2014.5水工隧洞與壩下涵管第一節(jié)概述一、水工隧洞的作用和類型1.作用（1）泄洪：配合溢洪道泄洪，例石頭河水利樞紐；也可作為主要泄洪建筑物，例石砭峪水利樞紐、黑河水利樞紐。（2）引水興利：發(fā)電、灌溉、供水、生態(tài)輸水等。（3）排沙：延長水庫使用年限，有利于水電站的正常運(yùn)行。例三門峽左岸排沙洞、二龍山右岸排沙洞。（4）放空水庫：滿足人防和檢修。（5）施工導(dǎo)流。如龍羊峽：15×16m2；二灘：20.5×25.5m2；黑河金盆水庫：10×13m2。第一節(jié)概述一、水工隧洞的作用和類型石頭河水利樞紐第一節(jié)概述一、水工隧洞的作用和類型三門峽水利樞紐第一節(jié)概述一、水工隧洞的作用和類型二龍山水庫第一節(jié)概述一、水工隧洞的作用和類型①、②運(yùn)行條件上差別較大，應(yīng)避免出現(xiàn)時而有壓時而無壓的明滿流交替流態(tài)。危害：（a）易引起振動、空蝕。（b）影響泄流能力。2.類型按功用分：

可分為泄洪洞、引水發(fā)電和尾水洞、灌溉和供水洞、放空和排沙洞、施工導(dǎo)流洞等。按流態(tài)分：①有壓：水力計算時按管流計算。②無壓：明渠流計算。凈空面積不小于隧洞斷面積的15％第一節(jié)概述二、工作特點Q∝H1/2，比表孔超泄能力低，但進(jìn)口位置低，可以提前預(yù)泄。

H較高，P較大，啟閉力也就要大，止水要求嚴(yán)格，承受的水頭較高。

V較大，易引起空化、空蝕，脈動會引起閘門振動。

q出口較大，能量集中，需采取適當(dāng)?shù)姆罌_設(shè)施。1.水力特點（進(jìn)口位于水下）2.結(jié)構(gòu)特點（洞身處于地下）

洞室開挖后，引起應(yīng)力重分布，導(dǎo)致圍巖變形甚至崩塌，為此常

布置臨時支護(hù)和永久性襯砌。在運(yùn)行期，承受較大內(nèi)水壓力的隧洞，要求圍巖具有足夠的厚度和必要的襯砌。第一節(jié)概述二、工作特點隧洞一般斷面小，洞線長，工序多，干擾大，施工條件差，工期較長。3.施工特點第一節(jié)概述三、水工隧洞的組成進(jìn)口段：控制水流。包括攔污柵、進(jìn)水喇叭口、閘門室及漸變段等。洞身段：輸送水流。一般都需進(jìn)行襯砌。出口段：連接消能設(shè)施。無壓泄水隧洞的出口僅設(shè)有門框，壓力泄水隧洞的出口一般設(shè)有漸變段及工作閘門室。第二節(jié)水工隧洞的布置一、水工隧洞的布置

（1）應(yīng)根據(jù)樞紐承擔(dān)的任務(wù)，對泄水建筑物進(jìn)行總體規(guī)劃，確定洞線位置。（2）在選定洞線的基礎(chǔ)上，根據(jù)地形、地質(zhì)、水流條件，選定進(jìn)口位置及型式，確定閘門在洞中的位置。（3）確定縱坡i、橫斷面形狀及尺寸。（4）根據(jù)地形、地質(zhì)、尾水位以及與其它建筑物間的相互關(guān)系等條件確定出口位置、底板高程及消能方式。（5）還應(yīng)考慮臨時占地、永久占地、植被破壞和恢復(fù)、施工污染、運(yùn)行期地下水位變化等對環(huán)境的影響和水土保持的要求。1.總體布置第二節(jié)水水工隧洞洞的布置一、水工隧隧洞的布置置（1）隧洞的線線路應(yīng)盡量量避開不利的的地質(zhì)構(gòu)造造、圍巖可能能不穩(wěn)定及及地下水位位高、滲流流量豐富的的地段，以以減少作用用于襯砌上上的圍巖壓壓力和外水水壓力。（2）在平面上上應(yīng)力求短、直，這樣可以以減少工程程費(fèi)用，方方便施工、、減少水頭頭損失。另另外，進(jìn)出出口應(yīng)使水流盡量平平順，且對其他他建筑物無無影響。2.線路選擇泄水隧洞的的線路選擇擇是設(shè)計中中的關(guān)鍵，，關(guān)系到工程造價、、施工難易易、工期長長短和運(yùn)行行可靠性等方面。