水工隧洞復(fù)習(xí)課程

水工隧洞第一節(jié)概述一、水工隧洞得類型分類方法：按功用分、按受力狀態(tài)分。〔一〕按功用分：泄洪引水：發(fā)電、澆灌、供水；航運輸水。排沙放空水庫施工導(dǎo)流〔二〕按受壓狀態(tài)分：有壓：水力計算、管流計算 在工程布置1受力狀況無壓： 明渠流計算 運行條件上差異較大?！餐粭l洞前段有壓，后段無壓〕禁忌：明滿流交替〔1〕易引起振動、空蝕?！?〕影響泄流力量。具體道一個工程，到底承受有壓或無壓，應(yīng)通過技術(shù)、經(jīng)濟比較后確定。二、水工隧洞得工作特點水力特點：深泄水孔：a泄水力量于H1/2成正比。B 進(jìn)口位置低，能預(yù)泄。C承受得水頭較高，易引起空化、空蝕。D水流脈動會引起閘門等振動。E出口單寬流量大，能量集中會造成下游沖刷。構(gòu)造特點：a洞室開挖后，引起應(yīng)力重分布，導(dǎo)致圍巖變形甚至倒塌，為此常布置臨時支護(hù)和永久性襯砌。B承受較大得內(nèi)水壓力得隧洞，要求圍巖具有足夠得厚度和必要得襯砌。施工特點：隧洞一般斷面小，洞線長，工序多，干擾大，施工條件差，工期較長。三、水工隧洞得組成主要包括以下三局部：進(jìn)口段洞身材出口段第2節(jié) 水工隧洞得布置及線路選擇一、總體布置及線路選擇〔一〕總體布置應(yīng)依據(jù)樞紐得任務(wù)，對泄水建筑物進(jìn)展總體規(guī)劃。在合理得選定洞線得根底上，依據(jù)地形、地質(zhì)、水流條件，選定進(jìn)口得位置及進(jìn)口構(gòu)造形成，確定閘門在洞口中得位置。確定洞身縱坡及洞身斷面外形及尺寸。依據(jù)地形、地質(zhì)、尾水位等條件及建筑物之間得相互關(guān)系，選定出口得位置，底扳高程及消能方式。〔二〕線路選擇選線室設(shè)計中得一個至關(guān)重要得問題，它關(guān)系到工程造價、施工難易、工期長短和運行牢靠性等方面。流量豐富得地段，以削減作用于襯砌上得圍巖壓力和外水壓力。損失，便于施工。560o，5倍洞徑〔或洞寬〕隧洞應(yīng)有肯定得埋藏深度。等因素綜合分析比較后確定。斜井、豎井，以增加工作面，加快施工進(jìn)度。要考慮進(jìn)出口于其它建筑物的關(guān)系：50M100M內(nèi)。泄水隧洞的出口方向要與下游的河道連接順暢，減輕對岸邊的沖刷。每一個初步方案均應(yīng)用平面圖和縱剖圖來表示：平面圖表示出：地形、隧洞和其它建筑物的關(guān)系，進(jìn)口位置、閘門位置、施工旁洞、豎井、堆渣地點等?？v剖面圖表示出：地質(zhì)構(gòu)造、斷層裂開帶以及其它地質(zhì)特點，以及進(jìn)出口及閘門位置、底坡的坡率、洞底高程。二、閘門在隧洞中的布置泄水隧洞中一般布置工作閘門，檢修閘門〔或事故閘門〕檢修門：設(shè)在進(jìn)口工作門：可以布置在進(jìn)口、出口或隧洞中某一位置。布置在進(jìn)口：一般為無壓洞〔尋常利用閘門擋水，保持洞內(nèi)無水〕布置在出口：有壓洞。布置在洞身某一位置A1的緣由，隧洞線路需要轉(zhuǎn)彎，閘門室易布置在轉(zhuǎn)彎段后的直線段上。B洞內(nèi)某處較出口處的地質(zhì)條件好，工作閘門布置在洞中，可以利用巖體承受閘門傳輸?shù)乃畡恿?。三、多用途隧洞的布置一洞多用，或臨時任務(wù)與永久任務(wù)相結(jié)合這樣可減小工程量，降低造價，也可解決樞紐中單項工程過多造成布置1的困難。〔一〕泄洪洞與導(dǎo)流洞合一布置常作成“龍?zhí)ь^”式，在進(jìn)口之后用拋物線段、斜坡段、及反弧段與較低的洞身相連接?！褒?zhí)ь^”式泄洪洞，一般式水頭高，流速大，反弧及下游易遭空蝕破壞，為了避開空蝕，應(yīng)做好體形設(shè)計，掌握施工質(zhì)量。限制不平跨度，并選用適當(dāng)?shù)膿綒鉁p蝕措施?！捕承购槎磁c發(fā)電洞合一布置布置型式：存在問題：岔尖處的水流流態(tài)簡單，簡潔產(chǎn)生不利負(fù)壓合空蝕。泄洪時堆發(fā)電不利。〔三〕泄洪洞與排沙洞合一布置排沙洞進(jìn)口高程低，在施工期可做導(dǎo)流洞用。問題：1。閘門壓力大，啟閉困難〔洪水期開啟，水頭高〕2．泥沙積存，閘門不易開啟3節(jié)進(jìn)口段一、形式及計算要點按布置與構(gòu)造形式分為：豎井式、塔式、岸塔式、斜坡式。適用條件豎井式：地質(zhì)條件好地形適宜干井—弧門濕井—平門塔式：岸坡低緩，巖石裂開或掩蓋層較厚。

