7 水工隧洞與壩下涵管

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1、.第七章水工隧洞與壩下涵管第一節(jié)水工隧洞概述l水工隧洞———在水利樞紐中為滿足泄洪、灌溉、發(fā)電等各項(xiàng)任務(wù)在巖層中開鑿而成的建筑物。一、水工隧洞的特點(diǎn)（一）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在巖層中開挖隧洞后，引起洞孔附近應(yīng)力重新分布，巖體產(chǎn)生新的變形，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致巖石崩塌。圍巖除了產(chǎn)生作用在襯砌上的圍巖壓力以外，同時(shí)又具有承載能力，可以與襯砌共同承受內(nèi)水壓力等荷載。圍巖壓力與巖體承載能力的大小，主要取決于地質(zhì)條件。因此，應(yīng)使隧洞盡量避開軟弱巖層和不利的地質(zhì)構(gòu)造。（二）水流特點(diǎn)樞紐中的泄水隧洞，其進(jìn)口深式泄水洞。由于作用在隧洞上的水頭較高，流速較大，如果隧洞在彎道、漸變段等處的

2、體型不合適或襯砌表面不平整，都可能出現(xiàn)氣蝕而引起破壞，所以要求隧洞體型設(shè)計(jì)得當(dāng)、施工質(zhì)量良好。泄水隧洞的水流流速高、單寬流量大、能量集中，在出口處有較強(qiáng)的沖刷能力，必須采取有效的消能防沖措施。（三）施工特點(diǎn)隧洞洞身斷面小，施工場地狹窄，洞線長，施工作業(yè)工序多，干擾大，工期一般較長。尤其是兼有導(dǎo)流任務(wù)的隧洞，其施工進(jìn)度往往控制著整個(gè)工程的工期。因此，加快施工進(jìn)度是隧洞工程建設(shè)中需要引起足夠的重視。二、水工隧洞的類型1.按用途分類（1）泄洪洞：配合溢洪道宣泄洪水，保證安全。（2）引水洞：引水發(fā)電、灌溉或供水。（3）排沙洞：排放水庫泥沙，延長水庫的使用年限

3、，有利于水電站的正常運(yùn)行。（4）放空洞：在必要的情況下放空水庫。（5）導(dǎo)流洞：在水利樞紐的施工期用來施工導(dǎo)流。在設(shè)計(jì)水工隧洞時(shí)，應(yīng)根據(jù)樞紐的規(guī)劃任務(wù)，盡量考慮一洞多用，以降低工程造價(jià)。如施工導(dǎo)流洞與永久隧洞相結(jié)合，樞紐中的泄洪、排沙、放空隧洞的結(jié)合等。2.按洞內(nèi)水流狀態(tài)分類（1）有壓洞：工作閘門布置在隧洞出口，洞身全斷面被水流充滿，隧洞內(nèi)壁承受較大的內(nèi)水壓力。（2）無壓洞：工作閘門布置在隧洞的進(jìn)口，水流沒有充滿全斷面，有自由水面。一般說來，隧洞可以設(shè)計(jì)成有壓的，也可設(shè)計(jì)成無壓的，也可設(shè)計(jì)成前段是有壓的而后段是無壓的。但應(yīng)注意的是，在同一洞段內(nèi)，應(yīng)避免

4、出現(xiàn)時(shí)而有壓時(shí)而無壓的明滿流交替現(xiàn)象，以防止引起振動(dòng)、空蝕等不利流態(tài)。第二節(jié)水工隧洞的布置和構(gòu)造一、水工隧洞的布置（一）水工隧洞的線路選擇隧洞的路線選擇關(guān)系到工程造價(jià)、施工難易、工程進(jìn)度、運(yùn)行可靠性等方面。影響隧洞線路選擇的因素很多，如地質(zhì)、地形、施工條件等。隧洞的線路選擇主要考慮以下幾個(gè)方面的因素：1．地質(zhì)條件隧洞路線應(yīng)選在地質(zhì)構(gòu)造簡單、巖體完整穩(wěn)定、巖石堅(jiān)硬的地區(qū)，盡量避開不利的地質(zhì)構(gòu)造，要盡量避開地下水位高、滲水嚴(yán)重的地段。洞線要與巖層、構(gòu)造斷裂面及主要軟弱帶走向有較大的交角，對膠結(jié)緊密的厚巖層走向，其夾角不宜小于30°，對薄層以及層間連接較弱

