水工压力隧洞衬砌配筋的计算

何 敏，户 莹，李 宁，刘 波

( 1 西安理工大学 土木建筑工程学院，陕西 西安 710048；2 西北勘测设计研究院，陕西 西安 710065 )

在水电资源开发以及交通道路工程建设中，常需修建各种用途的隧洞，其中后期过水的水工隧洞作为地下工程，其沿线地质条件复杂，不可预见因素较多，而不同的衬砌形式及配钢筋量决定了隧洞工程的投资与工期，直接影响着电站的经济效益与运行安全[1-2]，因此深入研究科学合理的水工压力隧洞配筋方法是十分必要的。

目前，内水压力作用下衬砌配筋计算主要采用边值法、公式法和一般有限元法[3-10]。其中边值法依据弹性力学厚壁圆筒理论，用解析法计算厚壁圆筒和围岩的位移、轴力、弯矩等；公式法假定混凝土衬砌已开裂，不再承担拉力，据此推导隧洞衬砌钢筋的应力应变以及钢筋面积公式等;而一般有限元法考虑到围岩作用的影响，通常使用梁单元或实体单元来模拟衬砌结构，然后根据求解得到的衬砌轴力和弯矩进行配筋计算。在有压隧洞结构设计中，对同一个设计项目用“公式法”进行计算可能只需要按构造配筋，而按边值法和常规有限元法计算则需要配置很多钢筋，差异巨大，以致于设计人员无所适从，最终大多还是凭经验进行结构设计[11-18]。

另外，边值法假设衬砌在承受内水压力过程中不会出现裂缝，但在实践中水工隧洞的衬砌往往会出现裂缝[17-19]，该假设与实际情况不符，这也是导致其计算配筋量较多的原因之一[20]。……