優(yōu)缺點條件適宜時，工程量較小。便。在不同高程設(shè)置取水口上層溫度較高的清水。作橋與庫岸相連。

計算要點沿井的不同高度，截取斷面，按單位高度的封閉或框架進(jìn)行分析。塔身時直立的懸臂構(gòu)造封閉框架計算單位的高度的〔將立體框架簡化成平面問題計算〕岸塔式：岸坡較陡，巖石比較結(jié)實穩(wěn)定。斜坡式：完整的巖坡，地形適宜，閘門及攔污柵的軌道直接安裝在斜坡的護(hù)砌上。二、進(jìn)口段的組成局部：

優(yōu)：穩(wěn)定性比塔式好，施工、根本方法同塔式另外應(yīng)考慮安裝比較便利，無須接岸橋 塔背是否作用有巖石壓力。梁。影響。，穩(wěn)定性好，工程量小。易靠自垂下降。包括：進(jìn)水喇叭口、閘門室、通氣孔、平壓管、漸變段等幾局部?！惨弧尺M(jìn)水喇叭口位置：在隧洞的首部要求：①其體形與孔口水流的形態(tài)相適應(yīng)，使水流平順通過，而不致脫壁。②避開產(chǎn)生不利的負(fù)壓合空隙破壞。③削減局部水頭損失，以提高泄流力量。用橢圓曲線，其方程為：

x2a2

y21b2式中：a—長半軸 頂板約等于閘門處的孔口高度〔H〕邊墻約等于閘門處的孔口寬度〔B〕b—短半軸 頂板：H/31/3~1/B對于重要的工程，進(jìn)口曲線，應(yīng)通過水工模型試驗確定。無壓隧洞的壓力進(jìn)口頂板，在檢修閘門上游通常式一段傾斜的橢圓曲線，以便與檢1：4~1：6力，防止發(fā)生空蝕。檢修門槽前的入口段長度可掌握在〔0。8—1。0〕倍工作閘門處的孔口高度范圍內(nèi)。檢修門槽與工作閘門之間的頂板也應(yīng)布置成壓坡段〔目的：收縮斷面進(jìn)一步改善進(jìn)口的壓力分布和水流流態(tài)?！捕惩饪孜恢茫孩僭O(shè)在泄水隧洞進(jìn)口或中部的工作閘門之后。②設(shè)在檢修門和工作門之間。作用：①工作閘門在各級開度狀況下：補氣②檢修時：補氣。③檢修完畢，工作閘門和檢修門之間充分輸水直至平壓，此時排氣。布置上留意點：①通氣孔的進(jìn)口必需與閘門啟閉機室分開，由于進(jìn)口處氣流速度大，以免在補氣、排氣時，影響工作人員的安全。[Va]≤40—45m/s②孔管應(yīng)力求削減轉(zhuǎn)彎，突變，以削減阻力。通氣量的計算及通氣孔設(shè)計通氣孔應(yīng)按正常的泄流狀況設(shè)計，其斷面多為圓形，其大小打算于通氣量和允許風(fēng)速。通氣量與泄水流量及下游洞內(nèi)流態(tài)有關(guān)。目前多承受一些閱歷公式或半閱歷公式。①對于泄水隧洞中的工作閘門和事故閘門的通氣孔：Q 0.09V Aa wQa a[V]aA—隧洞斷面積②對于高水頭大型工程中重要閘門后的通氣孔〔無壓隧洞或管道〕式中：a0。6B—閘門處孔口寬度〔M〕a—通氣孔斷面面積L—閘門后的隧洞的長度aV —閘門孔口處的水流流速，m/s。waA—閘門后隧洞或管道水面以上空間面積，通常A<0.3AaaA—閘門后的隧洞或管道斷面積Q計算的先假定a、求得Q后，再以V a ，驗算V，確定其是否超過允許風(fēng)速V a