對于無壓隧隧洞，轉(zhuǎn)彎彎時：當(dāng)V≥20m/s，R≮5B（5D）；當(dāng)V＜20m/s，R≮3B（3D）。轉(zhuǎn)角＜60°。彎道兩端的的直線段S≥5B（5D）。（3）隧洞應(yīng)有有一定的埋埋藏深度進(jìn)、出口：頂部巖體體厚度≮1B（1D）。有壓隧洞洞洞身，圍巖厚度度＞3D，或根據(jù)工工程經(jīng)驗：：有襯砌時時圍巖厚度度T≮0.4H（H為內(nèi)水壓力力水頭）；；不襯砌或或錨噴襯砌砌：圍巖厚厚度T≮1.0H。還應(yīng)滿足足不發(fā)生滲滲流失穩(wěn)和和水力劈裂要求。（4）縱坡：應(yīng)應(yīng)根據(jù)運(yùn)用用要求、用用途、上下下游銜接、、施工和檢檢修等因素素綜合分析析比較后確確定。無壓洞：i＞ik；有壓洞：取取決于進(jìn)口口高程和出出口高程，，要求保持不不小于2m的壓力水頭頭。不宜采用用平坡或反反坡，因其其不利于檢檢修排水。。第二節(jié)水水工隧洞洞的布置一、水工隧隧洞的布置置2.線路選擇（5）對于長隧隧洞，應(yīng)利利用地形、、地質(zhì)條件件、布置一一些施工支（平平）洞、斜斜井、豎井井，以增加工工作面，加加快施工進(jìn)進(jìn)度。例引引灤入津工工程在9.68km的引水隧洞洞中布置了了15個斜支洞、、4個豎井，將將整個隧洞洞分成20份，9680/20=484m。第二節(jié)水水工隧洞洞的布置一、水工隧隧洞的布置置2.線路選擇第二節(jié)水水工隧洞洞的布置二、閘門在在隧洞中的的布置一般布置工工作閘門、、檢修閘門門兩道門（（或事故閘閘門）。（1）檢修閘門：一般設(shè)在在進(jìn)口，要要求能在短短期內(nèi)擋水水，在靜水中啟閉閉，所有隧洞洞都應(yīng)設(shè)檢檢修閘門。。（2）事故閘門：位于檢修修門上游，，用以在發(fā)發(fā)生事故時時快速關(guān)閉閉（快速閘閘門）。要求在動水水中關(guān)閉，，靜水中開開啟，一般大型型工程中采采用。（3）事故檢修門門：具備檢修修閘門和事事故閘門的的特點，因因此可在動水中關(guān)閉閉，靜水中中開啟。（4）工作閘門門：工作閘門設(shè)設(shè)在進(jìn)口——一般為無壓壓洞優(yōu)點：①工工作門和檢檢修門都設(shè)設(shè)在進(jìn)口，，工作門后后為無壓洞洞，洞內(nèi)不不受內(nèi)水壓壓力作用，，有利于邊坡坡穩(wěn)定；②檢修門門和工作作門都在在首部，，運(yùn)行管理理方便；③易于檢檢修和維維修。缺點：①①對工作作門后隧隧洞布置置要求較較高，如如若設(shè)置彎道道，其流流態(tài)差，，易產(chǎn)生生折沖水水流；②對工作作門后隧隧洞內(nèi)流流速有一一定要求求，若流速高則則易發(fā)生生空蝕破破壞。如李家家峽導(dǎo)流流洞：V=14.5m/s左右，邊邊壁發(fā)生生嚴(yán)重破破壞。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工作閘門門設(shè)在出出口——多為有壓壓洞優(yōu)點：①①運(yùn)行時時洞內(nèi)水流流態(tài)態(tài)平穩(wěn)；②隧洞洞洞線布置置適應(yīng)性性強(qiáng)（可可設(shè)彎道道）；③閘門控控制結(jié)構(gòu)構(gòu)簡單，，管理方方便；缺點：①①由于檢檢修閘門門和工作作閘門分分別在進(jìn)進(jìn)口和出出口，故故運(yùn)行管管理不便便；②洞內(nèi)為為有壓流流，一旦旦襯砌漏漏水對巖巖坡和土土壩建筑筑物將造造成危害害。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(shè)設(shè)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αΑＨT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(dǎo)導(dǎo)流洞，，后期為為泄洪洞洞。