竖井设计大纲范本

1FJD35200FJD水利水电工程技术设计阶段竖井设计大纲范本水利水电勘测设计标准化信息网1998年8月2工程技术设计阶段竖井设计大纲主编单位主编单位总工程师参编单位主要编写人员软件开发单位软件编写人员勘测设计研究院年月3目次1引言42设计依据文件和规范43基本资料44竖井结构设计75喷锚支护设计156竖井内部交通、排水防潮等设计187基础处理188技术专题研究189工程量计算1810应提供的设计成果18附录A竖井侧向山岩压力19附录B井颈基底承压力计算特征数表21附录C竖井壁座计算公式23附录D竖井与隧洞联接形式254引言11工程概况工程位于，是以为主，兼有等综合利用的水利水电枢纽工程。电站总装机容量，年发电量。电站为厂房，厂房高，宽，长。本工程初步设计报告于年月审查通过。12水电站竖井分类2设计依据文件和规范21有关本工程的文件（1）工程初步设计报告；（2）工程初步设计审批文件；（3）工程技术设计任务书。22主要设计规范（1）33589水电站厂房设计规范（试行）；（2）2078水工钢筋混凝土结构设计规范（试行）；（3）1078水工建筑物抗震设计规范（试行）；（4）13484水工隧洞设计规范；（5）8685锚杆喷射混凝土支护技术规范；（6）21283水工建筑物地下开挖工程施工技术规范；（7）4794水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范；（8）20782水工混凝土施工规范。3基本资料31工程等别与建筑物级别（1）工程等别等；（2）建筑物级别级。32地震烈度（1）基本地震烈度度；提示按竖井内有无水情况可分为干井和湿井两大类；（1）干井主要包括交通运输井、电缆井、通风竖井、施工竖井等；（2）湿井主要包括压力水道竖井、调压井、竖井式溢洪道、闸门井等；本大纲仅适用于干井设计，不涉及湿井设计。5（2）设计地震烈度度。33洪水标准（1）竖井进口处设计洪水重现期A；（2）竖井进口处校核洪水重现期A。34水位和流量水位和流量见表1。表1水位和流量表项目指标单位设计洪水校核洪水流量（）3水位（）35气象（1）月平均气温，见表2。表2月平均气温表单位月份123456789101112全年平均气温（2）绝对最高气温；绝对最低气温。（3）多年平均最大风速；风的吹程。（4）冻土厚度。36水文地质（1）地下水位；（2）渗透系数；（3）井筒内涌水量3；（4）地下水有无侵蚀性。37工程地质（1）地形图（12001500）；（2）地质剖面图及柱状图；（3）围岩物理力学特性指标见表3。表3围岩物理力学特性指标岩层岩性岩、土厚度,容重KN3承载能力MPA内摩擦角凝聚力坚固系数抗压强度MPA抗拉强度MPA弹性抗力KN2弹性模量MPA泊桑比围岩分类第一层第二层6注1按竖井自上而下穿过地层的顺序逐层填写；2各项指标根据实际情况增减。38竖井设计参数（1）井筒中心座标；（2）竖井井口标高；（3）竖井井底标高；（4）竖井深度；（5）竖井内允许最大风速；（6）竖井内交通允许最大运行速度。39材料特性及安全系数391混凝土（1）混凝土标号。（2）混凝土容重3；钢筋混凝土容重3。（3）混凝土弹性模量，见表4。表4混凝土弹性模量混凝土标号弹性模量，混凝土泊桑比。（4）混凝土设计强度，见表5。表5混凝土设计强度指标单位混凝土标号轴心抗压弯曲抗压抗拉抗裂392钢筋（1）钢筋弹性模量，见表6。表6钢筋弹性模量单位钢筋种类弹性模量钢筋泊桑比。（2）钢筋的设计强度，见表7。7表7钢筋设计强度单位设计强度钢筋种类受拉钢筋受压钢筋393安全系数（1）强度安全系数，见表8。