5、，其夾角不小于45°。在高地應(yīng)力地區(qū)，洞線應(yīng)與最大水平地應(yīng)力方向盡量一致，以減少隧洞的側(cè)向圍巖壓力。隧洞應(yīng)有足夠的覆蓋厚度，對于有壓隧洞，當(dāng)考慮彈性抗力時(shí)，圍巖的最小覆蓋厚度不小于3倍洞徑。在隧洞的進(jìn)、出口處，圍巖的厚度往往較薄，一般情況下，進(jìn)、出口頂部的巖體厚度不宜小于1倍的洞徑或洞寬。2．地形條件...隧洞的路線在平面上應(yīng)盡量短而直。如因地形、地質(zhì)、樞紐布置等原因需要轉(zhuǎn)彎時(shí)，對于低流速的隧洞彎道曲率半徑不應(yīng)小于5倍洞徑或洞寬，轉(zhuǎn)彎轉(zhuǎn)角不宜大于60°，彎道兩端的直線段長度也不宜小于5倍的洞徑或洞寬。高流速的隧洞應(yīng)避免設(shè)置曲線段。3.水流條件隧洞的進(jìn)

6、口應(yīng)力求水流順暢，減少水頭損失。水流應(yīng)與下游河道平順銜接，與土石壩下游壩腳及其建筑物保持足夠距離，防止出現(xiàn)沖刷。4.施工條件洞線選擇應(yīng)考慮施工出渣通道及施工場地布置問題。對于長隧洞，還應(yīng)注意利用地形、地質(zhì)條件布置施工支洞、斜洞、豎井，增加總工作面，加快施工進(jìn)度。此外，洞線選擇應(yīng)滿足樞紐總體布置和運(yùn)行要求，避免在隧洞施工和運(yùn)行中對其它建筑物產(chǎn)生干擾。（二）水工隧洞的工程布置1．隧洞進(jìn)、出口的布置布置主要包括：進(jìn)、出口和洞身及閘門的布置。（1）隧洞的進(jìn)口高程應(yīng)根據(jù)隧洞的用途及實(shí)際運(yùn)用要求來加以確定。發(fā)電引水隧洞的進(jìn)口，頂部高程應(yīng)在水庫最低工作水位以下0.

7、5～1.0m，底部應(yīng)高出水庫淤沙高程最少1.0m以上。灌溉隧洞的進(jìn)口高程應(yīng)保證在水庫最低工作水位時(shí)，能引入設(shè)計(jì)流量，應(yīng)滿足引水高程的要求，并應(yīng)與下游灌區(qū)布置在同一側(cè)。排沙洞應(yīng)設(shè)置在需要排沙的發(fā)電、灌溉引水洞進(jìn)口附近，其高程宜較低。用于放空水庫和施工導(dǎo)流的隧洞進(jìn)口高程一般都較低。進(jìn)口的進(jìn)水方式有表孔溢流式和深水進(jìn)口式兩種。前者的進(jìn)口布置方式與岸邊溢洪道相似，只是用隧洞代替了泄槽，泄水時(shí)，洞內(nèi)為無壓流。具體布置見下圖深式進(jìn)水口的隧洞，可以是無壓的或有壓的。這種布置形式與重力壩上的泄水孔布置形式相似。（2）隧洞的出口布置應(yīng)保證水流下泄安全，出流平穩(wěn)。對于有

8、壓隧洞，出口斷面面積應(yīng)小于洞身斷面積，以保持洞內(nèi)有較大的正壓。出口的斷面積宜收縮為洞身斷面的80%～90%，