2014.5水工工隧隧洞洞與與壩壩下下涵涵管管第一節(jié)概述一、水工隧洞洞的作用和類類型1.作用（1）泄洪：配合溢洪道道泄洪，例石頭河水利樞樞紐；也可作為主主要泄洪建筑筑物，例石砭砭峪水利樞紐紐、黑河水利利樞紐。（2）引水興利：發(fā)電、灌溉溉、供水、生生態(tài)輸水等。。（3）排沙：延長水庫使使用年限，有有利于水電站站的正常運行行。例三門峽左岸排排沙洞、二龍山右岸排排沙洞。（4）放空水庫：滿足人防和和檢修。（5）施工導流。如龍羊峽：：15×16m2；二灘：20.5×25.5m2；黑河金盆水水庫：10×13m2。第一節(jié)概述一、水工隧洞洞的作用和類類型石頭河水利樞樞紐第一節(jié)概述一、水工隧洞洞的作用和類類型三門峽水利樞樞紐第一節(jié)概述一、水工隧洞洞的作用和類類型二龍山水庫第一節(jié)概述一、水工隧洞洞的作用和類類型①、②運行條件件上差別較大大，應避免出現(xiàn)時而而有壓時而無無壓的明滿流流交替流態(tài)。危害：（a）易引起振動動、空蝕。（b）影響泄流能能力。2.類型按功用分：可分為泄洪洞洞、引水發(fā)電電和尾水洞、、灌溉和供水水洞、放空和和排沙洞、施施工導流洞等等。按流態(tài)分：①有壓：水力計計算時按管流流計算。②無壓：明明渠流計算。。凈空面積不小小于隧洞斷面面積的15％第一節(jié)概述二、工作特點點Q∝H1/2，比表孔超泄能力低，但進進口位置低，，可以提前預預泄。H較高，P較大，啟閉力力也就要大，，止水要求嚴嚴格，承受的的水頭較高。。V較大，易引起起空化、空蝕蝕，脈動會引引起閘門振動動。q出口較大，能能量集中，需需采取適當?shù)牡姆罌_設施。。1.水力特點（進進口位于水下下）2.結(jié)構(gòu)特點（洞洞身處于地下下）洞室開挖后，，引起應力重重分布，導致致圍巖變形甚甚至崩塌，為為此常布置臨時支護護和永久性襯襯砌。在運行期，承承受較大內(nèi)水水壓力的隧洞洞，要求圍巖具有有足夠的厚度度和必要的襯砌砌。第一節(jié)概述二、工作特點點隧洞一般斷面面小，洞線長長，工序多，，干擾大，施施工條件差，，工期較長。。3.施工特點第一節(jié)概述三、水工隧洞洞的組成進口段：控制水流。包括攔污柵柵、進水喇叭叭口、閘門室室及漸變段等等。洞身段：輸送水流。一般都需進進行襯砌。出口段：連接消能設施施。無壓泄水隧隧洞的出口僅僅設有門框，，壓力泄水隧洞的出口口一般設有漸漸變段及工作作閘門室。第二節(jié)水水工隧洞的布布置一、水工隧洞洞的布置（1）應根據(jù)樞紐紐承擔的任務務，對泄水建建筑物進行總總體規(guī)劃，確定洞線位置置。（2）在選定洞線線的基礎(chǔ)上，，根據(jù)地形、、地質(zhì)、水流流條件，選定進口位置置及型式，確定閘門在在洞中的位置置。（3）確定縱坡i、橫斷面形狀狀及尺寸。（4）根據(jù)地形、、地質(zhì)、尾水水位以及與其其它建筑物間間的相互關(guān)系系等條件確定出口位置置、底板高程程及消能方式式。（5）還應考慮臨臨時占地、永永久占地、植植被破壞和恢恢復、施工污污染、運行期期地下水位變變化等對環(huán)境境的影響和水水土保持的要要求。1.