第一节 水工隧洞分类 水工隧洞设计应符合水工隧洞设计规范的要求 水工隧洞是以输水为目的，在岩、土体中通过开挖形成的隧洞，不包括埋管和回填管水工隧洞可按不同原则分类按其用途，水工隧洞可以分为：发电隧洞；灌溉隧洞；供水隧洞；导流隧洞；排水隧洞；泄洪隧洞；航运隧洞；排沙隧洞；多用途隧洞水工隧洞设计按隧洞过水流态可分为有压隧洞和无压隧洞，在同一条隧洞中允许有不同流态，如上游为有压隧洞，下游为无压隧洞；按对围岩加固方式可分为不衬砌隧洞，喷锚衬砌隧洞，混凝土或钢筋混凝土衬砌隧洞；按流速大小可分为低流速隧洞和高流速隧洞第二节 水工隧洞选择基本条件与设计原则（一）选择水工隧洞的基本条件（1）水工隧洞不受地形影响，可以在两点间取直线，以最小的水头损失换取最大的落差；（2）泄水建筑物设计用明渠因挖方过大而不经济；（3）修建明渠可能受到滑坡、塌方、泥石流、雪崩及冰冻威胁；（4）深山峡谷中修建当地材料坝无条件采用其他导流及泄洪建筑物；（5）水电站厂房采用地下结构二）水工隧洞设计原则（1）水工隧洞的级别按现行GB502011994防洪标准和DL5180-2003水电枢纽工程等级划分及设计安全标准、SL2522000水利水电枢纽工程等级划分及洪水标准的规定执行。
2）水工隧洞设计应满足工程总体规划和环境及水土保持要求3）水工隧洞的设计除符合SL2792002水工隧洞设计规范和DL/T5195-2004水工隧洞设计规范外，还应符合国家现行有关标准的规定三）基本资料的收集与分析（1）水工隧洞设计应根据隧洞用途和不同设计阶段的要求，收集的基本资料2）地质资料是水工隧洞设计的重要依据之一，也是施工、运行的重要资料，水工隧洞开工前，设计人员应逐步地详细掌握隧洞地区的基本地质情况3）对高地应力区1、2级水工隧洞的重要洞段，设计人员应在初设阶段掌握地应力的测验成果，并做出评价施工阶段应根据地应力的现场复核成果，对设计进行校核、补充或修改1）水工隧洞的线路应根据隧洞的用途，综合考虑地形、地质、水力学、施工、运行、沿线建筑物、枢纽总布置及对周围环境的影响等因素，通过技术经济比较选定2）在满足枢纽总布置要求的条件下，洞线应选路短、沿线地质构造简单、岩体完整稳定、上覆岩层厚度适中、水文地质条件有利及施工方便的地区3）洞线布置宜避免相邻建筑物的不利影响4）洞线布置应根据隧洞区岩层及主要地质构造的分布特性，满足的要求第四节 水工隧洞洞线的选择（5）隧洞沿线遇有断裂构造、不利构造面、软弱带、蚀变带、膨胀岩等时，应充分考虑地下水活动的影响，注意围岩的稳定条件。
6）在高地应力区，水工隧洞的轴线方向宜与最大水平地应力方向有较小交角7）水工隧洞垂直和侧向最小覆盖厚度，应根据地质条件、隧洞断面形状及尺寸、施工成洞条件、内水压力、支护（衬砌）型式、围岩渗透特性等因素，按要求综合分析决定8）相邻两隧洞间的岩体厚度，应根据布置需要、地质条件、围岩承受的内水压力、围岩的应力和变形、隧洞横断面尺寸和形状、施工方法和运行情况（如一洞有水临洞无水）等因素综合分析决定9）经论证必须穿过坝基、坝肩或其他建筑物基础的水工隧洞，与建筑物基础之间的围岩应有足够的厚度，满足建筑物基础和隧洞对应力、应变、稳定和渗透的要求10）洞线遇有沟谷时，应根据地形、地质、水文及施工条件进行绕沟或跨沟方案的技术经济比较当采用跨沟方案时，应合理选择跨沟位置11）沿河傍山地段的土洞，洞线应向山里侧内移，避免产生偏压，防止水流冲刷山体影响洞身稳定12）洞线在平面上宜布置为直线如需要设置弯段时，应符合的要求13）洞身段设置竖向曲线时，对高流速隧洞（有压或无压），其型式和竖向曲线半径应通过试验确定14）水工隧洞设置平面或竖向曲线时其弯曲半径尚应考虑施工方法和大型施工设备的要求15）洞身段的纵坡应根据运用要求、上下游衔接、沿线建筑物的底部高程以及施工和检修条件等综合分析决定。
