水庫(kù)供水隧洞結(jié)構(gòu)計(jì)算書(shū)

--1-龍洞河水電站有壓引水隧洞構(gòu)造計(jì)算書(shū)工程概況公明供水調(diào)蓄工程供水隧洞是從鵝頸至公明水庫(kù)連通隧洞 L0+387樁號(hào)接往石巖水庫(kù)的一條供水隧洞，全長(zhǎng)6.397km，樁號(hào)為G0+000~G6+397 。依據(jù)初步設(shè)計(jì)報(bào)告供水隧洞為2級(jí)建筑物，設(shè)計(jì)流量為10.24m3/s，承受圓型斷面，內(nèi)徑為3.4m。供水隧洞進(jìn)口底高程為29.60m27.50m-0.0328%3576m、Ⅲ1836m345m310m。設(shè)計(jì)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程《水工隧洞設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》〔SL279-2023〕〔以下簡(jiǎn)稱(chēng)“隧洞標(biāo)準(zhǔn)”〕《水工隧洞設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》〔DL/T5195-2023〕〔電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，下稱(chēng)“電力隧洞標(biāo)準(zhǔn)” 〕《水工鋼筋混凝土構(gòu)造設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)〔試行〕》〔SDJ20-78〕〔以下簡(jiǎn)稱(chēng)“砼規(guī)”〕《錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》〔GB50086-2023 〕參考資料《深圳市公明水庫(kù)調(diào)蓄工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》〔深圳市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院，2023.05〕《G-12隧洞襯砌內(nèi)力及配筋計(jì)算通用程序》《PC1500 程序集地下構(gòu)造計(jì)算程序使用中的幾個(gè)問(wèn)題》〔疆水利廳，張校正〕《取水輸水建筑物叢書(shū)－隧洞》〔1989〕《水擊理論與水擊計(jì)算》〔清華大學(xué)出版社，1981〕《水力學(xué)－下冊(cè)》〔吳持恭，高等教育出版社，1982〕計(jì)算方法隧洞支護(hù)及襯砌構(gòu)造按奧法理論進(jìn)展設(shè)計(jì)，支護(hù)型式承受錨噴支護(hù)通過(guò)工程類(lèi)比確定，噴錨支護(hù)類(lèi)型及其參數(shù)參照電力隧洞標(biāo)準(zhǔn)附錄 F表F.1選??；襯砌型式承受鋼筋混凝土襯砌。依據(jù)隧洞標(biāo)準(zhǔn)6.1.8條第2點(diǎn)規(guī)定，圍巖具有肯定的抗?jié)B力量、內(nèi)水外滲可能造成不良地質(zhì)段的局部失穩(wěn)，經(jīng)處理不會(huì)造成危害者，宜提出一般防滲要求，本工程按限制--4-裂縫寬度設(shè)計(jì)，裂縫寬度短期組合不超過(guò)0.3mm，長(zhǎng)期組合不超過(guò)0.25mm。隧洞襯砌承受構(gòu)造力學(xué)方法計(jì)算。隧洞構(gòu)造計(jì)算軟件承受PC1500G-12隧洞襯砌內(nèi)力及配筋計(jì)算通用程序。計(jì)算工況根本組合工況1：正常運(yùn)行期〔襯砌自重+圍巖壓力+彈性抗力+設(shè)計(jì)內(nèi)水壓力+外水壓力〕工況2：檢修期 〔襯砌自重+圍巖壓力+彈性抗力+外水壓力〕特別組合工況3：施工期 〔襯砌自重+彈性抗力+外水壓力或灌漿壓力〕4：校核工況〔襯砌自重+圍巖壓力+彈性抗力+校核內(nèi)水壓力+外水壓力〕典型計(jì)算斷面及其選擇原則Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ及土洞典型斷面按荷載受力不利原則選取。計(jì)算圍巖壓力時(shí)，承受?chē)鷰r壓力最大處斷面；計(jì)算彈性抗力時(shí)，承受地勘供給參數(shù)的小值平均值；計(jì)算內(nèi)水壓力時(shí)，承受各類(lèi)圍巖承受最大靜水壓力處斷面；計(jì)算外水壓力時(shí)，對(duì)無(wú)內(nèi)水組合工況承受地下水作用最大水頭處斷面，對(duì)有內(nèi)水組合工況承受地下水作用最小水頭處斷面。各類(lèi)圍巖斷面幾何初步擬定狀況見(jiàn)表 5-1。5-1

