AT1#深孔無壓隧洞結(jié)構(gòu)設(shè)計

張 玲

(新疆水利水電勘測設(shè)計研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

水工隧洞是水利樞紐泄洪及引水建筑物中不可缺少的建筑物，隧洞的壓力狀態(tài)是根據(jù)隧洞用途及特點綜合考慮地形地質(zhì)、工程總體布置、水力學、施工、運行等因素，通過技術(shù)經(jīng)濟比較確定，可分為有壓隧洞和無壓隧洞兩種。隧洞的橫斷面型式又可分為圓形，城門洞型及馬蹄形斷面。

1 工程概況

某樞紐為大(1)型Ⅰ等工程[1]。1#深孔放空排沙洞由進口明渠段、事故閘井段、洞身段、工作閘井段及出口消力池段組成。1#深孔放空排沙洞為1級建筑物，出口無壓隧洞為1級建筑物，根據(jù)壩址區(qū)50年超越概率10%的場地基巖地震動峰值加速度為190.4 g，確定場地的基本烈度為Ⅷ[2]。

2 計算說明

2.1 主要計算原則和方法

無壓隧洞計算荷載考慮山巖壓力及內(nèi)水壓力的作用。通過“隧洞襯砌內(nèi)力及配筋計算G-12[3]”通用程序?qū)Ω鱾€桿件進行內(nèi)力及配筋計算。

2.2 計算工況

無壓隧洞計算工況有完建期和運行期兩種工況。

第一工況：完建期，泄洪洞建成，但沒有使用，沒有內(nèi)水和外水，只存在山巖壓力。

第二工況：運行期，泄洪洞建成，泄洪使用，洞內(nèi)有內(nèi)水，同時有山巖壓力。

斷面按彈性地基梁考慮，通過G-12計算各個桿件的內(nèi)力配筋。

3 設(shè)計基本資料

3.1 1#深孔放空排沙洞無壓隧洞段主要結(jié)構(gòu)尺寸

如圖1所示，無壓隧洞段由漸變段、渥奇曲線段及擴散段組成，總長140.437 m，斷面型式為城門洞型式，無壓隧洞洞身段底板及邊墻采用高性能抗沖磨C50F200W6混凝土，頂拱采用C30F200W6混凝土。C50抗沖磨混凝土抗沖磨強度>12 h/(kg/m3)。

圖1 1#深孔放空排沙洞無壓隧洞布置及主要尺寸

樁號深一1+384.726～深一1+394.726為漸變段，長10 m，斷面尺寸由7.768 m×10.670 m漸變到8.212 m×9.679 m，襯砌厚度為1.5 m。

樁號深一1+394.726～深一1+428.926為渥奇曲線段，長34.2 m，其中樁號深一1+394.726～深一1+414.692 斷面尺寸由8.212 m×9.679 m漸變到9.100 m×9.600 m，襯砌厚度為0.7 m。樁號深一1+414.692～深一1+428.926 斷面尺寸為9.100 m×9.600 m，襯砌厚度為0.7 m。

樁號深一1+428.926～深一深一1+525.163為擴散段，長74.559 m，其中樁號深一1+428.926～深一1+503.485 斷面尺寸由9.100 m×9.600 m漸變到14.809 m×9.600 m，襯砌厚度為1.2 m。樁號深一1+503.485～深一1+525.163斷面尺寸由14.809 m×9.600 m漸變到16.469 m×16.333 m，襯砌厚度為1.2 m。

3.2 計算參數(shù)值選取

水工隧洞的圍巖分類，巖洞應(yīng)按GB 50847的規(guī)定執(zhí)行，土洞應(yīng)按GB/T 50145的規(guī)定執(zhí)行[4]。無壓隧洞段圍巖類別均為Ⅳ類，須采取強支護措施，建議fk=2～3，K0=6 MPa/cm～8 MPa/cm，計算fk=2，樁號深1+384.726～深1+503.485，K0=8 MPa/cm，樁號深1+503.485～深1+525.163，K0=6 MPa/cm，轉(zhuǎn)換單位為10000 t/m3。

巖石/巖石抗剪強度：Ⅳ類圍巖f=0.5～0.7(Φ=26.5°～35°)[3]。計算f=0.675(Φ=34°)

3.3 材料特性

鋼筋混凝土容重r=24.5 kN/m3[5]；水容重r水=9.8 kN/m3；無壓隧洞洞身段底板及邊墻采用高性能抗沖磨C50F200W6混凝土，頂拱采用C30F200W6混凝土。C50抗沖磨混凝土抗沖磨強度>12 h/(kg/m3)。

4 計算方法

無壓隧洞采用地下洞室型式，對其均取單寬簡化為“城門洞形”框架結(jié)構(gòu)。對簡化的框架結(jié)構(gòu)根據(jù)不同的計算工況采用靜力學方法計算內(nèi)力，并用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)力學配筋計算。本次采用“隧洞襯砌內(nèi)力及配筋計算通用” 程序計算。

5 結(jié)構(gòu)計算過程

5.1 計算斷面選取

無壓隧洞總長140.437 m，斷面型式為城門洞型式，由于該無壓隧洞洞身底寬始終是漸變的，所以每個結(jié)構(gòu)段的結(jié)構(gòu)尺寸都不相同。故全線選取15個計算斷面進行結(jié)構(gòu)計算，從而得出較經(jīng)濟合理的計算配筋。

洞身1-1剖面尺寸及荷載分布見圖2，洞身2-2剖面～15-15剖面簡化為城門洞型，其剖面尺寸及荷載分布見圖3。

圖2 洞身1-1剖面尺寸及荷載分布

圖3 洞身2-2剖面～15-15剖面剖面尺寸及荷載分布

洞身剖面1-1～剖面15-15詳細剖面尺寸見表1。

表1 洞身剖面尺寸

5.2 計算荷載

完建期山巖壓力及運行期水壓力荷載計算見表2。

表2 荷載計算表

5.3 結(jié)構(gòu)計算

1#深孔放空排沙洞無壓隧洞結(jié)構(gòu)計算結(jié)果見表3。

表3 1#深孔放空排沙洞無壓隧洞結(jié)構(gòu)計算成果表

5.4 抗剪計算

深孔放空排沙無壓隧洞各剖面抗剪計算結(jié)果見表4。

表4 1#深孔放空排沙洞無壓隧洞抗剪計算成果表

6 計算結(jié)果分析及結(jié)論

6.1 結(jié)構(gòu)計算結(jié)果

1-1剖面和2-2剖面配Φ28@200、3-3剖面和4-4剖面配Φ22@200、5-5剖面和11-11剖面配Φ25@200、12-12剖面配Φ25@200貼Φ16@200、13-13剖面配Φ28@200貼Φ16@200、14-14剖面配Φ32@200、15-15剖面配Φ32@125。

6.2 抗剪計算結(jié)果

抗剪筋采用Φ16@200，計算VSV=248.74(t)，通過抗剪筋的配置，結(jié)構(gòu)滿足抗剪要求。

7 結(jié)語

(1)本次結(jié)構(gòu)計算，將隧洞斷面通過靜力學方法簡化成框架進行計算，計算方法簡單，計算各種工況符合工程實際運行情況、滿足結(jié)構(gòu)安全運行要求。

(2)計算結(jié)果較為真實的反映了隧洞結(jié)構(gòu)在運行時各種工況的狀態(tài)，配筋結(jié)果在既滿足結(jié)構(gòu)需要的同時，又達到了經(jīng)濟合理的目的，大大減少了工程投資。

(3)本次計算結(jié)果，也為其他同類工程提供了借鑒。