某水電站引水隧洞襯砌結(jié)構(gòu)計算書

1、目 錄1 計算總說明11.1 計算目的及要求11.2 基本資料11.3 計算原則和假定11.4 材料參數(shù)21.5 參考書目及資料22 計算過程32.1 圍巖分擔內(nèi)壓32.2 按初擬配筋計算鋼筋應力82.3 按限裂標準復核鋼筋應力92.4 抗外壓計算113 計算成果及分析134 附圖13引水隧洞襯砌結(jié)構(gòu)計算書1 計算總說明1.1 計算目的及要求本算稿采用高壓隧洞的透水襯砌方法（公式法）對某水電站引水隧洞進行內(nèi)力和配筋計算，為施工詳圖設計階段引水隧洞襯砌的施工圖繪制提供合理的數(shù)據(jù)依據(jù)。1.2 基本資料引水隧洞布置于XX河左岸，進水口至調(diào)壓室引水隧洞長全長15541.226 m，為有壓隧洞。引水隧洞

2、建筑物為3級，結(jié)構(gòu)安全級別為級。沿線山體雄厚，設計洞軸線與主要結(jié)構(gòu)面呈較大角度相交，具備基本的地形地質(zhì)條件，圍巖類別以類為主，局部穩(wěn)定性差，應及時采取支護措施；少部分洞段屬類圍巖，基本穩(wěn)定，類圍巖不穩(wěn)定。、1類圍巖段，采用馬蹄形斷面(噴錨支護方式)，2、類圍巖段采用馬蹄形或圓形斷面（鋼筋混凝土襯砌支護方式），本算稿僅針對鋼筋混凝土襯砌支護段進行結(jié)構(gòu)計算。圍巖分類及參數(shù)詳見附頁互提資料單。1.3 計算原則和假定高壓隧洞的結(jié)構(gòu)設計采用了透水襯砌方法進行計算，本工程采用公式法進行計算。公式法：考慮變形協(xié)調(diào)，計算圓形斷面在內(nèi)水壓力作用下圍巖、混凝土、鋼筋的應力和變形，以及混凝土裂縫開展寬度。充水過程：

3、初次充水，內(nèi)水壓力達到一定程度后，高壓隧洞襯砌體開裂，內(nèi)水壓力以滲透壓力，即體積力的形式作用在混凝土襯體和圍巖上，使混凝土襯體內(nèi)、外水壓的壓差逐漸降低或趨于平衡，從而在鋼筋混凝土上產(chǎn)生的應力都較小。襯砌計算原則：1）高壓隧洞透水襯砌計算要求隧洞埋深滿足挪威準則，且在地質(zhì)圍巖較差段外水滿足滲流穩(wěn)定。2）對2、類圍巖，可考慮圍巖承受70以上內(nèi)水壓力，對類圍巖，可考慮圍巖承受70以內(nèi)內(nèi)水壓力。3）高壓固結(jié)灌漿除了加固圍巖外，作用在混凝土襯砌體上的有效預壓應力取值為灌漿壓力的15。4）混凝土襯砌厚度受放空檢修時外水壓力控制，配筋受內(nèi)壓和裂縫限制開展寬度（可適當超過0.3mm）控制。1.4 材料參數(shù)1）

4、材料容重鋼筋混凝土容重：25kN/m32）材料強度參數(shù)混凝土強度等級：C25；C25混凝土軸心抗壓強度設計值：=11.9 N/mm2C25混凝土軸心抗拉強度設計值：=1.27 N/mm23）鋼筋鋼筋HPB300級：=270 N/mm2鋼筋HRB335級：=300 N/mm2鋼筋HRB400級：=360 N/mm24）鋼筋保護層厚=50mm1.5參考書目及資料某水電站引水發(fā)電系統(tǒng)縱剖面圖（見附圖1）水工隧洞設計規(guī)范DL/T 51952004中國電力出版社水工建筑物荷載設計規(guī)范DL/T5077-1997 中國電力出版社葉冀.廣蓄電站水工高壓隧洞設計施工的若干問題J .水力發(fā)電學報.1998. (2