常作成成“龍?zhí)ь^”式，在進(jìn)進(jìn)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(yīng)做做好體形形設(shè)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(dāng)?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(dǎo)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(fù)壓相相對較小小，發(fā)電電支洞回回流強(qiáng)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(yīng)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(fù)復(fù)雜，容容易產(chǎn)生生不利負(fù)負(fù)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(jìn)口高高程較低低，施工工期還可可結(jié)合導(dǎo)導(dǎo)流，導(dǎo)導(dǎo)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(shè)設(shè)計中需需要認(rèn)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(wù)務(wù)隧洞的的合一布布置第三節(jié)隧隧洞洞的進(jìn)出出、口建建筑物一、進(jìn)口口建筑物物進(jìn)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(jìn)進(jìn)水口是是在隧洞進(jìn)口口附近的的巖體中中開挖豎豎井，井壁襯襯砌，閘閘門設(shè)在在井的底底部，井井的頂部部布置啟啟閉機(jī)械械及操縱縱室。1.豎井式第三節(jié)隧隧洞洞的進(jìn)出出、口建建筑物一、進(jìn)口口建筑物物進(jìn)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(fēng)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(dú)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(shè)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(jìn)出出、口建建筑物一、進(jìn)口口建筑物物進(jìn)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(jìn)出出、口建建筑物一、進(jìn)口口建筑物物進(jìn)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(shè)取水水口。缺點：受受風(fēng)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。。