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大型导流洞衬砌结构设计常用方法

日期：2014-12-31 12:25:58　来源：转载　浏览数：
　

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大型水工隧洞通常指衬砌后过流尺寸不小于10 m 的水工隧洞，导流洞超过10 m 的较为常见。其计算方法通常不同于一般的小型水工隧洞( 即采用一种方法可满足工程需要) 。
    阿海水电站导流洞过流断面尺寸为16 m × 19 m，纵向开挖尺寸超过20 m，属于大型水工隧洞，根据《水工隧洞设计规范》( DL /T55195 － 2004) 有关规定: “对于直径( 宽度) 不小于10 m 的1 级隧洞和高压隧洞，宜采用有限元法计算”。
    由于隧洞衬砌是埋在岩体中的结构物，它在受力变形过程中与围岩相互约束地工作，这种共同作用，使衬砌结构计算复杂化，虽进行大量的计算，也不一定能够得出完全切合实际的结果。现在国内比较流行的衬砌设计方法有3 种: 工程类比法、结构力学法及有限元法。
    ( 1) 工程类比法。根据隧洞所处地质条件，隧洞尺寸大小，隧洞承受荷载情况，通过类比已成功运行之隧洞，参考其衬砌设计成果，再根据隧洞自身特性作适当调整作为最终设计成果。
    ( 2) 结构力学法。我国传统采用的隧洞衬砌结构计算原理是将衬砌与围岩相互分开，以研究衬砌本身为主，适当考虑围岩的作用。此原理作为一种简化计算是可行的，从力学分析观点上来看，力系比较明确且容易理解。但该种方法受制于围岩作用及外水荷载的不精确性( 围岩作用及外水压力往往根据规范及经验由设计人员自行拟定) ，可用于大型水工隧洞衬砌结构的初步计算( 因其快捷方便) 。
    ( 3) 有限元法。该种方法是将衬砌与围岩当作一个整体来研究，这是以研究围岩为主的方法。岩体千变万化十分复杂，加上断层、节理、层面等地质构造的存在，使其更加复杂，而对这些构造面又必须加以重视，有限元对这些复杂情况基本上能模拟，可得出较为符合实际的分析结果。但由于隧洞本身所处地下围岩地质条件沿隧洞走向千变万化，不可能完全模拟进行计算，通常先进行经验分析，选取危险洞段作有限元模拟计算，并将此结果作为设计的控制性成果。采用有限元法需要有较为完整的围岩计算参数，且要求建模时有完整的地质资料，建模、计算及分析工作量较大。