1、水工建筑物第七章第七章 水工隧洞與壩下涵管水工隧洞與壩下涵管第一節第一節 水工隧洞概述水工隧洞概述第二節第二節 水工隧洞的布置和構造水工隧洞的布置和構造水工建筑物第一節第一節 水工隧洞概述水工隧洞概述 一、水工隧洞的特點一構造特點 在巖層中開挖隧洞后，引起洞孔附近應力重新分布，巖體產生新的變形，嚴重的會導致巖石崩塌。圍巖除了產生作用在襯砌上的圍巖壓力以外，同時又具有承載才干，可以與襯砌共同接受內水壓力等荷載。圍巖壓力與巖體承載才干的大小，主要取決于地質條件。因此，應使隧洞盡量避開脆弱巖層和不利的地質構造。水工建筑物第一節第一節 水工隧洞概述水工隧洞概述二水流特點 樞紐中的泄水隧洞，其進口深式泄

2、水洞。 由于作用在隧洞上的水頭較高，流速較大，假設隧洞在彎道、漸變段等處的體型不適宜或襯砌外表不平整，都能夠出現氣蝕而引起破壞，所以要求隧洞體型設計得當、施工質量良好。 泄水隧洞的水流流速高、單寬流量大、能量集中，在出口處有較強的沖刷才干，必需采取有效的消能防沖措施。水工建筑物第一節第一節 水工隧洞概述水工隧洞概述三施工特點 隧洞洞身斷面小，施工場地狹窄，洞線長，施任務業工序多，干擾大，工期普通較長。尤其是兼有導流義務的隧洞，其施工進度往往控制著整個工程的工期。因此，加快施工進度是隧洞工程建立中需求引起足夠的注重。水工建筑物第一節第一節 水工隧洞概述水工隧洞概述二、水工隧洞的類型二、水工隧洞的

3、類型1.1.按用途分類按用途分類1 1泄洪洞；泄洪洞；2 2引水洞；引水洞；3 3排沙洞；排沙洞；4 4放空洞；放空洞；5 5導流洞；導流洞； 2. 2.按洞內水流形狀分類按洞內水流形狀分類1 1有壓洞；有壓洞；2 2無壓洞；無壓洞； 普通說來，隧洞可以設計成有壓的，也可設普通說來，隧洞可以設計成有壓的，也可設計成無壓的，也可設計成前段是有壓的而后段是計成無壓的，也可設計成前段是有壓的而后段是無壓的。但應留意的是，在同一洞段內，應防止無壓的。但應留意的是，在同一洞段內，應防止出現時而有壓時而無壓的明滿流交替景象，以防出現時而有壓時而無壓的明滿流交替景象，以防止引起振動、空蝕等不利流態。止引起振

4、動、空蝕等不利流態。水工建筑物第二節第二節 水工隧洞的布置和構造水工隧洞的布置和構造一、水工隧洞的布置一、水工隧洞的布置一水工隧洞的線路選擇一水工隧洞的線路選擇 1 1地質條件地質條件 2 2地形條件地形條件 3. 3. 水流條件水流條件 4. 4. 施工條件施工條件二水工隧洞的工程布置二水工隧洞的工程布置 1. 1. 布置主要包括：進、出口和洞身及閘門的布置。布置主要包括：進、出口和洞身及閘門的布置。 2. 2. 隧洞的縱坡選擇。隧洞的縱坡選擇。水工建筑物第二節第二節 水工隧洞的布置和構造水工隧洞的布置和構造水工建筑物第二節第二節 水工隧洞的布置和構造水工隧洞的布置和構造3. 3. 閘門位置

5、布置閘門位置布置 檢修閘門設置在隧洞進口，無壓洞的任務閘門布檢修閘門設置在隧洞進口，無壓洞的任務閘門布置在進口。有壓洞的任務閘門布置在出口。置在進口。有壓洞的任務閘門布置在出口。 詳細布置見以下圖。詳細布置見以下圖。水工建筑物第二節第二節 水工隧洞的布置和構造水工隧洞的布置和構造水工建筑物第二節第二節 水工隧洞的布置和構造水工隧洞的布置和構造4. 4. 多用途隧洞的布置多用途隧洞的布置1 1泄洪洞與導流洞合一布置泄洪洞與導流洞合一布置2 2泄洪洞與發電洞合一布置泄洪洞與發電洞合一布置3 3發電與灌溉隧洞的合一布置發電與灌溉隧洞的合一布置水工建筑物第二節第二節 水工隧洞的布置和構造水工隧洞的布置

