讲座-9-1 水工隧洞类型及布置学习文档

• （2）衬砌的类型
• 平整衬砌（护面衬砌）：平整围岩表面，不承 受作用力，只减少衬砌表面糙率。
• 单层衬砌：由混凝土、钢筋混凝土或浆砌石做 成，承受作用力，减少衬砌表面糙率。
• 组合衬砌：内层为钢板、钢筋网喷水泥浆，外 层为混凝土、钢筋混凝土。
龙抬头隧洞的纵向布置
• 龙抬头(导流洞与泄水洞的结合)隧洞的纵向布 置。
V：起始断面的流速,m/s；
θ：射流抛物线与起点的水平夹角。
反弧段的半径一般取
洞径。
出口建筑物
• 泄水隧洞的出口建筑物因有压与无压而不同。
• 有压隧洞出口常设有工作闸门及启闭室，闸门 前还设有渐变段，出口之后为消能设施。
• 无压隧洞的出口较简单，常在出口的洞顶上加 设一道门框墙，以防洞脸及其上部的岩石坍塌， 并与扩散消能措施的两墙相衔接。
便。 • 有压洞：检修门在进口处，工作门在出口处，
管理不方便。
• （5）施工及工程量方面： • 无压洞：钢筋、混凝土用量小，施工较容易。 • 有压洞：反之。
水工隧洞的总体布置
• 2.3.1 隧洞的组成 • 2.3.2 进口建筑物的布置 • 2.3.3 洞身段 • 2.3.4 出口建筑物
水工隧洞的组成
• 无压洞：有高速水流掺气问题，因此对体型、 平整度要求高，洞内要求有较大净空余幅。
• 有压洞：水流流速小，断面较无压洞小；流态 稳定，一般无振动气蚀问题。
• （3）结构方面 • 无压洞：围岩条件好，可不衬砌；不要求一定
的埋藏深度。 • 有压洞：全断面需衬砌；要求有一定的埋藏深
度。 • （4）闸门设置及运行方面： • 无压洞：工作门、检修门均在进口处，管理方
• 塔式，在山坡前的水库中建造封闭式混凝土塔。
• 特点：有利于分层取水；做成封闭式塔身，可 以在任何水位条件下检修，方便可靠，但造价 高；做成框架式塔身，只能在低水位时检修； 需要设置工作桥与岸坡连接。
• 适用条件：岸坡 较平缓，边坡破 碎，覆盖层厚， 不宜于大开挖， 即不宜采用在岸 坡或岩体内布置 建筑物的情况。
• 岸塔式，沿岸坡建造封闭式混凝土塔。
• 特点：塔身斜靠岸坡，有利于稳定，对岸坡也 有一定的支撑作用；检修维护方便；可以分层 取水；由于闸门斜放，不仅启门力大，也难于 依靠自重下降。
• 适用条件：岸坡较陡，岩石坚固的情况。
• 1—清污台； • 2—固定拦污格栅； • 3—通气孔； • 4—闸门轨道； • 5—锚筋； • 6—活动拦污栅；
• 衬砌需要足够的厚度及强度，保证围岩的稳定 性。
• （4）施工方面：水工隧洞的工期长、场地狭 窄、施工工序多。施工进度往往影响整个工程 工期。
• （5）功能方面：水工隧洞的功能较多，运用 灵活。
泄水隧洞的布置、类型和构造
• 2.1 布置及选线 • 2.2 类型 • 2.3 总体布置
布置及选线
• (2) 通气孔
• 通气孔的作用：对有压隧洞，在隧洞检修完毕 关闭工作闸门时，需要向检修闸门和工作闸门 间充水，以减小检修闸门的启门力，这时由通 气孔向孔外排气。对无压洞，用于向明流段充 气。
• 通气孔的位置位于检修闸门后的最高点，以保 证充气或排气的可靠性。
• 通气孔的顶部出口必须通到校核洪水位以上。
• （1）进口段 • 位于隧洞进口部位，用以控制水流、包括拦污
栅、进水喇叭口、闸室及渐变段等。
• （2）隧洞洞身段 • 用于输送水流，一般需要衬砌。 • （3）出口建筑物 • 用以连接消能设施。无压隧洞的出口应设有门
