计的断面桩号为0+320，该设计断面围岩属Ⅲ类，岩石容重3/25m kN R =γ，铅直向和水平向围岩压力系数分别为2.0=y S ，0=x S ，相应的单位弹性抗力系数360/105m kN k ⨯=，隧洞的过水流量s m Q /2.123=，在正常运行情况下，计算断面内壁洞顶静水头m H 5.42=，调压井产生最高涌浪时使洞内增加的静水压力m H 5.17=∆，隧洞内直径m D 10.2=。

采用C20砼衬砌，其设计抗裂强度k P a R f 1600=，相应的弹模k P a E h 7106.2⨯=；采用3#钢筋，其设计强度k Pa R g 5104.2⨯=，相应的弹模kPa E g 8101.2⨯=，钢筋砼容重3/25m kN gh =γ，泊松比61=μ。

对于三级建筑物，钢筋砼结构构件的抗裂安全系数20.1=fK；砼结构构件的强度安全系数50.1=g K ，考虑隧洞超挖m h 15.0=∆。

解：（一）衬砌厚度计算]1][][[--+=pp A r h ghgh i σσ式中：)21)(1()1(0μμμ-+++-=o h h k E k E A =（2.18*108-5*106（1+1/6））/（2.18*108+5*106（1+1/6）(1-2/6)）=0.9545][ghσ=Rf/Kf=1600/1.2=1333.3Kpa均匀内压力P=rw （H+△H ）=9.81*(42.5+17.5)=588.6Kpa]16.5883.13336.5883.13339545.0[05.1--+=h =0.60m（二）荷载计算： 1．均匀内水压力p ：P=(H+△H) γw =588.6Kpa 2．围岩压力q ：q=S y D γR =0.2*2.1*25=10.5Kka 3．单位面积衬砌自重g ：在计算断面上沿着长度方向取1米长的衬砌计算其自重g 。

铁路移动荷载作用下输水隧洞岩基-衬砌结构静动力计算分析

铁路移动荷载作用下输水隧洞岩基-衬砌结构静动力计算分析陈强;葛凯;唐勇勤;牛斌【摘要】为了评价宁东铁路的修建对下伏输水隧洞安全性的影响，对铁路移动荷载作用下隧洞岩基-衬砌结构予以静动力计算分析。

研究结果表明，单线及多线荷载作用下岩基及衬砌结构的应力均低于相应的容许应力；移动荷载作用下岩基和隧洞衬砌质点的位移及速度振动曲线具有明显的三阶段特征，位移影响的深度范围随列车速度的增加而增加，而衰减完成的历时随着速度的增加而缩短。

隧洞上方修建铁路不影响输水隧洞钢筋混凝土衬砌结构的安全，无需对隧洞进行加固处理。

【期刊名称】《铁道建筑》【年(卷),期】2014(000)008【总页数】4页(P35-38)【关键词】隧洞;静动力计算;时程分析;振动位移;振动速度;动力效应【作者】陈强;葛凯;唐勇勤;牛斌【作者单位】蒙西华中铁路股份有限公司，北京 100073;中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京 100081;宁夏宁东铁路股份有限公司，宁夏银川 750011;中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京 100081【正文语种】中文【中图分类】U451+.31 工程概况随着我国铁路及水利工程建设的发展，出现了越来越多的新建铁路上跨或下穿既有建筑物、上下交叉隧洞等形式的地下近接工程［1］，近接工程施工和使用期间的相互影响分析成为研究重点之一。

文献［2-3］研究了不同速度的列车荷载对下伏铁路隧洞结构的影响，探讨了仰拱及边墙等隧道薄弱部位的设计问题;文献［4］研究了移动飞机荷载对下伏隧道的影响，分析了荷载位置对隧道结构不同部位的影响规律等。

对隧道近接工程的相互影响分析成为论证工程安全和可行性的必要工作。

宁东铁路(列车荷载采用铁路标准活载“中—活载”)在D1K6+800处上跨一条输水隧洞，该隧洞净高3.9 m，净宽2.8 m。

衬砌厚30～35 cm，为钢筋混凝土结构，喷锚支护。

洞身于砂泥岩互层中穿过，洞顶距离线路高差为26～28 m。

隧洞水荷载的静力计算

作用在水工隧洞衬砌上的荷载计算与荷载组合.微课.

水工隧洞混凝土衬砌外水压力、承担均匀外水荷载的圆形隧洞衬砌应力计算

水工隧洞设计规范(试行)SD134—84

海底隧道衬砌水荷载计算

第七节 水工地下洞室衬砌的荷载

水工隧洞水力计算

隧道区间荷载计算

隧道衬砌水压力荷载

SL 279-2002 水工隧洞设计规范

隧道围岩渗流和衬砌水压力荷载_王建宇

水工建筑物的荷载计算

附录六马蹄形隧洞衬砌静力计算方法

隧道区间荷载计算

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XX引水隧洞水力计算1

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