各類(lèi)圍巖斷面幾何參數(shù)圍巖類(lèi)別斷面形式內(nèi)徑〔m〕初襯厚度〔m〕二襯厚度〔m〕開(kāi)挖洞徑〔m〕彈性抗力計(jì)算半徑〔m〕構(gòu)造計(jì)算半徑〔m〕Ⅱ圓形3.40.050.34.12.051.85Ⅲ圓形3.40.10.34.22.11.85Ⅳ圓形3.40.10.44.42.21.9Ⅴ圓形3.40.20.44.62.31.9土洞圓形3.40.20.44.62.31.9荷載計(jì)算圍巖壓力Ⅱ、Ⅲ類(lèi)圍巖自穩(wěn)條件好并實(shí)行了有效的支護(hù)，不考慮圍巖壓力。Ⅳ類(lèi)圍巖能自穩(wěn)數(shù)日，實(shí)行了有效的支護(hù)，圍巖壓力按隧洞標(biāo)準(zhǔn)6.2.4-1~2 式計(jì)算：Q4=0.2×γr×B=0.2×23×4.4=20.24kN/m=2.02410kN/m ×Q2=Q3=0.05×γr×H=0.05×23×4.4=5.06kN/m=0.50610kN/m ×Ⅴ類(lèi)圍巖自穩(wěn)力量較差，承受有效支護(hù)后能自穩(wěn)，圍巖壓力按隧洞標(biāo)準(zhǔn) 6.2.4-1~2 式計(jì)算：Q4=0.3×γr×B=0.3×21×4.6=28.98kN/m=2.898 ×10kN/mQ2=Q3=0.1×γr×H=0.1×21×4.6=9.66kN/m=0.966 ×10kN/m土洞圍巖壓力計(jì)算計(jì)算依據(jù)土洞圍巖壓力按隧洞標(biāo)準(zhǔn) 8.1.2條確定：對(duì)能形成塌落拱的土洞，可按松動(dòng)介質(zhì)平衡理論估算圍巖壓力；不能形成塌落拱的淺埋土洞，圍巖壓力宜按頂拱的上覆土體重力計(jì)算圍巖壓力，并依據(jù)地形條件、施工所實(shí)行的穩(wěn)定措施予以修正。計(jì)算斷面確實(shí)定對(duì)供水隧洞進(jìn)出口處深埋土洞依據(jù)北線隧洞閱歷可以形成塌落拱，故土洞圍巖壓力最大處為深淺埋土洞的分界處，計(jì)算斷面亦取深淺埋土洞的分界處。塌落拱高度計(jì)算查《取水輸水建筑物叢書(shū)－隧洞》P543-2巖石結(jié)實(shí)系數(shù)及其它力學(xué)指標(biāo)表，密實(shí)粘土及粘質(zhì)土結(jié)實(shí)系數(shù)fK=1.0，換算內(nèi)摩擦角為Φ粘土及粘質(zhì)土結(jié)實(shí)系數(shù)fK=1.0，換算內(nèi)摩擦角為Φ=45°。Φ/2b1=2.3mb2=b1+b1tg(45- )=3.253m。b2除以巖石的h=b2/fK=3.253/1=3.253m依據(jù)《取水輸水建筑物叢書(shū)－隧洞》。3-9式，取曲線形洞頂實(shí)際塌落拱高度為計(jì)算塌落拱高度的0.7垂直圍巖壓力計(jì)算8.1.2條條文說(shuō)明，深淺埋土洞的分界深度Hpg

×=2.5H=2.5 2.277=5.69m

4.4.7條規(guī)定：淺埋土質(zhì)隧洞承受鋼架?chē)娀炷林ёo(hù)時(shí)，鋼架應(yīng)有足夠的剛度和強(qiáng)度，應(yīng)能承受

40~60kN/m2 的垂直土壓力。3.4.132~4m高的松動(dòng)巖柱重量。本次計(jì)算按初期支護(hù)擔(dān)當(dāng)2m土重考慮，則折減以后土洞圍巖壓力為：Q4=(5.69-2)×18=66.42kN/m=6.642 ×10kN/m側(cè)向圍巖壓力計(jì)算側(cè)向水平圍巖壓力計(jì)算按松散體理論，依據(jù)《取水輸水建筑物叢書(shū)－隧洞》 P57頁(yè)公式3-10及3-11計(jì)算。Q2=0.7

