广西水利电力勘测设计研究院 广西南宁 530023
摘要：结合拉洞坪屯排涝工程的实际情况和工程地质条件，分不同岩石类别进行设计，基于理正岩土计算软件进行隧洞衬砌计算，结合衬砌结构计算结果，优化隧洞结构厚度设计，节省工程投资，为工程后期施工阶段工作开展提供科学依据，为类似工程提供参考。
关键词：围岩分类；有压隧洞；隧洞断面；衬砌型式；衬砌结构计算；天峨县；
1 工程概况
天峨县地处广西丘陵与云贵高原的过渡地带，境内河流众多，水力资源丰富。主要河流红水河自西北向东南贯穿境内，流长112km，天峨县位于红水河中上游。境内水力资源蕴藏量占红水河流域总蕴藏量的45%左右，水力资源十分丰富。
排涝隧洞起点位于天峨县拉洞坪屯附近，终点位于六排洞口电站出口断面处，全长1.627km。主要建筑物包括：进口明渠、进口暗涵、隧洞洞身段、出口明渠等。洞身段起点底高程245.33m，终点底高程232.00m，底坡i=0.96%。内部净空尺寸均为2.5m×3.5m（宽×高，城门洞型）。
工程为治涝工程，目前涝区保护范围内现状仅有纳州村1个村屯，人口不足1000人，耕地约800亩。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》第3.0.1和《防洪标准》第11.1.2条规定，本排涝工程等别为Ⅴ等，排涝隧洞等建筑物均按5级建筑物设计。
2 隧洞基本地质条件
2.1 隧洞地质条件
隧洞沿线地形起伏，地表岩溶洼地发育，隧洞上覆岩体厚19m~390m，隧洞顶部地表高程范围264m~640m。隧洞埋深一般为20~399m。隧洞围岩以厚层～巨厚层状二叠系茅口阶灰白色灰岩为主，弱~微透水性，隧洞轴线与岩层夹角35 º，主要结构面倾角以50~70 º为主，岩体完整～较完整。
2.2 隧洞围岩分类
排涝隧洞进出口段以Ⅴ类为主，洞身段以Ⅲ类为主，洞室围岩较稳定，局部岩溶发育段以Ⅳ类为主，Ⅲ类围岩约占总长度75%，Ⅳ、Ⅴ类围岩约占总长度25%。隧洞岩体物理力学参数建议值见表1。
3 隧洞衬砌结构设计
Ⅴ类围岩初期支护措施为：初喷C20混凝土封闭岩面、厚50mm→安装φ25钢筋格栅拱架，间距0.6m→安装φ22砂浆锚杆、锚杆长2.0m，间距1m×1m→挂Φ8钢筋网、网格间距200×200mm→喷C20混凝土至设计厚度200mm→钻排水孔、顶拱一圈布置三根、洞身方向间距3m、深度3m。二次衬砌措施为: 全断面采用0.4m厚C25钢筋混凝土衬砌，洞顶120°范围回填灌浆。
Ⅳ类围岩初期支护措施为：初喷C20混凝土封闭岩面、厚50mm→安装φ22砂浆锚杆、锚杆长2.0m，间距1m×1m→挂Φ8钢筋网、网格间距200×200mm→喷C20混凝土至设计厚度100mm→钻排水孔、顶拱一圈布置三根、洞身方向间距3m、深度3m。二次衬砌措施为：全断面采用0.4m厚C25钢筋混凝土衬砌，洞顶120°范围回填灌浆。
Ⅲ类围岩初期支护措施为：初喷C20混凝土封闭岩面、厚50mm→安装φ22砂浆随机锚杆、锚杆长2.0m，间距1m×1m（锚杆按35%随机率）→挂Φ8钢筋网、网格间距200×200mm→顶拱、侧墙喷C20混凝土至设计厚度150mm、底板浇筑C20混凝土至设计厚度200mm→钻排水孔、顶拱一圈布置三根、洞身方向间距3m、深度3m。
4 衬砌结构配筋计算
（1）隧洞地质参数及计算断面选取
计算主要依据围岩类别不同选取围岩类别Ⅳ类、Ⅴ类各一个典型断面进行计算。隧洞进、出口段（Ⅴ类围岩）地层条件、地质参数基本一致，且隧洞全线在运行期运行状态一致，考虑到隧洞进口段地下水面线高程比出口段高，因此进出口段隧洞取进口段断面为代表（计算断面一）进行计算；溶洞段（Ⅳ类围岩）计算断面则选取隧洞中部地下水位较高洞段为代表（计算断面二）进行计算。隧洞岩体物理力学参数建议值见表1。
