水工建筑物水工隧洞PPT課件

1、5.1 5.1 概述 一、水工隧洞的作用和類型 1. 1. 作用作用 （1 1）泄洪：配合溢洪道泄洪，例石頭河，劉家峽；）泄洪：配合溢洪道泄洪，例石頭河，劉家峽；也可作為主要泄洪建筑物，例石砭峪。也可作為主要泄洪建筑物，例石砭峪。 （2 2）引水興利：發(fā)電、灌溉、供水、航運、生態(tài)輸水。）引水興利：發(fā)電、灌溉、供水、航運、生態(tài)輸水。 （3 3）排沙：延長水庫使用年限，有利于水電站等正常）排沙：延長水庫使用年限，有利于水電站等正常運行。例三門峽左岸排沙洞，劉家峽的河口排沙洞。運行。例三門峽左岸排沙洞，劉家峽的河口排沙洞。 （4 4）放空水庫：滿足人防和檢修。）放空水庫：滿足人防和檢修。 （5 5）

2、施工導流：例龍羊峽：）施工導流：例龍羊峽：151516m16m2 2；二灘；二灘20.520.525.525.5；黑河金盆；黑河金盆10101313。第1頁/共147頁 2. 2. 類型類型 （1 1）按功用分：）按功用分：可分為泄洪洞、引水發(fā)電和尾水洞、灌溉和供水洞、放空可分為泄洪洞、引水發(fā)電和尾水洞、灌溉和供水洞、放空和排沙洞、施工導流洞等。和排沙洞、施工導流洞等。 （2 2）按流態(tài)分：）按流態(tài)分： 有壓：水力計算：按管流計算。有壓：水力計算：按管流計算。 無壓：明渠流計算。無壓：明渠流計算。 、運行條件上差別較大，應避免出現(xiàn)時而有壓時、運行條件上差別較大，應避免出現(xiàn)時而有壓時而無壓的明滿

3、流交替流態(tài)。而無壓的明滿流交替流態(tài)。危害：（危害：（a a）易引起振動、空蝕。）易引起振動、空蝕。 （b b）影響泄流能力。）影響泄流能力。第2頁/共147頁1. 1. 水力特點（進口位于水下）水力特點（進口位于水下） Q HQ H1/21/2，比表口超泄能力低，但進口，比表口超泄能力低，但進口位置低，可以提前預泄。位置低，可以提前預泄。 H H較高，較高，P P較大，啟閉力也就要大，止水較大，啟閉力也就要大，止水要求嚴格。承受得水頭較高，要求嚴格。承受得水頭較高， v v較大，易引起空化、空蝕，脈動會引起較大，易引起空化、空蝕，脈動會引起閘門振動。閘門振動。 q q出口較大，能量集中，需采取

4、適當?shù)姆莱隹谳^大，能量集中，需采取適當?shù)姆罌_設施。沖設施。二、工作特點二、工作特點第3頁/共147頁2.2.結構特點（洞身處于地下）結構特點（洞身處于地下） 洞室開挖后，引起應力重分布，導致圍洞室開挖后，引起應力重分布，導致圍巖變形甚至崩塌，為此常布置臨時支護和永久性巖變形甚至崩塌，為此常布置臨時支護和永久性襯砌。襯砌。 在運行期，承受較大內水壓力的隧洞，要在運行期，承受較大內水壓力的隧洞，要求圍巖具有足夠得厚度和必要的襯砌求圍巖具有足夠得厚度和必要的襯砌 3.3.施工特點 隧洞一般斷面小，洞線長，工序多，干擾大，施工條件差，工期較長。 例：馮家山12.6km12.6km；引大入秦工程的盤道嶺

5、洞長15.7km15.7km；引黃南線7 7洞長42.9km42.9km；昆明掌鳩河、寧波白溪100km100km。第4頁/共147頁 (1) (1)進口段進口段 控制水流。包括攔污柵、進水喇叭口、閘門控制水流。包括攔污柵、進水喇叭口、閘門室及漸變段等。室及漸變段等。 (2)(2)洞身段洞身段 輸送水流。一般都需進行襯砌。輸送水流。一般都需進行襯砌。 (3)(3)出口段出口段 連接消能設施。無壓泄水隧洞的出口僅設有門連接消能設施。無壓泄水隧洞的出口僅設有門框，壓力泄水隧洞的出口一般設有漸變段及工作閘門室。框，壓力泄水隧洞的出口一般設有漸變段及工作閘門室。三、水工隧洞的組成三、水工隧洞的組成第5

6、頁/共147頁一、水工隧洞的布置一、水工隧洞的布置8.2 8.2 水工隧洞的布置水工隧洞的布置 1.1.總體布置 (1)(1)應根據(jù)樞紐承擔的任務，對泄水建筑物進行總體規(guī)劃。 (2)(2)在選定洞線的基礎上，根據(jù)地形、地質、水流條件，選定進口位置及進結構形成，確定閘門在洞中的位置。 (3)(3)確定縱坡i i、橫斷面形狀及尺寸。 (4)(4)根據(jù)地形、地質、尾水位等條件確定出口位置，底板高程及消能方式。 (5)(5)還應考慮臨時占地、永久占地、植被破壞和恢復、施工污染、運行期地下水位變化等對環(huán)境的影響和水土保持的要求。第6頁/共147頁2.2.線路選擇 選線關系到工程造價、施工難易、工期長短和

7、運行可選線關系到工程造價、施工難易、工期長短和運行可靠性等方面?？啃缘确矫?。 (1)(1)隧洞得線路應盡量避開不利得地質構造隧洞得線路應盡量避開不利得地質構造、圍巖可能圍巖可能不穩(wěn)定及地下水位高不穩(wěn)定及地下水位高、滲流量豐富得地段，以減少作用于滲流量豐富得地段，以減少作用于襯砌上得圍巖壓力和外水壓力。襯砌上得圍巖壓力和外水壓力。 (2)(2)在平面上應力求短、直，這樣既可以減少工程費用，在平面上應力求短、直，這樣既可以減少工程費用，方便施工、減少水頭損失，便于施工。方便施工、減少水頭損失，便于施工。 轉彎時轉彎時: : 當當v v20m/s20m/s，R5BR5B（5D5D）；）； 當當v v

8、20m/s20m/s，R3BR3B（3D3D）。）。 轉角轉角60o60o。 彎道兩端得直線段彎道兩端得直線段S5BS5B（5D5D）。）。 第7頁/共147頁 (3)(3)隧洞應有一定得埋藏深度 進、出口：頂部巖體厚度1B1B（1D1D）。 有壓隧洞洞身，圍巖厚度3D3D。工程經驗： 襯砌：圍巖厚度T0.4HT0.4H（H H為內水壓力水頭）； 不襯砌或錨噴：圍巖厚度T1.0HT1.0H，應滿足不發(fā)生滲流失穩(wěn)和水力劈裂的要求。(4)(4)縱坡: :應根據(jù)水利條件運用要求、用途、上下游銜接、施工和檢修等因素綜合分析比較后確定。無壓洞：i iikik。有壓洞：取決于進口高程和出口高程，要求保持不