5、):38-49.四川省XX河某水電站引水發(fā)電系統(tǒng)水力過渡過程計算與分析研究報告 2008.032 計算過程2.1圍巖分擔內(nèi)壓首先根據(jù)某水電站引水隧洞不同洞段的圍巖地質(zhì)條件和襯砌支護參數(shù)選取計算斷面，見表2.1-1 引水隧洞計算斷面參數(shù)列表。表2.1-1 引水隧洞計算斷面參數(shù)列表斷面序號樁號圍巖類別灌漿壓力（MPa）襯砌厚度（mm）內(nèi)徑（mm）內(nèi)水壓力（m）1引0+020引0+1580.6500195039 2引0+158引0+3400.6400235040 3引0+775引0+9340.6400235045 4引1+200引1+4500.7400235050 5引1+730引1+8200.74

6、00235053 6引2+955引2+9950.8500235062 7引3+225引3+2450.8400235064 8引3+245引3+2680.8500225065 9引3+268引3+3600.8400235065 10引3+570引3+6600.8400235068 11引3+830引3+9000.8400235070 12引3+950引4+1000.9400235071 13引4+345引4+4060.9400235074 14引4+410引4+5000.9400195075 15引4+504引4+78121.0 800195077 16引4+919引4+92711.0 8001

7、95078 17引4+927引4+93711.0 800195078 18引4+937引5+14011.1 800195080 19引5+140引5+1601.1 800195080 20引5+160引5+2501 21.1 800195081 21引5+250引5+43521.1 400195082 22引5+435引5+81221.2 600195086 23引5+812引6+20521.2 600195087 24引6+467引6+58411.2 600195087 25引6+584引6+6211.2 600195087 26引6+621引7+72021.2 600195089 27引7

8、+720引8+30621.3 800195092 28引8+934引8+97611.3 8001950101 29引11+610引11+7702.0 6001950131 30引11+770引12+02822.0 6001950134 31引12+028引12+1282.0 6001950135 32引12+128磨改0+39022.0 6001950136 33磨改0+670引13+08522.0 6001950137 34引13+085引13+31622.0 4001950138 35引13+434引13+59622.0 4001950138 36引13+784引14+27522.0 40

9、01950140 37引14+275引14+70022.0 6001950140 38引14+700引14+92022.0 6001950141 39引15+305引15+541.22622.0 6001950142 注：內(nèi)水壓力根據(jù)四川省金湯河某水電站引水發(fā)電系統(tǒng)水力過渡過程計算與分析研究報告中表6-6 輸水道沿線主要節(jié)點最大壓力控制值進行線性插值求得。根據(jù)表2.1-1選取的計算斷面，初擬配筋，同時結(jié)合不同計算斷面的地質(zhì)參數(shù)分別求出圍巖承受的內(nèi)水壓力Pr，計算成果表見表2.1-2。圍巖承受的內(nèi)水壓力Pr計算公式及參數(shù)說明如下(公式見廣蓄電站水工高壓隧洞設計施工的若干問題) （2-1）式中：P

10、r圍巖承受的內(nèi)水壓力，m；P內(nèi)水壓力，m；R襯砌體（混凝土）內(nèi)半徑，m；Rs受力鋼筋半徑，m；Rr隧洞開挖半徑，m；Ro隧洞開挖半徑加松動圈深度，m；As每米管長鋼筋配筋面積，m2；Es鋼筋彈模，Mpa；Ec混凝土彈模，C25，Mpa；Er1圍巖松動區(qū)彈模，Mpa；Er2圍巖非松動區(qū)彈模，Mpa；u圍巖泊松比。表2.1-2 圍巖承擔內(nèi)水壓力計算成果表序號襯厚初擬配筋直徑PRRsRrRoAsEsEcEr1Er2uABPrPr/Pmmmmmmmmm2MPaMPaMPaMPammm10.52*5222238.86 1.95 2.20 2.45 3.35 0.0038 2000002800035005