總體布置第二節(jié)水水工隧洞的布布置一、水工隧洞洞的布置（1）隧洞的線路路應盡量避開不利的地地質(zhì)構(gòu)造、圍巖可能不不穩(wěn)定及地下下水位高、滲滲流量豐富的的地段，以減減少作用于襯襯砌上的圍巖巖壓力和外水水壓力。（2）在平面上應應力求短、直，這樣可以減減少工程費用用，方便施工工、減少水頭頭損失。另外外，進出口應應使水流盡量平順順，且對其他建建筑物無影響響。2.線路選擇泄水隧洞的線線路選擇是設設計中的關(guān)鍵鍵，關(guān)系到工程造價、施施工難易、工工期長短和運運行可靠性等方面。對于無壓隧洞洞，轉(zhuǎn)彎時：：當V≥20m/s，R≮5B（5D）；當V＜20m/s，R≮3B（3D）。轉(zhuǎn)角＜60°。彎道兩端的直直線段S≥5B（5D）。（3）隧洞應有一一定的埋藏深深度進、出口：頂部巖體厚厚度≮1B（1D）。有壓隧洞洞身身，圍巖厚度＞＞3D，或根據(jù)工程程經(jīng)驗：有襯襯砌時圍巖厚厚度T≮0.4H（H為內(nèi)水壓力水水頭）；不襯襯砌或錨噴襯襯砌：圍巖厚厚度T≮1.0H。還應滿足不不發(fā)生滲流失失穩(wěn)和水力劈裂要求。（4）縱坡：應根根據(jù)運用要求求、用途、上上下游銜接、、施工和檢修修等因素綜合合分析比較后后確定。無壓洞：i＞ik；有壓洞：取決決于進口高程程和出口高程程，要求保持不小小于2m的壓力水頭。不宜采用平平坡或反坡，，因其不利于于檢修排水。。第二節(jié)水水工隧洞的布布置一、水工隧洞洞的布置2.線路選擇（5）對于長隧洞洞，應利用地地形、地質(zhì)條條件、布置一一些施工支（平））洞、斜井、、豎井，以增加工作作面，加快施施工進度。例例引灤入津工工程在9.68km的引水隧洞中中布置了15個斜支洞、4個豎井，將整整個隧洞分成成20份，9680/20=484m。第二節(jié)水水工隧洞的布布置一、水工隧洞洞的布置2.線路選選擇第二節(jié)節(jié)水水工工隧洞洞的布布置二、閘閘門在在隧洞洞中的的布置置一般布布置工工作閘閘門、、檢修修閘門門兩道道門（（或事事故閘閘門））。（1）檢修閘閘門：一般般設在在進口口，要要求能能在短短期內(nèi)內(nèi)擋水水，在在靜水中中啟閉閉，所有有隧洞洞都應應設檢檢修閘閘門。。（2）事故閘閘門：位于于檢修修門上上游，，用以以在發(fā)發(fā)生事事故時時快速速關(guān)閉閉（快快速閘閘門））。要求在在動水水中關(guān)關(guān)閉，，靜水水中開開啟，一般般大型型工程程中采采用。。（3）事故檢檢修門門：具備備檢修修閘門門和事事故閘閘門的的特點點，因因此可可在動水中中關(guān)閉閉，靜靜水中中開啟啟。（4）工作作閘門門：工作閘閘門設設在進進口——一般為為無壓壓洞優(yōu)點：：①工工作門門和檢檢修門門都設設在進進口，，工作作門后后為無無壓洞洞，洞洞內(nèi)不不受內(nèi)內(nèi)水壓壓力作作用，，有利于于邊坡坡穩(wěn)定定；②檢修修門和和工作作門都都在首首部，，運行管管理方方便；③易于于檢修修和維維修。。缺點：：①對對工作作門后后隧洞洞布置置要求求較高高，如如若設置彎彎道，，其流流態(tài)差差，易易產(chǎn)生生折沖沖水流流；②對工工作門門后隧隧洞內(nèi)內(nèi)流速速有一一定要要求，，若流速高高則易易發(fā)生生空蝕蝕破壞壞。如李李家峽峽導流流洞：：V=14.5m/s左右，，邊壁壁發(fā)生生嚴重重破壞壞。