某水电站引水隧洞衬砌结构计算书.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除目 录1 计算总说明11.1 计算目的及要求11.2 基本资料11.3 计算原则和假定11.4 材料参数21.5 参考书目及资料22 计算过程32.1 围岩分担内压32.2 按初拟配筋计算钢筋应力82.3 按限裂标准复核钢筋应力92.4 抗外压计算113 计算成果及分析134 附图13精品文档引水隧洞衬砌结构计算书1 计算总说明1.1 计算目的及要求本算稿采用高压隧洞的透水衬砌方法（公式法）对某水电站引水隧洞进行内力和配筋计算，为施工详图设计阶段引水隧洞衬砌的施工图绘制提供合理的数据依据。1.2 基本资料引水隧洞布置于XX河左岸，进水口至调压室引水隧洞长全长15541.226 m，为有压隧洞。引水隧洞建筑物为3级，结构安全级别为级。沿线山体雄厚，设计洞轴线与主要结构面呈较大角度相交，具备基本的地形地质条件，围岩类别以类为主，局部稳定性差，应及时采取支护措施；少部分洞段属类围岩，基本稳定，类围岩不稳定。、1类围岩段，采用马蹄形断面(喷锚支护方式)，2、类围岩段采用马蹄形或圆形断面（钢筋混凝土衬砌支护方式），本算稿仅针对钢筋混凝土衬砌支护段进行结构计算。围岩分类及参数详见附页互提资料单。1.3 计算原则和假定高压隧洞的结构设计采用了透水衬砌方法进行计算，本工程采用公式法进行计算。公式法：考虑变形协调，计算圆形断面在内水压力作用下围岩、混凝土、钢筋的应力和变形，以及混凝土裂缝开展宽度。充水过程：初次充水，内水压力达到一定程度后，高压隧洞衬砌体开裂，内水压力以渗透压力，即体积力的形式作用在混凝土衬体和围岩上，使混凝土衬体内、外水压的压差逐渐降低或趋于平衡，从而在钢筋混凝土上产生的应力都较小。衬砌计算原则：1）高压隧洞透水衬砌计算要求隧洞埋深满足挪威准则，且在地质围岩较差段外水满足渗流稳定。2）对2、类围岩，可考虑围岩承受70以上内水压力，对类围岩，可考虑围岩承受70以内内水压力。3）高压固结灌浆除了加固围岩外，作用在混凝土衬砌体上的有效预压应力取值为灌浆压力的15。4）混凝土衬砌厚度受放空检修时外水压力控制，配筋受内压和裂缝限制开展宽度（可适当超过0.3mm）控制。1.4 材料参数1）材料容重钢筋混凝土容重：25kN/m32）材料强度参数混凝土强度等级：C25；C25混凝土轴心抗压强度设计值：=11.9 N/mm2C25混凝土轴心抗拉强度设计值：=1.27 N/mm23）钢筋钢筋HPB300级：=270 N/mm2钢筋HRB335级：=300 N/mm2钢筋HRB400级：=360 N/mm24）钢筋保护层厚=50 mm1.5 参考书目及资料某水电站引水发电系统纵剖面图（见附图1）水工隧洞设计规范 DL/T 51952004 中国电力出版社水工建筑物荷载设计规范DL/T5077-1997 中国电力出版社叶冀.广蓄电站水工高压隧洞设计施工的若干问题J .水力发电学报.1998. (2):38-49.四川省XX河某水电站引水发电系统水力过渡过程计算与分析研究报告 2008.032 计算过程2.1 围岩分担内压首先根据某水电站引水隧洞不同洞段的围岩地质条件和衬砌支护参数选取计算断面，见表2.1-1 引水隧洞计算断面参数列表。表2.1-1 引水隧洞计算断面参数列表断面序号桩号围岩类别灌浆压力（MPa）衬砌厚度（mm）内径（mm）内水压力（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+8200.7400235053 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 800195078 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+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 4001950140 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：内水压力根据四川省金汤河某水电站引水发电系统水力过渡过程计算与分析研究报告中表6-6 输水道沿线主要节点最大压力控制值进行线性插值求得。根据表2.1-1选取的计算断面，初拟配筋，同时结合不同计算断面的地质参数分别求出围岩承受的内水压力Pr，计算成果表见表2.1-2。围岩承受的内水压力Pr计算公式及参数说明如下(公式见广蓄电站水工高压隧洞设计施工的若干问题) （2-1）式中：Pr围岩承受的内水压力，m； P内水压力，m；R衬砌体（混凝土）内半径，m； Rs受力钢筋半径，m；Rr隧洞开挖半径，m； Ro隧洞开挖半径加松动圈深度，m；As每米管长钢筋配筋面积，m2； Es钢筋弹模，Mpa；Ec混凝土弹模，C25，Mpa； Er1围岩松动区弹模，Mpa；Er2围岩非松动区弹模，Mpa； u围岩泊松比。