a40~50m/s。

a a a否則，重復(fù)上述計算，直到滿足為止。檢修門后得通氣孔面積，一般以大于或等于充水平壓閥的面積為宜?！踩硵r污柵〔四〕漸變段、閘門室及平壓管4節(jié)洞身材一、洞身斷面形式洞身斷面形式，取決于水流條件〔有、無壓，施工條件，地質(zhì)條件及適用要求?！惨弧吵情T洞形〔圓拱直墻形〕優(yōu)點：施工〔開挖、立模、襯砌〕簡潔，為渠道上的隧洞其進(jìn)出口與渠道連接也簡潔。適用：垂直山巖壓力較大，而無側(cè)向山巖壓力或側(cè)向山巖壓力很小的狀況。為減小或消退側(cè)向山巖壓力，可把邊墻作成傾斜的。馬蹄形：適用：巖石比較脆弱裂開，垂直山巖壓力和側(cè)向山巖壓力均較大的狀況。圓形適用：圍巖條件較差，且外水壓力較大，掘進(jìn)機施工?！捕硵嗝嬉话愠惺茉?，其緣由：1水流條件和受力條件均有利。2條件下，圓形過流力量最大。在圍巖較好，內(nèi)水壓力不大時，為了施工便利，也可承受無壓隧洞常用的斷面形式。二、洞身斷面尺寸洞身斷面尺寸，可依據(jù)給定的泄流量，作用水頭及縱斷面布置，通過必要的水力計算及水工模型試驗確定。導(dǎo)流洞尺寸與圍堰高度有關(guān)，涉及到經(jīng)濟因素。水力計算內(nèi)容：有壓隧洞任務(wù)：核算泄流力量及沿程壓坡線〔z

p，側(cè)壓管水頭線〕泄水力量按管流計算

Q 2gH出Q 2Q 2gH出洞 80~9%式中：

——考慮沿程和局部阻力的系數(shù)?！矶闯隹跀嗝婷娣e〔約為洞身面積的80~90%〕H——上下游水位差〔作用水頭〕2M也大。承受縮小出口斷面面積增大壓力，減免負(fù)壓和空蝕。無壓隧洞計算泄水力量，1表孔式進(jìn)口，按堰流計算。2口壓力段，仍用有壓管流計算，但系數(shù)隨進(jìn)口段局部水頭損失而定〔一般在0.9左右，不考慮沿程損失，由于距離短，為工作閘門處的孔口面積。工作閘門之后的陡坡段，可用能量方程分段求出其水面線，為了保障洞內(nèi)為明流〔穩(wěn)定的〕狀態(tài)，水面線上應(yīng)有肯定凈空。流速低，通氣良好：凈空面積不小于隧洞斷面面積的15%，高度≥40cm。15~25%。對于城門洞形斷面，沖擊波峰還應(yīng)限制在直墻范圍內(nèi)。還應(yīng)考慮到施工和檢查修理等方面的需要非圓形不小于 1.51.8m〔高〕圓形內(nèi)徑不小于1.8m三、洞身襯砌〔一〕阻擋圍巖變形的進(jìn)展，保證圍巖穩(wěn)定。承受山巖壓力、內(nèi)水壓力及其它荷載。防止?jié)B漏。保護(hù)巖石免受水流、空氣、溫度、干濕變化等的沖蝕破壞作用。減小隧洞的外表糙率等?！捕匙o(hù)面：平坦〔或抹平〕襯砌承受混凝土、噴漿、砌石等護(hù)面，不承受荷載。作用：削減糙率，防止漏水。適用：巖石較好，水頭較低的狀況。優(yōu)點：造價低，施工便利。單層襯砌適用：中等地質(zhì)條件，斷面較大，水頭較高，流速較大的狀況。承受：混凝土、鋼筋混凝土、漿砌石。1混凝土、鋼筋混凝土的厚度一般為洞徑或跨度的~

