隧洞参数计算表

青海大学

公伯峡灌溉工程隧洞工程

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水力计算

一.基本资料：

设计流量Q=2.6m 3/s ，洞身纵坡i=1/1000，洞身长L=2214.42m ，采用混凝土C15（采用C20），其粗糙系数取n=0.015(采用n=0.014) 二 洞身断面尺寸计算 洞内水深

8

/32

/13/53/22)()12(⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+++=i m m nQ h ββ 当为水力最佳断面时m=0,β=2计算得h=0.98m 计算特性流量 )/(2.821000/16.23s m i Q K ===

计算比值

768.02

.82015.098.067.267.2=⨯=nk h 根据比值查表得h/b=0.49

计算宽度b=h/0.49=0.98/0.49=2 2，按公式计算

已知h=0.98m ，b=2m,则： ω=bh=0.98x2=1.96(m 2) R=ω/x=bh/(b+2h)=0.49(m)

19.5949.0015

.0116/16/1=⨯==R n C

s m Ri C Q /6.257.2001.049.019.5996.13≈=⨯⨯⨯==ω

三各部位高程：

隧洞进口底部高程：1973.80 隧洞出口底部高程：1971.58

依据SL279-2002水工隧洞设计规范及施工的最小断面确定 其高度为2m ，宽度为1.8m

应根据地质条件及隧洞规范选择隧洞衬砌断面型式（粘土岩为软岩，应采用马蹄型洞比较好，采用2*2m ）

设计荷载

设计组合如下：

1. 不考虑岩石弹性抗力：垂直山岩压力+侧向水平山岩压力+衬砌自重

2. 考虑岩石弹性抗力：垂直山岩压力+岩石弹性抗力+岩石弹性抗力产生的摩擦力+衬砌自重 一．山岩压力

（一）基本数据：根据资料围岩属于Ⅳ类围岩，查表得，围岩坚固系数f=1.5

及相应的ϕ=60。，γ岩=23kN/m 2

计算塌落拱高度：

)(26.15

.12156.224.22)

245(2m tg f Htg B h =⨯︒⨯+=-︒+=

ϕ

计算均布的垂直山岩压力强度q 为： q=0.7γh=0.7*23*1.26=20.286kN/m 2

由公式计算侧向水平山岩压力及强度为： e 1=0.7γhtg 2(45。-ϕ/2)=1.46kN/m 2 e 2=(0.7h+H)γtg 2(45。-ϕ/2)=5.75kN/m 2

则： e=（e 1+e 2)/2=3.60kN/m 2

(2)按简化公式计算：

当f=1.5时，查表得相应的q 及e 系数分别为0.358及0.062，则： 均布的垂直山岩压力强度q 为：

Q=0.358γB=0.358*23*2.4=19.76kN/m 2 均布的侧向水平山岩压力强度为： e=0.062 γH=0.062*23*2.6=3.71kN/m 2

隧洞衬砌计算（考虑岩石弹性抗力作用） 一）基本数据

1.洞身衬砌截面形式及尺寸

洞身为等厚度衬砌的圆拱直墙式衬砌断面，顶拱为半圆形，洞底采用与侧墙整体连接的平底板，各部位尺寸如下：

洞身净宽B=1.8m ；洞身净高H=2.0m ；顶拱内半径r ′=0.9m ；直墙高y h =1.1m ； 衬砌厚度初步拟定为d=0.4m ，地板厚度采用与顶拱及侧墙相同 2设计荷载

均布垂直山岩压力强度为q=20kN/m 2;不计侧向山岩压力及内水压力，考虑岩石弹性抗力及相应的摩擦力作用。抗力系数在侧面及拱座均采用k=5*105kN/m 3。 3衬砌材料

采用C15混凝土衬砌，混凝土弹性模量为E=220*105kN/m 2,混凝土单位容重γ=24kN/m 3 二）计算

1.计算基本结构 计算矢高：

f=H+d/2=2+0.4/2=2.2m 计算拱跨：

l=B+d=1.8+0.4=2.2m 顶拱计算半径：

r=r ′+d/2=0.9+0.4/2=1.1m

计算矢高与顶拱计算半径的比值m=f/r=2.2/1.1=2 2刚臂长度c 计算： c=A c r

根据m=2查表得A c =0.8055077，则 c=0.8055077*1.1=0.886（m ） 3形常数计算

EJ r A EJ r A EJ r A EJ r A h h h h 3

2

2211322221111,,,====δδδδ

根据m=2查表得：A 11=2.5707963.A 22=1.0214853,A h1=0.5,A h2=0.4305794

抗弯刚度：EJ=E*bd 3/12=220*220*105*1*0.43/12=1.17*10-5(kN.m 2) 计算得 δ11=2.42*10-5(kN.m ）-1 δ22=1.16*10-5(m/kN ） δh1=0.52*10-5(kN -1) δh2=0.49*10-5(kN.m ）-1 4载常数计算

(1)垂直山岩压力作用。在垂直山岩压力作用下，各载常数值分别按下列公式计算：

EJ qr A EJ qr A EJ qr A hq

hp q p q p

4

422311;;=∆=∆=∆

根据m=2查表得

25

.0,2569565.0,8926991.0321-=-=-=q q q A A A

则：

)(1026.61017.11.12025.0)(1043.61017.11.1202569565.01031.201017.11.1208926991.05

5

45

5

425

5

3

1m m hp p p ---⨯-=⨯⨯⨯-=∆⨯-=⨯⨯⨯-=∆⨯-=⨯⨯⨯-=∆

（2）衬砌自重作用。在衬砌自重作用下，各载常数值分别按下列公式计算：

EJ gr A EJ gr A EJ gr A hg

hp g p g p

4

422311;;=∆=∆=∆

其中2

/6.94.024m kN d g =⨯==γ，根据m=2查表得

2853982

.0,3017932.0,0.121-=-=-=hg g g A A A

则：

)(1043.31017.11.16.92853982.0)(1063.31017.11.16.93017932.010

92.101017.11.16.90.155

4

5

5

425

5

31m m hp p p ---⨯-=⨯⨯⨯-=∆⨯-=⨯⨯⨯-=∆⨯-=⨯⨯⨯-=∆

（3）弹性抗力。在弹性抗力作用下，各载常数值分别按下列公式计算：

EJ r A EJ

r A EJ

r A h h hp h p h p 4

4

223

11;;σσσσ

σ

σ

=∆=∆=∆

其中：

h

σ为弹性抗力图中最大抗力值，其值为

h h k δσ=，根据m=2查表得

3372815

.0;4401546.0;05523689.21-=-=-=σσσh A A A

则：

)(10422.01017.11.13372815.0)(10691.01017.11.14401546.010384.01017.11.15523689.05

5

455

425

5

31m m h h hp h h

p h

h p σσσσσσ---⨯-=⨯⨯-=∆⨯-=⨯⨯-=∆⨯-=⨯⨯-=∆

（4）摩擦力作用。在摩擦力作用下，各载常数值分别按下列公式计算：

EJ

r A EJ

r A EJ

r A h h hp h p h p 4

4

223

11;;μσμσμστ

τ

τ

=∆=∆=∆