(完整版)XX水库供水隧洞结构计算书

龙洞河水电站有压引水隧洞结构计算书

1 工程概况

公明供水调蓄工程供水隧洞是从鹅颈至公明水库连通隧洞L0+387桩号接往石岩水库的一条供水隧洞，全长6.397km，桩号为G0+000~G6+397。根据初步设计报告供水隧洞为2级建筑物，设计流量为10.24m3/s，采用圆型断面，内径为3.4m。供水隧洞进口底高程为29.60m，出口底高程为27.50m，隧洞全段纵坡为-0.0328%。供水隧洞Ⅱ类围岩3576m、Ⅲ类围岩1836m、Ⅳ类围岩345m、Ⅴ类围岩310m。

2 设计依据

2.1 规范、规程

《水工隧洞设计规范》（SL279-2002）（以下简称“隧洞规范”）

《水工隧洞设计规范》（DL/T 5195-2004）（电力行业标准，下称“电力隧洞规范”）《水工钢筋混凝土结构设计规范（试行）》（SDJ20-78）（以下简称“砼规”）

《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB 50086-2001）

2.2 参考资料

《深圳市公明水库调蓄工程初步设计报告》（深圳市水利规划设计院，2007.05）

《G-12隧洞衬砌内力及配筋计算通用程序》

《PC1500程序集地下结构计算程序使用中的几个问题》（新疆水利厅，张校正）

《取水输水建筑物丛书－隧洞》

《水工设计手册－水电站建筑物》（水利电力出版社，1989）

《水击理论与水击计算》（清华大学出版社，1981）

《水力学－下册》（吴持恭，高等教育出版社，1982）

3 计算方法

隧洞支护及衬砌结构按新奥法理论进行设计，支护型式采用锚喷支护通过工程类比确定，喷锚支护类型及其参数参照电力隧洞规范附录F 表F.1选取；衬砌型式采用钢筋混凝土衬砌。根据隧洞规范6.1.8条第2点规定，围岩具有一定的抗渗能力、内水外渗可能造成不良地质段的局部失稳，经处理不会造成危害者，宜提出一般防渗要求，本工程按限制

裂缝宽度设计，裂缝宽度短期组合不超过0.3mm，长期组合不超过0.25mm。隧洞衬砌采用结构力学方法计算。隧洞结构计算软件采用PC1500程序集中的G-12隧洞衬砌内力及配筋计算通用程序。

4 计算工况

4.1基本组合

工况1：正常运行期（衬砌自重+围岩压力+弹性抗力+设计内水压力+外水压力）

工况2：检修期（衬砌自重+围岩压力+弹性抗力+外水压力）

4.2特殊组合

工况3：施工期（衬砌自重+弹性抗力+外水压力或灌浆压力）

工况4：校核工况（衬砌自重+围岩压力+弹性抗力+校核内水压力+外水压力）

5 典型计算断面及其选择原则

Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ及土洞典型断面按荷载受力不利原则选取。计算围岩压力时，采用围岩压力最大处断面；计算弹性抗力时，采用地勘提供参数的小值平均值；计算内水压力时，采用各类围岩承受最大静水压力处断面；计算外水压力时，对无内水组合工况采用地下水作用最大水头处断面，对有内水组合工况采用地下水作用最小水头处断面。