125cm。組合襯砌1內(nèi)層為：鋼板、鋼絲網(wǎng)噴漿

8 12外層為：混凝土、鋼筋混凝土2頂拱為混凝土，邊墻為漿砌石〔圍巖好，邊墻護(hù)面〕頂拱噴錨支護(hù)，邊墻底板為混凝土或鋼筋混凝土〔無壓洞〕3先噴錨支護(hù)，再做混凝土或鋼筋混凝土襯砌。預(yù)應(yīng)力襯砌以隔河巖為例子發(fā)電引水洞適用：高水頭有壓隧洞施工條件等因素，通過綜合比較后確定。〔三、襯砌分縫分縫緣由：混凝土或鋼筋混凝土襯砌在施工和運用期1由于混凝土的干縮和溫度應(yīng)力可能產(chǎn)生裂縫2當(dāng)隧洞穿過地質(zhì)條件變化顯著地區(qū)〔通過斷層、裂開帶及其它脆弱地帶可能由于不均勻沉降而產(chǎn)生裂縫。3施工只能是分塊分段澆筑。施工縫〔臨時〕橫向〔垂直軸線〕間距由澆筑力量定〔一般與伸縮縫、沉降縫合在一起〕縱向〔平行軸線〕依據(jù)澆筑力量，縫設(shè)在頂拱，邊墻及底板分界處或是內(nèi)力較小部位。施工縫需進(jìn)展鑿毛處理或設(shè)插筋以加強其整體性。沉降縫〔永久〕設(shè)置部位：1通過斷層裂開帶或脆弱帶：襯砌加厚，厚度突變處。2縫中設(shè)止水，填瀝青油氈或其他填料。伸縮縫(永久)防止混凝土干縮和溫度應(yīng)力而產(chǎn)生的裂縫。6~12m，縫中設(shè)止水。實際施工中：橫向施工縫、沉降縫、伸縮縫，盡量結(jié)合在一起?！菜摹彻酀{〔回填、固結(jié)〕回填灌漿目的：為了充填襯砌與圍巖之間的空隙，使之嚴(yán)密結(jié)合，共同工作，改善傳力條件和削減滲漏。做法：在頂拱部位預(yù)留灌漿管，在襯砌完成后，通過預(yù)埋管進(jìn)展灌漿。900~1200以內(nèi)。壓力：2~3kg/cm2〔過去會破壞襯砌構(gòu)造〕2~6cm〔深入巖體幾厘米〕3減小地下水對襯砌的壓力。范圍：整個斷面。1.5~2.0〔4~10kg/cm2〕一般深入圍巖2~5m，對于圍巖條件差的地段或直徑較大的隧洞達(dá)6~10m。排距：2~4m6孔，作對稱布置。灌漿時應(yīng)加強觀測，防止洞壁產(chǎn)生變形或破壞。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件良好，圍巖的單位吸水率<0.01l/min.m，可不進(jìn)展灌漿?；靥罟酀{孔、固節(jié)灌漿孔通常分排間隔排列?！参濉撑潘饔茫航档妥饔迷谝r砌上的外水壓力。有壓洞：外水壓力一般不掌握襯砌設(shè)計加強固節(jié)灌漿〔防滲〕必需時在底部的襯砌下面設(shè)縱向排水。無壓洞：外水壓力較大時，設(shè)置排水〔徑向、縱向〕徑向：在洞內(nèi)水面線上通過襯砌設(shè)置排水孔2~4m深入巖體2~4`m，將地下水引入洞內(nèi)。在洞內(nèi)水面下也有設(shè)置排水孔〔如劉家峽電站導(dǎo)流洞滿足抗浮穩(wěn)定?？v向：排水設(shè)在襯砌底部。狀況外，不需設(shè)排水，特別是有壓洞掩蓋層厚的進(jìn)口四周，地質(zhì)較差的地段，特別是圍巖內(nèi)存在易溶填充物，不宜設(shè)排水，而是加強固節(jié)灌漿。第5節(jié) 出口段及消能設(shè)施一、出口段的構(gòu)造布置無壓洞：出口僅設(shè)有門框〔以防洞臉及上部巖石倒塌有壓洞：出口常設(shè)工作閘門，啟閉機室。閘門前有漸變段〔洞圓門方斷面收縮的方法。二、消能方式常用：挑流、底流、洞內(nèi)突擴消能。特點：隧洞出口寬度小，單寬流量大，能量集中，所以出口設(shè)置集中段以集中水流，減小單寬流量?！惨弧程袅飨堋渤Ｓ眉惺健尺m用：出口高程高于或接近于下游水位，且地質(zhì)條件允許時。優(yōu)點：經(jīng)濟合理。留意：盡量不要沖刷對岸。形式：斜切式挑流鼻坎〔洞軸線與河道交角小、橫向集中挑坎、收縮式窄縫挑坎。〔二〕優(yōu)點：消能比較充分平穩(wěn)。缺點：開挖量大，施工時間長，造價高。〔三〕洞中突擴消能〔孔板消能〕舉例：小浪底工程沖沙洞〔泄洪洞〕第7節(jié) 洞室開挖時的圍巖穩(wěn)定性一、巖體初始應(yīng)力〔地應(yīng)力〕定義：巖體處于自然產(chǎn)狀所具有的內(nèi)應(yīng)力叫做巖體的初始應(yīng)力〔自然巖體內(nèi)應(yīng)力在地學(xué)領(lǐng)域中，通常叫地應(yīng)力。