重庆市酉阳县龙潭河上游重点河段

综合治理工程（兴隆镇）

隧洞衬砌计算书

计算书编号：J53-3E30-03

设计阶段：施工图设计阶段

编制单位：重庆分公司设计一室

设 计： 年 月 日

校 核： 年 月 日

审 查： 年 月 日

长江勘测规划设计研究有限责任公司

二〇一五年七月

目 录

1 工程概况 3

2 设计依据 3

2.1 规范、规程 3

2.2 参考资料 3

3 计算方法 4

4 计算工况 4

4.1基本组合 4

4.2特殊组合 4

5 典型计算断面及其选择原则 5

6 荷载计算 7

6.1 围岩压力 7

6.2 弹性抗力 8

6.3 内水压力 8

6.4 外水压力 8

6.5 动水压力 9

6.6 灌浆压力 9

7 程序计算结果 9

重庆市 酉阳县

兴隆镇排洪隧洞衬砌结构配筋计算书

1 工程概况

重庆市酉阳县梅江河支流龙潭河上游重点河段（兴隆镇）防洪排涝综合治理工程为重庆市中小流域治理规划建设项目。工程任务为城镇防洪排涝，保护对象为兴隆镇房屋和人口。工程等别为Ⅴ等，建筑物级别为5级，防洪标准为10年一遇。工程由引水渠，排洪隧洞等组成。进口引水渠总长588.31m，隧洞总长2915.68m。

工程方案为隧洞进口由胸墙控制，隧洞内按无压流设计，排洪隧洞的下泄洪水直接排入土坪河支流林木沟，隧洞出口设挑流消能。10年一遇洪水时，排洪隧洞设计下泄流量115.4m3/s。

据《中国地震动参数区划图》（GB 18306-2001），工程区区域地震动峰值加速度值于为0.05g，地震动反应谱特征周期0.35s，相应地震基本烈度Ⅵ度。

本工程建筑物可不进行抗震计算，建筑物可不设防。

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” ）

《水工钢筋混凝土结构设计规范》（SL191-2008）（以下简称“砼规”）

《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB 50086-2001）

《中华人民共和国工程建设标准强制性条文(水利工程部分)》2010年版；

2.2 参考资料

《重庆市酉阳县梅江河支流龙潭河上游重点河段(兴隆镇)综合治理工程初步设计报告》

《理正岩土隧道衬砌计算软件》-隧道衬砌计算。

《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，2013）

《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，二类环境，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《理正岩土隧道衬砌计算软件》-隧道衬砌计算。

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

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。

兴隆镇排洪隧洞洞身段分为扩大段、收缩段、直线段三部分：

（1）扩大段

隧洞0+000.00～隧洞0+059.00段为扩大段，长59.0m，底坡为平坡，底板高程633.00m；隧洞净空尺寸由3.5m×6.0m（宽×高，下同）扩大为3.5m×11.7m；隧洞采用C25钢筋砼全断面衬砌，衬砌厚度40cm。

（2）收缩段

隧洞0+059.00～隧洞0+307.96段为收缩段，长248.96m。其中隧洞0+059.00～隧洞0+285.00段底坡为平坡，底板高程633.00m，隧洞净空尺寸由3.5m×11.7m缩小为3.5m×6.0m；隧洞0+285.00～隧洞0+307.96段底坡i=5.9%，底板高程633.00m～631.65m，隧洞净空尺寸由3.5m×6.0m缩小为3.5m×5.2m；隧洞采用C25钢筋砼全断面衬砌，衬砌厚度40cm。

（3）等高段

隧洞0+307.96～隧洞2+915.68段为直线段，长2607.72m，底坡i=5.9%，底板高程631.65 m～477.79 m；隧洞净空尺寸3.5m×6.0m（宽×高）；其中隧洞0+307.96～隧洞0+327.96段、隧洞2+895.68～隧洞2+915.68段采用40cm厚C25钢筋砼全断面衬砌，隧洞0+327.96～隧洞2+895.68段采用10cm厚C20砼挂φ8@0.2m钢筋网全断面喷护。

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

本计算选取了3.5m×6.0m以及3.5m×11.7m两种全断面衬砌作为典型断面进行计算。其中3.5m×6.0m断面隧洞进口段为II、III类围岩，隧洞出口段为IV、V类围岩；3.5m×11.7m为隧洞进口过渡段最大洞高断面，围岩类别为III类。隧洞衬砌采用C25钢筋砼，衬砌C25砼弹性模量：28000×0.9=25200 (MPa)。

图5-1 兴隆镇排洪隧洞衬砌结构计算典型断面图

6 荷载计算

6.1 围岩压力

1、Ⅲ类围岩自稳较好，采取了有效的1期支护，围岩压力按隧洞规范6.2.4-1~2式计算：

Q4=0.1×γr×B

Q2= Q3=0.025×γr×H

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

Q4=0.2×γr×B

Q2= Q3=0.05×γr×H

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

Q4=0.3×γr×B

Q2= Q3=0.1×γr×H

6.2 弹性抗力

围岩单位弹性抗力主要根据已开挖段地质编录取值，如表6-1所示。

表6-1　　　　　　 引水隧洞围岩参数表

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：

Ⅲ类围岩弹性抗力系数k=10/2.4=4.17MPa/cm =4170×10kN/m3=42MN/m3

Ⅳ类围岩弹性抗力系数k=2/2.4=0.83MPa/cm =830×10kN/m3=8.3MN/m3

Ⅴ类围岩不计围岩弹性抗力。

6.3 内水压力

由于本隧洞为无压隧洞，内水压力为隧洞内正常水深。Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类围岩分别为6.4m、5m、5m。

6.4 外水压力

作用在衬砌结构上的外水压力根据隧洞规范第6.2.5式进行估算。

Pe=βe×γw×He

根据不同的地下水活动情况按隧洞规范表6.2.5对外水压力进行折减：

干燥或潮湿　βe＝0~0.2

渗水或滴水　βe＝0.1~0.4

大量滴水或线状流水 βe＝0.25~0.6

严重滴水或小量涌水　βe＝0.4~0.8

股状流水或大量涌水 βe＝0.65～1.0

当有内水组合时，βe取较小值；无内水组合时，βe取较大值。

根据施工阶段引水隧洞纵断面地质编录图，对无内水组合工况，典型断面选地下水作用最大处水头处；对有内水组合工况，典型断面选地下水作用最小外水头处。

根据地质建议，对无内水组合工况，最大外水水头为20m，根据围岩类别，考虑溶洞连通效应及排水措施，外水折减取值如下：

三类岩体：βe取0.25。

四类、五类岩体：βe取0.4。

6.5 动水压力

由于本隧洞为无压隧洞，本次设计未考虑隧道内的动水压力。

6.6 灌浆压力

根据隧洞规范15.1.2条，Ⅳ、Ⅴ类围岩段回填灌浆压力采用0.2MPa。根据《水工设计手册－水电站建筑物》荷载组合说明，灌浆压力与外水压力不叠加。灌浆压力大于外水压力时，顶部只计灌浆压力，其余为内水压力；灌浆压力小于外水压力时，可不计灌浆压力。本工程外水压力大于灌浆压力，按外水最大压力考虑。

7 程序计算结果

各工况经计算，检修期工况为主要控制工况，各类岩石分断面计算如下：

结算结果见附件1、2、3。

表7-1 隧洞各典型断面衬砌计算表

附件1、2、3：理正计算书

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/411ed5deaff8941ea76e58fafab069dc5022476e.html