9、小于2m2m的壓力水頭。不宜采用平坡或反坡，因其不利于檢修排水。第8頁/共147頁施工：有軌運輸施工：有軌運輸i=3i=355，但，但i10i10； 無軌運輸無軌運輸i=3i=31515，最大，最大i20i20。 (5)(5)對于長隧洞，應利用地形、地質條件、布置一對于長隧洞，應利用地形、地質條件、布置一些些施工支洞、斜井、豎井，以增加工作面，加快施工進施工支洞、斜井、豎井，以增加工作面，加快施工進度。度。例引灤入津工程在例引灤入津工程在9.68km9.68km的引水隧洞中布置了的引水隧洞中布置了1515個斜個斜支支洞、洞、4 4個豎井。個豎井。9680/20=484m9680/20=484m

10、。第9頁/共147頁 二、閘門在隧洞中的布置 一般布置工作閘門，檢修閘門兩道門（或事故閘門）。1.1.檢修門：一般設在進口，有時也設在出口。檢修門：一般設在進口，有時也設在出口。例劉家峽泄洪洞例劉家峽泄洪洞P386P386圖圖8-28-2（a a）。）。 事故檢修門：大、中型工程為滿足發(fā)電事故的需要。事故檢修門：大、中型工程為滿足發(fā)電事故的需要。 2.2.工作門：可以布置在進口、出口或隧工作門：可以布置在進口、出口或隧洞中某一位置。洞中某一位置。 （1 1）設在進口：一般為無壓洞。）設在進口：一般為無壓洞。優(yōu)點：檢修門和工作門都在首部，運行管理方便；洞內無優(yōu)點：檢修門和工作門都在首部，運行管理

11、方便；洞內無壓，有利于山坡穩(wěn)定；易于檢查和維修。壓，有利于山坡穩(wěn)定；易于檢查和維修。缺點：如體形設計不當或施工質量不良，流速大的部位會缺點：如體形設計不當或施工質量不良，流速大的部位會發(fā)生空蝕。馮家山、流溪河。發(fā)生空蝕。馮家山、流溪河。 第10頁/共147頁 （2 2）布置在出口：有壓洞。）布置在出口：有壓洞。 優(yōu)點優(yōu)點：洞內流態(tài)平穩(wěn)；門后通氣條件好，便于部分開：洞內流態(tài)平穩(wěn)；門后通氣條件好，便于部分開啟；工作閘門的控制結構也較簡單，管理方便；隧洞線路布啟；工作閘門的控制結構也較簡單，管理方便；隧洞線路布置適應性強。置適應性強。 缺點缺點：洞內經常承受較大的內水壓力，一旦襯砌漏水，：洞內經常承

12、受較大的內水壓力，一旦襯砌漏水，對巖坡及土石壩等建筑物的穩(wěn)定將產生不利影響。對巖坡及土石壩等建筑物的穩(wěn)定將產生不利影響。實際工程中，常在進口設事故檢修門，平時也可用以擋水。實際工程中，常在進口設事故檢修門，平時也可用以擋水。 （3 3）布置在洞身某一位置）布置在洞身某一位置 由于隧洞線路平面上需要轉彎，工作閘門室設在轉由于隧洞線路平面上需要轉彎，工作閘門室設在轉彎后，彎道為有壓，直線段為無壓。例三門峽排沙、泄洪彎后，彎道為有壓，直線段為無壓。例三門峽排沙、泄洪洞；東江右岸泄洪洞；碧口岸泄洪洞。洞；東江右岸泄洪洞；碧口岸泄洪洞。 洞內某處較出口處的地質條件好，工作閘門布置在洞內某處較出口處的地質

13、條件好，工作閘門布置在洞中，可以利用巖體承受閘門傳輸?shù)乃畡恿?。洞中，可以利用巖體承受閘門傳輸?shù)乃畡恿Α５?1頁/共147頁 1.1.泄洪洞與導流洞合一布置泄洪洞與導流洞合一布置 常作成常作成“龍?zhí)ь^龍?zhí)ь^”式，在進口之后用拋物線段、式，在進口之后用拋物線段、斜坡斜坡段、及反弧段與較低的洞身相連接。段、及反弧段與較低的洞身相連接?！褒?zhí)ь^龍?zhí)ь^”式泄式泄洪洞，一般式水頭高，流速大，反弧及下游易遭空洪洞，一般式水頭高，流速大，反弧及下游易遭空蝕破壞，為了避免空蝕，應做好體形設計，控制施蝕破壞，為了避免空蝕，應做好體形設計，控制施工質量。限制不平跨度，并選用適當?shù)膿綒鉁p蝕措工質量。限制不平跨度，并選

14、用適當?shù)膿綒鉁p蝕措施。如：劉家峽、碧口、石頭河、毛家村等工程施。如：劉家峽、碧口、石頭河、毛家村等工程三、多用途隧洞的布置三、多用途隧洞的布置第12頁/共147頁2.2.泄洪洞與發(fā)電洞合一布置布置型式泄洪洞與發(fā)電洞合一布置布置型式 主洞泄洪（直洞泄洪）、支洞發(fā)電（岔洞發(fā)電）。洞主洞泄洪（直洞泄洪）、支洞發(fā)電（岔洞發(fā)電）。洞內流態(tài)較好，岔尖附近的負壓相對較小，發(fā)電支洞回流強度內流態(tài)較好，岔尖附近的負壓相對較小，發(fā)電支洞回流強度弱，范圍也小。但泄洪時，由于洞內流速加大，有效水頭降弱，范圍也小。但泄洪時，由于洞內流速加大，有效水頭降低，出力相應減小。低，出力相應減小。 主洞發(fā)電、支洞泄洪。主洞發(fā)電、

15、支洞泄洪。存在問題：存在問題： 1.1.岔尖處的水流流態(tài)復雜，容易產生不利負壓和空蝕。岔尖處的水流流態(tài)復雜，容易產生不利負壓和空蝕。 2.2.泄洪時對發(fā)電不利。分岔角一般在泄洪時對發(fā)電不利。分岔角一般在30306060之間。之間。 當主洞泄洪時：當主洞泄洪時：0.850.85；支洞泄洪：；支洞泄洪：0.70.7。（指泄洪的主洞或支洞，指泄洪的主洞或支洞， ） 洞身出口 第13頁/共147頁3 3其他任務隧洞的合一布置其他任務隧洞的合一布置 發(fā)電與灌溉洞合一。發(fā)電后的尾水用于發(fā)電與灌溉洞合一。發(fā)電后的尾水用于灌溉。主要問題是用水上的矛盾。灌溉。主要問題是用水上的矛盾。 泄洪與排沙隧洞合一。由于排