第二節(jié)節(jié)水水工工隧洞洞的布布置二、閘閘門在在隧洞洞中的的布置置工作閘閘門設設在出出口——多為有有壓洞洞優(yōu)點：：①運運行時時洞內(nèi)內(nèi)水流流流態(tài)平平穩(wěn)；②隧洞洞洞線線布置置適應應性強強（可可設彎彎道））；③閘門門控制制結(jié)構(gòu)構(gòu)簡單單，管管理方方便；；缺點：：①由由于檢檢修閘閘門和和工作作閘門門分別別在進進口和和出口口，故故運行行管理理不便便；②洞內(nèi)內(nèi)為有有壓流流，一一旦襯襯砌漏漏水對對巖坡坡和土土壩建建筑物物將造造成危危害。。第二節(jié)節(jié)水水工工隧洞洞的布布置二、閘閘門在在隧洞洞中的的布置置第二節(jié)水水工工隧洞的的布置二、閘門門在隧洞洞中的布布置布置在洞洞身某一一位置（門前有有壓，門門后無壓壓）①由于于隧洞線線路平面面上需要要轉(zhuǎn)彎，，工作閘閘門室設設在轉(zhuǎn)彎彎后，彎道為有有壓，直直線段為為無壓。例三門門峽排沙沙、泄洪洪洞；東江右岸泄洪洪洞；碧口左岸泄洪洪洞。②洞內(nèi)內(nèi)某處較較出口處處的地質(zhì)質(zhì)條件好好，工作作閘門布布置在洞洞中，可以利用用巖體承承受閘門門傳輸?shù)牡乃屏α?。三門峽1#泄洪排沙沙洞第二節(jié)水水工工隧洞的的布置三、多用用途隧洞洞的布置置前期為導導流洞，，后期為為泄洪洞洞。常作成成“龍?zhí)ь^”式，在進進口之后后用拋物物線段、、斜坡段段及反弧弧段與較較低的洞洞身相連連接?！褒?zhí)ь^”式泄洪洞洞，一般般是水頭頭高，流流速大，，反弧及及下游易易遭空蝕蝕破壞，，為了避避免空蝕蝕，應做做好體形形設計，，控制施施工質(zhì)量量，限制制不平整整度，并并選用適適當?shù)膿綋綒鉁p蝕蝕措施。。采用“龍?zhí)ь^”形式的如如：劉家峽、碧口、、石頭河河、毛家家村等工工程。1.導流洞與與泄洪洞洞合一布布置第二節(jié)水水工工隧洞的的布置三、多用用途隧洞洞的布置置（1）主洞泄洪洪（直洞泄泄洪）、、支洞發(fā)電電（岔洞發(fā)發(fā)電），，如碧口水電電站。洞內(nèi)流流態(tài)較好好，岔尖尖附近的的負壓相相對較小小，發(fā)電電支洞回回流強度度弱，范范圍也小小。但泄泄洪時，，由于洞洞內(nèi)流速速加大，，有效水水頭降低低，出力力相應減減小。（2）主洞發(fā)電電、支洞洞泄洪。2.泄洪洞與與發(fā)電洞洞合一布布置存在問題題：（1）岔尖處處的水流流流態(tài)復復雜，容容易產(chǎn)生生不利負負壓和空空蝕。（2）泄洪時時對發(fā)電電不利。。分岔角角一般在在30°～60°之間。第二節(jié)水水工工隧洞的的布置三、多用用途隧洞洞的布置置發(fā)電與灌灌溉洞合合一。發(fā)電后后的尾水水用于灌灌溉。由由于發(fā)電電要求經(jīng)經(jīng)常供水水，而灌灌溉用水水是季節(jié)節(jié)性的，，因此這這種布置置的主要要問題是是用水上上的矛盾盾。泄洪與排排沙隧洞洞合一。由于排排沙洞的的進口高高程較低低，施工工期還可可結(jié)合導導流，導導流完成成后改建建為泄洪洪排沙洞洞。但對對于高水水頭情況況，在設設計中需需要認真真研究高高流速含含沙水流流的沖蝕蝕、磨損損及消能能問題。。