竖井设计大纲范本

水利水电工程 技术设计阶段

竖井设计大纲范本

水利水电勘测设计标准化信息网

1998年8月

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工程 技术设计阶段

竖井设计大纲

主 编 单 位: 主编单位总工程师: 参 编 单 位: 主 要 编 写 人 员: 软 件 开 发 单 位: 软 件 编 写 人 员:

勘测设计研究院

年 月

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目 次

1. 引 言 ..................................................... 4 2. 设计依据文件和规范 ......................................... 4 3. 基本资料 ................................................... 4 4 竖井结构设计 ................................................ 7 5. 喷锚支护设计 ................................................ 15 6. 竖井内部交通、排水防潮等设计 ................................ 18 7. 基础处理 .................................................... 18 8. 技术专题研究 ................................................ 18 9. 工程量计算 .................................................. 18 10. 应提供的设计成果 ............................................ 18 附录A竖井侧向山岩压力 ......................................... 19 附录B井颈基底承压力计算特征数表 ............................... 21 附录C竖井壁座计算公式 ......................................... 23 附录D竖井与隧洞联接形式 ....................................... 25

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１ 引言

1.1 工程概况

工程位于 ，是以 为主，兼有 等综合利用的水利水电枢纽工程。电站总装机容量 ＭＷ，年发电量 ｋＷ·ｈ。电站为 厂房，厂房高 ｍ，宽 ｍ，长 ｍ。

本工程初步设计报告于 年 月审查通过。 1.2 水电站竖井分类

提示：按竖井内有无水情况可分为干井和湿井两大类； （1）干井：主要包括交通运输井、电缆井、通风竖井、施工竖井等； （2）湿井：主要包括压力水道竖井、调压井、竖井式溢洪道、闸门井等； 本大纲仅适用于干井设计，不涉及湿井设计。 2 设计依据文件和规范

2.1 有关本工程的文件

（1）工程初步设计报告； （2）工程初步设计审批文件； （3）工程技术设计任务书。 2.2 主要设计规范

（1）ＳＤ 335－89水电站厂房设计规范（试行）；

（2）ＳＤＪ 20－78水工钢筋混凝土结构设计规范（试行）； （3）ＳＤＪ 10－78水工建筑物抗震设计规范（试行）； （4）ＳＤ 134－84水工隧洞设计规范；

（5）ＧＢＪ 86－85锚杆喷射混凝土支护技术规范；

（6）ＳＤＪ 212－83水工建筑物地下开挖工程施工技术规范； （7）ＳＬ 47－94水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范； （8）ＳＤＪ 207－82水工混凝土施工规范。

3 基本资料

3.1 工程等别与建筑物级别

（1）工程等别： 等； （2）建筑物级别： 级。 3.2 地震烈度

（1）基本地震烈度： 度；

4

（2）设计地震烈度： 度。 3.3 洪水标准

（1）竖井进口处设计洪水重现期： a； （2）竖井进口处校核洪水重现期： a。 3.4 水位和流量

水位和流量见表1。

表1 水位和流量表 项 目 指 标 单 位 流 量（Ｑ） 水 位（Ｚ） ｍ／ｓ ｍ 3设 计 洪 水 校 核 洪 水 3.5 气象

（1）月平均气温，见表2。

表2 月平均气温表 单位：℃ 月份 平均气温 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 全年 （2）绝对最高气温： ℃；

绝对最低气温： ℃。 （3）多年平均最大风速： ｍ／ｓ；

风的吹程： ｋｍ。 （4）冻土厚度： ｍ。 3.6 水文地质

（1）地下水位： ｍ； （2）渗透系数： ｍ／ｓ； （3）井筒内涌水量： ｍ／ｓ； （4）地下水有无侵蚀性： 。 3.7 工程地质

（1）地形图（1／200～1／500）； （2）地质剖面图及柱状图； （3）围岩物理力学特性指标见表3。

表3 围岩物理力学特性指标 岩、土岩层 岩性 厚度,ｍ 第一层 第二层 … 容重 承载能力 内摩擦角kN／ｍ3 MPa (°) 凝聚力坚固 ＭＰａ 系数 抗压 强度 MPa 抗拉 弹性 强度 抗力 2MPa kN／ｍ 弹性 围岩 模量 泊桑比 分类 MPa 3

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注：1.按竖井自上而下穿过地层的顺序逐层填写； 2.各项指标根据实际情况增减。 3.8 竖井设计参数