×γ×h×tg2(45°-Φ/2)=0.718××3.253×tg2(45-45/2)=7.03kN/m=0.70310kN/m ×Q3=(0.7

2×γ×(45°tg-Φ/2)=(0.7 3×.253+4.6)18××tg2(22.5°)=22.17kN/m=2.21710kN/m ×彈性抗力圍巖單位彈性抗力主要依據(jù)初步設(shè)計(jì)報(bào)告第

33.6.2.2選取〔P89〕，如表6-1所示。類(lèi)別(g/cm3) 類(lèi)別(g/cm3) 角φ(°)E(GPa)單位彈性抗力系數(shù)圍巖密度γ內(nèi)摩擦C(MPa)泊松比μK0〔MPa/cm〕備注有壓洞無(wú)壓洞偏于Ⅱ類(lèi)巖特征偏于Ⅳ類(lèi)巖特征位于地下水位以上位于地下水位以下1~3或偏于Ⅴ類(lèi)巖特征0.75~1 0.5~0.75 位于地下水位以下

公明水庫(kù)輸水隧洞圍巖主要物理力學(xué)參數(shù)Ⅱ2.5~2.740~451.7~3.510.0~20.00.17~0.2350~10015~20Ⅲ-12.4~2.537~401.0~1.77.0~10.00.23~0.2635~5010~15Ⅲ-22.3~2.435~370.4~1.05.0~7.00.26~0.2920~355~10Ⅳ-12.2~2.332~350.25~0.42.0~5.00.29~0.3212~203~5Ⅳ-22.1~2.230~320.1~0.250.5~2.00.32~0.355~12Ⅴ-11.9~2.120~300.05~0.10.05~0.50.35~0.362~5Ⅴ-21.8~1.910~200.02~0.050.02~0.050.36~0.381~2有內(nèi)水壓力時(shí)彈性抗力有壓隧洞圍巖彈性抗力系數(shù) k=k0/r，單位彈性抗力系數(shù)偏安全考慮承受小值平均值，計(jì)算結(jié)果如下：Ⅱ類(lèi)圍巖彈性抗力系數(shù)k2=((50+75)/2)/2.15=29.07 MPa/cm=290700×10kN/m3Ⅲ類(lèi)圍巖彈性抗力系數(shù)k3=((20+35)/2)/2.2= 12.5MPa/cm =125000×10kN/m3Ⅳ類(lèi)圍巖彈性抗力系數(shù)k4=((5+12)/2)/2.3=3.7 MPa/cm=37000×10kN/m3Ⅴ類(lèi)圍巖彈性抗力系數(shù)k5=((1+2)/2)/2.4=0.625 MPa/cm=6250×10kN/m3土洞依據(jù)隧洞標(biāo)準(zhǔn) 8.1.3條按不計(jì)土體聯(lián)合作用考慮，依據(jù)《水工隧洞設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》〔SD134-84〕附錄程序說(shuō)明取彈性抗力系數(shù)k6=10010kN/m3--5-無(wú)內(nèi)水壓力時(shí)彈性抗力依據(jù)《水工設(shè)計(jì)手冊(cè)》第七卷P7-47頁(yè)，無(wú)壓隧洞圍巖彈性抗力系數(shù)〔又稱(chēng)地基系數(shù)〕k=bk0b為彈性地基梁寬度，取單寬b=1m；單位彈性抗力系數(shù)偏安全考慮承受小值平均值，計(jì)算結(jié)果如下：Ⅱ類(lèi)圍巖彈性抗力系數(shù)k2=(15+17.5)/2=16.25 MPa/cm=162500×10kN/m3Ⅲ類(lèi)圍巖彈性抗力系數(shù)k3=(5+10)/2=7.5MPa/cm =75000×10kN/m3Ⅳ類(lèi)圍巖彈性抗力系數(shù)k4=(1+3)/2=2MPa/cm=20230×10kN/m3Ⅴ類(lèi)圍巖彈性抗力系數(shù)k5=(0.5+0.75)/2=0.625 MPa/cm=6250×10kN/m3土洞依據(jù)隧洞標(biāo)準(zhǔn) 8.1.3條按不計(jì)土體聯(lián)合作用考慮，依據(jù)《水工隧洞設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》〔SD134-84〕附錄程序說(shuō)明取彈性抗力系數(shù)k6=10010kN/m3內(nèi)水壓力鵝頸水庫(kù)正常蓄水位〔擴(kuò)建后〕66.70m67.43m，校核洪水位為67.8m59.70m60.25m60.58m；石巖36.59m38.98m39.94m。L6+397〔出口處〕洞底高程最低，為27.50m，此處為Ⅴ類(lèi)圍巖，供水隧洞正常運(yùn)行由公明水庫(kù)向石巖水庫(kù)供水，正常運(yùn)行期最大內(nèi)水壓力〔靜水壓力〕為59.7-27.5=32.2m ，考慮到供水隧洞縱坡較緩〔0.0238%〕，不遠(yuǎn)處就有Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類(lèi)圍巖，高程相差不到0.4m，故全部類(lèi)別圍巖正常運(yùn)行期最大內(nèi)水壓力〔靜水壓力〕32.2m-石巖隧洞檢修或事故狀況下可利用本工程供水隧洞供水，故校核內(nèi)水壓力〔靜水壓力〕67.8-27.5＝40.3m。外水壓力作用在襯砌構(gòu)造上的外水壓力依據(jù)隧洞標(biāo)準(zhǔn)第 6.2.5式進(jìn)展估算。Pe=βe×γw×He依據(jù)不同的地下水活動(dòng)狀況按隧洞標(biāo)準(zhǔn)表 6.2.5對(duì)外水壓力進(jìn)展折減：枯燥或潮濕 βe＝0~0.2滲水或滴水