靠在開挖挖后洞臉臉巖坡上上直立的或或傾斜的的進(jìn)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(fēng)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(jìn)出出、口建建筑物一、進(jìn)口口建筑物物進(jìn)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(jìn)出出、口建建筑物一、進(jìn)口口建筑物物進(jìn)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(jìn)進(jìn)行平整整開挖、、護(hù)砌而而成的一一種進(jìn)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(shè)設(shè)檢修閘閘門的進(jìn)進(jìn)水口。。5.組合式第三節(jié)隧隧洞洞的進(jìn)出出、口建建筑物一、進(jìn)口口建筑物物進(jìn)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(jìn)出出、口建建筑物二、進(jìn)口口段的組組成位置：在隧洞的首部。要求：①其體形與孔孔口水流的形形態(tài)相適應(yīng)，，使水流平順順通過，而不不致脫壁；②避免產(chǎn)生不不利的負(fù)壓和和空蝕破壞；；③減少局部水水頭損失，以以提高泄流能能力。體型：常采用用矩形斷面，頂板和和邊墻順?biāo)髁鞣较蛉媸帐湛s，平底。。喇叭口的頂板板和邊墻常采采用橢圓曲線線，其方程為：：進(jìn)口段包括：：進(jìn)水喇叭口、、閘門室、通通氣孔、平壓壓管、漸變段段等幾個部分組組成。1.進(jìn)水喇叭口第三節(jié)隧隧洞的進(jìn)出、、口建筑物二、進(jìn)口段的的組成2.通氣孔（1）位置：①設(shè)設(shè)在泄水隧洞洞進(jìn)口或中部部的工作閘門之后后。②設(shè)在檢修門和工作作門之間。（2）作用：①工作閘門在在各級開度情情況下：補(bǔ)氣氣②檢修時：補(bǔ)補(bǔ)氣。③檢修完畢，，工作閘門和和檢修門之間間充水平壓，，此時排氣。。（3）布置上注意意點：①通氣孔的進(jìn)口必須與與閘門啟閉機(jī)機(jī)室分開，因因為進(jìn)口處氣流速度度大，以免在在補(bǔ)氣、排氣氣時，影響工作人員員的安全。[Va]≤40～45m/s②通氣孔應(yīng)力求求減少轉(zhuǎn)彎，，突變，以減減少阻力。第四節(jié)隧隧洞洞身段一、洞身斷面面形式1.無壓洞（1）城門洞形（圓拱直墻形形）優(yōu)點：施工（開挖、立模模、襯砌）簡單，為渠道上的的隧洞其進(jìn)出出口與渠道連連接也簡單。。頂拱中心角：：φ＝90°～180°。適用：垂直山山巖壓力較大大，而無側(cè)向向山巖壓力或或側(cè)向山巖壓壓力很小的情情況。為減小小或消除側(cè)向向山巖壓力，，可把邊墻作作成傾斜的。。第四節(jié)隧隧洞洞身段一、洞身斷面面形式1.無壓洞（2）馬蹄形（由三個不同同半徑的圓弧弧組成）適用：巖石比比較軟弱破碎碎，垂直山巖巖壓力和側(cè)向向山巖壓力均均較大情況。。（3）圓形適用：圍巖條條件較差，且且外水壓力較較大，掘進(jìn)機(jī)機(jī)施工。（4）蛋形第四節(jié)隧隧洞洞身段一、洞身斷面面形式2.有壓洞（1）圓形：水流流條件和受力力條件均有利利；在面積一定的的條件下，圓圓形過流能力力最大。（2）也可以采用用無壓洞的斷斷面形式——在圍巖較好，，內(nèi)水壓力不不大時，為了了施工方便。。洞身斷面尺寸寸，可根據(jù)給給定的泄流量量，作用水頭頭及縱斷面布布置，通過必必要的水力計算及水工模型試驗驗確定。另外，，在確定隧洞洞斷面尺寸時時，還應(yīng)考慮慮到洞內(nèi)施工工和檢查維修修等方面的需需要，圓形斷面的內(nèi)內(nèi)徑不小于1.8m，非圓形洞的的斷面不小于于1.5m×1.8m。第四節(jié)隧隧洞洞身段二、洞身襯砌砌1.襯砌的作用（1）阻止圍巖變形形的發(fā)展，保保證圍巖穩(wěn)定定；（2）承受山巖壓壓力、內(nèi)水壓壓力及其它荷荷載；（3）防滲漏；（4）保護(hù)巖石免免受水流、空空氣、溫度、、干濕變化等等的沖蝕破壞壞作用；（5）減小隧洞的的表面糙率等。