某水电站引水隧洞衬砌结构计算书.docx
《某水电站引水隧洞衬砌结构计算书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《某水电站引水隧洞衬砌结构计算书.docx（24页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
某水电站引水隧洞衬砌结构计算书
目录
1计算总说明1
1.1计算目的及要求1
1.2基本资料1
1.3计算原则和假定1
1.4材料参数2
1.5参考书目及资料2
2计算过程3
2.1围岩分担内压3
2.2按初拟配筋计算钢筋应力8
2.3按限裂标准复核钢筋应力9
2.4抗外压计算11
3计算成果及分析13
4附图13
引水隧洞衬砌结构计算书
1计算总说明
1.1计算目的及要求
本算稿采用高压隧洞的透水衬砌方法（公式法）对某水电站引水隧洞进行内力和配筋计算，为施工详图设计阶段引水隧洞衬砌的施工图绘制提供合理的数据依据。
1.2基本资料
引水隧洞布置于XX河左岸，进水口至调压室引水隧洞长全长15541.226m，为有压隧洞。
引水隧洞建筑物为3级，结构安全级别为Ⅱ级。
沿线山体雄厚，设计洞轴线与主要结构面呈较大角度相交，具备基本的地形地质条件，围岩类别以Ⅲ类为主，局部稳定性差，应及时采取支护措施；少部分洞段属Ⅱ类围岩，基本稳定，Ⅳ~Ⅴ类围岩不稳定。
Ⅱ、Ⅲ1类围岩段，采用马蹄形断面（喷锚支护方式），Ⅲ2、Ⅳ、Ⅴ类围岩段采用马蹄形或圆形断面（钢筋混凝土衬砌支护方式），本算稿仅针对钢筋混凝土衬砌支护段进行结构计算。
围岩分类及参数详见附页互提资料单。
1.3计算原则和假定
高压隧洞的结构设计采用了透水衬砌方法进行计算，本工程采用公式法进行计算。
公式法：
考虑变形协调，计算圆形断面在内水压力作用下围岩、混凝土、钢筋的应力和变形，以及混凝土裂缝开展宽度。
充水过程：
初次充水，内水压力达到一定程度后，高压隧洞衬砌体开裂，内水压力以渗透压力，即体积力的形式作用在混凝土衬体和围岩上，使混凝土衬体内、外水压的压差逐渐降低或趋于平衡，从而在钢筋混凝土上产生的应力都较小。
衬砌计算原则：
1）高压隧洞透水衬砌计算要求隧洞埋深满足挪威准则，且在地质围岩较差段外水满足渗流稳定。
2）对Ⅲ2、Ⅳ类围岩，可考虑围岩承受70％以上内水压力，对Ⅴ类围岩，可考虑围岩承受70％以内内水压力。
3）高压固结灌浆除了加固围岩外，作用在混凝土衬砌体上的有效预压应力取值为灌浆压力的15％。
4）混凝土衬砌厚度受放空检修时外水压力控制，配筋受内压和裂缝限制开展宽度（可适当超过0.3mm）控制。
1.4材料参数
1）材料容重
钢筋混凝土容重：
25kN/m3
2）材料强度参数
混凝土强度等级：
C25；
C25混凝土轴心抗压强度设计值：
=11.9N/mm2
C25混凝土轴心抗拉强度设计值：
=1.27N/mm2
3）钢筋
钢筋HPB300级：
=270N/mm2
钢筋HRB335级：
=300N/mm2
钢筋HRB400级：
=360N/mm2
4）钢筋保护层厚
=50mm
1.5参考书目及资料
某水电站引水发电系统纵剖面图（见附图1）
《水工隧洞设计规范》DL/T5195—2004中国电力出版社
《水工建筑物荷载设计规范》DL/T5077-1997中国电力出版社
叶冀.广蓄电站水工高压隧洞设计施工的若干问题[J].水力发电学报.1998.
（2）:
38-49.