11、0000.27 0.00256 0.00769 28 0.73 20.45222240.37 2.35 2.40 2.75 3.76 0.0019 20000028000350050000.27 0.00618 0.01803 33 0.82 30.45222245.28 2.35 2.40 2.75 3.76 0.0019 20000028000350050000.27 0.00618 0.01803 37 0.82 40.45222249.55 2.35 2.40 2.75 3.76 0.0019 20000028000350050000.27 0.00618 0.01803 41 0.8

12、2 50.45222252.61 2.35 2.40 2.75 3.76 0.0019 20000028000350050000.27 0.00618 0.01803 43 0.82 60.55C252562.32 2.35 2.40 2.85 3.90 0.0025 20000028000350050000.35 0.00478 0.01460 49 0.79 70.45222264.39 2.35 2.40 2.75 3.76 0.0019 20000028000350050000.30 0.00618 0.01802 53 0.82 80.55C252564.58 2.25 2.30 2

13、.75 3.76 0.0025 20000028000210030000.35 0.00458 0.01396 49 0.75 90.45222265.34 2.35 2.40 2.75 3.76 0.0019 20000028000350050000.30 0.00618 0.01802 54 0.82 100.45222267.82 2.35 2.40 2.75 3.76 0.0019 20000028000350050000.30 0.00618 0.01802 56 0.82 110.45222269.81 2.35 2.40 2.75 3.76 0.0019 200000280003

14、50050000.30 0.00618 0.01802 57 0.82 120.45222271.46 2.35 2.40 2.75 3.76 0.0019 20000028000350050000.30 0.00618 0.01802 59 0.82 130.45222274.02 2.35 2.40 2.75 3.76 0.0019 20000028000350050000.30 0.00618 0.01802 61 0.82 序號襯厚初擬配筋直徑PRRsRrRoAsEsEcEr1Er2uABPrPr/P140.46C252574.77 1.95 2.00 2.35 3.21 0.0029

15、 20000028000350050000.30 0.00330 0.00854 58 0.77 150.85222277.12 1.95 2.00 2.75 3.76 0.0019 20000028000560080003.00 0.00512 0.01469 54 0.70 160.85222278.30 1.95 2.00 2.75 3.76 0.0019 200000280007000100000.28 0.00512 0.01478 54 0.69 170.82*5C222278.38 1.95 2.35 2.75 3.76 0.0038 200000280007000100000.

16、28 0.00256 0.00883 53 0.68 180.85C222280.06 1.95 2.00 2.75 3.76 0.0019 200000280007000100000.28 0.00512 0.01478 55 0.69 190.82*5C222280.23 1.95 2.35 2.75 3.76 0.0038 20000028000175025000.35 0.00256 0.00979 49 0.61 200.85C222280.97 1.95 2.00 2.75 3.76 0.0019 200000280007000100000.30 0.00512 0.01478 5

17、6 0.69 210.46C252582.50 1.95 2.00 2.35 3.21 0.0029 20000028000560080000.30 0.00330 0.00832 65 0.79 220.62*6C252585.62 1.95 2.25 2.55 3.49 0.0059 20000028000490070000.30 0.00165 0.00530 60 0.70 230.66C252587.22 1.95 2.00 2.55 3.49 0.0029 20000028000560080000.30 0.00330 0.00903 64 0.73 240.66C252586.8

18、6 1.95 2.00 2.55 3.49 0.0029 200000280007000100000.28 0.00330 0.00895 64 0.74 250.62*6C252586.82 1.95 2.25 2.55 3.49 0.0059 20000028000175025000.35 0.00165 0.00607 53 0.61 260.66C252589.39 1.95 2.00 2.55 3.49 0.0029 20000028000560080000.28 0.00330 0.00903 65 0.73 270.85C222591.84 1.95 2.00 2.75 3.76

