圆拱重力墙式隧洞设计浅析

【摘 要】湟中县是青海省的农业和水利大县，境内水利设施分布众多，尤其是建于七、八十年代的小型农灌工程占比较大，目前多数工程达到设计使用年限，但经过妥善维修或改造后仍能发挥良好的效益，相对于新建工程有更高的性价比，文章基于县内山川交错地形复杂穿山隧洞使用普遍且维修难度大的现实条件，特用结构力学推算的方法论述了小型水工隧洞关键部位顶拱的设计依据，为工程建设提供参考。

【关键词】小型水工隧洞；山岩压力；配筋

湟中县在七、八十年代建了许多小型水工隧洞，由于技术、经济条件的限制以及小型农灌工程遵循的技术简单、建期短、显效快的建设特点，建筑物设计形式选择也很单一，建成的水工隧洞以圆拱重力墙式居多，“马蹄形”等其他形式的隧洞占比不到10%，近年来在工程维修过程中发现，圆拱重力墙式隧洞最容易出现问题的部位是拱顶，文章以青海省西宁市湟中县云谷川灌区东干渠隧洞维修和改造工程为例，针对圆拱进行荷载计算分析求得圆拱最不利截面内应力，并进行配筋计算。

一、基本资料

云谷川灌区东干渠加大输水流量2.5m3/s，干渠有3座隧洞，3座共长640m，过流能力同干渠，均建成于七十年代属圆拱重力墙式衬砌形式，3座隧洞顶拱均有不同程度损坏现象，目前均在使用但需维修和改造，顶拱由预制钢筋砼拱圈拼砌而成，拱圈厚度12cm，净跨1.6m，側墙为浆砌石厚度35cm基本完好，1#、2#隧洞更换部分拱圈即可正常使用，3#隧洞损坏严重需在其旁边距离10m处平行原洞新建一座隧洞，代替3#原隧洞。文章针对该类隧洞直墙损坏程度轻，拱顶易折损的问题，以该工程3#新建隧洞为例专门分析拱顶设计原理为同类工程的维修和新建提供参考。

二、相关参数

云谷川灌区东干渠3#新建隧洞通过黄土地层，全断面采用C25混凝土圆拱重力墙式衬砌，C25混凝土容重为γ=24.63kN/m3，弹性模量E=19571300kN/m2。如图所示，隧洞初拟尺寸：内半径r=0.9m，厚t=0.16m，中心角2φ=180°=π弧度，洞净宽b=1.8m，侧墙厚b1=0.3m，侧墙净高h1=1.5m，底板厚d1=0.3m，拱脚深入墙顶尺寸d2=0.1m。隧洞穿过黄土层其开挖线路地质参数及山岩压力计算见下表。

九、结语

根据以上计算可以判断出隧洞拱圈的厚度等初拟结构尺寸较为合理，进而配筋计算及设计成果也是安全可靠的，文章通过顶拱全过程结构分析为小型隧洞关键部位的结构设计提供了借鉴案例，以利于类似工程的设计和维建工作。

参考文献

[1] 水力工程设计计算手册[M].北京：中国水利水电出版社，2006.

[2] 工钢筋混凝土结构学[M].北京：中国水利水电出版社， 2009.

[3] 陈仲颐.土力学[M].北京：清华大学出版社，1994.

作者简介：李玉芝（1976.04- ），女，青海大学水利水电建筑工程专业，本科，青海省湟中县水务局，研究方向：农田水利工程、人畜饮水工程的规划、施工、管理等。