16、沙洞的進泄洪與排沙隧洞合一。由于排沙洞的進口高程較低，施工期還可結合導流，導流完口高程較低，施工期還可結合導流，導流完成后改建為泄洪排沙洞。但對于高水頭情成后改建為泄洪排沙洞。但對于高水頭情況，在設計中需要認真研究高流速含沙水流況，在設計中需要認真研究高流速含沙水流的沖蝕、磨損及消能問題。的沖蝕、磨損及消能問題。第14頁/共147頁8-3 8-3 隧洞進口段一、進口型式及計算要點1. 1. 豎井式豎井式 390390 豎井式進水口是在隧洞進口附近的巖體中開挖豎井，井壁豎井式進水口是在隧洞進口附近的巖體中開挖豎井，井壁襯砌，閘門設在井的底部，井的頂部布置啟閉機械及操縱室。襯砌，閘門設在井的底部，

17、井的頂部布置啟閉機械及操縱室。 優(yōu)：結構簡單、不受風浪、水的影響，抗震及穩(wěn)定好，地優(yōu)：結構簡單、不受風浪、水的影響，抗震及穩(wěn)定好，地形條件適宜時，工程量較小。形條件適宜時，工程量較小。 缺：豎井開挖比較困難，豎井前的一段隧洞檢修不便。缺：豎井開挖比較困難，豎井前的一段隧洞檢修不便。 適用：地質條件較好情況。例：新豐江增建的泄洪洞。適用：地質條件較好情況。例：新豐江增建的泄洪洞。 干井干井弧門，井后為無壓。弧門，井后為無壓。 濕井濕井平門，井后為壓力洞，只有檢修時井內無水。平門，井后為壓力洞，只有檢修時井內無水。 計算要點：沿井的不同高度，截取斷面，按單位高度的封計算要點：沿井的不同高度，截取斷

18、面，按單位高度的封閉或框架進行分析。閉或框架進行分析。 第15頁/共147頁2. 2. 塔式塔式 獨立于隧洞首部而不依靠巖坡的封閉式塔或框架式塔，塔底裝獨立于隧洞首部而不依靠巖坡的封閉式塔或框架式塔，塔底裝設閘門。設閘門。 例：石頭河泄洪洞（封閉式）、陸渾（框架）、劉家峽導流例：石頭河泄洪洞（封閉式）、陸渾（框架）、劉家峽導流洞、碧口和南水泄洪洞。洞、碧口和南水泄洪洞。 封閉式塔斷面：矩形，大、中型多采用；圓形；多邊形。封閉式塔斷面：矩形，大、中型多采用；圓形；多邊形。 優(yōu)：開挖量小，可在不同高程設置取水口，取用上層溫度較優(yōu)：開挖量小，可在不同高程設置取水口，取用上層溫度較高的清水。高的清水。

19、 缺：受風浪、地震、冰的影響大，穩(wěn)定性相對較差，需要工缺：受風浪、地震、冰的影響大，穩(wěn)定性相對較差，需要工作橋與庫岸相連。作橋與庫岸相連。 適用：岸坡巖石較差，覆蓋層較厚，不宜采用靠岸進水口時。適用：岸坡巖石較差，覆蓋層較厚，不宜采用靠岸進水口時。 計算要點：塔身時直立的懸臂結構，需計算塔身的抗傾、抗計算要點：塔身時直立的懸臂結構，需計算塔身的抗傾、抗滑穩(wěn)定。按封閉框架計算單位的高度的橫斷面的水平應力，按懸臂滑穩(wěn)定。按封閉框架計算單位的高度的橫斷面的水平應力，按懸臂計算鉛直應力（將立體框架簡化成平面問題計算）。計算鉛直應力（將立體框架簡化成平面問題計算）。第16頁/共147頁3. 3. 岸塔式

20、岸塔式 391391 靠在開挖后洞臉巖坡上直立的或傾斜的進水塔。有直立地、傾斜的（圖靠在開挖后洞臉巖坡上直立的或傾斜的進水塔。有直立地、傾斜的（圖8 85 5） 優(yōu)：穩(wěn)定性比塔式好，施工、安裝比較方便，無須接岸橋梁。優(yōu)：穩(wěn)定性比塔式好，施工、安裝比較方便，無須接岸橋梁。 缺：受風浪、冰、地震優(yōu)一定影響。缺：受風浪、冰、地震優(yōu)一定影響。 適用：于岸坡較陡，巖體比較堅固穩(wěn)定的情況。適用：于岸坡較陡，巖體比較堅固穩(wěn)定的情況。 計算要點：基本方法同塔式，另外應考慮塔背是否作用有巖石壓力。計算要點：基本方法同塔式，另外應考慮塔背是否作用有巖石壓力。第17頁/共147頁4. 4. 斜坡式斜坡式 在較為完整

21、的巖坡上進行平整開挖、護砌而成在較為完整的巖坡上進行平整開挖、護砌而成的一種進水口。的一種進水口。 例：響洪甸、磨子潭泄洪洞。例：響洪甸、磨子潭泄洪洞。 優(yōu)：結構簡單，施工、安裝方便，穩(wěn)定性好，優(yōu)：結構簡單，施工、安裝方便，穩(wěn)定性好，工程量小。工程量小。 缺：閘門面積加大，關門時不易靠自垂下降。缺：閘門面積加大，關門時不易靠自垂下降。 適用：于中、小型工程，或只用于安設檢修閘適用：于中、小型工程，或只用于安設檢修閘門的進水口。門的進水口。5.5.組合式 387387 上塔下井式，圖8 83 3（a a）； 上塔下岸塔式，圖8 83 3（b b）。第18頁/共147頁 包括：進水喇叭口、閘門室、

22、通氣孔、平壓管、漸變段等幾部包括：進水喇叭口、閘門室、通氣孔、平壓管、漸變段等幾部分。分。1.1.進水喇叭口進水喇叭口 位置：在隧洞的首部位置：在隧洞的首部 要求：要求： 其體形與孔口水流的形態(tài)相適應，使水流平順通過，而不其體形與孔口水流的形態(tài)相適應，使水流平順通過，而不致脫壁。致脫壁。 避免產生不利的負壓合空隙破壞。避免產生不利的負壓合空隙破壞。 減少局部水頭損失，以提高泄流能力。減少局部水頭損失，以提高泄流能力。 體型：常采用矩形斷面，頂板和邊墻順水流方向三面收縮，體型：常采用矩形斷面，頂板和邊墻順水流方向三面收縮，平底。喇叭口的頂板和邊墻常采用橢圓曲線，其方程為：平底。喇叭口的頂板和邊墻