巖石有 構(gòu)造應(yīng)力〔地應(yīng)力〕自重應(yīng)力形成巖體初始應(yīng)力的因素：上覆巖體的重力地殼構(gòu)造運動成巖過程中的物理、溫度作用、地形影響地下水及地震作用由于影響因素多，目前無法用數(shù)學(xué)，力學(xué)法分析計算，只能現(xiàn)場實測。如何測得地應(yīng)力目前常用的方法：應(yīng)力解除法、應(yīng)力恢復(fù)法1應(yīng)力解除法：通過切槽或鉆孔解除應(yīng)力而測得巖石的應(yīng)變以推求其初始應(yīng)力。2力值，而是通過施加壓力，使巖體恢復(fù)到原來的狀態(tài)，以求得巖體在應(yīng)力解除前的應(yīng)力值。以上測得的是巖體中一點的應(yīng)力，至于整個巖體中初始應(yīng)力的分布狀況，目前還不能依據(jù)有限的測點的結(jié)果來加以確定。對巖體初始應(yīng)力的初步生疏1產(chǎn)生垂直應(yīng)力，而且借助“泊松效應(yīng)”和流變效應(yīng)而產(chǎn)生水平應(yīng)力。2主要緣由。3結(jié)果，這是由于構(gòu)造動力學(xué)方面的緣由，或地質(zhì)剝蝕的緣由。4自然巖體中的斷層，對初始應(yīng)力起著解除或局部解除的作用。5內(nèi)應(yīng)力，在開挖過程中，產(chǎn)生“巖爆二、圍巖的應(yīng)力集中應(yīng)力重分布。圍巖：產(chǎn)生應(yīng)力重分布的這局部巖體叫圍巖。在洞室周邊某些部位〔外形突變、薄弱區(qū)〕消滅應(yīng)力集中，對圍巖穩(wěn)定不利。應(yīng)力重分布在洞室周邊最為顯著，遠(yuǎn)離洞壁，影響減??；應(yīng)力重分布與初始應(yīng)力狀態(tài)，洞室的斷面外形和尺寸，巖體的構(gòu)造和性質(zhì)有關(guān)。圍巖應(yīng)力計算方法：彈性理論，有限元〔三、圍巖穩(wěn)定分析目的：預(yù)估可能消滅的破壞形態(tài)、部位、范圍及其發(fā)生和進(jìn)展過程，選擇適宜的支護(hù)方案，保證安全施工，改進(jìn)設(shè)計。分析方法：主要憑閱歷和現(xiàn)場量測作出推斷〔影響因素多，而且錯綜簡單，到目前為止，還不能完全依靠理論計算〕分析內(nèi)容：1論公式或有限元計算圍巖壓力。2范圍。3對洞室周邊可能出露的危石，按塊體平衡法進(jìn)展分析。4時間關(guān)系曲線，如位移超過“允許位移量”或位移曲線突然變陡，說明圍巖將要失穩(wěn)，椐此承受支護(hù)措施。第8節(jié) 隧洞的襯砌計算目的：核算在設(shè)計規(guī)定的荷載組合條件下襯砌的強度，使之滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。計算方法：1然后按超靜定構(gòu)造解算襯砌內(nèi)力。缺點：與實際狀況不太吻合〔本書講的就是這種方法〕2承受襯砌常微分方程邊值問題數(shù)值解法。二案：有限元法：將圍巖與襯砌視為整體，其準(zhǔn)確性取決于：計算模型原始參數(shù)E、、C等巖體性態(tài)簡單多變，上兩者難以準(zhǔn)確確定。一、荷載及荷載組合力，溫度荷載、地震力等。計算?！惨弧场采綆r壓力〕隧洞開挖后圍巖變形或塌落作用在支護(hù)上的壓力。3〔的分布和發(fā)育狀況襯護(hù)時間，襯護(hù)形式。影響因素很多且錯綜簡單，難準(zhǔn)確計算。目前，確定圍巖壓力的方法：松散介質(zhì)理論〔塌落拱法〕形成“塔落拱山巖壓力。f普氏用“結(jié)實系數(shù)”〔亦稱擬摩擦系數(shù)，代替巖石顆粒間的真實摩擦系數(shù)：fK普氏觀測試驗資料，制成各種巖石fK分類表。最堅硬的巖石fK20；最差〔松，散〕fK0。3普氏推導(dǎo)出塔落拱的外形為拋物線，塔落拱高度h按下式計算：兩側(cè)無滑動面時：兩側(cè)有滑動面時：①沒有側(cè)向山巖壓力作用巖體中的隧洞隧洞頂是平的，洞頂受到山巖壓力的壓強量q〔認(rèn)為鉛直山巖壓力可以削減30〕②側(cè)向山巖壓力計算ee1、2在洞頂面處在洞底面處為簡化計算，在設(shè)計中多承受e、e