表8强度安全系数荷载组合结构受力特征基本特殊按抗压强度计算的受压构件、局部承压混凝土按抗拉强度计算的受压、受弯、受拉构件轴心受压、偏心受压构件、局部承压钢筋混凝土轴心受拉、受弯、偏心受拉构件（2）钢筋混凝土结构构件抗裂安全系数，见表9。表9抗裂安全系数建筑物级别序号受力特征1轴心受拉、小偏心受拉构件2受弯、偏心受压、大偏心受拉构件（3）钢筋混凝土结构构件允许最大裂缝宽度MM。（4）钢筋混凝土衬砌最小配筋率，见表10。表10钢筋混凝土最小配筋率混凝土标号序号钢筋受力情况2002504005006001轴心受压构件全部受压钢筋2偏心受压、偏心受拉构件受压钢筋3受弯构件、偏心受压、偏心受拉构件中的受拉钢筋4竖井结构设计41布置原则提示（1）竖井尽量布置在地质构造简单、岩体完整稳定、岩石坚硬的地方，竖井进口山体稳定，无滑坡体；（2）竖井尽量避免穿过流沙、含水层、断层破碎带，对地下水应予以重视；（3）竖井进口不应设在可能被洪水淹没处，要注意防洪问题；（4）竖井布置要综合考虑施工条件、对外交通、竖井通风等具体情况；（5）为增加井壁与岩层的结合力，使衬砌自重传给岩层，可在竖井衬砌上设置壁座。842竖井衬砌型式和衬砌材料421衬砌材料422衬砌型式本工程竖井采用衬砌。43竖井断面形式及尺寸选定431断面形式选择竖井断面形式应根据用途、工程地质及水文地质条件、支护及衬砌材料等因素选择。本工程竖井采用断面。432断面尺寸确定44计算原则及基本假定441圆筒与底板连接方式提示竖井衬砌材料主要有（1）混凝土；（2）钢筋混凝土；（3）预制混凝土砖；（4）浆砌石等。本工程主要考虑混凝土和钢筋混凝土两种材料。提示（1）混凝土衬砌；（2）钢筋混凝土衬砌；（3）喷锚支护；（4）组合衬砌；（5）不衬砌。提示（1）圆形断面井壁受力均匀，节省材料，通风阻力小，通风费用省，断面利用率较低，适用于山岩压力较大、地质条件复杂的岩层；（2）矩形断面对设备布置有利，衬砌受力条件较差，一般适用于山岩压力较小地段；（3）椭圆形目前椭圆形断面采用较少。提示（1）根据施工需要、运行要求、结合交通运输设备、管线路布置和安全间隙等需要的面积确定；（2）通过竖井的最大风速不超过规范要求；（3）根据工程经验，采用工程类比方法初步确定断面尺寸。提示（1）圆筒与底板刚接；（2）圆筒与底板铰接，铰接不易施工，工程中应用很少；（3）圆筒与底板用伸缩缝脱开。9442筒壁按平面圆筒计算（不考虑底板与筒壁的整体作用）（1）竖井衬砌内力计算常取水平截条，忽略衬砌自重和山岩压力；（2）当计算荷载确定后，衬砌内力计算与平洞计算方法无异。45荷载及荷载组合451设计荷载（1）侧向山岩压力1侧向山岩压力（地压）的计算见附录A。（2）冻胀力2（3）自重3（4）井口建筑物对井壁产生的侧压力4提示考虑筒壁与底板整体作用（1）底板与筒壁刚接；（2）在各高程上直井衬砌外半径一致，在每一段圆筒中断面不变；（3）直井、底板皆属薄壳结构，可用薄壳理论计算；（4）衬砌与围岩密接，直井衬砌与基岩摩擦力可以维持衬砌自重，故认为筒底垂直变位为零；（5）底板受到井壁传来的对称径向力所引起的变形与井壁挠曲变形相比很小，可忽略，即底板无水平变位；（6）围岩弹性抗力与变形关系采用文克尔假定。提示侧向山岩压力地压计算可参考（1）建井工程手册第三卷第十一篇第二章；（2）地下工程1979年第5期及1982年第12期中有关文章。提示利用冻土方法施工的竖井，采用混凝土、钢筋混凝土衬砌时有冻胀力。冻胀力一般按实测资料选取，可参考下表选用。