23、常采用橢圓曲線，其方程為：二、進口段的組成二、進口段的組成12222byax第19頁/共147頁式式中：中：a a 長半軸，頂板：長半軸，頂板：a=Ha=H（孔口高）；（孔口高）； 邊墻邊墻: a=B: a=B（孔口寬）（孔口寬） b b短半軸短半軸 頂板：頂板：b=H/3 b=H/3 邊墻：邊墻：b=b=（1/31/31/51/5）B B對于重要的工程，進口曲線，應通過水工模型試驗確定。對于重要的工程，進口曲線，應通過水工模型試驗確定。 無壓隧洞的壓力進口頂板，在檢修閘門上游通常式一段傾斜的橢圓曲線，以便與檢修閘門和工作門之間的頂板銜接，此頂板以1 1：4 41 1：6 6的坡度向下游縮，以

24、增加進口段的壓力，防止發(fā)生空蝕。 檢修門槽前的入口段長度L=L=（0.80.81 1）H H（孔口高）。檢修門槽與工作閘門之間的頂板也應布置成壓坡段，（目的：收縮斷面進一步改善進口的壓力分布和水流態(tài)）。第20頁/共147頁 （1 1）位置：）位置： 設在泄水隧洞進口或中部的工作閘門之后。設在泄水隧洞進口或中部的工作閘門之后。 設在檢修門和工作門之間。設在檢修門和工作門之間。 （2 2）作用：）作用： 工作閘門在各級開度情況下補氣；檢修時工作閘門在各級開度情況下補氣；檢修時補氣。補氣。 檢修完畢，工作閘門和檢修門之間充分輸水檢修完畢，工作閘門和檢修門之間充分輸水直至平壓，在此過程中排氣。直至平壓

25、，在此過程中排氣。2.2.通氣孔通氣孔（3 3）布置上注意點： 通氣孔的進口必須與閘門啟閉機室分開，因為進口處氣流速度大，以免在補氣、排氣時，影響工作人員的安全。Va40Va4045m/s45m/s 孔管應力求減少轉彎，突變，以減少阻力。第21頁/共147頁 （4 4）通氣量的計算及通氣孔設計）通氣量的計算及通氣孔設計 通氣孔應按正常的泄流情況設計，其斷面多為圓通氣孔應按正常的泄流情況設計，其斷面多為圓形，其大小決定于通氣量和允許風速。通氣量與泄水流形，其大小決定于通氣量和允許風速。通氣量與泄水流量及下游洞內流態(tài)有關。量及下游洞內流態(tài)有關。 目前多采用一些經驗公式或半經驗公式。目前多采用一些經

26、驗公式或半經驗公式。 對于泄水隧洞中的工作閘門和事故閘門的通氣對于泄水隧洞中的工作閘門和事故閘門的通氣孔：（同重力壩）孔：（同重力壩）09. 0aawaVQaAVQ 其中：A A隧洞斷面積 第22頁/共147頁 對于高水頭大型工程中重要閘門后的通氣孔對于高水頭大型工程中重要閘門后的通氣孔（無壓隧洞或管道）（無壓隧洞或管道） 2/122 .211LgaBVAAVQwaaawa式中 A Aa a閘門后隧洞或管道水面以上的斷面面積，m m2 2，A Aa a一般小于0.30.3倍隧洞或管道的斷面積； 通氣孔的風速系數(shù)，可取0.60.6； B B閘門處孔口寬度，m m； a a通氣孔的斷面面積，m m

27、2 2； L L閘門后隧洞的長度，m m； VwVw閘門孔口處的水流流速，m/sm/s； g g重力加速度，m/sm/s2 2。 aa a、求得、求得Q Qa a后，再以后，再以 aQVaa ，驗算，驗算smVVaa/5040 。否則，。否則，重復上述計算，直到滿足為止。重復上述計算，直到滿足為止。 檢修門后得通氣孔面積，一般以大于或等于充水平壓閥的面積為宜。 第23頁/共147頁 計算的先假定a、求得Qa后，再以 ， 驗算 。 否則，重復上述計算，直到滿足為止。 計算的先假定aQVaasmVVaa/50401.21.2，這主要是構造運動影響的結果，這主要是構造運動影響的結果 由于影響因素多，

28、目前無法用數(shù)學，力學法分析計算，由于影響因素多，目前無法用數(shù)學，力學法分析計算，只能現(xiàn)場實測。只能現(xiàn)場實測。第68頁/共147頁3.3.地應力實測方法地應力實測方法 應力解除法：通過切槽或鉆孔解除應力而測得巖石的應變以推求應力解除法：通過切槽或鉆孔解除應力而測得巖石的應變以推求其初始應力。其初始應力。 應力恢復法：巖體中的應力解除后，不是通過巖體的變形特性來推求應力恢復法：巖體中的應力解除后，不是通過巖體的變形特性來推求巖體中的應力值，而是通過施加壓力，使巖體恢復到原來的狀態(tài)，以求得巖體巖體中的應力值，而是通過施加壓力，使巖體恢復到原來的狀態(tài)，以求得巖體在應力解除前的應力值。在應力解除前的應力

29、值。 以上測得的是巖體中一點的應力，至于整個巖體中初始應力的分布情況，以上測得的是巖體中一點的應力，至于整個巖體中初始應力的分布情況，目前還不能根據(jù)有限的測點的結果來加以確定。目前還不能根據(jù)有限的測點的結果來加以確定。第69頁/共147頁 巖體及上覆巖石的重量是形成巖體初始應力的基本原因巖體及上覆巖石的重量是形成巖體初始應力的基本原因之一，巖體自重作用不僅產生垂直應力，而且借助之一，巖體自重作用不僅產生垂直應力，而且借助“泊松效應泊松效應”和流變效應而產生水平應力。和流變效應而產生水平應力。 初始應力的形成，取決于地形及地殼結構運動，這通常初始應力的形成，取決于地形及地殼結構運動，這通常有是高

30、的水平應力產生的主要原因。有是高的水平應力產生的主要原因。 許多地區(qū)巖體初始應力實測結果表明：水平應力大大超許多地區(qū)巖體初始應力實測結果表明：水平應力大大超過上覆巖體的重量算得的結果，這是由于構造動力學方面的原因，過上覆巖體的重量算得的結果，這是由于構造動力學方面的原因，或地質剝蝕的原因。或地質剝蝕的原因。 天然巖體中的斷層，對初始應力起著解除或部分解除的天然巖體中的斷層，對初始應力起著解除或部分解除的作用。作用。4.4.對巖體初始應力的初步認識第70頁/共147頁在高地應力地區(qū)堅硬完整的巖石，在一定地質條件下，可以聚集大量的能量，從而形成高的天然內應力，一旦開挖，出現(xiàn)自由邊界，切向應力急劇增