（1）井筒中心座标：ｘ ｍ；

ｙ ｍ；

（2）竖井井口标高： ｍ； （3）竖井井底标高： ｍ； （4）竖井深度： ｍ；

（5）竖井内允许最大风速： ｍ／ｓ； （6）竖井内交通允许最大运行速度： ｍ／ｓ。 3.9 材料特性及安全系数 3.9.1 混凝土

（1）混凝土标号： 。

（2）混凝土容重： ｋＮ／ｍ；

钢筋混凝土容重： ｋＮ／ｍ。 （3）混凝土弹性模量，见表4。

表4 混凝土弹性模量 混凝土标号 弹性模量，ＭＰａ 3

3

混凝土泊桑比： 。 （4）混凝土设计强度，见表5。

表5 混凝土设计强度指标 单位：ＭＰａ

混凝土标号 轴心抗压 弯曲抗压 抗拉 抗裂 3.9.2 钢筋 （1）钢筋弹性模量，见表6。

表6 钢筋弹性模量 单位：ＭＰａ

钢筋种类 弹性模量

钢筋泊桑比： 。

（2）钢筋的设计强度，见表7。

6

表7 钢筋设计强度 单位：ＭＰａ

设 计 强 度 钢 筋 种 类 受拉钢筋 受压钢筋

3.9.3 安全系数

（1）强度安全系数，见表8。

表8 强度安全系数

荷载组合 结构 受力特征 基本 按抗压强度计算的受压构件、局部承压 混凝土 按抗拉强度计算的受压、受弯、受拉构件 轴心受压、偏心受压构件、局部承压 钢筋混凝土 轴心受拉、受弯、偏心受拉构件 特殊 （2）钢筋混凝土结构构件抗裂安全系数，见表9。 表9 抗裂安全系数

建筑物级别 序号 1 2 受 力 特 征 轴心受拉、小偏心受拉构件 受弯、偏心受压、大偏心受拉构件 （3）钢筋混凝土结构构件允许最大裂缝宽度 mm。 （4）钢筋混凝土衬砌最小配筋率，见表10。

表10 钢筋混凝土最小配筋率

混凝土标号 序号 钢筋受力情况 ≤200 1 2 3 轴心受压构件全部受压钢筋 偏心受压、偏心受拉构件受压钢筋 受弯构件、偏心受压、偏心受拉构件中的受拉钢筋 250～400 500～600 4 竖井结构设计

4.1 布置原则

提示：（1）竖井尽量布置在地质构造简单、岩体完整稳定、岩石坚硬的地方，竖井进口山体稳定，无滑坡体； （2）竖井尽量避免穿过流沙、含水层、断层破碎带，对地下水应予以重视； （3）竖井进口不应设在可能被洪水淹没处，要注意防洪问题； （4）竖井布置要综合考虑施工条件、对外交通、竖井通风等具体情况； （5）为增加井壁与岩层的结合力，使衬砌自重传给岩层，可在竖井衬砌上设置壁座。 7

4.2 竖井衬砌型式和衬砌材料 4.2.1 衬砌材料

提示：竖井衬砌材料主要有： （1）混凝土； （2）钢筋混凝土； （3）预制混凝土砖； （4）浆砌石等。 本工程主要考虑混凝土和钢筋混凝土两种材料。

4.2.2 衬砌型式

提示：（1）混凝土衬砌；（2）钢筋混凝土衬砌；（3）喷锚支护；（4）组合衬砌；（5）不衬砌。 本工程 竖井采用 衬砌。 4.3 竖井断面形式及尺寸选定 4.3.1 断面形式选择

竖井断面形式应根据用途、工程地质及水文地质条件、支护及衬砌材料等因素选择。

提示：（1）圆形断面：井壁受力均匀，节省材料，通风阻力小，通风费用省，断面利用率较低，适用于山岩压力较大、地质条件复杂的岩层； （2）矩形断面：对设备布置有利，衬砌受力条件较差，一般适用于山岩压力较小地段； （3）椭圆形：目前椭圆形断面采用较少。 本工程 竖井采用 断面。 4.3.2 断面尺寸确定

提示：（1）根据施工需要、运行要求、结合交通运输设备、管线路布置和安全间隙等需要的面积确定； （2）通过竖井的最大风速不超过规范要求； （3）根据工程经验，采用工程类比方法初步确定断面尺寸。

4.4 计算原则及基本假定 4.4.1 圆筒与底板连接方式

提示：（1）圆筒与底板刚接； （2）圆筒与底板铰接，铰接不易施工，工程中应用很少； （3）圆筒与底板用伸缩缝脱开。

4.4.2 筒壁按平面圆筒计算（不考虑底板与筒壁的整体作用）

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（1）竖井衬砌内力计算常取水平截条，忽略衬砌自重和山岩压力； （2）当计算荷载确定后，衬砌内力计算与平洞计算方法无异。