表2.1-2 围岩承担内水压力计算成果表序号衬厚初拟配筋直径PRRsRrRoAsEsEcEr1Er2uABPrPr/Pmmmmmmmmm2MPaMPaMPaMPammm10.52*5222238.86 1.95 2.20 2.45 3.35 0.0038 20000028000350050000.27 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 0.82 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 2.75 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 20000028000350050000.30 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 序号衬厚初拟配筋直径PRRsRrRoAsEsEcEr1Er2uABPrPr/P140.46C252574.77 1.95 2.00 2.35 3.21 0.0029 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 200000280007000100000.28 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 56 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 0.73 240.66C252586.86 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 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 20000028000490070000.28 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 序号衬厚初拟配筋直径PRRsRrRoAsEsEcEr1Er2uABPrPr/P330.65C2222137.07 1.95 2.00 2.55 3.49 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 20000028000490070000.28 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 0.00256 0.00805 102 0.72 注：围岩非松动区弹模、泊松比根据围岩岩性和类别按互提资料单中围岩物理力学参数取值，围岩松动区弹模取0.7倍非松动区弹模。2.2 按初拟配筋计算钢筋应力固结灌浆管口压力作为预压应力作用于混凝土，灌浆管口压力取0.15倍设计固结灌浆压力。公式及参数说明： （2-2） （2-3）Pg灌浆管口压力，MPa；Ps钢筋承担内压，MPa。钢筋应力计算成果见表2.2。表2.2 按初拟配筋计算钢筋应力成果表序号PPgPrPsRsAssMPaMPaMPaMPamm2MPa10.39 0.08 0.28 0.03 2.20 0.00380 15 20.40 0.08 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 -19 100.68 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 0.00380 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 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 0.08 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 备注：灌浆管口压力取内水压力的0.2倍；表中Ps值为负值，说明钢筋不承担内压，s值为负值，说明钢筋应力为零。 钢筋采用HRB335，允许应力s=300(310)/1.35=222.2(230) MPa。从表中计算结果可以看出初拟配筋情况下的钢筋应力都没有达到允许应力，初拟配筋是合适的。2.3 按限裂标准复核钢筋应力公式及参数说明：（参照美国混凝土协会ACI提出受拉构件的裂缝计算经验公式） （2-4）式中：Wmax混凝土最大裂缝开展宽度，m；fs钢筋应力，MPa；A2dcS，S为钢筋间距，m；dc0.05+/2，为钢筋直径，（钢筋重心至混凝土受拉边缘的距离），m；表2.3 按限裂标准复核钢筋应力成果表序号dcSAfsWmaxmmmm2MPam10.022 0.061 0.200 0.0244 15 0.00002 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 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 0.061 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 260.025 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 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 由表中数据可以看出：初拟配筋是合理的，裂缝宽度在允许范围内。2.4 抗外压计算根据计算结果，内水压力不控制衬砌厚度，故足够的衬砌厚度是为了安全施工需要。但外压将控制衬砌厚度，故外水压力加上高压灌浆的残余有效预压应力，将用来验算衬砌的强度。美国等国采用初估混凝土衬砌厚度的经验计算式如下： （2-5）tc为理论上的混凝土衬体厚度，实际计算时可以不考虑超挖的b0。衬砌结构本身能承担的最大外压： （2-6）表2.4 抗外压计算成果表序号内半径a衬厚外径b计算r外压qbPg能承受的外水压估计存在的外水压力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 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 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