（2）计算软件
混凝土衬砌结构计算采用《北京理正岩土计算6.0版网络版》软件中的的理正岩土隧道衬砌计算进行计算。
（3）计算工况及荷载组合
根据隧洞施工及运行工作状态，计算工况分别为运行、检修、施工三种工况：
正常运行工况：隧洞排5年一遇洪水，进口上游最高水位为255.25m；
检修工况：隧洞不排洪，无内水；
施工工况：隧洞不排洪，无内水，顶拱承受一定的回填灌浆压力。
各工况的荷载组合详见表2。
（4）计算参数取值
①衬砌自重
根据实际混凝土断面尺寸进行计算，钢筋混凝土衬砌自重按 25kN/m3，素混凝土衬砌自重 24kN/m3。
②围岩压力
按《水工隧洞设计规范》SL279-2016中9.2.4条的规定，薄层状及碎裂散体结构的围岩，作用在衬砌上的围岩压力可按下式计算：
垂直方向 qv=(0.2～0.3)γRb，
水平方向 qh=(0.05～0.1) γRh
式中 qv—垂直均布围岩压力，kN/m2；
qh—水平均布围岩压力，kN/m2；
γR—岩体容重，kN/m3；
b—隧洞开挖宽度，m；
h—隧洞开挖高度，m；
对于本工程对Ⅳ~Ⅴ类围岩，按系数法计算围岩压力，考虑一期支护作用，垂直方向围岩压力系数取0.25，水平方向围岩压力系数取0.08。
③内水压力
运行工况内水压力值，特征水位取对应桩号计算洞断面的压力水头h内，检修和施工工况隧洞无内水。
各计算断面运行工况内水压力水头h内=h进口水头-h局损失-h沿程损失。
h进口水头—隧洞过5年一遇设计过流量对应的进口水位高程，h进口水头=255.25m；
外水压力折减系数依据《水工隧洞设计规范》（SL279-2016）及地质条件确定，隧洞外水压力水头根据地质勘探所揭示的地下水位线确定：计算断面一（Ⅴ类围岩），外水水头仅为17.72m，外水压力折减系数βe取0.5；计算断面二（Ⅳ类围岩），外水水头为16.31m，外水压力折减系数βe取0.25；
⑤灌浆压力
施工工况考虑顶拱的回填灌浆压力，根据《水工隧洞设计规范》SL279-2016中10.1.2条规定，钢筋混凝土衬砌灌浆压力为0.3~0.5MPa。计算时将综合考虑灌浆分序施工、隧洞模板的支撑作用等因素，考虑施工中控制灌浆压力，可对灌浆压力进行折减，按顶拱120°范围承受0.2MPa均布荷载计。
⑥弹性抗力
岩体的弹性抗力系数按地质建议值确定。
⑦计算参数及计算简图
根据隧洞的地质条件，选取桩号SD0+363（V类围岩）、桩号SD1+325（IV类围岩）为典型断面进行内力及配筋计算，各典型计算断面特性及计算参数见表2。隧洞围岩分类及支护型式表见表3。隧洞围岩衬砌配筋计算成果见表4。
5 结语
通过本次基于理正岩土计算软件进行隧洞衬砌计算，在设计过程中结合衬砌结构计算结果，认真分析，可以优化隧洞结构厚度设计，节省工程投资，这将为工程后期施工阶段工作开展提供科学依据。也为其他类似工程设计提供参考依据。
参考文献
[1]广西水利电力勘测设计研究院. 广西天峨县六排河拉洞坪屯排涝工程初步设计报告.南宁：广西水利电力勘测设计研究院，2018.11。
作者简介：张小青（1986—），女，广西桂林人，广西水利电力勘测设计研究院工程师，硕士研究生，主要从事水利水电工程设计工作。
论文作者:张小青
论文发表刊物:《基层建设》2019年第3期
论文发表时间:2019/4/26
标签：隧洞论文; 围岩论文; 断面论文; 天峨县论文; 工况论文; 压力论文; 间距论文; 《基层建设》2019年第3期论文;