框，以防止滑坡。
• 有压隧洞的出口一般设有渐变段及工作闸门室。
进口建筑物的布置
• 2.3.2.1 进口建筑物的形式 • 2.3.2.2 进口建筑物的的组成
水工隧洞的类型
• 按纵剖面可分为：（1）平或斜直线型；（2） 陡槽型；（3）龙抬头型；（4）龙落尾型； （5）竖井型。
• 按水流状态，隧洞可分为有压隧洞和无压隧洞。 • 引水发电的隧洞一般为有压洞。泄洪、排放水
库泥砂、施工导流等用途的隧洞一般为无压洞。 流量可变、运用时间不多的隧洞可选择为无压 洞。
洞身段
• 2.3.3.1 洞身段的断面形式 • 2.3.3.2 洞身的衬砌 • 2.3.3.3 龙抬头隧洞的纵向布置
洞身段的断面形式
• 洞身段的断面形式取决于水流流态、地质条件、 施工条件及运行要求等。
• (1）无压隧洞的断面形式
• 一般采用圆拱直墙 形（城门洞形）。
• 围岩条件较差时， 将边墙做成倾斜的， 称为马蹄形或卵形。
• 当泄水隧洞与导流洞结合时，由于导流隧洞高 程较低，闸门造价高，常需在导流隧洞的上方 另设进口，布置成“龙抬头”的形式，即在进 口之后用曲线斜洞段与较低的导流隧洞相连接。 若两者洞径相当，可利用导流隧洞的洞身长度。
• 曲线斜洞段可采用抛物线形式：
• 式中 ：κ为防止负压而采用的安全系数，
κ=1.2～1.6；
• 围岩条件较差，又 有较大的外水压力 时，可采用圆形。
• （2）有压隧洞的断面形式
• 圆形隧洞断面的水流条件和受力条件较为有利， 因此有压隧洞的断面形式一般采用圆形。
洞身的衬砌
• （1）衬砌的作用 • 限制围岩变形，承受围岩压力等荷载，保持隧
洞安全和围岩稳定。 • 防止渗透等自然现象对围岩的破坏。 • 平整围岩表面，减少糙率，增大输水能力。 • 减少渗漏。
• 进口曲线: 上唇曲线为1/4椭圆，长轴α=孔口高 度，短轴b=(1/3~1/2)a；两侧曲线为1/4椭圆， 长轴α"=孔口宽度， 短轴 b"=α"/4；下唇曲线 可采用1/4椭圆，或1/4圆。
• 有压隧洞检修闸门后的渐变段是由闸门井处的 矩形断面变化到隧洞本身的圆形（或其他非矩 形）断面的过渡段，其长度一般不应小于洞径 （或洞宽）的2~3倍，以便于水流平顺连接。
进口建筑物的形式
• 竖井式，在进口附近的山体中开挖建成。 • 特点：构造简单，不受风浪、冰冻影响，但竖
井前段的检修时，需要设置检修门或叠梁门。 • 适用条件；岩石完整、稳定的岸坡。
• 三门峡1号排沙洞组合式进水口。1—叠梁门槽； 2—叠梁门存放平台；3—事故检修闸门井； 4—平面检修门；5—平压管
• (3) 平压管
• 平压管的作用是从水库向两闸门间充水，使检 修闸门前后的水压力相等，以减少检修闸门的 启门力。平压管设置在前后两个闸门中间的闸 墩或边墩内，或设在检修闸门上的一种管阀。
• (4) 拦污栅
• 拦污栅作用的是阻止较大的漂浮物进入隧洞。
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• (பைடு நூலகம்) 压坡段
• 压坡段的作用是改善有压泄水孔出口压力分布， 以保证洞内为满流状态。故在泄水孔出口应设 收缩断面，压坡段顶部坡率一般采用1：4~1： 6之间，其长度一般3m~6m。
• （3）隧洞在立面上应有一定的埋深，有压隧 洞的围岩厚度不应小于3倍的洞径或0.4倍的压 力水头。
