某无压隧洞设计计算书

1、一、 基本资料1）隧洞水力参数项 目单位符号数值备注设计流量m3/s7.390加大流量m3/s8.713隧洞长度m397设计纵坡i0.001糙率n0.014进口渐变段首端渠底高程m1177.914进口渐变段水头损失系数0.2出口渐变段水头损失系数0.52）上、下渠道水力参数项 目单位符号数值备注设计流量m3/s7.390加大流量m3/s8.713底宽m2.1高度m2.8边坡系数0.3设计水深m2.019加大水深m2.2373）地质参数序号项目建议物理力学指标参数值类围岩类围岩类围岩1岩石容重（kN/m3）2424242围岩坚固系数f4-52-30-13单位弹性抗力系数Ko（MPa/cm）930

2、.54外水压力折减系数0.450.550.854）衬砌材料参数项 目符号单位数值备注砼轴心抗压设计强度fcN/mm211.9C25弹性模量EcN/mm228000钢筋抗拉（抗压）设计强度fy/ fyN/mm2300HRB400最小配筋率min%0.15钢筋砼容重kN/m3255）结构计算参数项 目符号单位数值备注建筑物等级级4安全系数K1.15/1.0荷载基本组合/偶然组合最大裂缝宽度限值wminmm0.25三类环境类别二、 隧洞断面比选1、长短洞判别当底板为缓坡而趋于平坡，长短洞的界限长度为L=（512）H式中 H上游水深 L=（512）H=（512）2.237=11.226.8m本隧洞长度

3、L=397m26.8，因此本隧洞长洞，洞身断面尺寸可按明渠均匀流公式试算：洞身断面尺寸拟定按底宽分别为2.0m、2.1m、2.2m、2.3m及2.4m进行比较计算，计算成果如下表：高坡隧洞城门洞型断面尺寸比较统计表工况底宽B（m）水深（m）顶拱角度（）洞身净高H（m）糙率n纵坡i过流量（m3/s）水面以上净高（m）水面以上净空面积A1(m2)洞身面积A(m2)H/BA1/A（%）备注设计2.002.1171202.9380.0141/10007.3890.8211.3075.5411.46923.59%15%加大2.4998.7130.4390.55510.02%10%设计2.101.9991

4、202.7920.0141/10007.3930.7931.2965.4931.33023.59%15%加大2.2988.7130.4280.5510.01%10%设计2.201.8941202.6660.0141/10007.3910.7721.2925.4591.21223.67%15%加大2.2478.7130.4190.54710.02%10%设计2.301.8021202.5440.0141/10007.3950.7421.2625.4071.10623.35%15%加大2.0888.7130.4560.63311.71%10%设计2.401.7191202.4430.0141/10

5、007.3930.7241.2545.3790.99623.31%15%加大2.0028.7150.4410.61811.48%10%隧洞进出口接上、下游渠道，渠底宽2.1m，根据以上比较结果，随着底宽B加大，洞身面积减小（减小幅度介于0.020.05m2），但隧洞进出口连接段变化幅度较大，水流衔接不平顺，水头损失较大，综合考虑以上两方面因素，本隧洞洞身断面尺寸推荐底宽B=2.1m，H=2.792m。三、 隧洞水力计算四、 隧洞结构计算1、计算程序与方法隧洞衬砌结构按新奥法理论进行设计，衬砌型式采用钢筋混凝土衬砌。隧洞衬砌采用结构力学方法计算。隧洞结构计算软件采用理正计算通用程序。结构计算简图

6、如下。2、计算工况及荷载组合依据水工隧洞设计规范（SL279-2002）6.2条规定，本输水隧洞结构设计应考虑以下三种工况及最不利荷载组合：（1）正常工况：正常运行期最不利荷载组合（基本组合）山岩压力+衬砌自重+围岩弹性抗力+内水压力+外水压力；（2）特殊工况1：检修期最不利荷载组合（基本组合）山岩压力+衬砌自重+围岩弹性抗力+外水压力；（3）特殊工况1：施工期最不利荷载组合（基本组合）山岩压力+衬砌自重+围岩弹性抗力+外水压力+灌浆压力；表4-1 城门洞型典型断面计算参数表围岩类别类类备注衬砌厚度（m）0.30.3喷砼厚度（m）0.10.1岩石重度（kN/m3）2424开挖宽度B（m）2.9

7、02.90开挖高度H（m）3.613.61洞内设计水深（m）1.9991.999弹性抗力（MPa/cm）30.5根据地质提供参数灌浆压力（MPa）0.30.3200300kPa衬砌容重（kN/m3）2525C25钢筋砼3、荷载计算1）围岩压力依据水工隧洞设计规范（SL279-2002）6.2.4条规定，本隧洞类围岩压力按规范6.2.4条规定的公式计算。垂直方向 水平方向 式中 qv 垂直均布围岩压力，kN/m2 qh 水平均布围岩压力，kN/m2r 围岩容重，kN/m3B 隧洞开挖宽度，mH 隧洞开挖高度，m（1）类围岩在自稳的条件下并采取有效的支护时，围岩压力计算如下：垂直方向 水平方向 （

8、2）类围岩自稳能力较差，采用有效的支护后能自稳，围岩压力计算如下：垂直方向 水平方向 2）弹性抗力岩石的弹性抗力由理正程序通过弹性抗力系数值自行计算，本计算只考虑弹性抗力系数的计算。岩石的弹性抗力系数k按下式计算：式中 k岩石弹性抗力系数，kN/m3； k0单位岩石弹性抗力系数，MPa/cm；r隧洞的开挖半径，非圆形隧洞，r=B/2，cm；类围岩：类围岩：3）灌浆压力依据水工隧洞设计规范（SL279-2002）9.1.2条，、类围岩段（钢筋混凝土衬砌）回填灌浆压力值为0.3MPa，并沿洞轴线方向（单位长度）等效为洞顶拱均布荷载。顶拱半径r=1.212m顶拱面积折减后灌浆压力为0.3/2.54=

9、0.118MPa4）外水压力本隧洞全段均处在地下水位之上，无须考虑外水压力。5）不同工况荷载计算成果表4 -2 不同工况荷载计算成果表围岩类型及计算工况垂直山岩压力qv（kN/m2）水平山岩压力qh（kN/m2）内水压力（kN/m2）回填灌浆压力（kN/m2）弹性抗力系数（MN/m3）类运行期13.924.3319.99207施工期13.924.33118207检修期13.924.33207类运行期20.888.6619.9934.5施工期20.888.6611834.5检修期20.888.6634.54、结构计算受力图、类围岩结构计算受力图5、内力计算及配筋计算采用理正岩土软件计算成果如下：

10、表4-3 类围岩结构计算成果表计算工况轴向力kN弯矩kN.m单侧纵筋最大面积(mm2)实际配筋实配面积mm2运行期-55.8923.84470C162001005检修期-55.8921.53470施工期-112.25957.77977表4-4 类围岩结构计算成果表计算工况轴向力kN弯矩kN.m单侧纵筋最大面积(mm2)实际配筋实配面积mm2运行期-94.063-49.553832.2C162001005检修期-94.063-44.676882.3施工期-200.8965.2851003.7结论：本隧洞类围岩段采用双层配筋，内外侧均采用C16200，实配面积1005mm2，大于计算面积977m2，1005-977/977=2.86%5%，满足规范要求；分布筋采用C12200，实配面积565mm2，满足规范要求；配筋率最大裂缝宽度0.11mmwmin=0.25mm