31、加，能量進一步集中，在高應力作用下，巖塊會產生突發(fā)性脆性破裂、飛散，伴隨著巨大的聲響，形成 “巖爆”現(xiàn)象。巖爆會危及人身安全，影響施工。目前，防止巖爆多采用錨桿、噴砼等措施，但實施時要在巖爆發(fā)生前或發(fā)生期間進行，對施工人員不安全。近年來有的工程采用預鉆排孔（超前排孔）法，以防止或削弱巖爆的發(fā)生。P419P419第71頁/共147頁 應力重分布：當在巖體中開挖洞室時，洞室圍巖的初應力重分布：當在巖體中開挖洞室時，洞室圍巖的初始應力狀態(tài)發(fā)生變化，這種現(xiàn)象叫應力重分布。始應力狀態(tài)發(fā)生變化，這種現(xiàn)象叫應力重分布。 圍巖：產生應力重分布的這部分巖體叫圍巖。圍巖：產生應力重分布的這部分巖體叫圍巖。 在洞室

32、周邊某些部位（形狀突變、薄弱區(qū)）出現(xiàn)應力集中，對圍巖穩(wěn)定在洞室周邊某些部位（形狀突變、薄弱區(qū)）出現(xiàn)應力集中，對圍巖穩(wěn)定不利。不利。 應力重分布在洞室周邊最為顯著，遠離洞壁，影響減??；應力重分布與應力重分布在洞室周邊最為顯著，遠離洞壁，影響減小；應力重分布與初始應力狀態(tài)，洞室的斷面形狀和尺寸，巖體的結構和性質有關初始應力狀態(tài)，洞室的斷面形狀和尺寸，巖體的結構和性質有關。 二、圍巖的應力集中二、圍巖的應力集中第72頁/共147頁 假定巖體為連續(xù)、均勻、各向同性的彈塑性體，初始應力符合靜水壓力條件，對于圓形洞室，按軸對稱問題的平衡微分方程，利用莫爾一庫侖（MohrMohrCoulomb Coulom

33、b ） 塑性準則及彈塑性界面上的應力相等條件，當洞室周邊不存在支護抗力時，可求得任意點的徑向應力rr、切向應力tt及塑性區(qū)半徑R R的計算式為第73頁/共147頁1)(sin1sin11)(sin1sin2sin1sin2otorrrcctgrrcctgsin2sin1)sin1 (1cctgprRoo（1） （2 2） 巖石的內摩擦角；c c巖石的凝聚力；r ro o圓形洞室的開挖半徑；r r塑性區(qū)內任一點的半徑；p po o巖體的初始應力。公式（1 1）、（2 2）只能用于=1=1的圓洞情況，應力分布見圖8 82525。其他情況可用彈塑性有限元法計算。（參看巖石力學）式中 第74頁/共14

34、7頁 1.1.目的：預估可能出現(xiàn)的破壞形態(tài)、部位、范圍及其發(fā)生目的：預估可能出現(xiàn)的破壞形態(tài)、部位、范圍及其發(fā)生和發(fā)展過程，選擇適宜的支護方案，保證安全施工，改進設計。和發(fā)展過程，選擇適宜的支護方案，保證安全施工，改進設計。 2.2.分析方法：主要憑經驗和現(xiàn)場量測作出判斷（影響因分析方法：主要憑經驗和現(xiàn)場量測作出判斷（影響因素多，而且錯綜復雜，到目前為止，還不能完全依靠理論計算）素多，而且錯綜復雜，到目前為止，還不能完全依靠理論計算） 3.3.分析內容：分析內容： 對初選隧洞斷面，結合地質條件及其力學性質，初始應對初選隧洞斷面，結合地質條件及其力學性質，初始應力，施工方法等，采用彈性理論公式或有

35、限元計算圍巖壓力。力，施工方法等，采用彈性理論公式或有限元計算圍巖壓力。 三、圍巖穩(wěn)定分析三、圍巖穩(wěn)定分析第75頁/共147頁 如圍巖壓力超過巖體的彈性極限，可按彈塑性理論計算塑性區(qū)的應力，確定塑性區(qū)的范圍。 對洞室周邊可能出露的危石，按塊體平衡法進行分析。 現(xiàn)場量測，主要測量一些選定點的位移，和點與點之間的相對位移，畫出位移時間關系曲線，如位移超過“允許位移量”或位移曲線突然變陡，表明圍巖將要失穩(wěn)，椐此采用支護措施。 第76頁/共147頁8-8 8-8 水工隧洞襯砌的荷載和荷載組合水工隧洞襯砌的荷載和荷載組合 目的：核算在設計規(guī)定的荷載組合條件下襯砌的強度，目的：核算在設計規(guī)定的荷載組合條件

36、下襯砌的強度，使之使之 滿足規(guī)范要求。滿足規(guī)范要求。一、荷載一、荷載 荷載有：山巖壓力、內水壓力、外水壓力、襯砌自重及荷載有：山巖壓力、內水壓力、外水壓力、襯砌自重及灌漿壓力，溫度荷載、地震力等。其中內水壓力，自重比較灌漿壓力，溫度荷載、地震力等。其中內水壓力，自重比較明確，而他力只能進行近似計算。明確，而他力只能進行近似計算。 ( (一一) )圍巖壓力（山巖壓力）圍巖壓力（山巖壓力） 隧洞開挖后圍巖變形或塌落作用在支護上的壓力。隧洞開挖后圍巖變形或塌落作用在支護上的壓力。 影響山巖壓力大小的因素：圍巖的地質條件和力學特影響山巖壓力大小的因素：圍巖的地質條件和力學特征（強度和變形性能節(jié)理，裂隙

37、的分布和發(fā)征（強度和變形性能節(jié)理，裂隙的分布和發(fā)育情況）；初始育情況）；初始應力，地下水，隧洞的走向，埋深和幾何形狀；開挖方法；應力，地下水，隧洞的走向，埋深和幾何形狀；開挖方法；襯護時間，襯護形式。襯護時間，襯護形式。第77頁/共147頁 1.1.塌落拱法（松散介質理論）（自然平衡拱法）塌落拱法（松散介質理論）（自然平衡拱法） 此方法視巖體為具有一定的凝聚力的松散介質，在洞此方法視巖體為具有一定的凝聚力的松散介質，在洞室開挖后，由于巖體失去平衡形成室開挖后，由于巖體失去平衡形成“塔落拱塔落拱”，拱處的圍巖仍保持平衡，拱內巖，拱處的圍巖仍保持平衡，拱內巖塊重量就是作用再襯砌上的山巖壓力。塊重量

38、就是作用再襯砌上的山巖壓力。 普氏公式：用普氏公式：用“堅固系數(shù)堅固系數(shù)”fKfK（亦稱擬摩擦系數(shù)），代替巖石顆粒間的真（亦稱擬摩擦系數(shù)），代替巖石顆粒間的真實摩擦系數(shù)：實摩擦系數(shù)： 平頂隧洞平頂隧洞kRRfBhq2第78頁/共147頁 式中式中 B B洞室開挖寬度，洞室開挖寬度，m m； f fk k巖石的堅固系數(shù)，它反映巖石的堅固性，其巖石的堅固系數(shù)，它反映巖石的堅固性，其一般數(shù)值為：砂、碎石、填土一般數(shù)值為：砂、碎石、填土f fk k=0.5=0.5，致密粘土，致密粘土f fk k=1.0=1.0，軟質巖石軟質巖石f fk k=2.0=2.0，中等堅固巖石，中等堅固巖石f fk k=4.