《四川省XX河某水电站引水发电系统水力过渡过程计算与分析研究报告》2008.03
2计算过程
2.1围岩分担内压
首先根据某水电站引水隧洞不同洞段的围岩地质条件和衬砌支护参数选取计算断面，见表2.1-1引水隧洞计算断面参数列表。
表2.1-1引水隧洞计算断面参数列表
断面序号
桩号
围岩类别
灌浆压力（MPa）
衬砌厚度（mm）
内径（mm）
内水压力（m）
1
引0+020～引0+158
Ⅳ
0.6
500
1950
39
2
引0+158～引0+340
Ⅳ
0.6
400
2350
40
3
引0+775～引0+934
Ⅳ
0.6
400
2350
45
4
引1+200～引1+450
Ⅳ
0.7
400
2350
50
5
引1+730～引1+820
Ⅳ
0.7
400
2350
53
6
引2+955～引2+995
Ⅴ
0.8
500
2350
62
7
引3+225～引3+245
Ⅳ
0.8
400
2350
64
8
引3+245～引3+268
Ⅴ
0.8
500
2250
65
9
引3+268～引3+360
Ⅳ
0.8
400
2350
65
10
引3+570～引3+660
Ⅳ
0.8
400
2350
68
11
引3+830～引3+900
Ⅳ
0.8
400
2350
70
12
引3+950～引4+100
Ⅳ
0.9
400
2350
71
13
引4+345～引4+406
Ⅳ
0.9
400
2350
74
14
引4+410～引4+500
Ⅳ
0.9
400
1950
75
15
引4+504～引4+781
Ⅲ2
1.0
800
1950
77
16
引4+919～引4+927
Ⅲ1
1.0
800
1950
78
17
引4+927～引4+937
Ⅲ1
1.0
800
1950
78
18
引4+937～引5+140
Ⅲ1
1.1
800
1950
80
19
引5+140～引5+160
Ⅳ
1.1
800
1950
80
20
引5+160～引5+250
Ⅲ1Ⅲ2
1.1
800
1950
81
21
引5+250～引5+435
Ⅲ2
1.1
400
1950
82
22
引5+435～引5+812
Ⅲ2~Ⅳ
1.2
600
1950
86
23
引5+812～引6+205
Ⅲ2
1.2
600
1950
87
24
引6+467～引6+584
Ⅲ1
1.2
600
1950
87
25
引6+584～引6+621
Ⅳ
1.2
600
1950
87
26
引6+621～引7+720
Ⅲ2
1.2
600
1950
89
27
引7+720～引8+306
Ⅲ2
1.3
800
1950
92
28
引8+934～引8+976
Ⅲ1
1.3
800
1950
101
29
引11+610～引11+770
Ⅳ
2.0
600
1950
131
30
引11+770～引12+028
Ⅲ2
2.0
600
1950
134
31
引12+028～引12+128
Ⅳ
2.0
600
1950
135
32
引12+128～磨改0+390
Ⅲ2
2.0
600
1950
136
33
磨改0+670～引13+085
Ⅲ2
2.0
600
1950
137
34
引13+085～引13+316
Ⅲ2
2.0
400
1950
138
35
引13+434～引13+596
Ⅲ2
2.0
400
1950
138
36
引13+784～引14+275
Ⅲ2
2.0
400
1950
140
37
引14+275～引14+700
Ⅲ2~Ⅳ
2.0
600
1950
140
38
引14+700～引14+920
Ⅲ2
2.0
600
1950
141
39
引15+305～引15+541.226
Ⅲ2~Ⅳ
2.0
600
1950
142
注：
内水压力根据《四川省金汤河某水电站引水发电系统水力过渡过程计算与分析研究报告》中表6-6输水道沿线主要节点最大压力控制值进行线性插值求得。
根据表2.1-1选取的计算断面，初拟配筋，同时结合不同计算断面的地质参数分别求出围岩承受的内水压力Pr，计算成果表见表2.1-2。
围岩承受的内水压力Pr计算公式及参数说明如下（公式见《广蓄电站水工高压隧洞设计施工的若干问题》）
（2-1）
式中：
Pr—围岩承受的内水压力，m；P—内水压力，m；
R—衬砌体（混凝土）内半径，m；Rs—受力钢筋半径，m；
Rr—隧洞开挖半径，m；Ro—隧洞开挖半径加松动圈深度，m；
As—每米管长钢筋配筋面积，m2；Es—钢筋弹模，Mpa；
Ec—混凝土弹模，C25，Mpa；Er1—围岩松动区弹模，Mpa；
Er2—围岩非松动区弹模，Mpa；u—围岩泊松比。
表2.1-2围岩承担内水压力计算成果表
序号
衬厚
初拟配筋
直径
P
R
Rs
Rr
Ro
As
Es
Ec
Er1
Er2
u
A
B
Pr
Pr/P
m
mm
m
m
m
m
m
m2
MPa
MPa
MPa
MPa
m
m
m
1
0.5
2*5Φ22
22
38.86
1.95
2.20
2.45
3.35
0.0038
200000
28000
3500
5000
0.27
0.00256
0.00769
28
0.73
2
0.4
5Φ22
22
40.37
2.35
2.40
2.75
3.76
0.0019
200000
