【文章內(nèi)容簡介】 固系數(shù)，取 f=~2，； q —— 圍巖垂直荷載， kN/m2； ? —— 圍巖重度，平均值 ； ?K —— 換算摩擦角 (?)，取 ?K=60?~65?； m—— m=~ 計(jì)算成果見表 61： ② 圍巖壓力系數(shù)法 q=Sy???B () e=SX???h () 式中： Sy —— 垂直向圍巖壓力系數(shù)，取 ； Sx —— 水平向圍巖壓力系數(shù)，取 ； h —— 洞室開挖高度， ； B—— 洞室開挖寬度， m； e — — 側(cè)向圍巖水平荷載， kN/m2； q —— 圍巖垂直荷載， kN/m2； ? —— 圍巖重度， kN/m3； 計(jì)算成果見表 62。 表 61 普氏理論法計(jì)算圍巖壓力成果表 計(jì)算點(diǎn) (樁號(hào) ) ? k? h q （ KPa） e1 （ KPa） e2 （ KPa） f m 0+ 65 2 0+ 60 0+ 65 2 0+ 65 2 0+ 60 0+ 60 第 20 頁，共 50 頁 表 62 圍巖壓力系數(shù)法計(jì)算圍巖壓力成果表 內(nèi)水 壓力 水 荷載是水工隧 洞的主要荷 載。對有壓隧 洞，內(nèi)水壓力 等于水庫水位 減去計(jì)算斷面 處的總水頭損失，特殊荷載尚應(yīng)該加上水錘壓力水頭。 內(nèi)水壓力按隧洞分段計(jì)算成果見 表 63（按設(shè)計(jì)水位計(jì)算）。 表 63 內(nèi)水壓力按隧洞分段計(jì)算成果表（單位： m） 計(jì)算點(diǎn) (樁號(hào) ) 基面 總水頭 h? 局部水頭損失累計(jì) 沿程水頭損失累計(jì) 極限正水錘 不計(jì)水錘內(nèi)水壓力 計(jì)水錘時(shí)內(nèi)水壓力 內(nèi)水壓力 （ MPa） 0+ 0+ 0+ 0+ 0+ 0+ 地震荷載 設(shè)計(jì)隧洞洞身時(shí)可不考慮地震荷載，但對隧洞的進(jìn)出口建筑物，需按現(xiàn)行 《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》 對地面建筑結(jié)構(gòu)的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。本地區(qū)地震基本烈度按 級(jí)考慮，因地震而引起的隧洞附加荷載為： (1) 附加山巖壓力 0112Rc C R PRP K C T? ???? ? ?? () (2) 地震 水壓力 (水平橫向作用 ) 計(jì)算點(diǎn) (樁號(hào) ) ?? Sx e Sy q 0+ 0+ 0+ 0+ 0+ 0+ 第 21 頁，共 50 頁 02 CgPKP C T????— () (3) 襯砌自重慣性力 Pg=Kc?c () 上 三式 中： KC —— 地震系數(shù) ,查表取 KC =1/40； ?R —— 巖石重度，取平均值 ； CP —— 地震縱波在巖石里的傳播速度，粗略取 2022m/s； T0 —— 地震波的周期，取 1s； ?C —— 襯砌重度， ； R? —— 巖石泊松比， R? =； ? —— 水重度， 10℃時(shí)為 。 代入 計(jì)算 得 cP =； gP =； P g=24 kN/m3 灌漿荷載 當(dāng) 固結(jié) (或回填 )灌漿壓力與外水壓力接近時(shí)，可不考慮灌漿壓力。固結(jié) (或回填 )灌漿壓力一般為 ~，當(dāng)回填灌漿壓力與圍巖壓力不同時(shí)考慮。 地層彈性抗力 只有巖體較好時(shí)，才產(chǎn)生有效的彈性抗力，本隧洞 III類巖石段可能產(chǎn)生彈性抗力。當(dāng)襯砌向內(nèi)變形時(shí)，不產(chǎn)生彈性抗力，只有襯砌向外變形時(shí)，才產(chǎn)生彈性抗力，其值為： P=K? () 式中： P —— 地層彈性抗力， kN/m2； K —— 地層彈性抗力系數(shù)， kN/m3； ? —— 襯砌向外變位值， m。 巖體好時(shí)，在頂部中心角大約 90176。 范圍之外的 襯砌變形指向圍巖，作用有彈性抗力，其分布規(guī)律為： 第 22 頁，共 50 頁 22c o s 242sin c o s2aabKKK K K??? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ????? ? ? ? ??當(dāng) 時(shí) ，當(dāng) 時(shí) ， () 式中： aK? 、 bK? 分別為 ?= /2? 和 ?=? 處襯砌受到的彈性抗力， ?為以隧洞圓心為圓心，自隧洞頂拱頂端逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到計(jì)算斷面所成的夾角。 