39、0=4.0，比較堅固的巖，比較堅固的巖石石f fk k=6.0=6.0，堅固巖石，堅固巖石f fk k=10=10或更大；或更大； 圓弧等曲線形洞頂：（鉛直山巖壓力可以減少30%30%） 當f fk k22時，可以不計側向圍巖壓力。水工隧洞設計規(guī)范（SD134SD134 8484）提出，松散介質理論公式可用于按規(guī)范中圍巖穩(wěn)定性五級分類中的不穩(wěn)定和極不穩(wěn)定圍巖的圍巖壓力計算。Rhoq7 .第79頁/共147頁 2 2圍巖壓力系數(shù)法圍巖壓力系數(shù)法 水工隧洞設計規(guī)范水工隧洞設計規(guī)范（SL279SL27920022002）規(guī)定，自穩(wěn)條件好，開挖后變形）規(guī)定，自穩(wěn)條件好，開挖后變形很快穩(wěn)定的圍巖，可不計

40、圍巖壓力；薄層狀及碎裂散體結構的圍巖，作用在襯很快穩(wěn)定的圍巖，可不計圍巖壓力；薄層狀及碎裂散體結構的圍巖，作用在襯砌上的圍巖壓力算式如下：砌上的圍巖壓力算式如下：式中 q q v v、q q h h分別為鉛直及水平向圍巖壓力強度；B B、H H分別為洞室的開挖寬度及高度；RRHqBq）1 .005.0()3 .02 .0(hv第80頁/共147頁 對于圓洞周邊上作用有支護力對于圓洞周邊上作用有支護力p ip i時（圖時（圖8 82727），按彈），按彈塑性理論及相應的假定，同樣可求得塑性區(qū)內任一點的徑向塑性理論及相應的假定，同樣可求得塑性區(qū)內任一點的徑向應力應力rr和切向應力和切向應力tt的計

41、算式的計算式: :3 3彈塑性理論法彈塑性理論法sin1sin1)()(sin1sin2sin1sin2oitoirrrcctgpcctgrrcctgpcctg（1） 第81頁/共147頁 支護或襯砌對圍巖的反力，亦即圍巖壓力支護或襯砌對圍巖的反力，亦即圍巖壓力pipi，其與，其與塑性區(qū)半徑塑性區(qū)半徑R R的關系為的關系為式中 p p0 0巖體初始應力； 以上就是修正的芬諾（Fenner,R.Fenner,R.）公式。 分析上式可知，支護抗力pipi愈小，R R愈大；pipi愈大，出現(xiàn)塑性區(qū)的范圍也就愈小。當R=r0R=r0時，pipi達到最大值sin2sin10)sin1(cctgpcctg

42、prRiosin1sin20)(sin1)(Rrcctgpcctgpoi（2） （3） cos)sin1 (0maxcppi（4） 第82頁/共147頁 愈小，愈小， R R愈大，有可能洞壁失穩(wěn)，應及時支護；愈大，有可能洞壁失穩(wěn)，應及時支護； 當當c=0c=0，則，則pipi大于零，說明破碎巖體需要支護；當巖石比較完整大于零，說明破碎巖體需要支護；當巖石比較完整c c值較大時，洞壁有值較大時，洞壁有可能不加支護而自行穩(wěn)定?？赡懿患又ёo而自行穩(wěn)定。 彈塑性理論法也只能用于簡單而理想的情況，一般很難符合實際。彈塑性理論法也只能用于簡單而理想的情況，一般很難符合實際。 塑性區(qū)半徑塑性區(qū)半徑R R的發(fā)

43、展與支護的時間有關。因此，采的發(fā)展與支護的時間有關。因此，采用適宜的柔性材料及時支護，既可保證施工安全，又用適宜的柔性材料及時支護，既可保證施工安全，又可發(fā)揮圍巖的自承作用，減輕作用在支護上的壓力?？砂l(fā)揮圍巖的自承作用，減輕作用在支護上的壓力。 第83頁/共147頁 4 4設計中對圍巖壓力的考慮設計中對圍巖壓力的考慮 由于工程地質、水文地質條件的復雜性，圍巖壓力不可能用一種理論公式由于工程地質、水文地質條件的復雜性，圍巖壓力不可能用一種理論公式予以概括。為此，需要根據(jù)工程經驗，對不同圍巖采用不同的方法估算圍巖壓力。予以概括。為此，需要根據(jù)工程經驗，對不同圍巖采用不同的方法估算圍巖壓力。 對于地

44、質條件好，開挖寬度不大且能自身維持穩(wěn)定的堅固完整或僅有少量密對于地質條件好，開挖寬度不大且能自身維持穩(wěn)定的堅固完整或僅有少量密閉裂隙的巖體，可以不考慮圍巖壓力。閉裂隙的巖體，可以不考慮圍巖壓力。 對有明顯的構造斷裂或節(jié)理裂隙切割的巖體，可用塊體平衡法估計可能塌落對有明顯的構造斷裂或節(jié)理裂隙切割的巖體，可用塊體平衡法估計可能塌落的巖塊以計算圍巖壓力。在洞室開挖前可采用圍巖壓力系數(shù)法估算圍巖壓力。的巖塊以計算圍巖壓力。在洞室開挖前可采用圍巖壓力系數(shù)法估算圍巖壓力。 對于松軟碎裂的巖體，可采用塌落拱法確定圍巖壓力。對于松軟碎裂的巖體，可采用塌落拱法確定圍巖壓力。 對于重要而圍巖條件又復雜的工程，最好

45、能進行現(xiàn)場實測以確定圍巖壓力。對于重要而圍巖條件又復雜的工程，最好能進行現(xiàn)場實測以確定圍巖壓力。 第84頁/共147頁（二）圍巖的彈性抗力二）圍巖的彈性抗力1.1.彈性抗力彈性抗力 當襯砌承受荷載向圍巖方向變形時，將受到圍巖的當襯砌承受荷載向圍巖方向變形時，將受到圍巖的抵抗，這個抵抗力叫彈性抗力。彈性抗力的大小和性質抵抗，這個抵抗力叫彈性抗力。彈性抗力的大小和性質與工程地質條件有密切的關系：堅固完整的巖石，彈性與工程地質條件有密切的關系：堅固完整的巖石，彈性抗力大；圍巖軟弱破碎，彈性抗力小，甚至不能利用?？沽Υ螅粐鷰r軟弱破碎，彈性抗力小，甚至不能利用。 為了減少山巖壓力，有效地利用彈性抗力，常

