输水涵管(隧洞)结构计算

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1、输水涵管结构计算1．概述QMA水库输水涵管位于大坝右侧，为坝下埋管。输水管原为浆砌块石侧墙、料石半圆拱涵洞，宽1.2m、高1.6m，长65m，因原施工时水泥缺乏，质量差，渗漏严重，后将原拱涵洞改为双层钢筋混凝土压力管，管内径1m，全长90m。涵管内接于原浆砌石涵洞顶部，涵管下部采用混凝土支座。于1989年对输水压力管进行了灌浆处理。见图1-1。涵管出口设闸阀，下接电站，其尾水供左岸灌溉渠道，闸阀处分流至右岸渠道。输水涵管主要承担水库的电站引水、灌溉引水和生活供水。图1-1输水涵管结构断面图2、计算条件2.1、计算采用的规程规范及主要文件资料（1）《水工隧洞设计规范》（SL

2、279-2002）；（2）《水工隧洞和调压室》（水利电力出版社，潘家铮主编）；（3）《水库安全评价工作设计大纲》；（4）《水工建筑物荷载设计规范》（DL5077－1997）；（5）《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252—2000）；2.2、计算依据及参数2.2.1工程等别、建筑物级别及洪水标准3QMA水库总库容4095万m，为中型水库，工程等别为Ⅲ等，大坝、溢洪道、放水涵管等主要建筑物为3级。洪水设计标准2004年4月《QMA水库大坝安全技术认定书》中，水库按2%洪水设计，0.333%洪水校核，3水库校核水位235.0m（相应泄量Q=1240m/s），设计水位23

3、4.15m（相应泄量Q=929m3/s），正常水位232.8m，死水位219.23m。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252—2000），并结合本水库的历史设计洪水标准，本次安全评价设计洪水标准为：50年一遇洪水设计，1000年一遇洪水校核，下游消能防冲采用30年一遇洪水设计。2.2.2计算依据根据《水工隧洞设计规范》（SL279-2002）的有关规定，隧洞衬砌型式应综合考虑断面形状和尺寸、运行条件及内水压力、围岩条件(覆盖厚度、围岩分类、承担内水压力能力、地下水分布及连通情况、地质构造及影响程度)、防渗要求、支护效果、施工方法等因素，经过技术经济比较确定。该

4、涵管衬砌结构设计原则按抗裂设计，混凝土的抗拉安全系数按取1.8。2.2.3计算工况及荷载组合：工况1（正常蓄水位）：垂直土压力+侧向土压力+衬砌自重+正常蓄水位下内、外水压力工况2（检修工况）：垂直土压力+侧向土压力+衬砌自重+正常蓄水位下外水压力2.2.4作用系数分项系数工况结构重要性系数γ0土压力衬砌自重内水压力外水压力正常蓄水位11.11.111校核洪水位11.11.111检修期11.11.1112.2.5计算基本假定由于缺乏水库部分资料，现计算时根据工程特点及以往工程经验做如下假定：1．输水管外为浆砌块石半圆拱涵洞，但因原施工时水泥缺乏，质量差，故不考虑浆砌石拱涵

5、洞承担的土压力，按土压力直接作用在涵管上进行荷载计算。2．外水压力按正常蓄水位考虑。3．由于缺乏电站运行、闸门起闭情况，故结构计算时不考虑水锤压力对均匀内水压力的影响。2.2.6计算参数33材料容重：钢筋混凝土:25kN/m，土容重=18.25kN/m。42混凝土剩余强度等级为C15，Ec=2.2×10N/mm；2钢筋：按Ⅱ级，yf=310N/mm；计算断面取坝轴线下断面，洞顶内壁高218.1m。3.涵管结构计算3.1工况1－正常蓄水位3.1.1荷载计算1．垂直土压力根据《水工建筑物荷载设计规范》（DL5077－1997）(11.2.1)作用在单位长度埋管上的垂直土压力标

6、准值可按下式计算：33式中γ—土重度(kN/m)，18.25kN/m；Fsk—埋管垂直土压力标准值(kN/m)；Hd—管顶以上填土高度(m)，最大填土高度约为17m；D1—埋管外直径(m)，1.6m；Ks—埋管垂直土压力系数，与地基刚度有关，可根据地基类别按图查取。这里查取Ks＝1.05；代入计算：521.222.侧向土压力根据《水工建筑物荷载设计规范》（DL5077－1997）(11.2.2)作用在单位长度埋管的侧向土压力标准值可按下式计算：式中Ftk—埋管侧向土压力标准值(kN/m)；H0—埋管中心线以上填土高度(m)；Dd—埋管凸出地基的高度(m)；Kt—侧向土压力

7、系数，；0.455代入计算：236.53.衬砌自重7.53式中h—钢筋混凝土容重，KN/mh—衬砌厚度，m4.非均匀内水压力q39.812KN/m5.均匀内水压力及外水压力管内水压力等于管中心线内水压力：p=9.811000(232.8-217.43)=150.8kPa考虑外水压力与内水压力的组合，内水压力按如下比例减小而取为：式中：ri—涵管内半径，0.5m；r0—涵管外半径，0.8m；βe—外水压力折减系数，外层填土取0.7；He—外水水头，按内水水头取值；3.1.2内力计算1．垂直土压力作用下，衬砌断面的弯矩M和轴力