16）布置在多泥沙河流上的排沙隧洞，其平面和竖向的转弯曲线、转弯角度、纵坡坡度均应通过水工模型试验确定泥沙问题是个复杂的问题，二维计算成果还不能很准确地反映实际冲淤分布，故多沙河流上排沙洞的布置不便用计算解决，有关布置问题规定用水工模型试验确定17）长隧洞需设置施工支洞时，支洞的数目及长度应根据隧洞沿线地形地质条件、施工方法、对外交通情况，并有利于均衡各段隧洞的工程量及工期的要求分析决定地质条件较差时，应研究施工支洞对主洞的影响18）布置水工隧洞时应考虑临时占地、永久占地、植被破坏和恢复、施工污染、运行期地下水位变化等对环境的影响和水土保持的要求宜使原自然环境较少破坏，较易恢复，环境投资最小1）进、出口布置，应根据枢纽总体布置要求、地形地质条件，使水流顺畅，进流均匀，出流平稳，满足使用功能和运行安全的要求，并应考虑闸门、拦污清淤设备的设置及对外交通2）进、出口宜选在地质构造简单，岩体完整，风化覆盖层较浅的地区，避开不良地质构造和容易发生崩塌、冲沟、危崖、滑坡的地区3）进、出口布置应充分考虑水工隧洞的布置在地形地质条件较复杂地区，应通过技术经济论证，选择最佳布置方案第四节 进、出口布置（4）进、出口洞脸和两侧边坡宜避免高边坡开挖。
无法避免时，应分析开挖后的稳定性，采取相应的加固措施5）进、出口应有必要的清坡范围，并采取适当的工程措施，防止覆盖层、坡积物、松动岩块等在风力、地面径流、水位变化等自然因素作用下滚落，影响其正常运行6）土洞洞口应选在山坡稳定、土质条件较好处，不宜布置在卸荷带上7）土洞洞口与渡槽、岩洞等建筑物连接处应设永久缝在寒冷地区，应结合防冻要求加深洞口基础埋深，基底标高应符合SL2111998、DL/T5082-1998水工建筑物抗冻设计规范的规定8）有压泄水隧洞的出口洞段体形设计应符合的要求9）泄水隧洞的出口，应根据地形地质和水力学条件，运行方式，下游水深和变幅，下游河床的抗冲能力，水流衔接、消能防冲要求以及对相邻建筑物的影响，通过技术经济比较选择适宜的消能防冲措施10）布置泄水隧洞时，应根据可能出现的泄洪运行工况，充分研究泄水隧洞出口的位置、水流流态、冲淤范围和对相邻建筑物的影响，并宜通过技术经济比较和水工模型试验验证确定合理方案11）对有压隧洞排水补气、充水排气和无压隧洞水面线以上的通气以及其他需要通气的洞段，应估算通气面积，并留有余地1) 选择隧洞布置方案时，应根据隧洞的用途、使用和施工条件，在保证隧洞可靠运行的前提下，研究临时与永久相结合以及一洞多用的合理性。
2) 临时与永久相结合的隧洞，应对洞线、纵坡、支护及衬砌型式、进出口高程及位置、运行及检修条件等进行综合比较论证3) 泄洪与发电共用一条主洞布置时，必须保证各自的运行要求和较好的水力条件，安全宣泄规定的泄洪流量，保证发电隧洞的压力状态及发电时的最小水头，并采取适当的措施，防止机组振动和分岔附近空蚀破坏泄洪洞宜布置在主洞上，发电洞宜布置在支洞上第五节多用途隧洞的布置(4) 主、支洞的分岔角宜在3060范围内选取，在满足布置和结构要求的条件下，应采用较小的分岔角度5) 泄洪、发电共用一条主洞时，分岔型式宜根据水头、流量以及分流比确定，必要时应进行水工模型试验验证分岔后发电洞的长度不宜小于10倍洞径或洞宽（若泄洪时不发电或发电引水系统有稳压设施，则长度可适当减小）当发电洞设置调压（减压）设施时，其分岔位置、型式、分流比等，都应经过整体水工模型试验验证6) 永久泄洪洞与导流洞结合时，除采用常规的外部消能外，可结合工程条件进行内部消能（如孔板消能、漩涡消能）或内、外结合消能的方案比选第六节 水工隧洞压力状态及洞型尺寸（一）压力状态选择（1）发电引水隧洞宜采用有压隧洞当上游水位变化不大、引用流量比较稳定时，可采用无压隧洞。
