1、-1-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二一五年七月-2-目 录1 工程概况 .32 设计依据 .32.1 规范、规程 .32.2 参考资料 33 计算方法 .44 计算工况 .44.1 基本组合 .44.2 特殊组合 .45 典型计算断面及其选择原则 .56 荷载计算 .76.1 围岩压力 76.2 弹性抗力 86.3 内水压力 86.4 外水压力 86.5 动水压力 96.6 灌浆压
2、力 97 程序计算结果 .9-3-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（
3、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-4-步设计报告理正岩土隧道衬砌计算软件-隧道衬
4、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
5、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-5-力）5 典型计算断面及其选择原则、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
6、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 3.5m6.0m（宽高，下同）扩大为 3.5m11.7m；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
7、寸由 3.5m11.7m 缩小为 3.5m6.0m；隧洞 0+285.00隧洞 0+307.96 段底坡i=5.9%，底板高程 633.00m631.65m，隧洞 净空尺寸由 3.5m6.0m 缩小为3.5m5.2m；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 3.5m6.0m（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-6-C
8、25 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 80.2m 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断面位置 围岩类别 断面形式 底宽（m） 洞高（m） 一衬厚度 （m） 二衬厚度 （m） 弹性抗力计算半径（m） 结构计算半 径（ m） 城门形 3.5 6 0.1 0.4 2.25 1.75出口标 准段长2533m 城门形 3.5 6 0.2 0.4 2.35 1.75进口第一段12.5m 城门形 4.0 6.3 0.1 0.4 2.5 2.4进口第二段12.5m 城门形 4.0 7.
9、4 0.1 0.4 2.5 2.4进口第三段10m 城门形 4.0 6.91 0.1 0.4 2.5 2.4进口第四段10m 城门形 4.0 6.42 0.1 0.4 2.5 2.4进口第五段10m 城门形 4.0 5.93 0.1 0.4 2.5 2.4进口第六段10m 城门形 4.0 5.44 0.1 0.4 2.5 2.4进口第七段10m 城门形 3.5 11.45 0.1 0.4 2.5 2.4本计算选取了 3.5m6.0m 以及 3.5m11.7m 两种全断面衬砌作为典型断面进行计算。其中 3.5m6.0m 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.
10、5m11.7m 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：280000.9=25200 (MPa)。-7-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、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 6.2.4-12 式计算：Q4=0.1rBQ2= Q3=0.025rH2. 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 6.2.4-12 式计算：Q4=0.2rBQ2= Q3=0.05rH3. 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
11、按隧洞规范 6.2.4-12 式计算：Q4=0.3rBQ2= Q3=0.1rH-8-6.2 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围岩类别 变 形模量 Eo(GPa) 泊松比 普氏系数 f 单位弹性抗力系数 K0(MPa/cm) 1015 0.160.2 56 1520 68 0.200.23 35 515 23 0.220.25 13 15 0.51.0 0.3 1 1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： 类围岩弹性抗力系数 k=10/2.4=4.17MPa/cm =4
12、17010kN/m3=42MN/m3类围岩弹性抗力系数 k=2/2.4=0.83MPa/cm =83010kN/m3=8.3MN/m3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。、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=ewHe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 e00.2渗水或滴水 e0.10.4大量滴水或线状流水 e0.250.6严重滴水或小量涌水 e0.40.8-9-股状流水或大量涌水 e0.651.0当有内水组合
13、时， e 取 较小值；无内水组合时 ，e 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： e 取 0.25。四类、五类岩体： e 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，、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
14、。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。-10-表 7-1 隧洞各典型断面衬砌计算表断面尺寸 3.5m6m围岩类别 IV V计算弯矩剪力图基本组合检修期（衬砌自重+围岩压力+ 弹性抗力+外水压力（含顶部及底板）衬砌内侧纵筋最大面积As = 1970.3mm2，外侧纵筋最大面积As1 = 1970.3mm2；拉结筋最大面积 Av = 135.6mm2。截面尺寸(抗剪)验算： 满足。根
15、据规范，偏压计算时 e0/h0 = 0.55,不需要验算裂缝。侧墙顶拱配单侧配置 18200（延伸到底板 1.0m），底板 18200（延伸到侧墙 1.0m）衬砌内侧纵筋最大面积As = 2399.2mm2，外侧纵筋最大面积As1 = 2399.2mm2；拉结筋最大面积Av = 135.6mm2。截面尺寸(抗剪)验算： 满足。根据规范，偏压计算时 e0/h0 = 0.55,不需要验算裂缝侧墙顶拱配单侧配置 20200（延伸到底板1m），底板 20200（延伸到侧墙 1m）-11-衬砌内、外侧纵筋最大面积(mm 2)断面尺寸3.5m6m 3.5m11.7m围岩类别 IV V III计算弯矩剪力图
16、基本组合检修期（衬砌自重+围岩 压 力+弹性抗力+外水压力（含顶部及底板）衬砌内侧纵筋最大面积As = 1970.3mm2，外侧纵筋最大面积As1 = 1970.3mm2；拉结筋最大面积 Av = 135.6mm2。截面尺寸(抗剪)验算： 满足。根据规范，偏压计算时 e0/h0 = 0.55,不需要验算裂缝。侧墙顶拱配单侧配置 18200（延伸到底板 1.0m），底板 18200（延伸到侧墙1.0m）衬砌内侧纵筋最大面积As = 2399.2mm2，外侧纵筋最大面积As1 = 2399.2mm2；拉结筋最大面积Av = 135.6mm2。截面尺寸(抗剪)验算：满足。根据规范，偏压计算时 e0/
17、h0 = 0.55,不需要验算裂缝侧墙顶拱配单侧配置20200（延伸到底板1m），底板 20200（延伸到侧墙 1m）衬砌内侧纵筋最大面积As = 4702.3mm2，外侧纵筋最大面积As1 = 4702.3mm2；拉结筋最大面积Av = 135.6mm2。截面尺寸(抗剪)验算：满足。根据规范，偏压计算时 e0/h0 = 0.55,不需要验算裂缝侧墙顶拱配单侧配置28200（延伸到底板1.5m），底板28200（延伸到侧墙6m），侧墙与底板端部配置 45斜钢筋25200 长 2.5m。特殊组合施工期（衬砌自重+弹性抗力+外水压力）（墙高在 9m 以上部分）衬砌厚度 0.4m衬砌内侧纵筋最大面积As = 3651.5mm2，外侧纵筋最大面积As1 = 3651.5mm2；拉结筋最大面积Av = 156.3mm2。截面尺寸(抗剪)验算：满足。侧墙顶拱配单侧配置28200（延伸到底板1.5m），底板28200（延伸到侧墙1.5m），侧墙与底板端部配置 45斜钢筋-12-25200 长 2.5m。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）附件 1、2、3：理正计算书