提示：考虑筒壁与底板整体作用：（1）底板与筒壁刚接； （2）在各高程上直井衬砌外半径一致，在每一段圆筒中断面不变；（3）直井、底板皆属薄壳结构，可用薄壳理论计算；位为零； （4）衬砌与围岩密接，直井衬砌与基岩摩擦力可以维持衬砌自重，故认为筒底垂直变（5）底板受到井壁传来的对称径向力所引起的变形与井壁挠曲变形相比很小，可忽略，即底板无水平变位； 4.5 荷载及荷载组合

4.5.1 设计荷载

（1）侧向山岩压力Ａ1

侧向山岩压力（地压）的计算见附录A 。

提示：侧向山岩压力(地压)计算可参考： （1）《建井工程手册》第三卷第十一篇第二章； （2）《地下工程》1979年第5期及1982年第12期中有关文章。 （2）冻胀力Ａ2

提示：利用冻土方法施工的竖井，采用混凝土、钢筋混凝土衬砌时有冻胀力。冻胀力一般按实测资料选取，可参考下表选用。 冻胀力值表 单位：ＭＰａ 土层名称 冻胀力值 砂层、砂砾层 0.5 砂土、砂质粘土 粘土、砂质粘土 1.0 1.5～1.8 钙质粘土 1.8 （3）自重Ａ3

（2）自重包括井内永久设备重。 提示：（1）计算井壁内力时自重可忽略，计算底板内力时可考虑自重； （4）井口建筑物对井壁产生的侧压力Ａ4

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提示：井口建筑物对竖井井壁产生的侧压力按下表中介绍的公式计算。 井口建筑物对井壁产生的侧压力计算公式 基础型式 计 算 公 式 基础底下ｈ深度处井壁所受侧压力 PAnqh (L0.5Ah)(B2h) 在基础底下ｈ＝Ｌ－Ａ/2处 PAnqmax 2L(2LAB) 基础底下ｈ深度处井筒所受侧压力 PAnqh [(RL0.5Ah)2R2] 在ｈ＝Ｌ－Ａ/2处 PAnqmax [(R2L)2R2] 符 号 解 释 Ｐ——井口建筑物基础上部结构总重（包括基础自重）； Ａｎ——土层侧压力系数； 2Ａｎ＝ｔｇ（45°－φ/2） Ｌ——基础中心到井筒外缘距离； Ａ——带形、环形基础宽； Ｂ——带形基础长； ｈ——从基础底部至计算断面深度； Ｒ——井筒外半径。 带 形 基 础 环 形 基 础

（5）弹性抗力Ａ5

提示：一般情况下可以不考虑弹性抗力，仅在底板计算时视具体情况考虑弹性抗力。 （6）灌浆压力Ａ6

提示：灌浆压力为施工完建时期荷载，灌浆压力分布规律可参考有关资料。 （7）外水压力Ａ7

提示：外水压力值要考虑地质条件、排水情况而定，并且计算外水压力时，要考虑外水折减系数β，β值参见规范。 （8）地震力Ａ8

提示：（1）参考杨述仁等编写的《地下水电站厂房设计》；（2）参考《水工设计手册》第七篇第三十二章第三节；（3）地震对浅埋部位竖井破坏较严重，对埋深大于60ｍ的竖井段破坏较小； （4）地震作用的计算主要考虑衬砌自重惯性力和山岩压力增减值； （5）对于竖井出口地面建筑的抗震计算参见ＳＤＪ10－78。

4.5.2 荷载组合

（1）基本组合：Ａ1＋Ａ3＋Ａ4＋Ａ5＋Ａ7（2）特殊组合：

完建 Ａ1＋Ａ2＋Ａ3＋Ａ4＋Ａ5＋Ａ6＋Ａ7 地震 Ａ1＋Ａ3＋Ａ4＋Ａ5＋Ａ7＋Ａ8

4.6 圆形竖井井壁厚度计算

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提示：选择衬砌厚度是竖井衬砌计算重要内容，一般应根据地质情况、井筒直径、衬砌材料、施工方法进行初选，然后对井壁圆环进行内力计算和稳定验算，使井壁厚度满足要求，一般按下表中公式进行计算。 井壁厚度计算公式表 公式名称 计算公式 符号解释 Ｐ——计算截面处最大侧压力； Ｒ——竖井内半径； 〔σａ〕——允许应力； R [a]aK； Ｒａ——混凝土轴心受压设计强度； Ｋ——安全系数； Ｈ——井筒深度； Ｄ——竖井内径； ｄ——衬砌厚度。 [a] *麦拉公式 dR(1) a2P 普氏经验公式 d0.007D•H14 PR150 普氏半经验公式 d [a]P[a] * 参见《建井工程手册》第三卷。  4.7 混凝土衬砌内力计算 4.7.1 计算公式