按襯砌目的分分：平整襯砌砌、受力襯砌砌按材料分：砼襯砌、鋼筋砼襯砌、漿砌石襯砌砌2.襯砌類型2、3類圍巖采用素素混凝土襯砌砌，4、5類圍巖采用鋼鋼筋混凝土襯襯砌第四節(jié)隧隧洞洞身段二、洞身襯砌砌3.襯砌分縫分縫原因：混凝土或鋼鋼筋混凝土襯襯砌在施工和和運(yùn)用期：①由于混凝土的干縮縮和溫度應(yīng)力力可能產(chǎn)生裂縫縫；②當(dāng)隧洞穿穿過地質(zhì)條件件變化顯著地地區(qū)（通過斷斷層、破碎帶帶及其它軟弱弱地帶）可能能由于不均勻沉降而而產(chǎn)生裂縫；③施工只能能是分塊分段段澆筑。（1）施工縫（臨臨時）橫向（垂直軸軸線）：間距距由澆筑能力定；縱向（平行軸軸線）：根據(jù)據(jù)澆筑能力，，縫設(shè)在頂拱拱、邊墻及底底板分界處或或是內(nèi)力較小小部位；施工縫：需進(jìn)行鑿毛處處理或設(shè)插筋筋以加強(qiáng)其整整體性。第四節(jié)隧隧洞洞身段二、洞身襯砌砌3.襯砌分縫（2）伸縮縫（永永久）：防止止混凝土干縮縮和溫度應(yīng)力力而產(chǎn)生的裂裂縫。間距：：6～12m，縫中設(shè)止水。（3）沉降縫（永永久）：設(shè)置置部位：①通過斷層層破碎帶或軟軟弱帶：襯砌砌加厚，厚度突變處；②洞身與進(jìn)進(jìn)口漸變段等等接頭處，可可能產(chǎn)生較大大位移的地段段?？p中設(shè)止水，，填瀝青油氈氈或其他填料料。實際工程中：：橫向施工縫縫、沉降縫、、伸縮縫，盡盡量結(jié)合在一一起。第四節(jié)隧隧洞洞身段二、洞身襯砌砌4.灌漿目的：為了充填襯砌與圍圍巖之間的空空隙，使之緊密結(jié)結(jié)合，共同工工作，改善傳傳力條件和減減少滲漏。做法：在頂拱拱部位預(yù)留灌灌漿管，在襯襯砌完成后，，通過預(yù)埋管管進(jìn)行灌漿。。范圍：一般在在頂拱中心角角90°～120°以內(nèi)?？拙唷⑴啪啵海阂话銥?～6m（深入巖體＞＞5cm）。灌漿壓力：混混凝土襯砌0.2～0.3MPa；鋼筋混凝土土襯砌0.3～0.5MPa。（過高會破破壞襯砌結(jié)構(gòu)構(gòu)）。（1）回填灌漿第四節(jié)隧隧洞洞身段二、洞身襯砌砌4.灌漿（2）固結(jié)灌漿目的：在于加加固圍巖，提高圍巖的整整體性和承載能力，，減小滲漏。。范圍：整個斷面。孔深：入巖2～5m，對于圍巖條條件差的地段段或直徑較大大的隧洞達(dá)6～10m。排距：2～4m，每排不宜少少于6孔，作對稱布布置。灌漿壓力：一一般采用0.4～1.0MPa或更大，對于于有壓隧洞可可用1.5～2.0H(H為內(nèi)水壓力)。第四節(jié)隧隧洞洞身段二、洞身襯砌砌4.灌漿第四節(jié)隧隧洞洞身段二、洞身襯砌砌5.排水作用：降低作用在襯襯砌上的外水水壓力。（1）有壓洞：外外水壓力一般般不控制襯砌砌設(shè)計，僅在在外水壓力較較大時設(shè)置排排水。（2）無壓洞：外外水壓力較大大時，設(shè)置排排水（徑向、、縱向）徑向：在洞內(nèi)內(nèi)水面線上通通過襯砌設(shè)置置排水孔排水孔距、排排距一般為2～4m深入巖體2～4m，將地下水引引入洞內(nèi)。在洞內(nèi)水面下下也有設(shè)置排排水孔（如劉劉家峽電站導(dǎo)導(dǎo)流洞），因因為隧洞放空空后，底板及及側(cè)墻難以滿滿足抗浮穩(wěn)定定。第四節(jié)隧隧洞洞身段二、洞身襯砌砌5.排水總之，有壓洞的外水壓力能能抵消一部分分內(nèi)水壓力，，除外水壓力力起控制作用用的特殊情況況外，一般不需設(shè)排排水，特別是有壓壓洞覆蓋層厚厚的進(jìn)口附近近，地質(zhì)較差差的地段，圍圍巖內(nèi)存在易易溶填充物，，不宜設(shè)排水水，而應(yīng)加強(qiáng)強(qiáng)固結(jié)灌漿。。第五節(jié)隧隧洞出口段及及消能設(shè)施一、出口段的布置置1.無壓