的平均值，即e=〔e

e〕/2巖壓力。

1、2

、2對于中等堅硬以上的強度有關(guān)，而并未考慮到山巖壓力有關(guān)的其它因素，因而理論上比較粗糙，實踐也證明是很很不準(zhǔn)確的。圍巖壓力系數(shù)法1966年《水工隧洞設(shè)計暫行標(biāo)準(zhǔn)》建議的方法：用“山巖壓力系數(shù)法確定山巖壓力鉛直向強度：水平向強度：fK分析整理得出的閱歷數(shù)據(jù)，粗略地反映了節(jié)理、裂隙或風(fēng)化程度的影響，但并未抑制普氏法的根本弱點。1983年《水工隧洞設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》依據(jù)全面分析，綜合考慮的原則，承受從工程實際動身用閱歷估量的方法，即提出首先壩功臣所在的圍巖進(jìn)展分類，然后按圍巖的類別承受閱歷公式計算圍巖壓力。彈塑性理論法：此法是在理論化的根底上，簡潔的地質(zhì)條件推導(dǎo)出來的，難以反映實際狀況。巖體的工程地質(zhì)，水文地質(zhì)條件錯綜簡單，山巖壓力明顯不能用一個簡潔的公式予以概括?！捕硣鷰r的彈性抗力當(dāng)襯砌承受荷載向圍巖方向變形時，將受到圍巖的抵抗，這個抵抗力叫彈性抗力。圍巖脆弱[裂開，彈性抗力小，甚至不能利用。為了削減山巖壓力，有效地利用彈性抗力，常對圍巖進(jìn)展灌漿加固，并填實襯砌與圍巖間的空隙，以保證襯砌與圍巖嚴(yán)密相接。彈性抗力的計算：通常假定巖石為抱負(fù)彈性體，按文克爾假定，認(rèn)為巖石的彈性抗力P與襯砌的變位Y成正比，即：P=KY式中K—彈力抗力系數(shù) K表示能夠阻擋面積為1cm2的襯砌變位1cm所需的力，假設(shè)P的單位式KN/cm3，附：對于有襯砌的圓形有壓隧洞，可以看作式位于抱負(fù)彈性體圍巖中一個厚壁圓筒，依據(jù)彈性理論可得：閱歷和分析說明：在同樣得圍巖中，洞徑大，K值??；洞徑小，K值大。而且大致成01mK值，作為標(biāo)準(zhǔn)，用K0

