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1、单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*1第七章 水工隧洞与坝下埋管w第一节 概述w第二节 隧洞的进出口建筑物w第三节 隧洞洞身的形式及构造w第四节 圆形有压隧洞的衬砌计算w第五节 隧洞的喷锚衬砌w第六节 土石坝坝下埋管w思 考 题第一节 概述一、水工隧洞的类型水工隧洞是在山体中开凿的一种泄水、放水建筑物，其主要作用是渲泄洪水、引水发电或灌溉、供水、航运输水、放空水库、排放水库泥沙以及水利枢纽施工期导流。水工隧洞按其担负的任务可分为：泄洪隧洞和放水隧洞。按其工作时洞内的水流状态可分为：有压隧洞和无压隧洞。一般从水库引水发电的水工隧洞是有压的，而为泄洪、供水、排沙、导流等目的而设置的
2、隧洞，可以是有压的，也可以是无压的。有压隧洞运行时，其内壁承受一定的内水压力。无压洞内水流具有自由水面，水面与洞顶保持一定的净空。第一节 概述水工隧洞可以设计成有压的，也可以设计成无压的。即使是在同一条隧洞中，以主闸门为界，闸门前有压，闸门后为无压的。但是在隧洞的同一段内，除了流速低的导流隧洞外，应严禁出现时而有压，时而无压的明满交替的流态，以免造成因此引起的震动与空蚀。 二、 水工隧洞的工作特点1深式过水建筑物的特点（1）泄水遂洞出口流速高，单宽流量大，能量集中，消能防冲措施要求较高。（2）进口处于水下较深处，闸门承受的水压力大，要求闸门刚度大，启闭机容量大。第一节 概述（3)高水头无压泄水
3、隧洞，容易在高速水流的作用下引起的振动及洞身空蚀破坏。（4)有压隧洞往往承受较大的内水压力，要求有一定厚度的围岩和足够强的衬砌。2.地下建筑的特点（1)水工隧洞是一种地下结构。隧洞开挖后，改变了岩体原来的平衡状态，引起孔洞附近应力重分布，岩体产生变形，严重的甚至发生崩塌。因此，隧洞中常需设置临时性（施工期）支护和永久性衬砌，以确保隧洞施工期和运行期的安全。（2）与地面建筑物相比较，隧洞的断面尺寸小，施工场地狭窄，施工干扰较大；第一节 概述（3)外水压力是水工隧洞设计的主要荷载之一。三、水工隧洞的线路选择和工程布置1水工隧洞的线路选择在洞线选择时，应结合隧洞的用途，根据当地实际情况，综合考虑，地
4、质、地形、水力学、施工、运行、枢纽总布置及对周围环境影响等因素，通过技术经济比较选定。并通过多方案进行经济技术比较而加以确定。（1）地质条件1）隧洞线路选择原则上应使洞线布置于地质构造简单、岩体完整坚硬稳定，水文地质条件有利及施工方便的地区。尽量避开向斜、断层、软弱地层、第一节 概述滑坡等不利地质构造。同时尽量避开涌水量大、地下水位高、岩溶发育、承压水区以及高地应力区，以减少隧洞衬砌荷载及便于施工。2)若洞线与岩层、构造破碎带及主要节理面相交时，应尽量使洞线具有较大夹角。在整体块状结构的岩体中，其夹角应不小于30，在层状岩体中，其夹角不宜小于45。3)隧洞洞线穿过高地应力区时，原则上应使洞线与
5、最大水平地应力方向一致。4)当隧洞沿水平或倾斜岩层走向布置时，应使洞身位于坚硬均质不透水的岩层中。当洞身穿切不同岩体的岩层时，应使其洞顶置于较坚硬的岩层中。第一节 概述（2）地形条件1）隧洞的线路在平面上应力求短、直，以降低工程造价和减小水头损失，并保持良好的水流条件。若受限制而不能保持直线时，隧洞应以曲线连接，其曲率半径不小于5倍的隧洞洞径（或洞宽），且转角不宜大于60。弯道的两端应设直线连接，其长度不宜小于5倍的洞径（或洞宽）。2）洞线穿过沟谷时，应根据地形、地质、水文及施工条件进行经济技术比较而定其线路。3）隧洞的出口与下游河道的连接，应尽可能的使其衔接畅顺，减少对河岸的冲刷。第一节 概
6、述（3）施工条件 隧洞施工工作面小，干扰多。因此，隧洞的线路选择应认真考虑施工出渣通道和施工场地布置等条件。对于洞线较长的隧洞，应考虑有适合的地点可以设置竖井、斜井或平洞（图7-1），以便进料、出渣和通风，增加工作面，提高施工进度。此外，应尽量少破坏自然环境，并使其较易恢复，环境投资最小。第一节 概述图7-1 竖井、平硐及斜井的位置第一节 概述（4）运行管理条件洞线选择应考虑工程的运行管理条件，应满足枢纽总体布置和运行的要求，应尽量避免其在施工和运行中与枢纽中其它建筑物的相互干扰，如土石坝结合泄洪洞时，在隧洞线路选择时，其进出口应尽可能的离坝体一定距离，以免影响大坝正常工作。2隧洞的工程布置隧