• （4）隧洞的纵坡，应根据水力条件、运行要 求、上下游衔接、施工和检修等因素综合比较 确定。
• （5）对于长隧洞，应利用地形地质条件，布 置一些施工支洞、竖井、以便增加施工作业面， 改善施工条件。
• 放空水库，以利建筑物检修。 • 用于水利水电枢纽施工期导流。
• 水工隧洞可一洞多用，如泄洪和发电；也可以 两洞合一，如将施工导流洞改造为泄洪洞。
• 优点是受外界影响小，运用时间长。
水工隧洞的工作特点
• （1）运用条件：闸门承受的水压力较大，在 水下工作的可靠性差，检修困难。
• （2）水流条件 • 多为深水进口,Q=f(H1/2) 。主要作为辅助泄洪
• 隧洞路线选择是设计中的关键，它关系到隧洞 的造价、施工的难易、工程进度、运行可靠性 等方面的问题。隧洞选线的原则和要求为：
• （1）隧洞路线应尽量避开不利的地质构造、 围岩不稳定及地下水位较高的地段，以减小作 用在隧洞衬砌上的围岩压力和外水压力。
• （2）隧洞在平面上应力求短而直。若必须转 弯时，转弯半径不宜小于5倍的洞径或洞宽， 转角不宜大于600，弯道两端的直线段也不宜 小于5倍的洞径或洞宽。
• 泄水隧洞出口的消能方式与岸边溢洪道相似， 常采用挑流消能和底流消能。
• 由于隧洞的出口宽度小，单宽流量大，能量集 中，故常在出口设置扩散段，以减小单宽流量。
• 水工隧洞 • 在山体中开凿的一种水流通道。
刘家峡深孔无压泄水隧洞
• 涵洞 • 在地下埋设的、或填土下面的输水洞。
水工隧洞的功能
• 可以配合溢洪道泄放洪水，也可以作为主要的 泄水建筑物。
• 从水库或河流引水和输水，用于发电、灌溉、 供水等。
• 排放水库泥沙，延长水库寿命，有利于水电站 正常运行。
水工隧洞
• 除了挡水建筑物外，水工建筑物还包括泄水建 筑物，取水建筑物，输水建筑物，航运建筑物， 灌溉建筑物，渔业建筑物等。
• 输水建筑物可用于引水、导流、泄洪等。广义 地讲，有自然和人工的区别，河道、管网系统、 天气系统、毛细血管都有输水功能。
水工隧洞的类型及工作特点
• 1.1 水工隧洞与涵洞 • 1.2 水工隧洞的功能 • 1.3 水工隧洞的工作特点
7—事故检修门
• 斜坡式：直接在岸坡上开挖并加以衬砌而成。
• 优点是结构简单、施工方便、稳定性好，工程 量小。但闸门面积加大，不易靠自重下降。
• 适用于岸坡条件较好的中小型工程。
进口建筑物的组成
• (1)进口渐变段 • 闸门前的渐变段一般就是进口喇叭口段，其作
用是使水流平顺，减少水头损失，控制负压产 生。 • 进口喇叭口段体型应符合流线型。
有压洞和无压洞的比较
• （1）在工程布置方面 • 无压洞：进口要求对称、平顺，严防水流喷射
封顶；平面转弯会使洞内水流生产横向比降； 纵向变坡时应采用适当的反弧段或抛物线连接。 • 有压洞：进口条件不必严格；平面转弯时转弯 角一般应大于600；纵向变坡曲率半径大于2倍 的洞径即可。
• （2）水流方面
设施，用于预泄洪水； • 高速水流易在洞内产生空蚀破坏，对体形设计
要求高； • 单宽流量大，消能困难。
• （3）结构方面
• 作为地下结构，开挖后破坏了原有的岩体平衡， 引起应力重分布，其上作用的荷载有：山岩压 力（使得洞内需要临时性支护、永久性衬砌， 衬砌是在洞内建筑一个保护层，增加其稳定 性）、外水压力（是无压隧洞的控制性荷载）、 内水压力（是有压隧洞的控制性荷载）。