βe＝0.1~0.4

βe＝0.25~0.6--6-嚴(yán)峻滴水或小量涌水 βe＝0.4~0.8

βe＝0.65～1.0當(dāng)有內(nèi)水組合時(shí)，βe取較小值；無(wú)內(nèi)水組合時(shí)，βe取較大值。依據(jù)初設(shè)報(bào)告P87-P89 供水隧洞地質(zhì)描述〔摘錄見(jiàn)斜體字〕及供水隧洞縱斷面圖，對(duì)無(wú)內(nèi)水組合工況，典型斷面選地下水作用最大處水頭處；對(duì)有內(nèi)水組合工況，典型斷面選地下水作用最小外水頭處，典型斷面樁號(hào)、計(jì)算水頭、折減系數(shù)及作用水頭詳見(jiàn)表 6-2。表6-2 外水壓力水頭計(jì)算表工況Ⅱ類(lèi)Ⅲ類(lèi)Ⅳ類(lèi)Ⅴ類(lèi)土洞無(wú)內(nèi)水組合〔最大地下水作用水頭處斷面〕樁號(hào)βeHe〔m〕Pe〔m〕樁號(hào)有內(nèi)水組合〔最小地下水作用水工況Ⅱ類(lèi)Ⅲ類(lèi)Ⅳ類(lèi)Ⅴ類(lèi)土洞無(wú)內(nèi)水組合〔最大地下水作用水頭處斷面〕樁號(hào)βeHe〔m〕Pe〔m〕樁號(hào)有內(nèi)水組合〔最小地下水作用水頭處斷面〕βeePe〔m〕H〔m〕L4+8600.4122.849.12L6+2500.111.21.12L4+8400.6122.873.68L1+3560.253.50.875L0+2400.839.131.28L2+4500.48.73.48L2+5301.026.126.1L1+3400.6500L1+0001.04.34.3L1+0100.653.72.4Ⅱ類(lèi)圍巖，局部Ⅲ類(lèi)〔10%〕，弱-微風(fēng)化花崗巖，巖體呈整體塊狀構(gòu)造，較完整，裂隙不發(fā)育，潮濕，沿裂隙有滴水，在局部可形成線狀流水，圍巖根本穩(wěn)定，但局部可能掉塊。局部裂隙相對(duì)集中區(qū)域成Ⅲ類(lèi)圍巖，完整性稍差，圍巖局部穩(wěn)定性差，可能消滅坍塌和變形?！?〕、G1+355～G1+465110m11.5～44.7m2.1～20.9m，Ⅲ類(lèi)圍巖，弱風(fēng)化片麻巖，巖體完整性較差，裂隙較發(fā)育，圍巖局部穩(wěn)定性差，可發(fā)生坍落或掉塊。以滴水為主，沿裂隙有線狀流水。〔2〕、G0+080～G0+280200m60.5～77.5m32.3～37.5m，Ⅳ類(lèi)圍巖，弱風(fēng)化片麻巖，巖體完整性差，裂隙發(fā)育，圍巖穩(wěn)定性差，易坍塌或掉塊。沿裂隙多有線狀流水?！?3〕、G2+435～G2+648213m10.4～48m7.6～24.5m，Ⅳ-f4(但有初步膠結(jié)，膠結(jié)力)，沿裂隙有線狀流水，局部股狀，圍巖不穩(wěn)定，易坍塌或變形?！?〕、G1+340～G1+35515m3.7～11.5m0～2.1mV類(lèi)-,滴水及線狀流水?！?〕G0+922～G1+01088m12.2～44.3m2.1～12.2m，V類(lèi)圍巖，強(qiáng)風(fēng)化片麻巖，呈風(fēng)化巖塊狀和半巖土狀，不穩(wěn)定，極易坍塌，滴水及線狀流水。