竖井在外压力作用时，可采用麦拉公式计算：

a212rq （1）ba212

b

式中：σθ——竖井衬砌环向应力；

ｑｂ——竖井衬砌所承受的外压力； ａ——竖井内半径； ｂ——竖井外半径； ｒ——计算点处半径。

由（1）式即可求出衬砌内缘应力σ0及外缘应力σｂ：

20qb

a2 （2） 12b

a21

b2bqb （3） 2a 12b衬砌厚度可按下式计算：

[a]da1 （4） []2qab

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式中： ｄ——竖井衬砌厚度；

〔σａ〕——混凝土允许压应力；

[a]RaK Ｒａ——混凝土轴心受压设计强度； Ｋ——安全系数。

其余符号意义同上。

4.7.2 计算步骤

提示：（1）根据式（4）计算竖井衬砌厚度； （2）根据公式（2）、公式（3）计算衬砌内外缘应力σ0及σｂ； （3）若σ0≤〔σａ〕，则衬砌厚度ｄ合适，否则需重新假定厚度ｄ，直到计算满足要求止。 4.8 钢筋混凝土衬砌内力计算

4.8.1 利用计算机软件计算钢筋混凝土衬砌内力

提示：（1）可使用水规总院、天津院等主编的《ＰＣ－1500程序集》中Ｇ－12隧洞衬砌内力及配筋通用程序进行计算； （2）推荐使用中南院编《钢筋混凝土衬砌计算机辅助设计系统(ＳＤＣＡＤ)》计算钢筋混凝土衬砌内力。 4.8.2 井壁及底板衬砌内力计算

（1）计算方法。

提示：（1）参考潘家铮主编《水工隧洞与调压室》（调压室部分）一书中介绍的方法； （2）可参考潘家铮主编《调压井衬砌》一书中介绍的计算方法。 （2）计算步骤。 提示：（1）根据工程类比及经验假定衬砌厚度； （2）分别求出井壁底部、底板端部的定端力矩、剪力、抗挠劲度； （3）对井壁及底板进行力矩分配； （4）计算沿井壁的力矩、剪力、环向力之分布； （5）计算底板力矩、变位、反力分布。 4.8.3 应用平面有限元程序计算钢筋混凝土衬砌应力及应变

提示：（1）利用平面有限元程序分析竖井周边围岩稳定及钢筋混凝土衬砌应力及应变； （2）根据应力图配置钢筋。 4.9 配筋计算

提示：（1）按ＳＤＪ 20－78的要求进行配筋计算； （2）沿井筒取单位高度，按环向力配置环向受力钢筋； （3）沿环向取单位宽度，按纵向弯矩配置纵向钢筋，纵向钢筋应有一定数量直达井顶； （4）在底板中根据切向及径向弯矩配筋，组成钢筋网； （5）根据规范要求进行抗裂及限裂计算。 4.10 竖井井颈设计 4.10.1 竖井井圈锁口

提示：（1）井口围岩多系表层强风化带或为松软土层，侧压力较大，衬砌应加强。

（2）一般在竖井井口设置平台，下端设置壁座，可防止井圈滑脱。 12 4.10.2 井颈型式及尺寸

提示：井颈型式及尺寸可参考《冶金矿山设计参考资料》下册。 4.10.3 井颈承压能力验算

提示：井颈承压能力验算可参考《冶金矿山设计参考资料》下册。 4.10.4 井颈基底承压力计算 4.10.4.1 基底承压力计算公式

竖井井颈基底最外边缘的最大和最小承压强度为：

P0Mhmax

minF0W0式中： ΣＰ0——通过基底形心的总竖向力；

Ｆ0——基底壁座的横截面积； Ｗ0——基底截面模量；

Ｍｈ——外荷载及井颈侧向岩土的弹性抗力对基底形心的力矩。

HAMaMBHhAMBhD11

KDhKh式中： ａ——井颈变形系数，其值为： Chbp

a(hEI)13Ｋｈ——基底弹性固着系数，其值为：

KhC0I0aEIＣ0——基底岩土竖向基床系数； Ｃｈ——基底岩土侧向基床系数； ｈ ——井颈高度； Ｉ0——基底截面惯性矩； Ｉ ——井颈截面惯性矩； Ｅ——井颈所用材料的弹性模量； ｂｐ——井颈截面计算宽度，其值为：