3.其他任務務隧洞的的合一布布置第三節(jié)隧隧洞洞的進出出、口建建筑物一、進口口建筑物物進口建筑筑物的主主要形式式有三種種：豎井式、塔式和和岸塔式式。豎井式進進水口是是在隧洞進口口附近的的巖體中中開挖豎豎井，井壁襯襯砌，閘閘門設在在井的底底部，井井的頂部部布置啟啟閉機械械及操縱縱室。1.豎井式第三節(jié)隧隧洞洞的進出出、口建建筑物一、進口口建筑物物進口建筑筑物的主主要形式式有三種種：豎井式、塔式和和岸塔式式。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單單、不受受風浪、、水的影影響，抗抗震及穩(wěn)穩(wěn)定好，，地形條件件適宜時時，工程程量較小小。缺點：豎井開挖挖較困難難，豎井井前的一一段隧洞洞檢修不不便。適用：地地質(zhì)條件件較好、、巖體比比較完整整的情況況。1.豎井式獨立于隧隧洞首部部而不依依靠巖坡坡的封閉式塔塔或框架架式塔，塔底裝裝設閘門門。封閉閉式塔斷斷面：大大、中型型工程多多采用矩形，也有圓圓形和多多邊形。。2.塔式第三節(jié)隧隧洞洞的進出出、口建建筑物一、進口口建筑物物進口建筑筑物的主主要形式式有三種種：豎井井式、塔式和岸塔式式。2.塔式第三節(jié)隧隧洞洞的進出出、口建建筑物一、進口口建筑物物進口建筑筑物的主主要形式式有三種種：豎井井式、塔式和岸塔式式。優(yōu)點：開挖量小小，可在不不同高程程設取水水口。缺點：受受風浪、、地震、、冰的影影響大，，穩(wěn)定性相相對較差差，需要工工作橋與與庫岸相相連，施施工安裝裝不方便便。適用：岸岸坡地形形較低緩緩，巖石石較差，，覆蓋層層較厚。?？吭陂_挖挖后洞臉臉巖坡上上直立的或或傾斜的的進水塔塔。優(yōu)點：穩(wěn)穩(wěn)定性比比塔式好好；無須接岸岸橋梁，，施工、安安裝比較較方便。。缺點：受受風浪、、冰、地地震有一一定影響響。適用：岸岸坡較陡陡，巖體體比較堅堅固穩(wěn)定定的情況況。3.岸塔式第三節(jié)隧隧洞洞的進出出、口建建筑物一、進口口建筑物物進口建筑筑物的主主要形式式有三種種：豎井井式、塔塔式和岸塔式。4.斜坡式第三節(jié)隧隧洞洞的進出出、口建建筑物一、進口口建筑物物進口建筑筑物的主主要形式式有三種種：豎井井式、塔塔式和岸岸塔式。。在較為完完整的巖巖坡上進進行平整整開挖、、護砌而而成的一一種進水水口。例：響響洪甸、、磨子潭潭泄洪洞洞。優(yōu)點：結(jié)結(jié)構(gòu)簡單單，施工工、安裝裝方便，，穩(wěn)定性性好，工工程量小小。缺點：閘門面積積加大，關(guān)門時不不易靠自自重下降降。適用：中中、小型型工程，，或只用用于安設設檢修閘閘門的進進水口。。5.組合式第三節(jié)隧隧洞洞的進出出、口建建筑物一、進口口建筑物物進口建筑筑物的主主要形式式有三種種：豎井井式、塔塔式和岸岸塔式。。三門峽1#泄洪排沙沙洞第三節(jié)隧隧洞洞的進出出、口建建筑物二、進口口段的組組成位置：在在隧洞的首首部。要求：：①其體形形與孔口口水流的的形態(tài)相相適應，，使水流流平順通通過，而而不致脫壁；②避免產(chǎn)產(chǎn)生不利利的負壓壓和空蝕蝕破壞；；③減少局局部水頭頭損失，，以提高高泄流能能力。體型：常常采用矩形斷面，頂頂板和邊邊墻順水水流方向向三面收收縮，平平底。