46、對圍為了減少山巖壓力，有效地利用彈性抗力，常對圍巖進行灌漿加固，并填實襯砌與圍巖間的空隙，以保證巖進行灌漿加固，并填實襯砌與圍巖間的空隙，以保證襯砌與圍巖緊密相接。襯砌與圍巖緊密相接。第85頁/共147頁 文克爾假定：認為巖石的彈性抗力文克爾假定：認為巖石的彈性抗力P P與襯砌的變位與襯砌的變位Y Y成正比，即：成正比，即： P=KYP=KY 式中式中 K K 彈力抗力系數(shù)彈力抗力系數(shù) K K表示能夠阻止面積為表示能夠阻止面積為1cm1cm2 2的襯砌變位的襯砌變位1cm1cm所需的所需的力，如果力，如果P P的單位式的單位式kN/ cmkN/ cm3 3， 單位彈性抗力系數(shù)單位彈性抗力系數(shù)

47、經驗和分析說明：在同樣得圍巖中，經驗和分析說明：在同樣得圍巖中，D D大，大，K K小；小；D D小，小，K K大。而且大致成反比。為了計算方便，人們采用大。而且大致成反比。為了計算方便，人們采用r=1mr=1m的圓形坑道的的圓形坑道的K K值值, ,作為標準，用作為標準，用K K0 0表示（亦稱單位表示（亦稱單位彈性抗力系數(shù)）彈性抗力系數(shù)）2.2.計算計算當用m m為單位時： :1:oeKoeK KmmK即：第86頁/共147頁 以以cmcm為單位時為單位時 1003:100:/oeKoeK KcmcmKkN cm即： K0K0值可以“查表”（P424, P424, 表8 82 2 巖石抗力

48、系數(shù)表）、“類比”求得”，最好是現(xiàn)場實測。第87頁/共147頁 考慮彈性抗力考慮彈性抗力 有壓洞有壓洞 圍巖厚度大于隧洞開挖直徑的圍巖厚度大于隧洞開挖直徑的3 3倍。倍。 在內水壓力作用下不致產生滑動和抬動。在內水壓力作用下不致產生滑動和抬動。 襯砌和圍巖的空隙，必須回填結實。襯砌和圍巖的空隙，必須回填結實。 圍巖厚度大于內水壓力水頭的圍巖厚度大于內水壓力水頭的0.40.4倍。倍。 無壓隧洞無壓隧洞 彈性抗力只存在于襯砌變位向著圍巖的彈性抗力只存在于襯砌變位向著圍巖的部分，而不產生于背著圍巖部分，因此，它在部分，而不產生于背著圍巖部分，因此，它在外周的分布形成，隨著襯砌的不同而外周的分布形成，

49、隨著襯砌的不同而不同。不同。第88頁/共147頁 無壓隧洞：只要算出洞內的水面曲線，即可確定內水壓力。無壓隧洞：只要算出洞內的水面曲線，即可確定內水壓力。 有壓隧洞：內水壓力式有壓隧洞中的重要荷載，常對襯有壓隧洞：內水壓力式有壓隧洞中的重要荷載，常對襯砌的計算起控制作用。砌的計算起控制作用。 為了使計算簡單，可將有壓隧洞中的內水壓力分解為為了使計算簡單，可將有壓隧洞中的內水壓力分解為兩部分：均勻內水壓力兩部分：均勻內水壓力+ +非均勻無水頭滿水壓力非均勻無水頭滿水壓力（三）內水壓力及外水壓力（三）內水壓力及外水壓力1.1.內水壓力 有壓引水發(fā)電隧洞：內水壓力= =全水頭+ +水擊引起的壓力增值

50、。第89頁/共147頁 外水壓力是地下水頭引起的，規(guī)范規(guī)定：是作用在外水壓力是地下水頭引起的，規(guī)范規(guī)定：是作用在襯砌外表的邊界力。襯砌外表的邊界力。外水壓力外水壓力: : 對無壓隧洞徑常引起控制作用對無壓隧洞徑常引起控制作用 對有壓隧洞徑則對內水壓力有抵消的作對有壓隧洞徑則對內水壓力有抵消的作用。用。2.2.外水壓力（地下水壓力）外水壓力（地下水壓力） 地下滲流的情況十分復雜，影響因素也多，準確值無法確定，常用的方法： 規(guī)范：將地下水面以上的水柱高乘以折減系數(shù)作為外水壓力值。 值視地質、水文地質及防滲、排水等情況，P424P424表8 8 3 3。 第90頁/共147頁 圍巖于襯砌組成一個緊密

51、結合的整體，兩者圍巖于襯砌組成一個緊密結合的整體，兩者又都又都是不同程度的透水材料，因此內外水是連通的，不能是不同程度的透水材料，因此內外水是連通的，不能截截然的分為內、外水壓力，即不應將外水壓力視為一種然的分為內、外水壓力，即不應將外水壓力視為一種邊邊界力，而應視為在一定邊界條件下，隧洞在地下水位界力，而應視為在一定邊界條件下，隧洞在地下水位以以下的空間滲透力，通過滲流場計算，可以求得作用在下的空間滲透力，通過滲流場計算，可以求得作用在襯襯砌外表面得水壓力。砌外表面得水壓力。第91頁/共147頁 襯砌自重是指沿隧洞軸線襯砌自重是指沿隧洞軸線1m1m長的襯砌的自重，均勻作長的襯砌的自重，均勻作

52、用于襯砌厚度的平均線上，計算的厚度應考慮平均超挖回填部分，用于襯砌厚度的平均線上，計算的厚度應考慮平均超挖回填部分，其平均厚度可取其平均厚度可取0.10.10.3m0.3m 單位面積上的自重強度單位面積上的自重強度g g為：為： （四）襯砌自重（四）襯砌自重hgc（kPa） 式中 h h襯砌厚度，m m，包括0.10.3m0.10.3m的超挖回填在內； 襯砌材料的容重，kN/mkN/m3 3。 c第92頁/共147頁1 1回填灌漿回填灌漿 產生原因與分布規(guī)律：襯砌在施工時，其頂部與圍巖之間產生原因與分布規(guī)律：襯砌在施工時，其頂部與圍巖之間難于填滿而留有空隙，需要進行回填灌漿。分布載頂部中心角難

53、于填滿而留有空隙，需要進行回填灌漿。分布載頂部中心角90901201200 0以內。沿襯砌背部均勻分布，并與背部正交（徑向分以內。沿襯砌背部均勻分布，并與背部正交（徑向分布）。布）。 荷載性質：主要是存在于施工完建時期的荷載，完建以后，荷載性質：主要是存在于施工完建時期的荷載，完建以后，即逐漸減少，屬施工情況的臨時荷載。可在灌漿時采取措施，故即逐漸減少，屬施工情況的臨時荷載?？稍诠酀{時采取措施，故在設計中一般不予考慮。在設計中一般不予考慮。2.2.固結灌漿固結灌漿 均勻分布于整個隧洞斷面周圍。固結灌漿對襯砌的作用相當均勻分布于整個隧洞斷面周圍。固結灌漿對襯砌的作用相當于外水壓力，使襯砌受壓，只