ｂｐ＝0.9（1＋Ｒ）

Ｒ——井颈截面外径；

Ｈ——作用于井颈顶部（地面处）水平外荷载，其值为：Ｈ＝ΣＨ0；

Ｍ——作用于井颈顶部的弯矩，其值为：

Ｍ＝ΣＨｉｈｉ＋ΣＰｉｅｉ；

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5）6）

（

（ Ｈｉ——作用于井颈顶面以上的水平外荷载； ｈｉ——水平荷载距井颈顶面距离； Ｐｉ——作用于井颈顶面以上的竖向荷载； ｅｉ——竖向荷载Ｐｉ对竖直轴偏心距；

ａｈ＝Ａφ/Ａφ′——井颈换算深度；

Ａφ、Ａ′φ、Ｂφ、Ｄφ——与井颈换算深度ａｈ有关的特征数，见4.10.4.2的提示。

提示：井颈基底承压力也可用下式计算： maxminPM00F0W0式中：ΣΜ0——外荷载对基底形心的总力矩； φ——岩土弹性固着作用对基底承压力折减系数，其值为：hBA1DKh MH00式中Ａ″φ——特征数，见4.10.4.2的提示。 4.10.4.2 计算步骤

提示：（1）计算井颈几何及物理参数Ｆ0、Ｗ0、ｂｐ、ａ及ａｈ； （2）计算外荷载ΣΗ0、ΣＰ0、ΣＭ0、Ｈ、Ｍ及λ； （3）根据ａｈ值(见附录B)查Ａ′φ、Ａ″φ、Ｂφ、Ｄφ； （4）代入公式计算Ｍｈ或φ及σｍａｘ和σｍｉｎ。 4.11 壁座设计

提示：我国竖井施工实践中，已基本上取消壁座，但遇下列情况时仍应考虑设壁座： （1）井口段； （2）表土段下部； （3）地质条件较差的井身段； （4）竖井与隧洞连接处上部。 4.11.1 设计原则

（1）两壁座之间的衬砌自重假定全由壁座支承； （2）壁座底面应力不超过地基容许压应力与抗剪强度；

（3）壁座间距根据地质条件、施工方法、衬砌结构确定，一般每隔10m～20ｍ沿井壁四周浇筑混凝土壁座；

（4）壁座材料采用混凝土；

（5）按壁座岩层容许压应力和井壁材料的容许应力设计壁座。

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提示：岩石容许抗压强度可参考下表。 岩石容许抗压强度 单位：ＭＰａ 岩 石 种 类 坚硬致密岩石 中硬砂岩及石灰岩 砂 质 页 岩 致 密 粘 土 容许抗压强度 1.0～1.5 0.5～1.0 0.3～0.5 0.15～0.3

4.11.2 壁座类型及适用范围

提示：竖井壁座设计根据岩层情况常采用下列三种类型。 （1）单锥形：适用于较坚硬岩层中，位置宜选在岩层强度较高，涌水较小的岩层中； （2）双锥形：适用于段高较大，或抗压强度较低岩层中，位置选择同单锥形； （3）长腿式：适用于松软、不稳定岩层中。 4.11.3 计算公式，见附录C4.12 竖井与隧洞的联接

4.12.1 竖井与隧洞连接形式

提示：根据竖井平面位置，一般有两种联接形式，见附录D。 （1）侧面联接：竖井在隧洞一侧，井底与洞底齐平，中间用通道相连；（2）拱顶联接：竖井设在顶拱上，竖井中心线与隧洞中心线重合。 提示：(1)在井筒与车场相接处，围岩压力有所增加，应力比较集中，通常采用衬砌加厚或增设钢筋进行加固。 (2)结构尺寸确定可参考矿山、铁路等有关设计资料。 4.12.2 竖井与井底车场联接（马头门）

5 喷锚支护设计

5.1 工程类比法设计的基本原则与方法 5.1.1 设计方法

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提示：（1）直接设计法： 考虑围岩力学特性、工程条件、竖井尺寸、施工方法等因素，将要设计的竖井与已建成并投入运行的工程进行类比，决定支护类型和支护参数。 （2）间接工程类比法： 根据现行锚喷支护设计规范，按围岩分类及锚喷支护设计参数表决定支护形式和参数。 5.1.2 设计基本原则

（1）锚喷支护参数表制定是以已建工程经验和实践为依据，并经综合比较分析确定； （2）应用工程类比法时，要弄清围岩稳定破坏类型；

（3）最终支护参数确定，要借助于监控设计指导，必要时要进行修正。 5.2 锚喷支护型式

提示：（1）喷混凝土支护； （2）锚杆支护； （3）喷混凝土＋锚杆支护； （4）喷混凝土＋锚杆＋钢筋网支护。 根据工程级别和围岩类别（Ⅰ类围岩）等选定。当井径小于5.0 m，围岩稳定，无碎块脱落时允许“无支护”类型。