喇叭口的的頂板和和邊墻常常采用橢橢圓曲線線，其方程程為：進口段包包括：進水喇叭叭口、閘閘門室、、通氣孔孔、平壓壓管、漸漸變段等幾個部部分組成成。1.進水喇叭叭口第三節(jié)隧隧洞洞的進出出、口建建筑物二、進口口段的組組成2.通氣孔（1）位置：：①設在在泄水隧隧洞進口口或中部部的工作閘門門之后。②設在檢修門和和工作門門之間。（2）作用：①工作閘閘門在各各級開度度情況下下：補氣氣②檢修時時：補氣氣。③檢修完完畢，工工作閘門門和檢修修門之間間充水平平壓，此此時排氣氣。（3）布置上上注意點點：①通氣孔的進口必必須與閘閘門啟閉閉機室分分開，因因為進口處氣流流速度大大，以免免在補氣氣、排氣氣時，影響工作作人員的的安全。[Va]≤40～45m/s②通氣孔應應力求減減少轉(zhuǎn)彎彎，突變變，以減減少阻力力。第四節(jié)隧隧洞洞洞身段段一、洞身身斷面形形式1.無壓洞（1）城門洞形形（圓拱直直墻形））優(yōu)點：施工（開挖、、立模、、襯砌））簡單，為渠道道上的隧隧洞其進進出口與與渠道連連接也簡簡單。頂拱中心心角：φ＝90°～180°°。適用：垂垂直山巖巖壓力較較大，而而無側(cè)向向山巖壓壓力或側(cè)側(cè)向山巖巖壓力很很小的情情況。為為減小或或消除側(cè)側(cè)向山巖巖壓力，，可把邊邊墻作成成傾斜的的。第四節(jié)隧隧洞洞洞身段段一、洞身身斷面形形式1.無壓洞（2）馬蹄形（由三個個不同半半徑的圓圓弧組成成）適用：巖巖石比較較軟弱破破碎，垂垂直山巖巖壓力和和側(cè)向山山巖壓力力均較大大情況。。（3）圓形適用：圍圍巖條件件較差，，且外水水壓力較較大，掘掘進機施施工。（4）蛋形第四節(jié)隧隧洞洞洞身段段一、洞身身斷面形形式2.有壓洞（1）圓形：：水流條條件和受受力條件件均有利利；在面積一一定的條條件下，，圓形過過流能力力最大。（2）也可以以采用無無壓洞的的斷面形形式——在圍巖較好好，內(nèi)水壓壓力不大時時，為了施施工方便。。洞身斷面尺尺寸，可根根據(jù)給定的的泄流量，，作用水頭頭及縱斷面面布置，通通過必要的的水力計算及水工模型試試驗確定。另外外，在確定定隧洞斷面面尺寸時，，還應考慮慮到洞內(nèi)施施工和檢查查維修等方方面的需要要，圓形斷面的的內(nèi)徑不小小于1.8m，非圓形洞洞的斷面不不小于1.5m××1.8m。第四節(jié)隧隧洞洞身身段二、洞身襯襯砌1.襯砌的作用用（1）阻止圍巖變變形的發(fā)展展，保證圍圍巖穩(wěn)定；（2）承受山巖巖壓力、內(nèi)內(nèi)水壓力及及其它荷載載；（3）防滲漏；；（4）保護巖石石免受水流流、空氣、、溫度、干干濕變化等等的沖蝕破破壞作用；；（5）減小隧洞洞的表面糙率等。按襯砌目的的分：平整整襯砌、受受力襯砌按材料分：：砼襯砌、鋼筋砼襯砌、漿砌石襯襯砌2.襯砌類型2、3類圍巖采用用素混凝土土襯砌，4、5類圍巖采用用鋼筋混凝凝土襯砌第四節(jié)隧隧洞洞身身段二、洞身襯襯砌3.襯砌分縫分縫原因：混凝土或或鋼筋混凝凝土襯砌在在施工和運運用期：①由于混凝土的干干縮和溫度度應力可能產(chǎn)生裂裂縫；②當隧洞洞穿過地質(zhì)質(zhì)條件變化化顯著地區(qū)區(qū)（通過斷斷層、破碎碎帶及其它它軟弱地帶帶）可能由由于不均勻沉降降而產(chǎn)生裂裂縫；③施工只只能是分塊塊分段澆筑筑。