荷載組合 根據(jù)施工、運(yùn)行和檢修等情況，分別 考慮最不利的荷載組合，一般應(yīng)遵循下列組合原則： (1) 垂直圍巖壓力與側(cè)向圍巖壓力使頂拱產(chǎn)生的應(yīng)力符號(hào)相反，互相有所抵消。一般估算的圍巖壓力不一定十分準(zhǔn)確，尤其是側(cè)向圍巖壓力的準(zhǔn)確性就更差一些，這時(shí)宜不計(jì)側(cè)向壓力。在其它部位也應(yīng)考慮類似情況。 (2) 灌漿壓力與外水壓力不要疊加。灌漿壓力大于外水壓力時(shí)，頂拱部位只計(jì)灌漿壓力，其余部位為外水壓力；灌漿壓力小于外水壓力時(shí)則可不計(jì)。 (4) 考慮圍巖抗力時(shí)，可少計(jì)或不計(jì)側(cè)向圍巖壓力，不計(jì)底拱的反壓力。 荷載組合 分四種工況 ，見表 67。 第 23 頁，共 50 頁 表 67 荷 載 組 合 表 荷 載 組 合 垂直圍巖壓力 側(cè)向圍 巖壓力 襯砌 自重 內(nèi)水 壓力 外水均 勻壓力 外水非 均勻壓力 灌漿 壓力 彈性 抗力 地 震 基本 正常運(yùn)行工況 ? ? ? ? ? 非常運(yùn)行工況 ? ? ? ? ? ? ? ? 特殊 檢修工況 ? ? ? ? ? 施工期 ? ? ? ? 二次支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算原則及方法 本隧洞采用采用組合式支護(hù)，即外層初期錨噴掛網(wǎng)支護(hù)，內(nèi)層鋼筋混凝土二次支護(hù)。鋼筋混凝土襯砌的應(yīng)力計(jì)算時(shí)，對 III 類圍巖及更差的 圍巖是把圍巖當(dāng)成荷載，把襯砌當(dāng)成結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算；而對 II 類及更好的圍巖，則僅將圍巖視為承載結(jié)構(gòu)，一般要求采用下述方法進(jìn)行： (1) 彈性力學(xué)法：包含彈性和彈塑性兩種方法，主要適用與 I、 II、 III 類圍巖； (2) 結(jié)構(gòu)力學(xué)法：適用于 IV、 V 類圍巖及更差的圍巖； (3) 混凝土及鋼筋混凝土襯砌的強(qiáng)度及配筋計(jì)算，可按現(xiàn)行《水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。 二次支護(hù)結(jié)構(gòu)細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則 (1) 襯砌段長，一般根據(jù)澆筑能力和溫度收縮等因素分析確定，底拱、 邊頂拱的環(huán)向縫不得錯(cuò)開。 (2) 對巖性較均一，處于 I、 II、 III類圍巖中的混凝土襯砌，溫度變化較小，一般不設(shè)伸縮縫。只在地質(zhì)條件突變的洞段、地質(zhì)條件較差有嚴(yán)格要求的洞段、襯砌形式改變的洞段才設(shè)置伸縮縫。伸縮縫縫內(nèi)設(shè)止水帶及充填嵌縫材料。每一澆筑段設(shè)一施工縫，縫內(nèi)只設(shè)止水帶。 (3) 對于巖性較均一，處于 I、 II、 III類圍巖中的混凝土襯砌，當(dāng)可能最低地下水位高于隧洞壓力線，且內(nèi)水外滲不影響圍巖穩(wěn)定時(shí)，縫內(nèi)可不設(shè)止水帶。但對伸縮縫，縫內(nèi)要用充填嵌縫材料充填。 (4) 在不同襯砌結(jié)構(gòu)連接點(diǎn)、地質(zhì)條件變 化處、體形改變處，均需設(shè)永久縫。 第 24 頁，共 50 頁 (5) 對一般施工縫，縱向鋼筋要求穿過縫；對永久伸縮縫，縱向鋼筋不穿過縫。 細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1）如圖 7所示，按照工程經(jīng)驗(yàn)，初步擬訂澆筑段長度澆筑段長度為 8m。 2）橫向施工縫由混凝土澆筑能力決定，擬訂為 8m；縱向施工縫根據(jù)澆筑能力，設(shè)在頂拱、側(cè)墻以及底版分界處或者內(nèi)力比較小的部位，對施工縫需要進(jìn)行鑿毛處理或者設(shè)置插筋以加強(qiáng)其整體性，縫內(nèi)可設(shè)鍵槽，必要時(shí)還應(yīng)設(shè)止水或者接縫處理。 3）在地質(zhì)條件變化處、進(jìn)、出口以及斷裂破碎帶有可能產(chǎn)生較大相對變位處應(yīng)該設(shè)置沉陷縫。 也可設(shè)置波紋管補(bǔ)償器，并采取相應(yīng)的防滲措施。 4）鋼筋混凝土襯砌與鋼板襯砌連接處，不應(yīng)分縫，應(yīng)有不少于 的搭接長度，并在鋼板上設(shè)置阻水措施。 5）漸變段設(shè)計(jì)。隧洞進(jìn)口漸變段為矩形向圓形過渡；壓力鋼管前端、引水洞末端為半徑為 的圓形過度，具體設(shè)計(jì)見設(shè)計(jì)詳圖。 