6、和構造二、水工隧洞的構造二、水工隧洞的構造一進口段的方式和構造一進口段的方式和構造1 1進口建筑物的方式進口建筑物的方式1 1豎井式豎井式2 2塔式塔式3 3岸塔式岸塔式 (4) (4) 斜坡式斜坡式 (5) (5) 組合式組合式水工建筑物第二節第二節 水工隧洞的布置和構造水工隧洞的布置和構造(1) (1) 豎井式豎井式a a水工建筑物第二節第二節 水工隧洞的布置和構造水工隧洞的布置和構造(1) (1) 豎井式豎井式b b水工建筑物第二節第二節 水工隧洞的布置和構造水工隧洞的布置和構造2 2塔式塔式 塔 式 進 口 建塔 式 進 口 建筑物是獨立筑物是獨立于隧洞的進于隧洞的進口處而不依口處而不

7、依托山坡的塔托山坡的塔用任務橋與用任務橋與岸坡相連。岸坡相連。 構造布置見圖構造布置見圖 水工建筑物第二節第二節 水工隧洞的布置和構造水工隧洞的布置和構造3 3岸塔式岸塔式 此種進口是此種進口是 在開挖后洞在開挖后洞 巖坡上的進巖坡上的進 塔。塔。 適用于岸坡適用于岸坡 較陡，巖體較陡，巖體 比較鞏固穩比較鞏固穩 定的情況。定的情況。 構造布置見圖。構造布置見圖。水工建筑物第二節第二節 水工隧洞的布置和構造水工隧洞的布置和構造(4)(4)斜坡式斜坡式 斜坡式進水口是在較完好的巖坡上進展平整、斜坡式進水口是在較完好的巖坡上進展平整、開挖、護砌而建筑的一種進水。開挖、護砌而建筑的一種進水。 構造布

8、置見圖。構造布置見圖。水工建筑物第二節第二節 水工隧洞的布置和構造水工隧洞的布置和構造( 4 )( 4 ) 斜 坡 式斜 坡 式水工建筑物第二節第二節 水工隧洞的布置和構造水工隧洞的布置和構造組合式 5 5組合式組合式a a水工建筑物第二節第二節 水工隧洞的布置和構造水工隧洞的布置和構造組合式 5 5組合式組合式b b水工建筑物 2進口段的組成及構造 進口段的組成包括：進水喇叭口、閘門室、通氣孔、平壓管和漸變段等。 1進水喇叭口 2通氣孔 設在泄水隧洞進口或中部的閘門之后應設通氣孔，其作用是：在任務閘門各級開度下承當補氣義務；檢修時，在下放檢修閘門后，放空洞內水流時補氣檢修完成后，向檢修閘門和

9、任務閘門之間充水時，通氣孔用以排氣。第二節第二節 水工隧洞的布置和構造水工隧洞的布置和構造水工建筑物3平壓管第二節第二節 水工隧洞的布置和構造水工隧洞的布置和構造水工建筑物4攔污柵 進口處的攔污柵是為了防止水庫中的漂浮物進入隧洞。5漸變段、閘門室 漸變段及閘門室等，可參見第二章第七節重力壩的深式泄水孔有關內容。 第二節第二節 水工隧洞的布置和構造水工隧洞的布置和構造水工建筑物 二洞身段的方式與構造二洞身段的方式與構造 1 1洞身斷面方式及尺寸洞身斷面方式及尺寸 1 1無壓隧洞的斷面方式及尺寸無壓隧洞的斷面方式及尺寸 無壓隧洞多采用圓拱直墻形城門洞斷面。無壓隧洞多采用圓拱直墻形城門洞斷面。 無壓

10、隧洞的斷面尺寸主要根據其泄流才干要無壓隧洞的斷面尺寸主要根據其泄流才干要求及洞內水面線來確定。求及洞內水面線來確定。 2 2有壓隧洞的斷面方式及尺寸有壓隧洞的斷面方式及尺寸 有壓隧洞由于內水壓力較大，普通均采用圓有壓隧洞由于內水壓力較大，普通均采用圓形斷面。形斷面。 有壓隧洞的斷面尺寸應根據泄流才干要求以有壓隧洞的斷面尺寸應根據泄流才干要求以及沿程壓坡線情況來確定。及沿程壓坡線情況來確定。第二節第二節 水工隧洞的布置和構造水工隧洞的布置和構造水工建筑物 2 2洞身襯砌的類型及構造洞身襯砌的類型及構造 襯砌是指沿開挖洞壁而做的人工護壁，主要襯砌是指沿開挖洞壁而做的人工護壁，主要作用是：阻止圍巖變