（1）施工縫（（臨時）橫向（垂直直軸線）：：間距由澆筑能力定；縱向（平行行軸線）：：根據(jù)澆筑筑能力，縫縫設在頂拱拱、邊墻及及底板分界界處或是內(nèi)內(nèi)力較小部部位；施工縫：需進行鑿毛毛處理或設設插筋以加加強其整體體性。第四節(jié)隧隧洞洞身身段二、洞身襯襯砌3.襯砌分縫（2）伸縮縫（（永久）：：防止混凝凝土干縮和和溫度應力力而產(chǎn)生的的裂縫。間間距：6～12m，縫中設止水水。（3）沉降縫（（永久）：：設置部位位：①通過斷斷層破碎帶帶或軟弱帶帶：襯砌加加厚，厚度突變處處；②洞身與與進口漸變變段等接頭頭處，可能能產(chǎn)生較大大位移的地地段?？p中設止水水，填瀝青青油氈或其其他填料。實際工程中中：橫向施施工縫、沉沉降縫、伸伸縮縫，盡盡量結(jié)合在在一起。第四節(jié)隧隧洞洞身身段二、洞身襯襯砌4.灌漿目的：為了了充填襯砌與與圍巖之間間的空隙，使之緊密密結(jié)合，共共同工作，，改善傳力力條件和減減少滲漏。。做法：在頂頂拱部位預預留灌漿管管，在襯砌砌完成后，，通過預埋埋管進行灌灌漿。范圍：一般般在頂拱中中心角90°～120°以內(nèi)。孔距、排距距：一般為為2～6m（深入巖體體＞5cm）。灌漿壓力：：混凝土襯襯砌0.2～0.3MPa；鋼筋混凝凝土襯砌0.3～0.5MPa。（過高會會破壞襯砌砌結(jié)構(gòu)）。。（1）回填灌漿漿第四節(jié)隧隧洞洞身身段二、洞身襯襯砌4.灌漿（2）固結(jié)灌漿漿目的：在于于加固圍巖巖，提高圍巖的的整體性和承載能力力，減小滲滲漏。范圍：整個斷面?？咨睿喝霂r巖2～5m，對于圍巖巖條件差的的地段或直直徑較大的的隧洞達6～10m。排距：2～4m，每排不宜宜少于6孔，作對稱稱布置。灌漿壓力：：一般采用用0.4～1.0MPa或更大，對對于有壓隧隧洞可用1.5～2.0H(H為內(nèi)水壓力力)。第四節(jié)隧隧洞洞身身段二、洞身襯襯砌4.灌漿第四節(jié)隧隧洞洞身身段二、洞身襯襯砌5.排水作用：降低作用在在襯砌上的的外水壓力力。（1）有壓洞：：外水壓力力一般不控控制襯砌設設計，僅在在外水壓力力較大時設設置排水。。（2）無壓洞：：外水壓力力較大時，，設置排水水（徑向、、縱向）徑向：在洞洞內(nèi)水面線線上通過襯襯砌設置排排水孔排水孔距、、排距一般般為2～4m深入巖體2～4m，將地下水水引入洞內(nèi)內(nèi)。在洞內(nèi)水面面下也有設設置排水孔孔（如劉家家峽電站導導流洞），，因為隧洞洞放空后，，底板及側(cè)側(cè)墻難以滿滿足抗浮穩(wěn)穩(wěn)定。第四節(jié)隧隧洞洞身身段二、洞身襯襯砌5.排水總之，有壓洞的外水壓力力能抵消一一部分內(nèi)水水壓力，除除外水壓力力起控制作作用的特殊殊情況外，，一般不需設設排水，特別是有有壓洞覆蓋蓋層厚的進進口附近，，地質(zhì)較差差的地段，，圍巖內(nèi)存存在易溶填填充物，不不宜設排水水，而應加加強固結(jié)灌灌漿。第五節(jié)隧隧洞出口口段及消能能設施一、出口段段的布置1.無壓洞：出口僅設有有門框（以防洞臉臉及上部巖巖石崩塌）），并與消消能設施的的兩側(cè)邊墻墻銜接。2.有壓洞出口常設工工作閘門、、啟閉機