5.3 工程类比法确定喷锚支护设计参数 5.3.1 间接工程类比法

提示：（1）井壁采用锚喷作初期支护时，下表（1）中支护参数可适当减小，可参考下表（2）； （2）Ⅲ类围岩中井筒深度超过500ｍ时，下表（1）中支护参数应予以增大； （3）设置混凝土圈梁时，间距宜为8m～12ｍ，加固围岩的锚杆应与圈梁连成一体。 表(1) 竖井锚喷支护类型和设计参数 围岩类别 Ⅰ 竖 井 毛 径 Ｄ，ｍ Ｄ＜5 5≤Ｄ＜7 100ｍｍ厚喷射混凝土，必要时，100ｍｍ厚喷射混凝土，设置长2.0m～局部设置长1.5m～2.0ｍ的锚2.5m的锚杆，或150mm厚喷射混凝土。 杆。 100mm～150ｍｍ厚钢筋网喷射混凝土，100mm～150mm厚喷射混凝土，设设置长2.0m～2.5m的锚杆，必要时，加置长1.5m～2.0ｍ的锚杆。 设混凝土圈梁。 150mm～200mm厚钢筋网喷射混150mm～200mm厚钢筋网喷射混凝土，设凝土，设置长1.5m～2.0m的锚置长2.0m～3.0m的锚杆，必要时，加设杆，必要时，加设混凝土圈梁。 混凝土圈梁。 Ⅱ Ⅲ 16

Ⅲ Ⅱ 围岩类别 表(2) 竖井锚喷支护类型及设计参数 支 护 参 数 井筒毛径Ｄ＜5ｍ 50mm～80mm厚喷射混凝土与长1.5m～2m的锚杆，或100mm厚喷射混凝土。 80mm～100mm厚喷射混凝土与长1.5m～2m的锚杆。 100mm～150mm厚钢筋网喷射混凝土与长1.5m～2m的锚杆，必要时加设混凝土圈梁。 5m≤D＜8ｍ 80mm～100mm厚喷射混凝土与长2m～2.5m的锚杆，或150m厚喷射混凝土。 100mm～120mm厚喷射混凝土与长2m～2.5m的锚杆，必要时加设混凝土圈梁。 150mm厚钢筋网喷射混凝土与长2m～3m的锚杆，必要时加设混凝土圈梁。 8ｍ≤D＜12ｍ 100mm～150mm厚喷射混凝土与长2.5m～3m的锚杆，必要时设置钢筋网。 120mm～150mm厚钢筋网喷射混凝土与长2.5m～3.5m的锚杆，必要时加设混凝土圈梁。 150mm～200mm厚钢筋网喷射混凝土与长3m～4m的锚杆，必要时加设混凝土圈梁。 Ⅰ

5.3.2 直接工程类比法

提示：根据有关工程实例进行类比，决定设计参数。 5.4 喷锚支护理论设计

提示：喷锚支护设计参考： （1）《水利水电工程地下建筑物设计手册》第七章第五节；（3）有关规范； （2）顾鹏飞等编《水电站厂房设计》第十二章第二节及第四节；（4）《建井工程手册》第三卷第十一篇第五章第三节及第四节。 提示：喷射混凝土支护设计可参考下列资料： （1）《建井工程手册》第三卷第十一篇第五章表11－5－13及表11－5－14； （2）《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（ＧＢＪ86－85）第三章第四节及第五节。 5.4.1 喷混凝土设计 5.4.2 锚杆设计

锚杆设计要考虑系统锚杆与局部锚杆两种情况。

提示：锚杆设计可参考下列资料： （1）《建井工程手册》第三卷第十一篇第五章表11－5－12；（2）《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（ＧＢＪ86－85）第三章第三节。 5.4.3 喷、锚、网联合设计

设计时要分别计算喷混凝土、锚杆、钢筋网提供的支护抗力，然后验算锚喷支护加固围 岩的安全系数。

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5.5 利用平面有限元程序确定支护参数

提示：（1）利用平面有限元程序分析竖井周边围岩稳定、应力、应变和位移等情况； （2）根据有限元分析成果，提出合理的锚喷支护参数。 6 竖井内部交通、排水防潮等设计

6.1 竖井内部交通 6.1.1 电梯

（1）根据竖井高度、电梯每站运行高度、运行间隔、运行速度等进行电梯选型； （2）电梯运行速度不超过允许速度； （3）根据厂家提供的电梯资料进行布置。 6.1.2 楼梯设置

竖井内部除设置电梯进行上下联系外，还要考虑布置楼梯，以便在电梯故障、维修时也不影响交通。 6.2 排水、防潮

提示：(1)竖井要考虑防潮、排水设计；排水设计及设备选择按有关规定进行。 (2)处在地下水部位的竖井段，为防止外水内渗，在衬砌混凝土拌合过程中需加防水剂，以达到抗渗、限裂之目的。 7 基础处理