冻胀力值表单位土层名称砂层、砂砾层砂土、砂质粘土粘土、砂质粘土钙质粘土冻胀力值0510151818提示（1）计算井壁内力时自重可忽略，计算底板内力时可考虑自重；（2）自重包括井内永久设备重。10（5）弹性抗力5提示一般情况下可以不考虑弹性抗力，仅在底板计算时视具体情况考虑弹性抗力。（6）灌浆压力6提示灌浆压力为施工完建时期荷载，灌浆压力分布规律可参考有关资料。（7）外水压力7提示外水压力值要考虑地质条件、排水情况而定，并且计算外水压力时，要考虑外水折减系数，值参见规范。（8）地震力8452荷载组合（1）基本组合13457（2）特殊组合完建1234567提示井口建筑物对竖井井壁产生的侧压力按下表中介绍的公式计算。井口建筑物对井壁产生的侧压力计算公式基础型式计算公式符号解释带形基础基础底下深度处井壁所受侧压力在基础底下/2处井口建筑物基础上部结构总重（包括基础自重）；土层侧压力系数；2（45/2）基础中心到井筒外缘距离；带形、环形基础宽；带形基础长；从基础底部至计算断面深度；井筒外半径。环形基础基础底下深度处井筒所受侧压力在/2处250HBALPQNH2MAXRLPAQNMAXN502HNH提示（1）参考杨述仁等编写的地下水电站厂房设计；（2）参考水工设计手册第七篇第三十二章第三节；（3）地震对浅埋部位竖井破坏较严重，对埋深大于60的竖井段破坏较小；（4）地震作用的计算主要考虑衬砌自重惯性力和山岩压力增减值；（5）对于竖井出口地面建筑的抗震计算参见1078。11地震13457846圆形竖井井壁厚度计算47混凝土衬砌内力计算471计算公式竖井在外压力作用时，可采用麦拉公式计算（1）式中竖井衬砌环向应力；竖井衬砌所承受的外压力；竖井内半径；竖井外半径；计算点处半径。由（1）式即可求出衬砌内缘应力0及外缘应力（2）（3）提示选择衬砌厚度是竖井衬砌计算重要内容，一般应根据地质情况、井筒直径、衬砌材料、施工方法进行初选，然后对井壁圆环进行内力计算和稳定验算，使井壁厚度满足要求，一般按下表中公式进行计算。井壁厚度计算公式表公式名称计算公式符号解释麦拉公式计算截面处最大侧压力；竖井内半径；允许应力；混凝土轴心受压设计强度；安全系数；井筒深度；竖井内径；衬砌厚度。普氏经验公式普氏半经验公式参见建井工程手册第三卷。BQAR22112PRDA407HD5AADKRABQA21BBQA2112衬砌厚度可按下式计算（4）式中竖井衬砌厚度；混凝土允许压应力；混凝土轴心受压设计强度；安全系数。其余符号意义同上。472计算步骤48钢筋混凝土衬砌内力计算481利用计算机软件计算钢筋混凝土衬砌内力482井壁及底板衬砌内力计算（1）计算方法。（2）计算步骤。483应用平面有限元程序计算钢筋混凝土衬砌应力及应变49配筋计算12BAQDKRA提示（1）根据式（4）计算竖井衬砌厚度；（2）根据公式（2）、公式（3）计算衬砌内外缘应力0及；（3）若0，则衬砌厚度合适，否则需重新假定厚度，直到计算满足要求止。提示（1）可使用水规总院、天津院等主编的1500程序集中12隧洞衬砌内力及配筋通用程序进行计算；（2）推荐使用中南院编钢筋混凝土衬砌计算机辅助设计系统计算钢筋混凝土衬砌内力。提示（1）参考潘家铮主编水工隧洞与调压室（调压室部分）一书中介绍的方法；（2）可参考潘家铮主编调压井衬砌一书中介绍的计算方法。提示（1）根据工程类比及经验假定衬砌厚度；（2）分别求出井壁底部、底板端部的定端力矩、剪力、抗挠劲度；（3）对井壁及底板进行力矩分配；（4）计算沿井壁的力矩、剪力、环向力之分布；（5）计算底板力矩、变位、反力分布。