某水庫放空沖沙兼導流洞結構配筋設計

曹凱

（吐魯番市清源水利水電勘測設計院有限公司，新疆 吐魯番 838000）

1 工程概述

新疆托克遜縣某水庫主要任務為農業灌溉和工業供水，遏制灌區地下水超采，是一座具有綜合效益的水庫樞紐工程。主要建筑物由右岸至左岸分別為放空沖沙兼導流洞、溢洪洞、瀝青砼心墻砂礫石壩、灌溉放水洞組成。水庫的總庫容為1440萬m3。水庫樞紐的工程等別為Ⅲ等，工程規模為中型水庫。放空沖沙兼導流洞布置在河床的右岸，是一條具有多種通途的水工隧洞。放空沖沙兼導流洞在水庫大壩工程截流后的施工過程中承擔施工導流任務，在水庫完建后，正常運行期間由該隧洞完成沖沙、放空任務。汛期泄洪時應可考慮開啟該隧洞以集中排泄泥沙；非汛期水庫水位保持正常蓄水位905.00m，根據河流徑流分配情況和運行期泥沙觀測資料，結合來水量合理制定沖沙調度方案，定期沖沙，保證隧洞進口門前清，減少水庫泥沙淤積，確保大壩安全和正常使用。

2 工程地質情況

工程區位于中天山山脈博羅科努山和天格爾山北麓，吐魯番盆地西緣，地勢西高東低，高差懸殊。托克遜縣某河發源于天格爾山北麓，河道蜿蜒于峽谷中，總體流向北東，出山后匯入阿拉溝河，河道全長68km，河槽縱坡46‰左右，河谷狹窄，寬度60～150m。流域上游為高山區，屬天山主峰中段，山勢高峻雄偉，奇峰重疊，主要分水嶺為末日落克山主峰，最高標高為4433m，3800m標高以上常年積雪，相對高差1000～1500m，山脈走向NWW；干查拉溝至托克遜縣某出口屬中低山區，山頂標高1400～3000m，相對高差800～1000m，兩岸零星分布有Ⅰ～Ⅳ階地；托克遜縣某出口下游為沖洪積堆積平原，標高＜700m。

根據GB18306-2015版1：4×106《中國地震動反應譜特征周期區劃圖》和《中國地震動峰值加速度區劃圖》，該區基本地震動反應譜特征周期為0.40 s，地震動峰值加速度為0.20g，對應的地震基本烈度為Ⅷ度區。

放空沖沙兼導流洞設計為城門洞型，布置于右岸山體內，隧洞段長約426.90m，隧洞進口位于壩前沖溝出口坡腳，出口位于下游坡腳。隧洞沿線地表一般基巖裸露，洞頂上覆巖體20～90m，圍巖為華力西晚期第二次侵入紅色花崗巖（γ2c4）。隧洞沿線節理裂隙較發育且低序次小斷層，其中順坡向的卸荷裂隙走向與洞向交角較小，主要發育于強風化帶內，弱風化層至新鮮巖體內節理多呈現閉合狀，與洞向呈大角度斜交，傾角陡。

3 結構布置

放空沖沙兼導流洞有壓段樁號0+000～0+121.97 ，全長121.97m，隧洞斷面形式采用3m×3.50m城門洞型，縱坡i=8.26%，有壓段隧洞采用鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度為0.60m，樁號為0+111.97 ～0+121.97 為漸變段，由3m×3.50m城門洞型漸變為3m×3.50m的矩形斷面；無壓段樁號為0+141.07 ～0+426.91 ，總長為285.84m，無壓段斷面形式采用3.00m×4.00m城門洞型，縱坡i=3.76%，無壓段隧洞采用鋼筋砼襯砌，襯砌厚度為0.60m，在樁號為0+141.07 ～0+151.07 為漸變段，由3.00m×4.00m矩形斷面漸變為3.00m×4.00m的城門洞型。

4 襯砌配筋計算分析

放空沖沙兼導流洞配筋計算采用由北京理正軟件股份有限公司設計的《理正巖土工程計算分析軟件》，計算出該隧洞的不同工況下的配筋要求，通過比對分析，確定隧洞配筋大小。

4.1 計算參數

根據《新疆托克遜縣托克遜縣某水庫地質報告》，該工程地質力學指標見表1。

表1 放空沖沙兼導流洞工程地質力學指標表

選取樁號0～35有壓洞段為典型進行計算，f=3，K0=17.00 MPa/cm。

4.2 計算工況

放空沖沙兼導流洞荷載組成及工況組合詳見表2，計算圖詳見圖1、圖2及圖3。

圖1 工況Ⅰ及工況Ⅲ計算簡圖

圖2 工況Ⅱ及工況Ⅳ計算簡圖

圖3 工況Ⅴ計算簡圖

表2 放空沖沙兼導流洞荷載組成及工況組合表

4.3 計算結果分析

計算原理：各種荷載單獨作用下，求出襯砌中的彎矩和軸力，然后根據荷載組合進行疊加。計算方法為公式法，采用理正隧道襯砌設計軟件進行計算，計算結果詳見表3。

表3 放空沖沙兼導流洞荷載組合參數及計算結果統計表

通過以上5種工況下計算出的內側及外側縱筋最大面積As，可以得出在工況Ⅳ：內水水壓+限裂的情況下，對鋼筋的需求最大為5767.60mm2，則該段放空沖沙兼導流洞內外側受力鋼筋選取7φ32@150，分布鋼筋選取φ20@200。

5 結論

利用計算軟件進行結構計算，分析放空沖沙兼導流洞在不同工況下對配筋的面積需求，對于導流洞襯砌結構而言，按照最不利工況下的配筋面積選取鋼筋，既能提高導流洞建設的質量，同時也最大限度地防止裂縫的出現和發展。現今隧洞結構利用軟件計算，在解決實際的復雜問題中的作用顯得越來越明顯。運用軟件對水庫工程放空沖沙兼導流洞進行結構配筋計算，減少了結構計算時間，提高了計算精確度，為工程設計提供理論依據。