19、 0.0025 20000028000560080000.28 0.00396 0.01160 63 0.68 280.85C2222101.00 1.95 2.00 2.75 3.76 0.0019 200000280007000100000.25 0.00512 0.01479 70 0.69 290.62*5C2222131.12 1.95 2.25 2.55 3.49 0.0038 20000028000210030000.35 0.00256 0.00855 88 0.67 300.65C2222133.85 1.95 2.00 2.55 3.49 0.0019 2000002800

20、0490070000.28 0.00512 0.01385 99 0.74 310.65C2222134.91 1.95 2.00 2.55 3.49 0.0019 20000028000210030000.35 0.00512 0.01441 96 0.71 320.65C2222135.70 1.95 2.00 2.55 3.49 0.0019 20000028000490070000.28 0.00512 0.01385 100 0.74 序號襯厚初擬配筋直徑PRRsRrRoAsEsEcEr1Er2uABPrPr/P330.65C2222137.07 1.95 2.00 2.55 3.4

21、9 0.0019 20000028000490070000.28 0.00512 0.01385 101 0.74 340.45C2222137.56 1.95 2.00 2.35 3.21 0.0019 20000028000490070000.28 0.00512 0.01277 110 0.80 350.45C2222138.13 1.95 2.00 2.35 3.21 0.0019 20000028000490070000.28 0.00512 0.01277 111 0.80 360.42*5C2222139.52 1.95 2.15 2.35 3.21 0.0038 2000002

22、8000490070000.28 0.00256 0.00705 109 0.78 370.65C2222140.40 1.95 2.00 2.55 3.49 0.0019 20000028000420060000.30 0.00512 0.01392 103 0.74 380.65C2222140.85 1.95 2.00 2.55 3.49 0.0019 20000028000560080000.28 0.00512 0.01379 105 0.74 390.62*5C2222142.13 1.95 2.25 2.55 3.49 0.0038 20000028000420060000.30

23、 0.00256 0.00805 102 0.72 注：圍巖非松動區(qū)彈模、泊松比根據(jù)圍巖巖性和類別按互提資料單中圍巖物理力學參數(shù)取值，圍巖松動區(qū)彈模取0.7倍非松動區(qū)彈模。2.2 按初擬配筋計算鋼筋應力固結(jié)灌漿管口壓力作為預壓應力作用于混凝土，灌漿管口壓力取0.15倍設計固結(jié)灌漿壓力。公式及參數(shù)說明： （2-2）（2-3）Pg灌漿管口壓力，MPa；Ps鋼筋承擔內(nèi)壓，MPa。鋼筋應力計算成果見表2.2。表2.2 按初擬配筋計算鋼筋應力成果表序號PPgPrPsRsAssMPaMPaMPaMPamm2MPa10.39 0.08 0.28 0.03 2.20 0.00380 15 20.40 0.08

24、 0.33 -0.01 2.40 0.00190 -11 30.45 0.09 0.37 -0.01 2.40 0.00190 -13 40.50 0.10 0.41 -0.01 2.40 0.00190 -14 50.53 0.11 0.43 -0.01 2.40 0.00190 -15 60.62 0.12 0.49 0.01 2.40 0.00245 8 70.64 0.13 0.53 -0.01 2.40 0.00190 -18 80.65 0.13 0.49 0.03 2.30 0.00245 28 90.65 0.13 0.54 -0.01 2.40 0.00190 -19 100

25、.68 0.14 0.56 -0.02 2.40 0.00190 -19 110.70 0.14 0.57 -0.02 2.40 0.00190 -20 120.71 0.14 0.59 -0.02 2.40 0.00190 -20 130.74 0.15 0.61 -0.02 2.40 0.00190 -21 140.75 0.15 0.58 0.02 2.00 0.00295 13 150.77 0.15 0.54 0.08 2.00 0.00190 84 160.78 0.16 0.54 0.08 2.00 0.00190 89 170.78 0.16 0.53 0.09 2.35 0.

