[發明專利]一種導流隧洞直柱形堵頭長度設計方法

有效

• 申請號: 201711125138.4
• 申請日: 2017-11-14
• 公開（公告）號: CN107908866B
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 徐唐錦;翁永紅;漆祖芳;饒志文;李蘅;胡田清;熊焰
• 申請（專利權）人: 長江勘測規劃設計研究有限責任公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/13;G06T17/20
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 陳家安

本發明公布一種導流隧洞直柱形堵頭長度設計方法，它包括如下步驟：①采用剛體極限平衡法計算常規楔形堵頭計算長度Lsubgt;0/subgt;；②采用三維有限元法對直柱形堵頭和常規楔形堵頭進行計算分析，得出楔形效應所提供的安全儲備Psubgt;0/subgt;；③分別計算直柱形堵頭圍巖支護錨桿和堵頭下游段襯砌提供的安全儲備Psubgt;m/subgt;、Psubgt;c/subgt;，及其之和Psubgt;1/subgt;＝Psubgt;m/subgt;+Psubgt;c/subgt;；④對比Psubgt;1/subgt;和Psubgt;0/subgt;，若Psubgt;1/subgt;≥Psubgt;0/subgt;，取直柱形堵頭計算長度Lsubgt;j/subgt;＝Lsubgt;0/subgt;；若Psubgt;1/subgt;＜Psubgt;0/subgt;，其差額通過增加堵頭長度ΔL來提供，取Lsubgt;j/subgt;＝Lsubgt;0/subgt;+ΔL；⑤取直柱形堵頭設計長度Lsubgt;z/subgt;≥Lsubgt;j/subgt;。本發明克服了現有直柱形堵頭相較于常規楔形堵頭擋水額外安全儲備下降的不足，是對現有堵頭長度設計方法的補充完善，有利于推動直柱形堵頭在導流隧洞特別是大型導流隧洞封堵工程中的應用。

技術領域

本發明涉及到水利水電工程施工導流技術領域，更加具體地是一種導流隧洞直柱形堵頭長度設計方法。

背景技術

水利水電工程導流隧洞完成導流任務后，需采用混凝土堵頭進行封堵，與大壩一起擋水運行，其設計級別與大壩相同。《水工隧洞設計規范》(DL5195-2004)規定，“封堵體的型式依據水工隧洞的斷面形狀、施工條件、工程地質條件等因素選定。封堵體縱斷面的型式宜優先選用楔形。”國內部分已建大型水電工程導流隧洞永久堵頭特性見表1。

表1國內部分已建大型水電工程導流隧洞永久堵頭特性表

楔形堵頭具有超載能力較強的優點，但也存在若干不足，主要有：楔形擴挖增加施工安全風險、破壞巖體、延長施工工期、工程投資較大、影響導流隧洞水流流態及運行安全等。

采用直柱形堵頭可克服上述不足，節省工期、簡化施工、降低施工安全風險等，但直柱形堵頭與楔形堵頭長度計算方法采用現行有關規范的規定，沒有區別，楔形效應作為安全儲備，沒有參與計算。簡述如下：

根據《水工建筑物荷載設計規范》(DL?5077-1997)，承載能力極限狀態采用下列表達式：

式(V)中：S(·)為作用效應函數；R(·)為結構抗力函數；γ₀為結構重要性系數，對于結構安全級別為I、II、III級的結構或構件，可分別采用1.1，1.0，0.9；ψ為設計狀況系數，對應于持久狀況、短暫狀況、偶然狀況，應分別取1.0，0.95，0.85；γ_d為承載能力極限狀態的結構系數；a_k為幾何參數的標準值；f_k為材料性能的標準值；γ_m為材料性能的分項系數；G_k為永久作用的標準值；γ_G為永久作用的分項系數；Q_k為可變作用的標準值；γ_Q為可變作用的分項系數。

根據《水工隧洞設計規范》(DL/T?5195-2004)，導流隧洞堵頭長度根據堵頭混凝土與基巖交界面的抗滑穩定性按照下式進行計算，作用效應函數S(·)和抗力函數R(·)的計算公式分別如下：

S(·)＝∑P_R?VI

R(·)＝f_R∑W_R+C_RA_R?VII