鑒于有內(nèi)水組合工況外水壓力僅0~3.48m，數(shù)值較小；另處依據(jù)北線隧洞Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類(lèi)圍巖及土洞初期支護(hù)后局部洞壁較為枯燥，偏安全考慮本次計(jì)算有內(nèi)水組合工況時(shí)有外水壓力取值為0。--10-動(dòng)水壓力發(fā)電引水隧洞進(jìn)水口設(shè)有檢修閘門(mén)和工作閘門(mén)，下接壓力鋼管，設(shè)計(jì)引水流量 8m3/s，下游接沖擊式水輪機(jī)的掌握閥門(mén)，引水隧洞運(yùn)行時(shí)可考慮關(guān)閘水錘動(dòng)水壓力增加值。水位組合參考有壓引水隧洞的水力計(jì)算成果，取滿足發(fā)電要求的最低水位 1294.0m 為計(jì)算水錘動(dòng)水壓力的上游水位，對(duì)應(yīng)下游尾水位為 1087.7m，尾水坎高程1087.05m。計(jì)算方法本次計(jì)算對(duì)是否考慮有引水隧洞和壓力鋼管水力損失分別進(jìn)展計(jì)算，不考慮水損時(shí)承受《水工設(shè)計(jì)手冊(cè)》簡(jiǎn)化方法計(jì)算；考慮水損時(shí)承受《水擊理論與水擊計(jì)算》中的特征線法編制程序求解。初始條件洞徑分兩種：起始段為有壓引水隧洞，D1＝2.2m，隧洞長(zhǎng)L1＝2644m；末段為緊接水輪機(jī)的壓力鋼管，D2＝1.44m，隧洞長(zhǎng)L2＝263.77m。隧洞上游進(jìn)口水位Z0=1294.0m，下游壓力鋼管出口水位Zn＝1087.7m，水頭差H＝1294-1087.7=206.3m ，出口尾水坎高程為Zn＝1087.05m。水錘傳播速度依據(jù)《水工設(shè)計(jì)手冊(cè)》P7-100：除均質(zhì)薄壁管外，各組合管的水錘波速公式都是近似的，水錘波速對(duì)第一相水錘影響較大，對(duì)于最大水錘壓強(qiáng)消滅在第一相末的狀況，可取一個(gè)略為偏小的數(shù)值以策安全。水錘波速應(yīng)對(duì)以后各相水錘的影響漸漸減小， 對(duì)大多數(shù)電站，最大水錘壓強(qiáng)消滅在開(kāi)度變化接近終了時(shí)刻，此時(shí)不必過(guò)分追求水錘波速的精度。依據(jù)《水工設(shè)計(jì)手冊(cè)》第七卷〔以下稱(chēng)《手冊(cè)》〕P7-99，水錘波速按式〔33-1-7〕計(jì)算：CEwg/2EwCEwg/2Ew/kr〔33-1-7〕1γ------水的體積彈性模量和容重，在一般溫度和壓力下， E 2.1 10kg/cm2，γ＝0.001kg/cm3；r 管道半徑k------抗力系數(shù)，引水隧洞為鋼筋混凝土管，按式〔 33-1-11〕計(jì)算k值；壓力鋼管為薄壁管，按式〔33-1-8〕k值。Ek Ec sf

〔33-1-11〕r2 Ecr——管道半徑；Es和Ec——鋼筋和混凝土的彈性模量，取C25砼彈性模量Ec＝2.85×105 kg/cm2，鋼筋彈性模量Es＝2.09×106kg/cm2?！鼙诤穸?，取E