7、洞的工程布置其主要内容包括：进出口的布置、纵剖面的布置以及闸门的布置。隧洞布置的总体要求是必须满足过水、水流状态和运行的要求 ，并尽可能的降低工程造价。在修建水工隧洞时，应根据实际情况，尽可能的考虑第一节 概述“一洞多用”，以降低工程造价，如采用灌溉与发电相结合的布置方式。导流与引水泄洪相结合的隧洞，由于两者进口高程不同，导流洞进口较低，引水泄洪洞进口较高，工程竣工后，先将导流隧洞的进口封堵，并用斜管将引水隧洞的进口与主洞连接起来，工程上称之为“龙抬头”的型式，如图7-2所示 第一节 概述图7-2 刘家峡深孔无压泄水洞 单位：m1-混凝土坝；2-岩面线；3-原地面线；4-通风洞；5-检修门槽；
8、6-弧形闸门单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*13第一节 概述w（1）隧洞进出口位置应依据的总体规划，结合地形、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等方面的要求。进出口宜选在地质构造简单、岩体完整，风化层较浅的地区，避开不良地质构造和易崩塌、危崖、滑地地区。w隧洞的进口高程应根据隧洞的用途，结合实际运用要求加以确定。如发电隧洞，其进口顶部的高程应在水库最低工作水位以下0.51.0m；底部最小高程应高出水库淤沙高程1.0m以上，以防止粗颗粒泥沙进入洞中。在不影响隧洞正常使用的前提下，尽量提高隧洞的进口高程，以缩短洞长，减小主闸门的作用水头和洞身的内力
9、压力，降低造价。单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*14第一节 概述w（2）纵剖面的布置 w隧洞的纵剖面布置主要是其纵坡的确定，有压隧洞的纵坡主要从施工排水和放空隧洞及检修的角度考虑，一般取i=1/2001/1000。当洞身较短时，也可以做成水平，但不应做成倒坡。无压隧洞的纵坡应满足水流条件，多采用陡坡。隧洞纵坡不宜变化太多，而变坡应尽量选在水流比较均匀稳定的部位。w（3）闸门在隧洞中的位置w 泄水隧洞中通常设置两道闸门。一道工作闸门，用来调节流量或封闭孔口，要求能在动水中启闭。一道为检修闸门，当工作闸门或隧洞发生事故时用来挡水，检修闸门要求能在动水中关闭，静水中开启。w 单击
10、此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*15第一节 概述w工作闸门可以布置在隧洞的进口，出口或隧洞中的某一适宜位置。w工作闸门布置在进口的隧洞（图7-2），一般为无压。为了保证洞内为稳定的无压流态，门后洞顶应距离自由水面一定净空，并向门后不断充分通气。这种布置的优点是工作闸门，检修闸门都布置于首部，便于运行管理。w 工作闸门布置在出口的隧洞（图7-3），一般为有压。这种布置洞内水流条件好，但工作闸门与检修闸门分置于出、进口，不便于运行管理。w工作闸门设置于洞内时，门前为有压段，门后为无压段。这种布置往往是受某些条件限制所致。如地形、施工和枢纽布置上的原因。单击此处编辑母版标题样式单击此
11、处编辑母版副标题样式*16w图73 深孔有压泄水隧洞 单位：mw1-平面检修闸门；2-弧形工作闸门；3-渐变段；4-消能段单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*17第二节 隧洞的进出口建筑物w一 、进口建筑物w1.进口建筑物的型式w进口建筑物位于隧洞的最前端，按其结构型式和布置方式可分为：竖井式、塔式、岸塔式和斜坡式等几种。w（1）竖井式 竖井式是指在隧洞进口附近的山体中开挖竖井，井壁衬砌，井内设置闸门，启闭设备及操作室布置于井顶（如图7-4）。其优点是结构简单，抗震性好，稳定性高，不受风浪水的影响，工程量小，造价较低。其不足之处是闸门前的进口段和洞身段检修不便。竖井式一般适用于
