随着盾构工法在引调水工程中的推广应用，用于盾构始发和接收的工作井也随之大量建造，部分工作井还兼具永久检修排水、排气通风和交通等功能。目前对于工作井的结构内力计算没有统一的算法，参照类似建筑物采用结构力学方法居多，对于大型工程的地质条件复杂或结构型式复杂的深大工作井一般采用有限元复核。下面结合珠江三角洲水资源配置工程与粤东水资源优化配置工程对盾构工作井结构内力计算进行介绍。

        工作井一般采用地连墙+混凝土内衬墙形式，地连墙按临时结构设计，内衬墙按永久结构设计，内衬墙计算时不考虑地梁墙作用，计算方法有以下几类：     

        （1）调压室结构计算理论

        参考《水工设计手册第8卷—水电站建筑物》，调压室圆筒与底板有刚性连接、铰接及脱开3种方式，对常见的刚性连接方式，采用弹性薄壁圆柱壳和薄板理论计算。

        （2）圆形水池结构计算理论

        参考《水工混凝土结构设计手册》，圆形水池根据池壁与底板连接情况分为铰接、弹性固定和固定3种构造。当满足条件：①h1≥h；②a1≥h且a2≥a1；③地基良好，地基中为中、低压缩性土时，可作为固定支承计算（如图1所示）。当为整体连接但不满足上列要求时，则按弹性固定计算，即考虑池壁与底板的变形连续性。壁端弹性固定的池壁内力计算，关键在于确定其边界弯矩，随后弹性固定支承代替以铰接和边界弯矩，边界弯矩按刚度分配原则对池壁和底板进行分配，最后采用叠加法分别求得池壁和底板内力。

图1   池壁底端的整体连接示意 

        （3）有限元分析方法

        可采用有限元分析软件MIDAS GTS或ANASYS软件建立整体的板单元或实体单元模型（图2），模型主要约束底板外边缘节点，以铰接约束。对应施加各工况下的荷载进行计算。

图2   有限元1/2模型示意

        以LG02#工作井计算为例，三种方法的计算结果对比如图3~4所示。可见，三种方法的底板内力结果：板单元模型＞理论方法计算＞实体单元模型，侧墙内力三种方法计算的变化趋势一致。整体而言，理论方法和板单元模型计算的结果数值偏大，有限元实体单元模型计算结果数值相对较小。设计时可根据实际需求选择上述三种方法的其中一种进行配筋，实体模型能考虑细部结构的刚度影响以及满足变形协调条件，计算结果相对而言更为合理。

图3   工作井底板内力示意

图4  工作井侧壁内力示意

作者：姚广亮、郑思源   日期：2022-6-11

--------------------------------------------------------------------

类别：工程技术类      专业：水工      分院：水务院