[发明专利]一种用于圆形过水隧洞衬砌结构的综合量化设计方法

说明书

本发明公开了一种综合量化设计方法，尤其是公开了一种用于圆形过水隧洞衬砌结构的综合量化设计方法，属于水利水电工程建筑物设计工艺技术领域。提供一种能方便的实现对过水隧洞的衬砌结构进行准确、高效设计，简化设计验证过程中，保证设计符合要求的用于圆形过水隧洞衬砌结构的综合量化设计方法。所述的综合量化设计方法至少包括建立综合量化设计平台、在综合量化设计平台上依据已有水文地质资料初拟衬砌参数、调用有限元计算程序完成有限元计算、依据有限元计算结果判断初拟衬砌参数是否满足设计成果要求几个步骤。

技术领域

本发明涉及一种综合量化设计方法，尤其是涉及一种用于圆形过水隧洞衬砌结构的综合量化设计方法，属于水利水电工程建筑物设计工艺技术领域。

背景技术

术语

隧洞：工程中在山体或地下开挖的，用于输水、发电、灌溉、泄洪、导流、放空、排沙等具有封闭断面的过水通道。

水工隧洞：水电水利工程中设置于岩(土)体中的，用于输水、发电、灌溉、泄洪、导流、放空、排沙等且具有封闭断面的通道。

隧洞衬砌：在地下工程中，为了加固围岩或平整过流面，采用混凝土、钢筋混凝土等材料进行支护的工程措施。

隧洞作为重要的水工建筑物，其结构设计安全可靠性直接影响到电站经济效益、社会用水的安全性等方面，而衬砌若发生强透水则可能引发严重次生地质灾害。因此输水隧洞结构运行的可靠性直接影响到众多的社会经济效益。长引水隧洞往往洞线较长，沿线地质条件复杂多变，对于动则十几公里甚至数十公里的引水隧洞，其安全可靠、因地制宜、经济合理的衬砌结构设计将很大程度上决定工程的经济和安全运行。

传统采用结构力学方法进行隧洞衬砌结构计算时，无法考虑洞周围岩的实际结构，在衬砌与围岩间传力模式及衬砌开裂损伤方面考虑也比较粗糙；常用的衬砌数值计算方法虽能弥补上述缺陷，但计算周期往往较长，长隧洞衬砌设计计算仍主要采用分段典型断面方式，存在针对性偏低的问题。

在水利水电工程中，由于取水地与用水地常常不一致，需要修建输水建筑物以实现引导水流，隧洞作为过水通道被大量使用。为保证隧洞在荷载作用下安全可靠发挥过水功能，常常需要对隧洞进行断面衬砌，该衬砌的设计是隧洞设计的关键部分，直接影响隧洞的安全、可靠及经济性。隧洞的使用实例已经很多，开挖直径已经达到19.8m，此处不再举例说明。隧洞的衬砌结构直接关系到隧洞运行的安全性，而隧洞衬砌结构的设计直接而言就是混凝土标号及厚度的选择、钢筋用量的选择，并且需要验算衬砌裂缝开展情况。隧洞衬砌结构目前考虑的荷载主要有：自重、内水压力、外水压力、山岩压力，由于隧洞埋于地下，温度较为恒定，故一般不考虑温度荷载，地下结构受地震影响较小，也不考虑地震荷载。不恰当的隧洞衬砌结构设计方案常常带来工程质量、安全问题。如若衬砌强度设计得不够，会带来内水压力作用下衬砌开裂超过规范允许标准，造成内水外渗，对隧洞上覆边坡带来稳定隐患；在外水作用下，隧洞有可能直接被压垮的情况。但是将隧洞衬砌的强度设计得过高，直接造成隧洞造价上升，对于长引水隧洞而言将直接影响整个工程的经济指标。目前关于该结构的设计方法主要有两种：一种是依据水文地质资料，对于已经拟定的隧洞设计方案，根据荷载按照规范的解析方法进行验证设计方案的合理性；另一种是依据水文地质资料，对于已经拟定的隧洞设计方案，根据有限元程序计算的结果判断设计方案的合理性。

对于按照规范的解析方法，其技术缺点如下：针对衬砌同时承受自重、内水压力、外水压力、山岩压力，规范方法目前无推荐的解析计算方法；实际施工过程中衬砌与围岩之间存在缝隙，该缝隙的存在对衬砌受力影响较大，规范方法无法考虑此缝隙的影响；隧洞所遭遇的地质条件是十分复杂的，往往并不是均一的地质条件，当隧洞遭遇断层斜交的时候，规范方法也无推荐的解析计算方法。