30.0cmk ks ssr2

〔33-1-8〕式中：r 管道半徑；Es管材的彈性模量，取E＝2.1×106kg/cm2s——管壁厚度，取1.0cm由上述公式〔33-1-11〕和〔33-1-8〕計(jì)算水錘波速值如下：1、前段引水隧洞r＝2.2m，＝30cmk Ec Es f 2.85105 2.09 106

1200 5.210

4kg/cm22 2 30 5r Ec 220 2.85 102.1 104 9.8 100/0.001C1 143120cm/s=1431.2m/s1 22.1104/5.2 104 2202、后段壓力管道r＝1.44m，s＝1.0cmk ks Es s 2.1 106 1.0 1.013106kg/cm2r2 1.4422.1104 9.8 100/0.001C1 143457cm/s=1434.57m/s1 2 2.1104/1.013 106 144依據(jù)《手冊(cè)》式〔33-1-17〕，計(jì)算隧洞平均波速為：L 2907.77CL1/C1 L2/C2 2644/1431.2 263.77/1434.57

1432.4m/s

2L 22907.77t相長(zhǎng)：依據(jù)《手冊(cè)》式〔33-1-18〕，水錘的相長(zhǎng)為：tr等價(jià)隧洞中的流速

C 1432.4

4.06s《水力學(xué)》計(jì)算公式： 8g 8gc2 R1/6/n21、引水隧洞R＝D1/4＝0.55m，n＝0.015 代入上式得：λ＝0.0210%λ1＝×λ＝1.1 0.022Φ＝Cv0/(2gH0)=1432.4×2.1/(2×9.8×15.213)＝10.088m1ζ=2Φ＝2×10.088=20.176閥門(mén)斷面水頭增值為H1=20.176×15.213=306.94m關(guān)閉閥門(mén)后閥門(mén)前水頭為H1=H0+ H1=15.213+306.94=322.153m引水隧洞中最大流速：v12gVH

1 12gVH 19.6306.94 264.27l/d 0.0222644/2.22R＝D2/4＝0.85m，n=0.015代入上式得：λ2＝0.0186410%局部水頭損失，λ2＝1.1×λ＝0.0205供水隧洞水頭差為 H2＝6397/10670×23.11＝13.855m供水隧洞中最大流速：v23、等價(jià)最大流速：

29.81 13.8550.0205 6397/3.4

2.6548m/s依據(jù)《手冊(cè)》式33-1-57，依據(jù)管道中水體動(dòng)能不變的要求得：L1v1 L2v2

42732.758863972.6548va 2.696m/sL 106704、等價(jià)過(guò)流斷面面積依據(jù)水電站33-1-57及各斷面過(guò)流量不變?cè)瓌t反推：A 10670 9.485m24273/(3.14*1.82)6397/(3.14*1.72)A5、等價(jià)直徑：D 2 3.476m邊界條件與根本假設(shè)隧洞末端斷面的邊界條件隧洞末端與水庫(kù)相連，故隧洞末端斷面的流淌條件與掌握設(shè)備及其掌握規(guī)律相關(guān)，下游端閘門(mén)按線性開(kāi)關(guān)考慮，閘門(mén)開(kāi)度與時(shí)間關(guān)系為直線規(guī)律變化： ti1Ts由于閘門(mén)的關(guān)閉時(shí)間可由設(shè)計(jì)設(shè)定，故分別取不同的關(guān)閉時(shí)間進(jìn)展試算，選取適宜的Ts300s、360s、420s、480s540s。隧洞進(jìn)口斷面的邊界條件隧洞進(jìn)口與水庫(kù)相連，由于庫(kù)容很大，庫(kù)水位不會(huì)因隧洞流量的變化而漲落，所以，進(jìn)口的邊界條件是：水擊波的傳播過(guò)程中，進(jìn)口斷面的水位保持為常數(shù)即 Z0。等價(jià)隧洞特性常數(shù)管道斷面特征系數(shù)： CVmax2gH0

934.5 2.69629.81

5.56

《手冊(cè)》式〔33-1-32〕H0——管道出口初始作用水頭，23.11m。LV水錘特征系數(shù)： maxgH0Ts

10670 2.6969.819.09Ts

《手冊(cè)》式〔33-1-37〕＝0.423、0.352、0.302、0.2640.235〔300s360s420s、480s、540s的關(guān)門(mén)時(shí)間〕水錘計(jì)算0不考慮隧洞水力損失： 5.561 1〔τ 閘門(mén)初始開(kāi)度〕，依據(jù)《手冊(cè)P7-10300產(chǎn)生極限水錘的判別條件，屬極限水錘范疇。將數(shù)據(jù)代入《手冊(cè)》式件計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表6-3。