54、是在壓力很大時才有必要驗算襯砌于外水壓力，使襯砌受壓，只是在壓力很大時才有必要驗算襯砌強度。強度。（五）灌漿壓力（五）灌漿壓力 第93頁/共147頁 1.1.產生的原因：襯砌之外的圍巖阻礙襯砌自由脹縮，產生的原因：襯砌之外的圍巖阻礙襯砌自由脹縮，所以載襯砌內部產生溫度應力。所以載襯砌內部產生溫度應力。 施工期：砼的水化熱荷干縮。施工期：砼的水化熱荷干縮。 運用期：水溫的變化，氣溫的變化對洞的影響小。運用期：水溫的變化，氣溫的變化對洞的影響小。 升溫時產生壓應力升溫時產生壓應力, ,降溫時產生拉應力降溫時產生拉應力. .砼耐壓不耐拉砼耐壓不耐拉, ,故溫降為控制情況故溫降為控制情況, ,隧洞襯砌

55、砼能承受的降溫度只有隧洞襯砌砼能承受的降溫度只有7 710,10,超過則產生裂縫。超過則產生裂縫。（六）溫度應力（六）溫度應力 2.2.減小溫度應力的工程設施： 施工期：選擇適宜的水泥（低熱），控制水灰比，加強養(yǎng)護，縮短澆筑的長度（洞線軸向），配置適量的溫度鋼筋。第94頁/共147頁3.3.計算計算非寒冷地區(qū)，影響較小，一般不考慮。非寒冷地區(qū)，影響較小，一般不考慮。寒冷地區(qū)：寒冷地區(qū)：有壓圓形隧洞，根據(jù)彈性理論折算為等效內水壓力。有壓圓形隧洞，根據(jù)彈性理論折算為等效內水壓力。 例：有壓圓形隧洞，內直徑例：有壓圓形隧洞，內直徑4 4米，花崗巖米，花崗巖 ，襯，襯砌厚砌厚0.400.40米，巖石原

56、始溫度米，巖石原始溫度T=12,T=12,冬季平均最低溫度冬季平均最低溫度0.2,0.2,砼澆筑溫度砼澆筑溫度 ，砼在水中的膨脹值相當于，砼在水中的膨脹值相當于 , ,求襯求襯砌溫度應力相當于多少內水壓力？砌溫度應力相當于多少內水壓力？ 325kNm121T5T8 . 652 . 01201TtTT（溫降）（溫降） T使坑道半徑減小使坑道半徑減小2/607. 1cmkgP P P襯砌溫度應力，相當于內水壓力襯砌溫度應力，相當于內水壓力16m16m水頭。水頭。無壓隧洞，在確定溫差后，按結構力學的方法計算內力。無壓隧洞，在確定溫差后，按結構力學的方法計算內力。第95頁/共147頁 洞身埋在地下深處

57、，與圍巖緊密結合的襯洞身埋在地下深處，與圍巖緊密結合的襯砌，地震對其影響很小，設計時一般不予考慮。砌，地震對其影響很小，設計時一般不予考慮。但當隧洞通過設計烈度高于但當隧洞通過設計烈度高于8 8度，特別是地基較弱，度，特別是地基較弱，圍巖破碎和節(jié)理發(fā)育地區(qū)，則應進行抗震計算。圍巖破碎和節(jié)理發(fā)育地區(qū)，則應進行抗震計算。 對隧洞進出口建筑物，應按對隧洞進出口建筑物，應按水工建筑物抗水工建筑物抗震設計規(guī)范震設計規(guī)范（SL203SL20319971997）規(guī)定進行抗震設計。）規(guī)定進行抗震設計。（七）地震力（七）地震力第96頁/共147頁 基本荷載：山巖壓力、襯砌自重、正常水位或宣泄設計基本荷載：山巖壓

58、力、襯砌自重、正常水位或宣泄設計洪水時的內水壓力和外水壓力。洪水時的內水壓力和外水壓力。 特殊荷載：校核水位時內、外水壓力、灌漿壓力、溫度特殊荷載：校核水位時內、外水壓力、灌漿壓力、溫度荷載、地震力、施工荷載等。荷載、地震力、施工荷載等。 襯砌計算時常采用下列荷載組合：襯砌計算時常采用下列荷載組合： 二、荷載組合二、荷載組合 （1 1）正常運用情況。圍巖壓力+ +自重+ +泄設計洪水時（內+ +外）。（設計） （2 2）施工、檢修情況。圍巖壓力+ +自重+ +可能出現(xiàn)的最大外水壓力。（校核） （3 3）非常運用情況。圍巖壓力十自重+ +泄校核洪水時的（內+ +外）。（校核） 正常情況和非常情況

59、均可能有幾種不同的組合，在設計中可根據(jù)具體情況分析確定。正常情況屬基本組合，設計襯砌的厚度、材料標號和配筋量，其他情況用作校核。第97頁/共147頁8-98-9水工隧洞的襯砌計算與支護設計水工隧洞的襯砌計算與支護設計 計算方法：計算方法： （1 1）結構力學法：將襯砌與圍巖分開，襯砌上承受有）結構力學法：將襯砌與圍巖分開，襯砌上承受有關荷載，考慮圍巖的抗力作用，假定抗力分布后按超靜定關荷載，考慮圍巖的抗力作用，假定抗力分布后按超靜定結構解算襯砌內力。近年來普遍采用襯砌常微分方程邊值結構解算襯砌內力。近年來普遍采用襯砌常微分方程邊值問題數(shù)值解法，抗力分布不作假定而是在計算中經迭代求問題數(shù)值解法，

60、抗力分布不作假定而是在計算中經迭代求出，較前者合理。出，較前者合理。 （2 2）有限元法：將襯砌與圍巖作為整體進行計算。）有限元法：將襯砌與圍巖作為整體進行計算。計算步驟：計算步驟： 指各種荷載單獨作用下，求出襯砌中的彎矩和軸力，指各種荷載單獨作用下，求出襯砌中的彎矩和軸力，然后根據(jù)荷載組合進行迭加。然后根據(jù)荷載組合進行迭加。第98頁/共147頁 彈性特征因素法彈性特征因素法根據(jù)彈力厚壁管公式，推根據(jù)彈力厚壁管公式，推導出來設計砼和鋼筋砼，有壓圓形襯砌的方法。導出來設計砼和鋼筋砼，有壓圓形襯砌的方法。 適用：埋深適用：埋深3D3D；巖體堅固系數(shù)；巖體堅固系數(shù)f fk k6 6，（僅，（僅均勻內