28000
3500
5000
0.27
0.00618
0.01803
33
0.82
3
0.4
5Φ22
22
45.28
2.35
2.40
2.75
3.76
0.0019
200000
28000
3500
5000
0.27
0.00618
0.01803
37
0.82
4
0.4
5Φ22
22
49.55
2.35
2.40
2.75
3.76
0.0019
200000
28000
3500
5000
0.27
0.00618
0.01803
41
0.82
5
0.4
5Φ22
22
52.61
2.35
2.40
2.75
3.76
0.0019
200000
28000
3500
5000
0.27
0.00618
0.01803
43
0.82
6
0.5
5C25
25
62.32
2.35
2.40
2.85
3.90
0.0025
200000
28000
3500
5000
0.35
0.00478
0.01460
49
0.79
7
0.4
5Φ22
22
64.39
2.35
2.40
2.75
3.76
0.0019
200000
28000
3500
5000
0.30
0.00618
0.01802
53
0.82
8
0.5
5C25
25
64.58
2.25
2.30
2.75
3.76
0.0025
200000
28000
2100
3000
0.35
0.00458
0.01396
49
0.75
9
0.4
5Φ22
22
65.34
2.35
2.40
2.75
3.76
0.0019
200000
28000
3500
5000
0.30
0.00618
0.01802
54
0.82
10
0.4
5Φ22
22
67.82
2.35
2.40
2.75
3.76
0.0019
200000
28000
3500
5000
0.30
0.00618
0.01802
56
0.82
11
0.4
5Φ22
22
69.81
2.35
2.40
2.75
3.76
0.0019
200000
28000
3500
5000
0.30
0.00618
0.01802
57
0.82
12
0.4
5Φ22
22
71.46
2.35
2.40
2.75
3.76
0.0019
200000
28000
3500
5000
0.30
0.00618
0.01802
59
0.82
13
0.4
5Φ22
22
74.02
2.35
2.40
2.75
3.76
0.0019
200000
28000
3500
5000
0.30
0.00618
0.01802
61
0.82
序号
衬厚
初拟配筋
直径
P
R
Rs
Rr
Ro
As
Es
Ec
Er1
Er2
u
A
B
Pr
Pr/P
14
0.4
6C25
25
74.77
1.95
2.00
2.35
3.21
0.0029
200000
28000
3500
5000
0.30
0.00330
0.00854
58
0.77
15
0.8
5Φ22
22
77.12
1.95
2.00
2.75
3.76
0.0019
200000
28000
5600
8000
3.00
0.00512
0.01469
54
0.70
16
0.8
5Φ22
22
78.30
1.95
2.00
2.75
3.76
0.0019
200000
28000
7000
10000
0.28
0.00512
0.01478
54
0.69
17
0.8
2*5C22
22
78.38
1.95
2.35
2.75
3.76
0.0038
200000
28000
7000
10000
0.28
0.00256
0.00883
53
0.68
18
0.8
5C22
22
80.06
1.95
2.00
2.75
3.76
0.0019
200000
28000
7000
10000
0.28
0.00512
0.01478
55
0.69
19
0.8
2*5C22
22
80.23
1.95
2.35
2.75
3.76
0.0038
200000
28000
1750
2500
0.35
0.00256
0.00979
49
0.61
20
0.8
5C22
22
80.97
1.95
2.00
2.75
3.76
0.0019
200000
28000
7000
10000
0.30
0.00512
0.01478
56
0.69
21
0.4
6C25
25
82.50
1.95
2.00
2.35
3.21
0.0029
200000
28000
5600
8000
0.30
0.00330
0.00832
65
0.79
22
0.6
2*6C25
25
85.62
1.95
2.25
2.55
3.49
0.0059
200000
28000
4900
7000
0.30
0.00165
0.00530
60
0.70
23
0.6
6C25
25
87.22
1.95
2.00
2.55
3.49
0.0029
200000
28000
5600
8000
0.30
0.00330
0.00903
64
0.73
24
0.6
6C25
25
86.86
1.95
2.00
2.55
3.49
0.0029