33-1-43，不同關(guān)門(mén)條2 4 33-1-43m2考慮隧洞水力損失：將以上數(shù)據(jù)代入程序，不同關(guān)門(mén)條件計(jì)算結(jié)果同列于表 6-3。6-3

不同關(guān)門(mén)時(shí)間下游端水錘計(jì)算成果表上下游水 考慮隧洞水力損失 不考慮水損(min)

位差H 最高水位

ζ=P/ H

動(dòng)水壓(m)(m)(m)(m)P(m)力532.223.1173.5746.0713.870.6000.52212.06632.223.1170.943.4011.20.4850.4199.68732.223.1169.0941.599.390.4060.3518.11832.223.1167.7940.298.090.3500.3016.96932.223.1166.839.307.10.3070.2646.10P7-118說(shuō)明，在水頭較低、壓力隧洞較長(zhǎng)和閥門(mén)關(guān)閉時(shí)間較長(zhǎng)的狀況下，進(jìn)展水錘計(jì)算時(shí)考慮壓力水管的水力損失是必要的。綜合考慮選取關(guān)門(mén)時(shí)間為6min，承受不考慮隧洞水力損失的計(jì)算成果，動(dòng)水壓力為11.20m，水錘壓力上升系數(shù)為0.485。由于還未考慮調(diào)壓室〔檢修支洞〕的影響，本計(jì)算成果是偏安全的。灌漿壓力依據(jù)隧洞標(biāo)準(zhǔn)9.1.2條，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類(lèi)圍巖段回填灌漿壓力承受 0.4MPa，對(duì)填土洞灌漿壓力承受不大于 0.2MPa。依據(jù)《水工設(shè)計(jì)手冊(cè)－水電站建筑物》荷載組合說(shuō)明〔P7-53〕，灌漿壓力與外水壓力不疊加。灌漿壓力大于外水壓力時(shí)，頂部只計(jì)灌漿壓力，其余為外水壓力；灌漿壓力小于外水壓力時(shí)，可不計(jì)灌漿壓力。不同工況荷載取值狀況不同工況荷載取值詳見(jiàn)表6-3。表6-3 不同工況荷載取值狀況表工根本組合況

1〔正常運(yùn)行〕

2〔檢修期〕圍巖類(lèi)(m)別

壓力(10kN0→11.2 43.4 0→0→11.2 43.4 0→0↓0→125000 32.20↓11.2 43.4 0→2.024↓2.024↓0.506- 37000 32.211.2 43.4 0.506→2.898↓2.898↓

(10kN/m3)

(m)

(m)

(m)

壓力(10kN/m)0↓

(10kN/m3)

外水壓力(m)Ⅱ Ⅲ

290700 32.2

16250075000

-49.12-73.68Ⅳ Ⅴ 土

0.966→6.642↓

6250

11.2

43.4

0.966→6.642↓

20230 -31.286250 -26.10洞 d=0.4 0.703→2.217→

100 32.2 11.2 43.4 0.703→2.217→

100 -4.3

3〔施工期〕

4〔校核〕況

圍巖

圍巖

內(nèi)水 外水-11-自重類(lèi) (m)別

壓力(10kN/m)0↓

(10kN/m3)

外水

(m)

壓力(10kN/m)0↓

(10kN/m3) (m)

壓力(m)Ⅱ d=0.30→0↓

162500

-40 0→29070040.329070040.3012500040.303700040.30Ⅲ d=0.30→0

75000

-73.68

-40

0→2.024↓Ⅳ d=0.40→0↓

20230

-40

0.506→2.898↓Ⅴ 土

62500→0↓

-26.10

-40

0.966→6.642↓

6250 40.3 0洞 d=0.4 0→ 100 -4.3 0→-12-

0.703→2.217→

100 40.3 0--14-計(jì)算簡(jiǎn)圖供水隧洞計(jì)算簡(jiǎn)圖以Ⅳ類(lèi)圍巖段為例，如圖 6-1所示，其它類(lèi)圍巖段尺寸見(jiàn)表8-1。參數(shù)取值G-12隧洞襯砌內(nèi)力及配筋計(jì)算通用程序參數(shù)含義及取值如表 8-1所示。8-1參