各类围岩断面几何初步拟定情况见表5-1。

表5-1各类围岩断面几何参数

6 荷载计算

6.1 围岩压力

1. Ⅱ、Ⅲ类围岩自稳条件好并采取了有效的支护，不考虑围岩压力。

2. Ⅳ类围岩能自稳数日，采取了有效的支护，围岩压力按隧洞规范6.2.4-1~2式计算：

Q4=0.2×γr×B= 0.2×23×4.4=20.24kN/m=2.024×10kN/m

Q2= Q3=0.05×γr×H=0.05×23×4.4=5.06kN/m=0.506×10kN/m

3. Ⅴ类围岩自稳能力较差，采用有效支护后能自稳，围岩压力按隧洞规范6.2.4-1~2式计算：

Q4=0.3×γr×B= 0.3×21×4.6=28.98kN/m=2.898×10kN/m

Q2= Q3=0.1×γr×H=0.1×21×4.6=9.66kN/m=0.966×10kN/m

4. 土洞围岩压力计算

1）计算依据

土洞围岩压力按隧洞规范8.1.2条确定：对能形成塌落拱的土洞，可按松动介质平衡理论估算围岩压力；不能形成塌落拱的浅埋土洞，围岩压力宜按顶拱的上覆土体重力计算围岩压力，并根据地形条件、施工所采取的稳定措施予以修正。

2）计算断面的确定

对供水隧洞进出口处深埋土洞根据北线隧洞经验可以形成塌落拱，故土洞围岩压力最大处为深浅埋土洞的分界处，计算断面亦取深浅埋土洞的分界处。

3）塌落拱高度计算

查《取水输水建筑物丛书－隧洞》P54表3-2岩石坚固系数及其它力学指标表，密实粘土及粘质土坚固系数f K=1.0，换算内摩擦角为

Φ=45°。

b1=2.3m，b2=b1+ b1×tg(45-Φ/2)=3.253m。

计算塌落拱高度等于拱跨度之半b2除以岩石的

坚固系数f K，即h=b2/f K=3.253/1=3. 253m。

根据《取水输水建筑物丛书－隧洞》3-9式，取

曲线形洞顶实际塌落拱高度为计算塌落拱高度的0.7

倍，荷载等效高度（塌落拱高度）H g=0.7h=2.277m。

4）垂直围岩压力计算

根据规范8.1.2条条文说明，深浅埋土洞的分界深度H p=2.5H g=2.5×2.277=5.69m

《锚杆喷射混凝土支护技术规范》第4.4.7条规定：浅埋土质隧洞采用钢架喷混凝土支护时，钢架应有足够的刚度和强度，应能承受40~60kN/m2的垂直土压力。

《铁路隧道新奥法指南》第3.4.13条规定：钢架的设计强度，应保证能单独承受2~4m 高的松动岩柱重量。

本次计算按初期支护承担2m土重考虑，则折减以后土洞围岩压力为：

Q4=(5.69-2)×18=66.42 kN/m=6.642×10kN/m

5）侧向围岩压力计算

侧向水平围岩压力计算按松散体理论，根据《取水输水建筑物丛书－隧洞》P57页公式3-10及3-11计算。

Q2= 0.7×γ×h×tg2(45°-Φ/2)=0.7×18×3.253×tg2(45-45/2)=7.03 kN/m=0.703×10kN/m

Q3=(0.7×h +H)×γ×tg2(45°-Φ/2)

= (0.7×3.253+4.6)×18×tg2(22.5°)

=22.17 kN/m=2.217×10kN/m

6.2 弹性抗力

围岩单位弹性抗力主要根据初步设计报告第3章表3.6.2.2选取（P89），如表6-1所示。

6.2.1 有内水压力时弹性抗力

有压隧洞围岩弹性抗力系数k=k0/r，单位弹性抗力系数偏安全考虑采用小值平均值，计算结果如下：

Ⅱ类围岩弹性抗力系数k2=((50+75)/2)/2.15=29.07 MPa/cm =290700×10kN/m3

Ⅲ类围岩弹性抗力系数k3=((20+35)/2)/2.2= 12.5MPa/cm =125000×10kN/m3

Ⅳ类围岩弹性抗力系数k4=((5+12)/2)/2.3=3.7 MPa/cm =37000×10kN/m3

Ⅴ类围岩弹性抗力系数k5=((1+2)/2)/2.4=0.625 MPa/cm =6250×10kN/m3

土洞根据隧洞规范8.1.3条按不计土体联合作用考虑，根据《水工隧洞设计规范》（SD134-84）附录程序说明取弹性抗力系数k6=100×10kN/m3