表示〔亦稱單位彈性抗力系數(shù)〕當(dāng)用m為單位時：cm為單位時說明：0K00影響彈力抗力系數(shù)的因素很多，而且整個隧洞不肯定用同一個K值。0在隧洞的襯砌計算中，考慮了彈性抗力，可抵消一局部作用于襯砌上的荷載，因而降低計算出來斷面中的拉應(yīng)力，設(shè)計結(jié)果，襯砌厚度可以減小，節(jié)約建材。在什么狀況下可考慮彈性抗力有壓隧洞：3倍。洞周沒有不利的滑動面，在內(nèi)水壓力作用下不致產(chǎn)生滑動和抬動。襯砌和圍巖的空隙，必需回填結(jié)實。0。4倍。無壓隧洞：彈性抗力只存在于襯砌變位向著圍巖的局部，而不產(chǎn)生于背著圍巖局部，因此，它在外周的分布形成，隨著襯砌的不同而不同?！踩硟?nèi)水壓力及外水壓力內(nèi)水壓力無壓隧洞：只要算出洞內(nèi)的水面曲線，即可確定內(nèi)水壓力。有壓隧洞：內(nèi)水壓力式有壓隧洞中的重要荷載，常對襯砌的計算起掌握作用。為了使計算簡潔，將有壓隧洞中的內(nèi)水壓力分解為兩局部：均勻內(nèi)水壓力+非均勻無水頭滿水壓力均勻內(nèi)水壓力的強度是：洞頂內(nèi)壁到設(shè)計水位先之間水頭引起的〔〕無水頭滿水頭壓力是指洞內(nèi)剛剛布滿水的狀況：洞頂壓力為0，洞底壓力為有壓引水發(fā)電隧洞：內(nèi)水壓力=全水頭+水擊引起的壓力增值。外水壓力〔地下水壓力〕外水壓力是地下水頭引起的，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：是作用在襯砌外表的邊界力。外水壓力 對無壓隧洞徑常引起掌握作用對有壓隧洞徑則對內(nèi)水壓力有抵消的作用。地下滲流的狀況格外簡單，影響因素也多，準(zhǔn)確值無法確定，常用的方法：標(biāo)準(zhǔn)：將地下水面以上的水柱高乘以折減系數(shù)β作為外水壓力值。β值視地質(zhì)、水文地質(zhì)及防滲、排水等狀況而言。本方法簡潔便利，在工程上始終廣泛應(yīng)用〔雖然近似粗略。圍巖于襯砌組成一個嚴(yán)密結(jié)合的整體，兩者又都是不同程度的透水材料，因此內(nèi)外水是連通的，不能截然的分為內(nèi)、外水壓力，即不應(yīng)將外水壓力視為一種邊界力，而應(yīng)視為在肯定邊界條件下，隧洞在地下水位以下的空間滲透力，通過滲流場計算，可以求得作用在襯砌外外表得水壓力。假設(shè)視鋼板襯砌，外水壓力才是邊界力。〔四〕1m長的襯砌的自重，均勻作用于襯砌厚度的平均線上，計算的厚度應(yīng)考慮平均超挖回填局部，其平均厚度可取0。1~0。3m單位面積上的自重強度g為：〔五〕回填灌漿產(chǎn)生緣由：襯砌在施工時，其頂部與圍巖之間難于填滿而留有空隙，需要進(jìn)展回填灌漿。荷載性質(zhì)：主要是存在于施工完建時期的荷載，完建以后，即漸漸削減〔因水流的凝固，灌漿壓力即漸漸消逝〕屬施工狀況的臨時荷載。分布規(guī)律：與地質(zhì)條件、施工方法關(guān)系很大。通常認(rèn)為：分布載頂部中900~1200以內(nèi)。沿襯砌背部均勻分布，并與背部正交〔徑向分布。施工灌漿壓力值：一般為2—3kg/cm2。2。固結(jié)灌漿均勻分布于整個隧洞斷面四周?！擦呈┕て冢夯炷恋乃療岷筛煽s。運用期：水溫的變化，氣溫的變化對洞的影響小。升溫時產(chǎn)生壓應(yīng)力,降溫時產(chǎn)生拉應(yīng)力.混凝土耐壓不耐拉,故溫降為掌握狀況,隧洞襯砌混凝土能承受的降溫度只有7~10℃,超過則產(chǎn)生裂縫。減小溫度應(yīng)力的工程設(shè)施：施工期：選擇適宜的水泥〔低熱，掌握水灰比，加強養(yǎng)護(hù)，縮短澆筑的長度〔軸向，配置適量的溫度鋼筋。如何考慮，如何計算？非嚴(yán)寒地區(qū)，影響較小，一般不考慮。嚴(yán)寒地區(qū)：①有壓圓形隧洞，依據(jù)彈性理論折算為等效內(nèi)水壓力。例：有壓圓形隧洞，內(nèi)直徑4米，花崗巖2.5Tm30.40米，巖石原始溫度T=12℃,冬季平均最低溫度0.2℃,，混凝土澆筑溫度T1值相當(dāng)于T5℃,求襯砌溫度應(yīng)力相當(dāng)于多少內(nèi)水壓力？

12℃，混凝土在水中的膨脹TTt1 0

T120.256.8℃〔溫降〕T使坑道半徑減小P1.607kg/cm2P——襯砌溫度應(yīng)力，相當(dāng)于內(nèi)水壓力16m水頭。②無壓隧洞，在確定溫差后，那構(gòu)造力學(xué)的方法計算內(nèi)力。〔七〕地震力地震力對埋置在地下建筑物的影響遠(yuǎn)小于對地面建筑物的影響淺的要小。隧洞埋在地下深處，與圍巖嚴(yán)密結(jié)合的襯砌，地震對其影響很小，洞身設(shè)計時一般不予考慮。但當(dāng)隧洞通過設(shè)計烈度高于8應(yīng)進(jìn)展抗震計算。對隧洞進(jìn)出口建筑物，應(yīng)按規(guī)定進(jìn)展抗震設(shè)計?！舶恕澈奢d組合特別荷載：校核水位時內(nèi)、外水壓力、灌漿壓力、溫度荷載、地震力、施工荷載等。襯砌計算時常承受以下荷載組合：根本組合：1。正常運行狀況：山巖壓力+襯砌自重+宣泄設(shè)計洪水時內(nèi)水壓力+外水壓力。