11、形的開展，保證圍巖的作用是：阻止圍巖變形的開展，保證圍巖的穩定；接受圍巖壓力、內水壓力和其它荷載；穩定；接受圍巖壓力、內水壓力和其它荷載；防止滲漏；維護圍巖免受水流、空氣、溫防止滲漏；維護圍巖免受水流、空氣、溫度、干濕變化等的沖蝕破壞作用；平整圍巖，度、干濕變化等的沖蝕破壞作用；平整圍巖，減小外表糙率。減小外表糙率。1 1襯砌的類型襯砌的類型 1 1 平整襯砌也稱護面平整襯砌也稱護面 2 2單層襯砌單層襯砌 3) 3) 噴錨襯砌噴錨襯砌 4 4 組合式襯砌組合式襯砌 5 5 預應力襯砌預應力襯砌 第二節第二節 水工隧洞的布置和構造水工隧洞的布置和構造水工建筑物1襯砌的分縫與止水 在混凝土及鋼筋

12、混凝土襯砌中，普通設有施工縫和永久性的橫向變形縫。 隧洞在穿過斷層、脆弱破碎帶以及和豎井交接處，襯砌需求加厚，應設置橫向變形縫。 圍巖地質條件比較均一的洞身段只設備工2灌漿 1 回填灌漿 2 固結灌漿 第二節第二節 水工隧洞的布置和構造水工隧洞的布置和構造水工建筑物 3排水 設置排水是為了降低作用在襯砌外壁上的外水壓力。 對于無壓隧洞襯砌，當地下水位較高時，外水壓力成為襯砌的主要荷載。(如右圖) 第二節第二節 水工隧洞的布置和構造水工隧洞的布置和構造水工建筑物對于有壓圓形隧洞，可不設置排水設備。 如以下圖 第二節第二節 水工隧洞的布置和構造水工隧洞的布置和構造水工建筑物三出口段及消能設備三出口

13、段及消能設備 有壓隧洞的出口常設有任務閘門及有壓隧洞的出口常設有任務閘門及啟閉機室，閘門前有漸變段，出口之后即為消啟閉機室，閘門前有漸變段，出口之后即為消能設備。能設備。 無壓隧洞出口僅設有門框，其作用是無壓隧洞出口僅設有門框，其作用是防止洞臉及其以上巖石崩塌，并與分散消能設防止洞臉及其以上巖石崩塌，并與分散消能設備的兩側邊墻相銜接詳細布置見以下圖。備的兩側邊墻相銜接詳細布置見以下圖。第二節第二節 水工隧洞的布置和構造水工隧洞的布置和構造水工建筑物第二節第二節 水工隧洞的布置和構造水工隧洞的布置和構造出口段詳細布置出口段詳細布置 水工建筑物 泄水隧洞出口水流的特點是隧洞出口寬度小，單寬流量大，

14、能量集中，所以常在出口處設置分散段，使水流分散，減小單寬流量，然后再以適當方式消能。 1挑流消能 當隧洞出口高程高于或接近下游水位，且地形地質條件允許時，采用分散式挑流消能比較經濟合理，由于它構造簡單，施工方便，國內外泄洪、排沙隧洞廣泛采用這種消能方式。第二節第二節 水工隧洞的布置和構造水工隧洞的布置和構造水工建筑物 2 2底流消能底流消能 當隧洞出口高程接近下游水位時，也可采用當隧洞出口高程接近下游水位時，也可采用分散式底流水躍消能。底流消能具有任務可靠、分散式底流水躍消能。底流消能具有任務可靠、消能比較充分、對下游水面動搖影響范圍小的消能比較充分、對下游水面動搖影響范圍小的優點，但缺陷是開

15、挖量大、施工復雜、資料用優點，但缺陷是開挖量大、施工復雜、資料用量多、造價高。量多、造價高。 3 3窄縫式挑坎消能窄縫式挑坎消能 窄縫式挑坎消能為挑坎處采用收縮成窄縫的窄縫式挑坎消能為挑坎處采用收縮成窄縫的布置方式。窄縫式挑坎與等寬挑坎不同之處在布置方式。窄縫式挑坎與等寬挑坎不同之處在于，它的挑角很小，普通取于，它的挑角很小，普通取0 0，順水流方向，兩，順水流方向，兩側邊墻向中心的顯著收縮使出水口處水流迅速側邊墻向中心的顯著收縮使出水口處水流迅速加深，水舌的出射角在底部和表層差別很大，加深，水舌的出射角在底部和表層差別很大，底部約底部約0 0，表層可達，表層可達4545左右。左右。第二節第二節 水工隧洞的布置和構造水工隧洞的布置和構造水工建筑物 4 4洞中突擴消能洞中突擴消能 洞中突擴消能也稱為孔板消能，它是在有壓洞中突擴消能也稱為孔板消能，它是在有壓隧洞中設置過流斷面較小的孔板，利用水流流隧洞中設置過流斷面較小的孔板，利用水流流經孔板時突縮和突擴呵斥的漩滾，在水流內部經孔板時突縮和突擴呵斥的漩滾，在水流內部產生摩擦和碰撞，消減大量能量。產生摩擦和碰撞，消減大量能量。 黃河小浪底水利樞紐中將導流洞改建為壓力黃河小