提示：（1）基础处理可按有关规程、规范进行设计； （2）破碎带处理方法主要采用混凝土塞和进行固结灌浆。 8 技术专题研究(必要时)

提示：根据工程的具体情况与需要选择专题。 9 工程量计算

9.1 工程量计算原则

提示：参考交通运输洞设计大纲范本的工程量计算要求。工程量计算要提供工程量表，并根据预算要求分项细列。 ）根据布置、结构计算成果确定主要结构工程量； （1

（2）工程量计算应满足预算要求。 9.2 工程量计算项目 工程量计算项目见表11。

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表11 竖井主要工程量表

项 目 土方明挖 土方洞挖 石方明挖 石方洞挖 混凝土衬砌 回填混凝土 喷混凝土 回填灌浆 固结灌浆 锚杆 钢筋 钢材 其它 单 位 ｍ ｍ ｍ ｍ ｍ ｍ ｍ ｍ ｍ 根 ｔ ｔ 23333333工 程 量 备 注 10 应提供的设计成果

10.1 报告与计算书

（1）设计报告(竖井部分)； （2）计算书；

（3）专题研究报告(必要时)。 10.2 图纸

(1)竖井布置图； (2)竖井结构布置图。 10.3 工程量汇总表

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附录Ａ 竖井侧向山岩压力(地压)计算

〔F083FA〕

竖井岩石压力计算,见表Ａ１。

表Ａ１ 竖井侧向山岩压力计算表

岩石特征 计算图示 重液公式： P=γ′H 悬浮理论公式： 计算公式 符号注释 备注 表 含 水 土 层 P——水、土混合重液的侧压力,kPa； ３γ′——水、土混合液容重，kN／ｍ； Ｈ——计算点水头高度，ｍ。 Ｐｋ——计算点侧压力，ｋＰａ； ３γｓ——水的容重，ｋＮ／ｍ； Ｈ′ｋ——计算点水头高度，ｍ。 ——地下水位以上各土层n容重与厚度乘积之总rkhk和，kPa； k1 ——地下水位以下各土层k悬浮容重与厚度乘积之rkhk总和，kPa； k1 rs rk３Δ——土层颗粒干容重，ｋＮ／ｍ； 1ε——土层孔隙比； φ′ｋ——计算点土层的内摩擦角。 (rkhkrkhk)tg2(45PkrsHkk1k1nkk2) 20

基 岩 静水压力公式 Ｐｋ＝γｓ·Ｈ′ｋ 符号意义同上栏 岩石特征 计 算 图 示 计 算 公 式 秦巴列维奇公式： Ｐｎ＝（γ１ｈ１＋γ２ｈ２＋…＋γｎ－１ｈｎ－１）·Ａｎ·ω Ｐ′ｎ＝（γ１ｈ１＋γ２ｈ２＋…＋γｎ－１ｈｎ－１＋γｎｈ·Ａｎ·ω ｎ）２ Ａｎ＝ｔｇ（４５°－φｎ/２） 符 号 注 解 Ｐｎ、Ｐ′ｎ—ｎ岩层顶面和底面作用在井壁单位面积上的侧压力，ｋＰａ； ３γ１、γ２…γｎ—各岩层容重，ｋＮ／ｍ； ｈ１、ｈ２…ｈｎ—各岩层厚度，ｍ； Ａｎ——ｎ岩层侧压力系数； φ′ｎ——第ｎ层岩石似内摩擦角； ω——与第ｎ层岩石倾角有关的压力分布不均匀系数,见下表： 岩层５５° ５５°～６５° ６５°～７５° ７５°～８５° 倾角 ≤ ω １．１～１．２ １．３ １．４ １．５ γｋ＋１、γｋ＋２…γｎ—岩体湿单轴抗压强度低于该处３围岩切向应力的一组岩层容重，ｋＮ／ｍ；ｈｋ＋１，ｈｋ＋１…ｈｎ—为上面γｋ＋１、γｋ＋２…γｎ相应的各岩层之厚度，ｍ。 备 注 对于坚硬岩层和埋藏很深的软弱岩层,计算结果与实际情况有很大差别,此时可采用秦式修正公式。 非 表 土 含 和 水 基 岩 层 秦式修正公式： Ｐｎ＝（γｋ＋１ｈｋ＋１＋γｋ＋２ｈｋ＋２＋…＋γｎ－１ｈｎ－·Ａｎ·ω １） Ｐ′ｎ＝（γｋ＋１ｈｋ＋１＋γｋ＋２ｈｋ＋２＋…＋γｎ－１ｈｎ－·Ａｎ·ω １＋γｎｈｎ）２ Ａｎ＝ｔｇ（４５°－φ′/２） ｎ适用条件： σｔ＝３．３４γＨ＞Ｒｂ σｔ——围岩切向应力 Ｒｂ——计算点处岩体单轴湿抗压强度 21