第 25 頁，共 50 頁 第 7 章 混凝土襯砌以及配筋 鋼筋混凝土襯砌設(shè)計(jì) 基本設(shè)計(jì)資料 按構(gòu)造要求，初步設(shè)計(jì)鋼筋混凝土襯砌厚度為 70cm。采用雙層配筋，限制開裂寬度來設(shè)計(jì)?；炷烈r砌采用 C25，壓力鋼管段采用 C15；鋼筋采用 II 級(jí)鋼；結(jié)構(gòu)系數(shù) d? =，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù) 0? =，設(shè)計(jì)狀況系數(shù) ? 持久狀況取 ，短暫狀況取 ，偶然狀況取。 相關(guān)材料的基本性能參數(shù)如下表 71： 表 71 材料性能參數(shù) 材料 fck fc ftk ft E C15 10 C25 17 13 Q235 335 335 310 310 注：強(qiáng)度單位為 N/mm2；模量單位為 1 105MPa 襯砌分縫 1）施工縫 由于混凝土以及鋼筋混凝土襯砌是分段分塊澆筑的，所以襯砌中必然有橫向和縱向施工縫。橫向施工縫間距由澆筑能力決定，縱向施工縫根據(jù)澆筑能力，設(shè)在頂拱、邊墻及底版分界處或者內(nèi)力比較小的部位。對于施工縫需要進(jìn) 行鑿毛處理或設(shè)插筋以加強(qiáng)其整體性，必要時(shí)還應(yīng)設(shè)止水。 2）伸縮縫 為防止混凝土因干縮和溫度應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫，沿洞軸線應(yīng)設(shè)置 橫向 伸縮縫。伸縮縫薦舉根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，取 8~10m，縫 內(nèi)設(shè)置止水。圍巖條件好時(shí)，間距取稍小值，圍巖條件差時(shí)可以選取較大值。為便于施工，統(tǒng)一采用 8m 和 10m 兩種間距。 3）沉陷縫 隧洞穿越斷裂破碎帶和軟弱夾層地帶時(shí)，襯砌需要加厚。在斜洞段，圍巖條件較差，為防止因不均勻沉陷造成混凝土開裂，在襯砌厚度突變處，應(yīng)設(shè)置沉陷縫。此外，在洞身和進(jìn)口、漸變段等接頭處可能產(chǎn)生較大位移的地段也需要設(shè)置橫向沉陷縫，縫內(nèi)設(shè)止水。 伸縮沉陷縫如圖 71 所示。 第 26 頁，共 50 頁 考慮彈性抗力時(shí)的配筋設(shè)計(jì) 內(nèi)水壓力作用下的配筋計(jì)算 采用對稱配筋，鋼筋的斷面面積 f 按下式計(jì)算： 01iiggiggeerp r K mEfr mErr??????????????????? ???????? （ ） 其中，39。 ln1000 iehipr rm Er? 39。 ? 式中， f —— 鋼筋斷面面積， m2； p —— 內(nèi)水壓力， MPa； ir —— 隧洞內(nèi)半徑， 或 ； er —— 隧洞外半徑， ~ 或 ； 0K —— 彈性抗力系數(shù)， 30 4/K kN cm? ； t —— 襯砌外半徑與內(nèi)半徑之比， /eit r r? ； []g? —— 鋼筋的允許應(yīng)力設(shè)計(jì)值， []g? = /ydf ? ， d? 為結(jié)構(gòu)系數(shù)，取 ，故[]g? = /ydf ? =310/=； 第 27 頁，共 50 頁 gE —— 鋼筋的彈性模量， 105MPa； 代入計(jì)算，計(jì)算成果見表 72 表 72 內(nèi)水壓力作用下配筋斷面面積表 計(jì)算點(diǎn) (樁號(hào) ) p Eh t m （ 10— 5m） f（ mm2） 選取 實(shí)際面積 0+ 3238 ф 36 4 4072 0+ 8054 ф 36 8 8143 0+ 8269 ф 36 9 9161 0+ 8457 ф 36 9 9161 0+ 9252 ф 36 2 +ф 40 6 9576 0+ 9362 ф 36 2 +ф 40 6 9576 . 2 其它荷載作用下的配筋 計(jì)算包括以下荷載作用： 1）鉛直圍巖壓力作用 下的內(nèi)力計(jì)算： ? ?? ?3(1 )(1 )210 .0 6 4 1 6eeeeM q rr A B CnN q r D F G nrrnEJr r Kb?????? ? ? ?? ? ? ????? （ ） 式中： M—— 計(jì)算截面的彎矩， kN ?m； N—— 計(jì)算截面上的軸力， kN； q—— 鉛直圍巖壓力強(qiáng)度， kPa； re—— 襯砌的外半徑， m； r—— 襯砌的平均半徑， m； K—— 圍巖的彈性抗力系數(shù)， kN/m3； E—— 襯砌材料的彈性模量， kPa； J—— 計(jì)算斷面的慣性矩， m4； b—— 計(jì)算