26、00380 57 180.80 0.16 0.55 0.09 2.00 0.00190 91 190.80 0.16 0.49 0.15 2.35 0.00380 92 200.81 0.16 0.56 0.09 2.00 0.00190 92 210.82 0.16 0.65 0.01 2.00 0.00295 3 220.86 0.17 0.60 0.09 2.25 0.00589 33 230.87 0.17 0.64 0.06 2.00 0.00295 41 240.87 0.17 0.64 0.05 2.00 0.00295 37 250.87 0.17 0.53 0.16 2.25

27、 0.00589 62 260.89 0.18 0.65 0.06 2.00 0.00295 42 270.92 0.18 0.63 0.11 2.00 0.00245 88 281.01 0.20 0.70 0.11 2.00 0.00190 115 291.31 0.26 0.88 0.17 2.25 0.00380 98 301.34 0.27 0.99 0.08 2.00 0.00190 85 311.35 0.27 0.96 0.12 2.00 0.00190 127 321.36 0.27 1.00 0.08 2.00 0.00190 86 331.37 0.27 1.01 0.0

28、8 2.00 0.00190 87 341.38 0.28 1.10 0.00 2.00 0.00190 -4 351.38 0.28 1.11 0.00 2.00 0.00190 -4 361.40 0.28 1.09 0.03 2.15 0.00380 15 371.40 0.28 1.03 0.09 2.00 0.00190 95 381.41 0.28 1.05 0.08 2.00 0.00190 85 391.42 0.28 1.02 0.12 2.25 0.00380 71 備注：灌漿管口壓力取內(nèi)水壓力的0.2倍；表中Ps值為負值，說明鋼筋不承擔內(nèi)壓，s值為負值，說明鋼筋應力為零。

29、鋼筋采用HRB335，允許應力s=300(310)/1.35=222.2(230)MPa。從表中計算結(jié)果可以看出初擬配筋情況下的鋼筋應力都沒有達到允許應力，初擬配筋是合適的。2.3按限裂標準復核鋼筋應力公式及參數(shù)說明：（參照美國混凝土協(xié)會ACI提出受拉構(gòu)件的裂縫計算經(jīng)驗公式）（2-4）式中：Wmax混凝土最大裂縫開展寬度，m；fs鋼筋應力，MPa；A2dcS，S為鋼筋間距，m；dc0.05+/2，為鋼筋直徑，（鋼筋重心至混凝土受拉邊緣的距離），m；表2.3 按限裂標準復核鋼筋應力成果表序號dcSAfsWmaxmmmm2MPam10.022 0.061 0.200 0.0244 15 0.000

30、02 20.022 0.061 0.200 0.0244 0 0.00000 30.022 0.061 0.200 0.0244 0 0.00000 40.022 0.061 0.200 0.0244 0 0.00000 50.022 0.061 0.200 0.0244 0 0.00000 60.025 0.063 0.200 0.0250 8 0.00001 70.022 0.061 0.200 0.0244 0 0.00000 80.025 0.063 0.200 0.0250 28 0.00005 90.022 0.061 0.200 0.0244 0 0.00000 100.022

31、0.061 0.200 0.0244 0 0.00000 110.022 0.061 0.200 0.0244 0 0.00000 120.022 0.061 0.200 0.0244 0 0.00000 130.022 0.061 0.200 0.0244 0 0.00000 140.025 0.063 0.200 0.0250 0 0.00000 150.022 0.061 0.200 0.0244 84 0.00014 160.022 0.061 0.200 0.0244 89 0.00015 170.022 0.061 0.200 0.0244 57 0.00010 180.022 0