提示（1）利用平面有限元程序分析竖井周边围岩稳定及钢筋混凝土衬砌应力及应变；（2）根据应力图配置钢筋。13410竖井井颈设计4101竖井井圈锁口4102井颈型式及尺寸提示井颈型式及尺寸可参考冶金矿山设计参考资料下册。4103井颈承压能力验算提示井颈承压能力验算可参考冶金矿山设计参考资料下册。4104井颈基底承压力计算41041基底承压力计算公式竖井井颈基底最外边缘的最大和最小承压强度为（5）式中0通过基底形心的总竖向力；0基底壁座的横截面积；0基底截面模量；外荷载及井颈侧向岩土的弹性抗力对基底形心的力矩。（6）式中井颈变形系数，其值为基底弹性固着系数，其值为0基底岩土竖向基床系数；基底岩土侧向基床系数；井颈高度；0基底截面惯性矩；提示（1）按2078的要求进行配筋计算；（2）沿井筒取单位高度，按环向力配置环向受力钢筋；（3）沿环向取单位宽度，按纵向弯矩配置纵向钢筋，纵向钢筋应有一定数量直达井顶；（4）在底板中根据切向及径向弯矩配筋，组成钢筋网；（5）根据规范要求进行抗裂及限裂计算。提示（1）井口围岩多系表层强风化带或为松软土层，侧压力较大，衬砌应加强。（2）一般在竖井井口设置平台，下端设置壁座，可防止井圈滑脱。0MINAXWMFPHHHHKDMBAHAM1131EIBCAPHIKH014井颈截面惯性矩；井颈所用材料的弹性模量；井颈截面计算宽度，其值为09（1）井颈截面外径；作用于井颈顶部（地面处）水平外荷载，其值为0；作用于井颈顶部的弯矩，其值为；作用于井颈顶面以上的水平外荷载；水平荷载距井颈顶面距离；作用于井颈顶面以上的竖向荷载；竖向荷载对竖直轴偏心距；/井颈换算深度；、与井颈换算深度有关的特征数，见41042的提示。41042计算步骤411壁座设计4111设计原则提示井颈基底承压力也可用下式计算式中0外荷载对基底形心的总力矩；岩土弹性固着作用对基底承压力折减系数，其值为式中特征数，见41042的提示。0MINAXWMFPHKDBA10HM提示（1）计算井颈几何及物理参数0、0、及；（2）计算外荷载0、0、0、及；（3）根据值见附录B查、；（4）代入公式计算或及和。提示我国竖井施工实践中，已基本上取消壁座，但遇下列情况时仍应考虑设壁座（1）井口段；（2）表土段下部；（3）地质条件较差的井身段；（4）竖井与隧洞连接处上部。15（1）两壁座之间的衬砌自重假定全由壁座支承；（2）壁座底面应力不超过地基容许压应力与抗剪强度；（3）壁座间距根据地质条件、施工方法、衬砌结构确定，一般每隔10M20沿井壁四周浇筑混凝土壁座；（4）壁座材料采用混凝土；（5）按壁座岩层容许压应力和井壁材料的容许应力设计壁座。4112壁座类型及适用范围4113计算公式，见附录C412竖井与隧洞的联接4121竖井与隧洞连接形式4122竖井与井底车场联接（马头门）5喷锚支护设计提示岩石容许抗压强度可参考下表。岩石容许抗压强度单位岩石种类容许抗压强度坚硬致密岩石1015中硬砂岩及石灰岩0510砂质页岩0305致密粘土01503提示竖井壁座设计根据岩层情况常采用下列三种类型。（1）单锥形适用于较坚硬岩层中，位置宜选在岩层强度较高，涌水较小的岩层中；（2）双锥形适用于段高较大，或抗压强度较低岩层中，位置选择同单锥形；（3）长腿式适用于松软、不稳定岩层中。提示根据竖井平面位置，一般有两种联接形式，见附录D。（1）侧面联接竖井在隧洞一侧，井底与洞底齐平，中间用通道相连；（2）拱顶联接竖井设在顶拱上，竖井中心线与隧洞中心线重合。提示1在井筒与车场相接处，围岩压力有所增加，应力比较集中，通常采用衬砌加厚或增设钢筋进行加固。2结构尺寸确定可参考矿山、铁路等有关设计资料。