12、隧洞进口段岩石坚硬完整的情况。单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*18第二节 隧洞的进出口建筑物w图7-4 竖井式进口建筑物（单位：m）单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*19第二节 隧洞的进出口建筑物w（2）塔式 如图7-5所示，塔式进口是独立于隧洞的进口处的钢筋混凝土塔。闸门布置于塔底，启闭设备及操作室布于塔（内）顶，操作室与彼岸之间用工作桥连接。这种形式适用于岸坡较平缓，边坡岩石破碎，覆盖层厚，不宜采用靠岸进口的情况。其优点是：布置紧凑，闸门启闭较为方便可靠。不足之处是受风、浪、冰、地震的影响大，稳定性相对较差；工程造价高。w塔式进口建筑物根据其结构形式的
13、不同，可分为封闭式（图7-5）和框架式（图7-6）两种。封闭式塔身横断面可以是矩形、圆形或多边形。封闭式塔身可以在其不同高程处设置进水口，以适应水库水位的变化及取水的要求。单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*20第二节 隧洞的进出口建筑物w框架式进水口建筑物结构轻便，受风浪等的作用也较小，工程量小，造价较低，但只能在低水位时进行检修，水流流态不好，容易产生空蚀。因而，大型泄水隧洞采用较少。单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*21第二节 隧洞的进出口建筑物w图7-5 封闭式分层取水进水塔w（单位：高程以m计，构造尺寸以cm计）单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母
14、版副标题样式*22第二节 隧洞的进出口建筑物w图7-6 框架式进口建筑物单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*23第二节 隧洞的进出口建筑物w（3）岸塔式 如图7-7所示，这种形式的进口建筑物，下部紧靠岸坡，塔身稳定性较好，甚至可以对岩坡起到一定的支撑作用，施工安装较为方便，无需工作桥，较为经济。适用于岸坡较陡，岩石比较坚固稳定的地区。单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*24第二节 隧洞的进出口建筑物w图7-7 岸塔式进水口（高程：m，尺寸：cm）w1-清污台；2-固定栏污格栅；3-通气孔；w4-闸门轨道；5-锚筋单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式
15、*25第二节 隧洞的进出口建筑物w（4）斜坡式 如图7-8所示，是直接在岸坡上进行平整开挖并加以衬砌而成的。闸门及拦栅的轨道直接安装在斜坡的护砌上。其优点是：结构简单，施工方便，稳定性好，工程量小。缺点是闸门面积大，关闭闸门不易靠自重下降。斜坡式进口一般只用于岸坡岩体条件较好的中、小型工程。单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*26第二节 隧洞的进出口建筑物w图7-8 响洪甸斜坡式进水口 单位：mw1-喇叭口式进水口；2-检修闸门；3-渐变段；4-堵头；5-通气孔；6-贮门罩单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*27第二节 隧洞的进出口建筑物w2.进口建筑物的组成、
16、作用及构造w 进口建筑物主要有进水口、闸室段及渐变段所组成，它主要包括：栏污栅、进水喇叭口、门槽、平压管、通气孔和渐变段等。通气孔、渐变段的构造详见重力坝有关章节。w(1)拦物栅 拦物栅是由纵、横向金属栅条组成的网状结构。拦物栅布置在隧洞的进口，其作用是防止漂浮物进入隧洞。为了便于维修更换等，拦物栅通常做成活动式的。w(2)进水喇叭口 喇叭口段是隧洞的首部。喇叭口的作用就是保证水流能平顺的进入隧洞，避免不利的负压和空蚀破坏，减少局部水头损失，提高隧洞的过水能力。单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*28第二节 隧洞的进出口建筑物w喇叭口的横断面一般为矩形，顺水流方向呈收缩状，顶部常采用1/4的椭圆曲线（图7-9），椭圆曲线方程为： w (7-1)w 式中： 椭圆长半轴，约等于h;w 椭圆短半轴，约等于h/3。w边墙曲线 可取闸门处孔口的宽度， 可取闸门处孔口宽度的1/31/5。当隧洞流速不大时，顶部也可采用圆弧曲面，其半径要求R2D（D为洞径）。w对于无压隧洞，检修闸门与工作闸门之间的洞顶（如图7-10）多采用141:6的坡度向下游压缩，以增加进口段的压力，防止发生空蚀。