32、.061 0.200 0.0244 91 0.00015 190.022 0.061 0.200 0.0244 92 0.00015 200.022 0.061 0.200 0.0244 92 0.00015 210.025 0.063 0.167 0.0208 3 0.00001 220.025 0.063 0.167 0.0208 33 0.00005 230.025 0.063 0.167 0.0208 41 0.00006 240.025 0.063 0.167 0.0208 37 0.00006 250.025 0.063 0.167 0.0208 62 0.00010 260.02

33、5 0.063 0.167 0.0208 42 0.00007 270.025 0.063 0.200 0.0250 88 0.00015 280.022 0.061 0.200 0.0244 115 0.00019 290.022 0.061 0.200 0.0244 98 0.00016 300.022 0.061 0.200 0.0244 85 0.00014 310.022 0.061 0.200 0.0244 127 0.00021 320.022 0.061 0.200 0.0244 86 0.00014 330.022 0.061 0.200 0.0244 87 0.00014

34、340.022 0.061 0.200 0.0244 0 0.00000 350.022 0.061 0.200 0.0244 0 0.00000 360.022 0.061 0.200 0.0244 15 0.00002 370.022 0.061 0.200 0.0244 95 0.00016 380.022 0.061 0.200 0.0244 85 0.00014 390.022 0.061 0.200 0.0244 71 0.00012 由表中數(shù)據(jù)可以看出：初擬配筋是合理的，裂縫寬度在允許范圍內(nèi)。2.4抗外壓計算根據(jù)計算結(jié)果，內(nèi)水壓力不控制襯砌厚度，故足夠的襯砌厚度是為了安全施工需要

35、。但外壓將控制襯砌厚度，故外水壓力加上高壓灌漿的殘余有效預壓應力，將用來驗算襯砌的強度。美國等國采用初估混凝土襯砌厚度的經(jīng)驗計算式如下：（2-5）tc為理論上的混凝土襯體厚度，實際計算時可以不考慮超挖的b0。襯砌結(jié)構(gòu)本身能承擔的最大外壓：（2-6）表2.4 抗外壓計算成果表序號內(nèi)半徑a襯厚外徑b計算r外壓qbPg能承受的外水壓估計存在的外水壓力mmmmMPaMPaMPaMPaMPa11.95 0.50 2.70 1.95 11.9 2.85 0.08 2.77 0.20 22.35 0.40 2.95 2.35 11.9 2.17 0.08 2.09 0.23 32.35 0.40 2.95

36、2.35 11.9 2.17 0.09 2.08 0.26 42.35 0.40 2.95 2.35 11.9 2.17 0.10 2.08 0.29 52.35 0.40 2.95 2.35 11.9 2.17 0.11 2.07 0.30 62.35 0.50 3.10 2.35 11.9 2.53 0.12 2.41 0.34 72.35 0.40 2.95 2.35 11.9 2.17 0.13 2.05 0.37 82.25 0.50 3.00 2.25 11.9 2.60 0.13 2.47 0.34 92.35 0.40 2.95 2.35 11.9 2.17 0.13 2.04

37、 0.38 102.35 0.40 2.95 2.35 11.9 2.17 0.14 2.04 0.39 112.35 0.40 2.95 2.35 11.9 2.17 0.14 2.03 0.40 122.35 0.40 2.95 2.35 11.9 2.17 0.14 2.03 0.41 132.35 0.40 2.95 2.35 11.9 2.17 0.15 2.03 0.43 141.95 0.40 2.55 1.95 11.9 2.47 0.15 2.32 0.41 151.95 0.80 3.15 1.95 11.9 3.67 0.15 3.52 0.38 161.95 0.80 3.15 1.95 11.9 3.67 0.16 3.51 0.38 171.95 0.80 3.15 1.95 11.9 3.67 0.16 3.51 0.37 181.95 0.80 3.15 1.95 11.9 3.67 0.16 3.51 0.39 191.95 0.80 3.15 1.95 11.9 3.67 0.16 3.51 0.34 201.95 0.80 3.15 1.95 11.9 3.