2）有压隧洞严禁出现明满流交替运行的运行方式，在最不利运行条件下，洞顶以上应有不小于2.0m的压力水头3）高流速的泄水隧洞，严禁采用明满流交替运行方式低流速泄水隧洞，正常情况下按明流方式运行者，可在校核洪水位时出现明满流交替的运行方式4）导流隧洞经论证在设计过流条件下水流流态不致造成洞身破坏时，可采用明满流交替的运行方式5）土洞宜采用无压隧洞采用有压隧洞时，应根据土体抗力、内水压力、土体的渗流变形等情况，选定适宜的衬砌型式二）水工隧洞的受力状态水工隧洞可能受以下荷载的作用：（1）围岩压力；（2）围岩弹性抗力；（3）地层摩擦力；（4）衬砌自重；（5）均匀内水压力；（6）满洞水压力；（7）外水压力；（8）灌浆压力；（9）温度压力；（10）地震力三）横断面型式（1）隧洞的横断面形状应根据隧洞的用途、水力学、工程地质与水文地质、衬砌工作条件以及地应力情况、施工方法等因素，通过技术经济分析确定2）有压隧洞宜采用圆形断面在围岩稳定性较好，内、外水压力不大时，可采用便于施工的其他断面形状3）高地应力区采用非圆形断面时，断面的高宽比与地应力条件相适应，若水平地应力大于垂直地应力时，宜采用高度较小而宽度较大的断面；若垂直地应力大于水平地应力时，宜采用高度较大而宽度较小的断面。
4）对发电与泄洪、导流与发电或导流与泄洪等共同的多用途隧洞，断面形状应经技术经济比较后确定，必要时宜通过水工模型试验验证5）较长隧洞可采用多种断面形状和衬砌型式，但不宜过多过密不同断面或衬砌型式之间应设置过渡段，过渡段的边界应采用平缓曲线，并便于施工四）横断面尺寸（1）水电站、抽水蓄能电站或泵站输水隧洞（引水及尾水洞）的断面尺寸，应进行经济断面论证2）灌溉隧洞的横断面尺寸，应根据隧洞的进、出口高程和加大流量确定3）泄洪隧洞的横断面尺寸，应在各种可能运行条件下均能满足规定的过流能力要求并应通过技术经济比较确定4）导流隧洞的横断面尺寸，应根据导流流量的要求，结合进口高程、围堰的高度、出口水流衔接以及通航、过冰、施工要求等，通过技术经济比较确定5）多用途隧洞的横断面尺寸，除应满足各自的运行要求外，共用部分应通过技术经济比较确定6）横断面的最小尺寸除应满足运行要求外，还应符合施工要求圆形断面的内径不宜小于1.8m；非圆形断面的高度不宜小于1.8m，宽度不宜小于1.5m7）在低流速无压隧洞中，若通气条件良好，在恒定流情况下，洞内水面线以上的空间不宜小于隧洞断面面积的15，且高度不应小于400mm；在非恒定流条件下，若计算中已考虑了涌波时，上述数值允许适当减小。
8）高流速无压隧洞的横断面尺寸宜通过试验确定，并宜考虑掺气的影响第七节 水工隧洞水力计算1 . 水工隧洞水力计算应根据隧洞用途和不同设计阶段在下列项目中选择：（1）过流能力； （2）上、下游水流衔接；（3）水头损失； （4）压坡线；（5）水面线；（6）掺气、充放水方式及其他水力现象2水工隧洞的沿程水头损失和局部水头损失应分别进行计算，并应符合下列规定：（1）沿程水头损失计算中的粗糙系数n值，应根据衬砌型式和施工方法及运行后可能的变化，参照已有工程综合分析选用2）局部水头损失计算中采用的局部阻力系数，可参照水力学资料分析决定，必要时可通过试验确定3）无压隧洞洞身的过流能力，对长洞按均匀流计算；对短洞可按非均匀流计算3 水工隧洞的过流能力计算应符合下列规定：（1）有压隧洞按管流计算2）无压隧洞，对开敞式进口按堰流情况计算；对深式进口按管流计算 无压洞可分为长洞和短洞，对短洞其过流能力不受洞长影响，仅取决于进口型式，开敞式进口按堰流计算，深式有压进口按管流计算无压长洞，泄流能力受洞长影响，应通过推求控制断面的水面线后，计算过流能力4计算无压隧洞的水面线，首先应判别水面线的类型，在选定控制断面后，可按分段求和法或其他方法计算。
水面线的计算方法很多，经调查分析，分段求和法计算较简单，设计中采用的较多，与实测值比较吻合，国内的计算机程序也多用此法5对高流速、大流量、水流条件复杂的水工隧洞，应进行整体或局。