某无压隧洞设计计算书

一、 基本资料1）隧洞水力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进口渐变段首端渠底高程m1177.914进口渐变段水头损失系数0.2出口渐变段水头损失系数0.52）上、下渠道水力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标参数值III类围岩W类围岩V类围岩1岩石容重（kN/m3）2424242围岩坚固系数f4-52-30-13单位弹性抗力系数Ko（MPa/cm）930.54外水压力折减系数0.450.550.854）衬砌材料参数项目符号单位数值备注砼轴心抗压设计强度N/mm211.9C25弹性模量EcN/mm228000钢筋抗拉（抗压）设计强度N/mm2300HRB400最小配筋率Pmin%0.15钢筋砼容重kN/m3255）结构计算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/偶然组合最大裂缝宽度限值%mm0.25三类环境类别二、 隧洞断面比选1、长短洞判别当底板为缓坡而趋于平坡，长短洞的界限长度为L= （512） H式中 H上游水深L= （512） H= （512） x2.237=11.226.8m本隧洞长度L=397m26.8，因此本隧洞长洞，洞身断面尺寸可按明渠均匀流公式试算：Q ac、IR洞身断面尺寸拟定按底宽分别为2.0m、2.1m、2.2m、2.3m及2.4m进行比较计算，计算成果 如下表：高坡隧洞城门洞型断面尺寸比较统计表工况底宽B(m)水深(m)顶拱角度 ()洞身净高H (m)糙率n纵坡i过流量(m3/s)水面以上 净高(m)水面以上净 空面积A1(m2)设计2.002.1171202.9380.0141/10007.3890.8211.307加大2.4998.7130.4390.555设计2.101.9991202.7920.0141/10007.3930.7931.296加大2.2988.7130.4280.55设计2.201.8941202.6660.0141/10007.3910.7721.292加大2.2478.7130.4190.547设计2.301.8021202.5440.0141/10007.3950.7421.262加大2.0888.7130.4560.633设计2.401.7191202.4430.0141/10007.3930.7241.254加大2.0028.7150.4410.618隧洞进出口接上、下游渠道，渠底宽2.1m,根据以上比较结果，随着底宽B加大，洞身面积减小隧洞进出口连接段变化幅度较大，水流衔接不平顺，水头损失较大，综合考虑以上两方面因素，本隧洞H=2.792m。、 隧洞水力计算四、 隧洞结构计算1、计算程序与方法隧洞衬砌结构按新奥法理论进行设计，衬砌型式采用钢筋混凝土衬砌。隧洞衬砌采用结构力学方法计算。隧洞结构计算软件采用理正计算通用程序。结构计算简图如下。+独巡迥27002、计算工况及荷载组合依据水工隧洞设计规范（SL279-2002） 6.2条规定，本输水隧洞结构设计应考虑以下 三种工况及最不利荷载组合：（ 1）正常工况：正常运行期最不利荷载组合（基本组合） 山岩压力+衬砌自重+围岩弹性抗力+内水压力+外水压力；（2）特殊工况 1：检修期最不利荷载组合（基本组合） 山岩压力+衬砌自重+围岩弹性抗力+外水压力；（3）特殊工况 1：施工期最不利荷载组合（基本组合） 山岩压力+衬砌自重+围岩弹性抗力+外水压力+灌浆压力；表 4-1城门洞型典型断面计算参数表围岩类别W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（kN/m3）2424开挖宽度B （m）2.902.90开挖咼度H （m）3.613.61洞内设计水深（m）1.9991.999弹性抗力（MPa/cm）30.5根据地质提供参数灌浆压力（MPa）0.30.3200300kPa衬砌容重（kN/m3）2525C25钢筋砼3、荷载计算1）围岩压力依据水工隧洞设计规范（SL279-2002）6.2.4条规定，本隧洞V类围岩压力按规范624条规定的公式计算。垂直方向q =（0.20.3）丫 Bvr水平方向q =（0.050.1）丫 Hhr式中qv 垂直均布围岩压力， kN/m2qh 水平均布围岩压力， kN/m2Yr 围岩容重，kN/m3B 隧洞开挖宽度， mH 隧洞开挖高度， m（1）W类围岩在自稳的条件下并采取有效的支护时，围岩压力计算如下：垂直方向 q = 0.2丫 B = 0.2 x 24x 2.9=13.92kN /m2vr水平方向 q = 0.05y H = 0.05 x 24x 3.61=4.33kN /m2hr（2）V类围岩自稳能力较差，采用有效的支护后能自稳，围岩压力计算如下：垂直方向 q =0.3y B =0.3x24x2.9=20.88kN /m2vr水平方向 q =0.1y H =0.1x24x3.61=8.66kN /m2hr2）弹性抗力岩石的弹性抗力由理正程序通过弹性抗力系数值自行计算，本计算只考虑弹性抗力系数的计算。岩石的弹性抗力系数k按下式计算：100kk =0式中k岩石弹性抗力系数，kN/m3；k0一单位岩石弹性抗力系数，MPa/cm；r隧洞的开挖半径，非圆形隧洞，r=B/2, cm；V 类围岩：k 二 100ko 二 100 乂 0.5 二 0.345MPa/cm=34.5MN/m 3 r 290/2W类围岩：k 二 100ko 二 100 X 3 二 2.07MPa/cm=207MN/m 3 r 290/23) 灌浆压力依据水工隧洞设计规范(SL279-2002) 9.1.2条，W、V类围岩段(钢筋混凝土衬砌)回填灌浆压力值为0.3MPa，并沿洞轴线方向(单位长度)等效为洞顶拱均布荷载。顶拱半径 r=1.212m120顶拱面积 S =x 3.14 x 1.212 = 2.54m 2180折减后灌浆压力为 0.3/2.54=0.118MPa4) 外水压力本隧洞全段均处在地下水位之上，无须考虑外水压力。5) 不同工况荷载计算成果表 4 -2不同工况荷载计算成果表围岩类型及计算工况垂直山岩 压力qv (kN/m2)水平山岩 压力qh (kN/m2)内水压力(kN/m2)回填灌浆压力(kN/m2)弹性抗力 系数(MN/m3)W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、结构计算受力图w、v类围岩结构计算受力图2L74kFa5-)002100500#270025、内力计算及配筋计算采用理正岩土软件计算成果如下表4-3W类围岩结构计算成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-55.8923.84470检修期-55.8921.53470C162001005施工期-112.25957.77977表4-4V类围岩结构计算成果表计算工况轴向力kN弯矩kN.m单侧纵筋曰【亠7777Hrt /实际配筋实配面积mm2最人面积(mm2)运行期-94.063-49.553832.2C162001005检修期-94.063-44.676882.3施工期-200.8965.2851003.7结论：本隧洞W类围岩段采用双层配筋，内外侧均采用C16200，实配面积1005mm2，大于计算面积977m2，1005-977/977=2.86%v5%，满足规范要求；分布筋采用C12200,实配面积565mm2，卩二需爲二18% min二15%，满足规范要求；配筋率最大裂缝宽度0.11mmw min=0.25m m，满足规范要求。本隧洞V类围岩段采用双层配筋，内外侧均采用C16200，实配面积1005mm2，大于计算面积 1003.7m2， 1005-1003.7/1003.7=0.13%Pm】n二15%，满足规范要求；配筋率最大裂缝宽度0.158mmvwmin=0.25mm，满足规范要求。