摘要：山体水工洞室的偏压问题一直是困扰水工界的难题之一，为了探究山体水工洞室偏压的原因，人们从各自的认识出发提出了若干想法。实践证明，目前人们对水工洞室偏压的各种认识都是不尽完美的，没有从根本上揭示水工洞室偏压的原因，因而采用的相应围压计算方法也不具备非常的合理性，为了探究山体水工洞室偏压的真正原因和合理的水工洞室围压计算方法，以若干山区隧道的大量围压实测数据为依据，提出了山体水工洞室偏压的真正原因在于地心引力和水工洞室地形剖面不均衡的观点，进而以地球引力场理论为依据，提出了基于地形剖面的山体水工洞室围压计算方法，给出了相应的计算公式和应用实例。基于地形剖面的山体水工洞室围压计算方法的合理性得到了多个实际工程的实验验证。
关键词：
水工结构；山体水工洞室；偏压；原因；围压计算；地球引力场；地形剖面
中图分类号： TV67 文献标识码：A 文章编号：1672-1683（2007）04-0070-02
Surrounding Rock Pressure Calculating Method of Hydraulic Cave in Mountain Based on Cross Section of Topography
JIANGChen-guang1 , YULei2 , WANGLi-hua3 , CUIDa-zuo3 , MAHai-jun3
（1.College of Civil Engineering, Southern Yangtze University, Wuxi 214122；
2.Construction Engineering Quality Supervision Office of Laiyang City, Laiyang 265200；
3. Planning and Design Institute Co., Ltd of Laiyang City, Laiyang 265200, China）
Abstract：The problem of deviation pressure of hydraulic cave in mountain was an issue puzzled the water sector and there existed many opinions about this problem. The practice showed these understandings were not perfect. Based on a vast amount of practical observation data, the real reasons for the occurrence of deviation pressure of hydraulic cave in mountain has been revealed: terrestrial gravity and the non-balanced of cross section of topography. Based on theory of gravitational field, a new calculating method has been advanced. It gives calculating formulas and an example of application. The methods based on cross section of topography has been tested and verified by many practical projects.
Key words：hydraulic structure；hydraulic cave in mountain；deviation pressure；reasons；calculating of surrounding rock pressure；gravitational field；cross section of topography
1 引 言
山体水工洞室的偏压问题一直是困扰水工界的难题之一[1-2] ，为了探究山体水工洞室偏压的原因，人们从各自的认识出发提出了若干想法。实践证明，目前人们对水工洞室偏压的各种认识都是不尽完美的，没有从根本上揭示水工洞室偏压的真正原因，因而采用的相应围压计算方法也不具备非常的合理性，为探究山体水工洞室偏压的真正原因和合理的水工洞室围压计算方法，笔者与科研组以10余年的若干山区隧道的大量围压实测数据为依据，提出了山体水工洞室偏压的真正原因在于地心引力和水工洞室地形剖面不均衡的观点，进而以地球引力场理论为依据，提出了基于引力场的山体水工洞室围压计算方法，基于引力场的山体水工洞室围压计算方法的合理性得到了多个实际工程的验证，并在一些山体水工洞室中应用取得了较好的效果，在此特做介绍。
2 地形剖面法基本原理
地球上的任何物质都受到地心引力的制约，地心引力是地球上各种作用的基本力源。地形剖面法的基本原理见图1。
为简化分析计算过程，我们将地表简化为圆球面、地球简化为圆球。图1为山体水工洞室断面图，图1中弧边梯形A″AFF″为水工洞室断面，R为地球平均半径（R=6 371 000 m），O为地球的质心。在地心引力作用下能够对水工洞室产生压力的岩土体区域有3块，一块是位于水工洞室顶端的正压区（岩土体断面范围为K″KAA″）、一块是位于水工洞室右侧壁的右侧压区（岩土体断面范围为FEDCBAKUA′B′C′D′E′F′）、一块是位于水工洞室左侧壁的左侧压区（岩土体断面范围为F″A″K″U″B″C″D″E″Z）。水工洞室底的标高（大地高程）为HF 、水工洞室顶的标高（大地高程）为HA。本文中涉及的所有角度均以弧度为单位。
通过上述过程，我们比较容易地获得了水工洞室两侧及拱顶的压力计算结果，计算结果清晰地显示磨子潭抽水蓄能电站山体中主厂房Ⅸ-Ⅸ处存在明显的偏压问题，为此，建设部门根据我们的建议修正了原设计，使水工洞室的偏压问题得到了很大的改善。
4 结 语
为便于使用本文提出的地形剖面法，笔者与科研组专门编制了计算机计算程序，只要将水工洞室地形横断面图用CAD画出，计算机就可自动计算出水工洞室左、右侧压力及拱顶压力。5年的推广应用显示，本文提出的地形剖面法具有较高的计算准确性，可为水工洞室选址及支护设计提供可靠的基础数据，对于优化水工洞室设计、降低水工洞室施工成本、减低水工洞室施工灾害具有重要的现实意义和实用价值，建议大家试用。当然，限于水平和学识，本文提出的地形剖面法可能还非常不成熟、甚至存在谬误，敬请业内同行多多提出批评。希望本文能对水工洞室设计与施工技术进步有所贡献、有所启发。
参考文献：
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注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”