1651工程类比法设计的基本原则与方法511设计方法512设计基本原则（1）锚喷支护参数表制定是以已建工程经验和实践为依据，并经综合比较分析确定；（2）应用工程类比法时，要弄清围岩稳定破坏类型；（3）最终支护参数确定，要借助于监控设计指导，必要时要进行修正。52锚喷支护型式53工程类比法确定喷锚支护设计参数提示（1）直接设计法考虑围岩力学特性、工程条件、竖井尺寸、施工方法等因素，将要设计的竖井与已建成并投入运行的工程进行类比，决定支护类型和支护参数。（2）间接工程类比法根据现行锚喷支护设计规范，按围岩分类及锚喷支护设计参数表决定支护形式和参数。提示（1）喷混凝土支护；（2）锚杆支护；（3）喷混凝土锚杆支护；（4）喷混凝土锚杆钢筋网支护。根据工程级别和围岩类别（类围岩）等选定。当井径小于50M，围岩稳定，无碎块脱落时允许“无支护”类型。17531间接工程类比法532直接工程类比法提示根据有关工程实例进行类比，决定设计参数。54喷锚支护理论设计提示（1）井壁采用锚喷作初期支护时，下表（1）中支护参数可适当减小，可参考下表（2）；（2）类围岩中井筒深度超过500时，下表（1）中支护参数应予以增大；（3）设置混凝土圈梁时，间距宜为8M12，加固围岩的锚杆应与圈梁连成一体。表1竖井锚喷支护类型和设计参数围岩类别竖井毛径，557100厚喷射混凝土，必要时，局部设置长15M20的锚杆。100厚喷射混凝土，设置长20M25M的锚杆，或150MM厚喷射混凝土。100MM150MM厚喷射混凝土，设置长15M20的锚杆。100MM150厚钢筋网喷射混凝土，设置长20M25M的锚杆，必要时，加设混凝土圈梁。150MM200MM厚钢筋网喷射混凝土，设置长15M20M的锚杆，必要时，加设混凝土圈梁。150MM200MM厚钢筋网喷射混凝土，设置长20M30M的锚杆，必要时，加设混凝土圈梁。提示喷锚支护设计参考（1）水利水电工程地下建筑物设计手册第七章第五节；（2）顾鹏飞等编水电站厂房设计第十二章第二节及第四节；（3）有关规范；（4）建井工程手册第三卷第十一篇第五章第三节及第四节。表2竖井锚喷支护类型及设计参数围岩类别支护参数井筒毛径55MD88D1250MM80MM厚喷射混凝土与长15M2M的锚杆，或100MM厚喷射混凝土。80MM100MM厚喷射混凝土与长2M25M的锚杆，或150M厚喷射混凝土。100MM150MM厚喷射混凝土与长25M3M的锚杆，必要时设置钢筋网。80MM100MM厚喷射混凝土与长15M2M的锚杆。100MM120MM厚喷射混凝土与长2M25M的锚杆，必要时加设混凝土圈梁。120MM150MM厚钢筋网喷射混凝土与长25M35M的锚杆，必要时加设混凝土圈梁。100MM150MM厚钢筋网喷射混凝土与长15M2M的锚杆，必要时加设混凝土圈梁。150MM厚钢筋网喷射混凝土与长2M3M的锚杆，必要时加设混凝土圈梁。150MM200MM厚钢筋网喷射混凝土与长3M4M的锚杆，必要时加设混凝土圈梁。18541喷混凝土设计542锚杆设计锚杆设计要考虑系统锚杆与局部锚杆两种情况。543喷、锚、网联合设计设计时要分别计算喷混凝土、锚杆、钢筋网提供的支护抗力，然后验算锚喷支护加固围岩的安全系数。55利用平面有限元程序确定支护参数6竖井内部交通、排水防潮等设计61竖井内部交通611电梯（1）根据竖井高度、电梯每站运行高度、运行间隔、运行速度等进行电梯选型；（2）电梯运行速度不超过允许速度；（3）根据厂家提供的电梯资料进行布置。612楼梯设置竖井内部除设置电梯进行上下联系外，还要考虑布置楼梯，以便在电梯故障、维修时也不影响交通。