松散体理论公式： ２Ｐ＝γＨｔｇ（４５－φ２） Ｐ——作用在井筒上单位面积上压力，ｋＰａ； ３γ——井筒所通过岩层的加权平均容重，ｋＮ／ｍ； Ｈ——井筒计算点距地表深度，ｍ； φ——加权平均内摩擦角。 22

附录B 井颈基底承压力计算特征表

井颈基底承压力计算特征数表见表B1。

表B1 井颈基底承压力计算特征数表

ah 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3.0 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0

A＇φ ∞ 240000.0 15000.0 2963.0 937.65 384.02 185.07 99.88 58.59 36.54 23.96 16.34 11.52 8.346 6.186 4.675 3.592 2.799 2.208 1.760 1.414 1.145 0.931 0.761 0.624 0.512 0.421 0.345 0.282 0.230 0.186 0.118 0.0706 0.0376 0.0153 0.0008 A＂φ ∞ -120000.0 -7500.0 -1481.4 -468.60 -191.98 -92.50 -49.92 -29.25 -18.23 -11.93 -8.12 -5.70 -4.111 -3.026 -2.266 -1.720 -1.319 -1.019 -0.790 -0.614 -0.475 -0.365 -0.276 -0.204 -0.146 -0.0978 -0.0582 -0.0255 0.0015 0.0235 0.0559 0.0756 0.0857 0.0885 0.0856 23

Bφ ∞ 360000.0 22500.0 4444.4 1406.3 576.00 277.57 149.80 87.84 54.77 35.89 24.46 17.22 12.46 9.212 6.941 5.312 4.118 3.227 2.550 2.028 1.619 1.296 1.037 0.828 0.658 0.518 0.403 0.308 0.228 0.162 0.0623 -0.0050 -0.0481 -0.0732 -0.0848 Dφ ∞ 360000.0 22500.0 4444.6 1406.4 576.20 277.81 150.08 88.16 55.13 36.29 24.90 17.70 12.98 9.770 7.539 5.949 4.794 3.941 3.301 2.816 2.443 2.155 1.931 1.754 1.615 1.504 1.416 1.346 1.289 1.244 1.176 1.131 1.098 1.073 1.052 附录C 竖井壁座计算公式表〔F083FB〕

竖井壁座计算公式见表C1

表C1 竖井壁座计算公式

类型 计算图例 计算公式 壁座宽度: H•d•r bRya 壁座高度: k[Rya] h1.73RL 壁座根部强度核算: b[Rya] [] h壁座锥体角: [] atg1[Rya] 壁座宽度: H•d•r b•cos2g[Rya] 壁座高度: K[Rya]b h1.73cosgRL 壁座根部强度核算: b[Rya] []hcos2g 锥体角: [Rya] ctgtgg2cos[] g符号注释 〔Ｒｙａ〕—岩石允许抗压强度， MPa; Ｈ—壁座间距离，ｍ; ｄ—井壁厚度，ｍ; ＲＬ—混凝土设计抗拉强度，MPa; ３γ—井壁材料容重，ｋＮ／ｍ; Ｋ—混凝土抗拉安全系数; τ、〔τ〕—混凝土剪应力和抗剪允许应力，MPa; βｇ—壁座底面倾角,βｇ必须小于壁座与岩层间之静摩擦角φ。 一般规定 水工设计手册第七卷 铁路工程设计技术手册 α＝３０°～３５° ｂ＝０．４～１．５ｍ ｈ＝１．０～１．３ｍ 单锥形 双锥形 ｂ≥ｄ ｈ≥２．５ｄ βｇ值一般采用： 松软地层 βｇ＝５０°～６０° 坚硬岩层 βｇ＝０°～１５° 中等岩层 βｇ＝２５°～４５° α＝３０°～３５° βｇ＝２５° ｈ＝１．０～１．３ｍ 24

长腿式 ｈ＝２．５～３．０ｄ ｔ＝２．５～３．０ｄ 25

附录D 竖井与隧洞联接形式

竖井与隧洞联接形式见表D1。

表D1 竖井与隧洞联接形式

联接形式 1、 通道较短； 2、 接头结构简单，施工方便； 3、 通风阻力大； 通道垂直 联接法 4、 L=15~20m。 图 示 说 明 侧面联接 1、 运输较合理； 2、 联接简单，施工方便； 3、 L=15~20m； 双通道斜 交联接法 4、 α≮40°。 1、 运输方便，提升快； 2、 通风效果好，缩短竖井开挖时间； 隧道拱顶联接 3、 工程造价较省； 4、 联接部分结构复杂，施工困难； 5、 隧道施工时不安全； 6、 遇有损坏时修复困难。

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