某水利枢纽引水洞塌方段的处理设计计算

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1、某水利枢纽引水洞塌方段的处理设计计算　　1、工程概况　　枢纽主要建筑物由挡水坝、岸坡式溢洪道、引水隧洞、发电厂房及开关站等组成，为二等大（2）型工程，地震基本烈度为Ⅵ度。引水隧洞全长约7km，建筑物级别为3级。　　2、隧洞塌方段情况简介　　该隧洞在施工过程中产生局部塌方，塌方段长度13.5m，塌方空腔最大高度约40m，隧洞中心线垂直向上最大高度约31.5m，塌方最大宽度约25m，塌方堆渣体上部净空最高约12m。从纵剖面上看，塌腔中心线偏向洞轴线右侧，两者夹角约16°，从最大塌方横剖面上看，塌方偏向洞中心线右侧（面向上游），基本位于左顶拱至右腰线之间90&d

2、eg;的范围内。根据实测的塌方空腔形状和塌方空腔估算，塌方量4300m3左右。　　3、塌方段工程地质条件　　围岩为二叠系下统吴家坪组（P2）的上部地层。吴家坪组（P2，由破碎黑色泥灰岩、页岩夹中薄层碳质页岩构成的软岩夹层，属软质岩，其中炭质页岩岩块投入水中仅几分钟就崩解为细颗粒状和粉土的混合物，围岩类别为Ⅳ类，自稳能力差。　　茅口组（P1m）含沥青质燧石结核灰岩偶夹炭质页岩和泥灰岩：深灰色，细～微晶结构，中厚层状构造。中厚层状含燧石结核灰岩夹白云质灰岩、含沥青质燧石结核灰岩均为硬质岩，岩石呈微风化状态，围岩自稳能力强；洞壁干燥为主，局部潮湿，围岩类别为Ⅱ类。　　隧

3、洞塌方段附近在两侧边墙各见有节理，走向为N50°～60°E，倾向NPa的压应力为控制条件，对堆渣体固结灌浆处理厚度进行敏感性分析，计算结果表明，最小处理厚度介于16~18m之间，按大值18m计。根据计算结果，由于灌浆堆渣体和岩石模量相差较大，衬砌受力非常不均匀，其最大拉应力位于岩石和灌浆体交界处（软硬介质交界部位），最大拉应力约2.7MPa，超过混凝土抗拉强度标准值且均匀贯穿衬砌整个厚度。　　提取衬砌典型部位应力进行积分合成内力，根据SL191-2008《水工钢筋混凝土结构设计规范》非杆件体系配筋计算原则，按照承载能力极限状态以及正常使用极限状态分

4、别进行配筋量计算。计算结果表明，衬砌最终配筋由正常使用极限状态控制（裂缝控制验算）。　　正常使用极限状态结构裂缝控制验算，可通过限制钢筋应力间接控制裂缝宽度。标准组合下的受拉钢筋应力σsk符合规定：σsk≤αsfyk。其中：σsk为在标准组合下受拉钢筋应力；fyk为钢筋强度标准值；αs为考虑环境影响的钢筋应力限制系数。　　配筋量计算公式为：　　　　式中：Tk为标准组合下有钢筋承担的拉力；As需要的钢筋截面面积。计算结果：顶拱12857mm2，右边拱6848mm2，底拱5528mm2，左边拱6867m

5、m2。每米长度配筋20根准30，由于衬砌厚度内全断面受拉，为轴心受拉构件，配筋衬砌内外圈均分，均为10根，间距10cm，钢筋净距7cm。　　4.3质量检查要求　　待钢筋混凝土衬砌施工完毕之后必须对堆渣进行固结灌浆，综合考虑固结后堆渣单位弹抗与衬砌配筋关系、堆渣固结灌浆的施工难度、固结灌浆效果以及灌浆效果检测等因素，确定堆渣固结灌浆的最终效果采用固结后堆渣的单位弹抗K0来衡量，并且要求K0不小于0.8GPa/m。但考虑到后期弹抗的检测方法非常繁琐且比较昂贵，根据围岩类别与弹抗和波速的对应关系，后期可以通过物探声波检测、钻孔压水试验来间接评价灌浆效果，要求固结后堆渣的

6、检测波速v不小于3000m/s，同时要求其压水试验透水率不大于0.05L/(minmm）。　　为了保证固结灌浆效果，建议事先进行现场灌浆试验，推荐合理的灌浆程序、灌浆方法、灌浆工艺、合宜的灌浆材料、浆液配比及灌浆参数。　　5、结语　　该工程隧洞受力条件及处理方案，对其进行了有限元法结构计算，最终确定了堆渣体灌浆处理厚度和衬砌的结构配筋。该工程现已发电一年有余，经隧洞放空检查，塌方处理段无任何异常现象。说明设计方案和计算方法合理，同时积累了隧洞塌方处理及设计计算的相关经验，并为类似工程的处理提供了借鉴。