不同地段巖石狀況不同：計彈性抗力不考慮彈性抗力不同溫度的狀況不同：北方 考慮溫度荷載非嚴(yán)寒地區(qū) 不考慮溫度荷載特別組合：2。施工、檢修狀況：山巖壓力+襯砌自重+可能消滅的最大外水壓力3．格外運用狀況：山巖壓力+襯砌自重+宣泄校核洪水時的內(nèi)水壓力+外水壓力。正常運用狀況，用以設(shè)計襯砌的尺寸和進(jìn)展配筋，其它狀況用來校核。二、圓形有壓隧洞的襯砌計算有壓隧洞多圓形斷面。在大多數(shù)狀況下，它的主要荷載是內(nèi)水壓力，此外尚考慮山巖壓力、襯砌自重、外水壓力等。由于內(nèi)水壓力比較大，更應(yīng)充分利用圍巖的承載力量，為充分利用圍巖彈性抗力，應(yīng)盡量使襯砌與圍巖嚴(yán)密結(jié)合。計算步驟：指各種荷載單獨作用下，求出襯砌中的彎矩和軸力，然后依據(jù)荷載組合進(jìn)展迭加。本書介紹的方法：彈性特征因素法——依據(jù)彈力厚壁管公式，推導(dǎo)出來設(shè)計混凝土和鋼筋混凝土，有壓圓形襯砌的方法。本方法適用：埋深度大于三倍洞徑。>〔僅均勻內(nèi)水壓力作用20m以下，用素混凝土。超過20m，宜用鋼筋混凝土?！惨弧尘鶆騼?nèi)水壓力作用下的內(nèi)力計算計算方法的根本原理：將襯砌視為無限彈性介質(zhì)中的厚壁圓管，依據(jù)襯砌和圍巖接觸面的徑向變位相容的條件，求出以內(nèi)水壓力P所表示的彈性抗力P0

，再利用軸對稱受力圓管的彈性力學(xué)厚壁管公式計算襯砌的抗力。如下圖，在內(nèi)水壓力P的作用和彈性抗力P0

作用下，按圖襯砌在均勻水壓力彈性理論平面變樣子況，求得厚壁管管壁任意半徑r處的徑向變位u為：r rr(1)u

(12)(e)2 (e)2(12)t2r p r p]E

1 t21 0rre

，得襯砌外緣的徑向變位u為：eru r

(1)[(12)1p1(12)t2p]e E

1 t21 0式中E——襯砌材料的彈性模量；——襯砌材料的泊松比；et——襯砌外半徑之比，tre

ih1hrr r rri i i當(dāng)開挖的洞壁作用有P0

yp0K

pr e100K 0此處，K為巖石的彈性抗力系數(shù)，K 為單位彈性抗力系數(shù)。依據(jù)變形相容條件，yu，0 e整理后可得圍巖的彈性抗力為1Ap0t2A

p 〔8—18〕EKA

〔8—19〕EK0

A為彈性特征因素式中的E、K 分別以kPa和KN/m3計假設(shè)以kg/cm2和kg/cm30為單位，則需要將式中的E0.01E。pP0

作用下，管壁厚度內(nèi)任意半徑r處的切向正應(yīng)力 為t

r 1(e)2 t2(e)2r r p r p 〔8—20〕t t21 t21 0將式〔8—18〕代入式〔—20，分別令rr,r

，即可得到單層襯砌在均勻內(nèi)水i e壓力p作用下邊緣切向拉應(yīng)力 和外邊緣切向拉應(yīng)力 為i et2A pi t2A 1A pe t2A由于t

e1，明顯 >rr iri

,這說明襯砌內(nèi)壁的切向應(yīng)力恒大于外壁的切向應(yīng)力.當(dāng)不e考慮彈性抗力時,即K =0,則A=1.0假設(shè)1。圍巖厚度大于3倍開挖洞徑 襯砌計算只考慮f 6 洞徑D>6時 內(nèi)水壓力K混凝土襯砌求混凝土的襯砌厚度，在8—21式中，泠泠i度。

hl

]——混凝土允許軸心抗拉強l][ l]hl KiR——抗拉極限強度lK——抗拉安全系數(shù)it2

[AA

]Pt得：etreri

1hA[A[ ]P[ ]Phlihl

[ ]Phl

〔8—23〕hr[i

1]〔8—23〕式存在缺點：當(dāng)[

]與P的數(shù)值漸漸接近時，h漸漸擴大到不合理程度。hl[ p時，hhl[ p時，h為虛數(shù)hl20m，超過時，宜用鋼筋混凝土。 t2A

p[ ]i混凝土應(yīng)力校核：

t2A hl 1A

p[ ]e t2A hl除內(nèi)水壓力外，還有其它的荷載作用，計算各種荷載單獨作用時產(chǎn)生的軸向力和彎矩，再按下式校核混凝土襯砌的切向拉應(yīng)力：ie

M N R [ ] lW F hl Ki式中：W——抗力矩〔

bh2〕6F——斷面積，即F=bh如需求出在均勻水壓力作用下的斷面內(nèi)力，可先算 、 ，然后近似按直線分布，求i e出軸向拉力N和彎矩。N i eh2 (

)h(hh)M I i e 2 3 23用[

]代替gh

即得：hlA[ ]A[ ]p[ ]pghghi

〔8—25〕