62排水、防潮7基础处理提示喷射混凝土支护设计可参考下列资料（1）建井工程手册第三卷第十一篇第五章表11513及表11514；（2）锚杆喷射混凝土支护技术规范（8685）第三章第四节及第五节。提示锚杆设计可参考下列资料（1）建井工程手册第三卷第十一篇第五章表11512；（2）锚杆喷射混凝土支护技术规范（8685）第三章第三节。提示（1）利用平面有限元程序分析竖井周边围岩稳定、应力、应变和位移等情况；（2）根据有限元分析成果，提出合理的锚喷支护参数。提示1竖井要考虑防潮、排水设计；排水设计及设备选择按有关规定进行。2处在地下水部位的竖井段，为防止外水内渗，在衬砌混凝土拌合过程中需加防水剂，以达到抗渗、限裂之目的。提示（1）基础处理可按有关规程、规范进行设计；（2）破碎带处理方法主要采用混凝土塞和进行固结灌浆。198技术专题研究必要时提示根据工程的具体情况与需要选择专题。9工程量计算91工程量计算原则（1）根据布置、结构计算成果确定主要结构工程量；（2）工程量计算应满足预算要求。92工程量计算项目工程量计算项目见表11。表11竖井主要工程量表项目单位工程量备注土方明挖3土方洞挖3石方明挖3石方洞挖3混凝土衬砌3回填混凝土3喷混凝土3回填灌浆2固结灌浆锚杆根钢筋钢材其它10应提供的设计成果101报告与计算书（1）设计报告竖井部分；（2）计算书；（3）专题研究报告必要时。102图纸1竖井布置图；2竖井结构布置图。提示参考交通运输洞设计大纲范本的工程量计算要求。工程量计算要提供工程量表，并根据预算要求分项细列。3103工程量汇总表21附录竖井侧向山岩压力地压计算F083FA竖井岩石压力计算,见表。表竖井侧向山岩压力计算表岩石特征计算图示计算公式符号注释备注含水层表土重液公式PHP水、土混合重液的侧压力,KPA；水、土混合液容重，KN；计算点水头高度，。22悬浮理论公式计算点侧压力，；水的容重，；计算点水头高度，。地下水位以上各土层容重与厚度乘积之总和，KPA；地下水位以下各土层悬浮容重与厚度乘积之总和，KPA；土层颗粒干容重，；土层孔隙比；计算点土层的内摩擦角。基岩静水压力公式符号意义同上栏岩石特征计算图示计算公式符号注解备注24511KKNKSKTGHRHRPNKHR1KR1SKR23秦巴列维奇公式（）（）（/）对于坚硬岩层和埋藏很深的软弱岩层,计算结果与实际情况有很大差别,此时可采用秦式修正公式。秦式修正公式（）（）（/）、岩层顶面和底面作用在井壁单位面积上的侧压力，；、各岩层容重，；、各岩层厚度，；岩层侧压力系数；第层岩石似内摩擦角；与第层岩石倾角有关的压力分布不均匀系数,见下表、岩体湿单轴抗压强度低于该处围岩切向应力的一组岩层容重，；，为上面、相应的各岩层之厚度，。适用条件围岩切向应力计算点处岩体单轴湿抗压强度非含水层表土和基岩松散体理论公式（）作用在井筒上单位面积上压力，；井筒所通过岩层的加权平均容重，；井筒计算点距地表深度，；加权平均内摩擦角。岩层倾角24附录B井颈基底承压力计算特征表井颈基底承压力计算特征数表见表B1。表B1井颈基底承压力计算特征数表AHAABD001240000012000003600000360000002150000750002250002250000329630148144444444446049376546860140631406405384021919857600576200618507925027757277810799884992149801500808585929258784881609365418235477