G-12通用程序參數(shù)含義及取值狀況表數(shù)值 備 注數(shù) Ⅱ類(lèi) Ⅲ類(lèi) Ⅳ類(lèi) Ⅴ類(lèi) 土洞A 1 1 1Ky 1.601.80K1

11.451.60

1 斷面外形編號(hào)，參閱G-12程序說(shuō)明附圖。鋼筋砼偏心受壓安全系數(shù) 受內(nèi)水壓力掌握狀況， 隧洞標(biāo)準(zhǔn)表6.3.31.50

318R#250250250250250混凝土標(biāo)號(hào)，如250#250”Rg34003400340034003400鋼筋強(qiáng)度〔kg/cm2〕185Eg2E+062E+062E+062E+062E+06鋼筋彈性模量〔kg/cm2〕196A55555鋼筋毛保護(hù)層〔cm〕D1.61.822.22.5鋼筋直徑〔cm〕，用以計(jì)算裂縫開(kāi)展寬度L100000半跨底寬〔m〕H200000側(cè)墻高度〔m〕R100000弧形底板半徑〔m〕R21.851.851.91.91.9側(cè)底拱半徑〔m〕R41.851.851.91.91.9側(cè)頂拱半徑〔m〕a100000弧型底板半中心角〔角度〕a29090909090側(cè)底拱中心角〔或半中心角〕〔角度〕a49090909090側(cè)頂拱中心角〔或半中心角〕〔角度〕D100000底板厚度〔m〕D20.30.30.40.40.4側(cè)底拱厚度D300000側(cè)墻厚度〔m〕D40.30.30.40.40.4側(cè)頂拱起點(diǎn)厚度〔m〕D500000頂板厚度〔m〕〔或側(cè)頂拱終點(diǎn)厚度〕Q4002.0242.8986.642頂部垂直均布荷載〔10kN/m〕Q3000.5060.9660.703側(cè)向分布荷載上端點(diǎn)值〔 10kN/m〕Q2000.5060.9662.217側(cè)向分布荷載下端點(diǎn)值〔 10kN/m〕Q100000底部垂直均布荷載〔10kN/m〕H0詳見(jiàn)6.7

水壓荷載水頭值〔內(nèi)壓為正〕〔 m〕PRh 2.5

2.5 2.5

2.5

(各邊均布法向荷載，外壓為正)(m)襯砌容重〔10kN/m3〕Eh

2.85E+6 2.85E+6

2.85E+6 襯砌彈性模量〔10kN/m

2〕砼規(guī)17 條表4K1 詳見(jiàn)6.7 不同工況荷載取值狀況K2 0 0 0 0

底板、側(cè)底拱部位圍巖彈抗系數(shù)〔側(cè)墻部位圍巖彈抗系數(shù)〔

10kN/m3〕3〕K3 詳見(jiàn)6.7 不同工況荷載取值狀況 頂板、側(cè)頂拱部位圍巖彈抗系數(shù)〔

10kN/m3〕--15-程序計(jì)算結(jié)果9-1

供水隧洞Ⅱ類(lèi)圍巖段計(jì)算成果表單元

剪力 彎矩110kN110kN36.20210kN0.003.0.0069.5689.5982.542cm0.0142-93.7851.200-0.7980.0000.00099.99903-93.7851.200-0.7980.0000.00099.9990434.2610.0030.0068.0488.0752.6670.017

cm2

cm2

實(shí)際配筋

實(shí)配面積cm29-2

供水隧洞Ⅲ類(lèi)圍巖段計(jì)算成果表

Ф16＠100

20.11單元10kN工況1 51.5942-138.976

剪力10kN0.0031.195

彎矩0.006-0.931

cm213.6420.000

cm213.6720.000

1.81899.999

cm0.0130

實(shí)際配筋Φ18＠

實(shí)配面積cm225.24工況3 -138.976 1.195

-0.931

0.000

0.000

99.999

100工況4 48.795

0.003

0.006

11.468

11.494

1.904

0.0169-3

供水隧洞Ⅳ類(lèi)圍巖段計(jì)算成果表單元

剪力 彎矩110kN71.878110kN71.87810kN-0.797.0.59517.97720.0761.563cm0.0122-68.882-2.06