200000
28000
7000
10000
0.28
0.00330
0.00895
64
0.74
25
0.6
2*6C25
25
86.82
1.95
2.25
2.55
3.49
0.0059
200000
28000
1750
2500
0.35
0.00165
0.00607
53
0.61
26
0.6
6C25
25
89.39
1.95
2.00
2.55
3.49
0.0029
200000
28000
5600
8000
0.28
0.00330
0.00903
65
0.73
27
0.8
5C22
25
91.84
1.95
2.00
2.75
3.76
0.0025
200000
28000
5600
8000
0.28
0.00396
0.01160
63
0.68
28
0.8
5C22
22
101.00
1.95
2.00
2.75
3.76
0.0019
200000
28000
7000
10000
0.25
0.00512
0.01479
70
0.69
29
0.6
2*5C22
22
131.12
1.95
2.25
2.55
3.49
0.0038
200000
28000
2100
3000
0.35
0.00256
0.00855
88
0.67
30
0.6
5C22
22
133.85
1.95
2.00
2.55
3.49
0.0019
200000
28000
4900
7000
0.28
0.00512
0.01385
99
0.74
31
0.6
5C22
22
134.91
1.95
2.00
2.55
3.49
0.0019
200000
28000
2100
3000
0.35
0.00512
0.01441
96
0.71
32
0.6
5C22
22
135.70
1.95
2.00
2.55
3.49
0.0019
200000
28000
4900
7000
0.28
0.00512
0.01385
100
0.74
序号
衬厚
初拟配筋
直径
P
R
Rs
Rr
Ro
As
Es
Ec
Er1
Er2
u
A
B
Pr
Pr/P
33
0.6
5C22
22
137.07
1.95
2.00
2.55
3.49
0.0019
200000
28000
4900
7000
0.28
0.00512
0.01385
101
0.74
34
0.4
5C22
22
137.56
1.95
2.00
2.35
3.21
0.0019
200000
28000
4900
7000
0.28
0.00512
0.01277
110
0.80
35
0.4
5C22
22
138.13
1.95
2.00
2.35
3.21
0.0019
200000
28000
4900
7000
0.28
0.00512
0.01277
111
0.80
36
0.4
2*5C22
22
139.52
1.95
2.15
2.35
3.21
0.0038
200000
28000
4900
7000
0.28
0.00256
0.00705
109
0.78
37
0.6
5C22
22
140.40
1.95
2.00
2.55
3.49
0.0019
200000
28000
4200
6000
0.30
0.00512
0.01392
103
0.74
38
0.6
5C22
22
140.85
1.95
2.00
2.55
3.49
0.0019
200000
28000
5600
8000
0.28
0.00512
0.01379
105
0.74
39
0.6
2*5C22
22
142.13
1.95
2.25
2.55
3.49
0.0038
200000
28000
4200
6000
0.30
0.00256
0.00805
102
0.72
注：
围岩非松动区弹模、泊松比根据围岩岩性和类别按互提资料单中围岩物理力学参数取值，围岩松动区弹模取0.7倍非松动区弹模。
2.2按初拟配筋计算钢筋应力
固结灌浆管口压力作为预压应力作用于混凝土，灌浆管口压力取0.15倍设计固结灌浆压力。
公式及参数说明：
（2-2）
（2-3）
Pg—灌浆管口压力，MPa；
Ps—钢筋承担内压，MPa。
钢筋应力计算成果见表2.2。
表2.2按初拟配筋计算钢筋应力成果表
序号
P
Pg
Pr
Ps
Rs
As
σs
MPa
MPa
MPa
MPa
m
m2
MPa
1
0.39
0.08
0.28
0.03
2.20
0.00380
15
2
0.40
0.08
0.33
-0.01
2.40
0.00190
-11
3
0.45
0.09
0.37
-0.01
2.40
0.00190
-13
4
0.50
0.10
0.41
-0.01
2.40
0.00190
-14
5
0.53
0.11
0.43
-0.01
2.40
0.00190
-15
6
0.62
0.12
0.49
0.01
2.40
0.00245
8
7
0.64
0.13
0.53
-0.01
2.40
0.00190
-18
8
0.65
0.13
0.49
0.03
2.30
0.00245
28
9
0.65
0.13
0.54
-0.01
2.40
0.00190
-19
升级会员 