水工隧洞施工

第六章水工隧洞

要求：了解其作用、功能、掌握水工隧洞设计的基本原理及方法。

第一节水工隧洞的类型、特点、组成

教学目的：掌握水工隧洞的类型、特点和组成。

教学难点、重点：水工隧洞的特点和组成。

主要概念、名词：龙抬头、一洞多用。

教学内容：

⑴复习巩固：前面介绍了侧槽式河岸溢洪道的位置选择和设计过程。

⑵引入新课：本节介绍水工隧洞的类型、特点和组成。

⑶讲授新课：

一、类型

1.按功用分：

1]泄洪

2]输水(灌溉，发电，供水)

3]排空(排砂)

4]施工导流，尽量一洞多用

2.按流态分：无压有压隧洞

3.按工作性质分：引水；泄水隧洞。后者一般为高流速洞(V>10m/S)

二、特点

1.常承受较大的内(外)水压力。

2.高流速洞易空蚀破坏。

3.深式进水口，闸门要受巨大的水压力。

4.洞身断面较小，洞线长，施工期长。

5.泄洪洞出口流速高，单宽能量大，应注意下游消能。

三、组成部份

1.进口：栏污栅、喇叭口、闸门、进口渐变段。

2.洞身：一般在岩体内开挖，多有衬砌。

3.出口：洞脸(门框)，消能(发电洞则接高压管道，进入厂房)。

检修闸门和事故闸门一般设在进口，无压洞工作闸门一般也设在进口；有压泄洪洞的工作闸门可布置在出口(大中型)，也有布置在进口(中小型)，但流态不好。

第二节水工隧洞的选线与总体布置

教学目的：掌握水工隧洞的选线的原则和隧洞的总体布置方法。

教学难点、重点：水工隧洞的选线和总体布置。

主要概念、名词：山岩压力、偏转角、支洞、临界底坡。

教学内容：

⑴复习巩固：前面介绍了水工隧洞的类型和特点。

⑵引入新课：本节介绍水工隧洞的选线的原则和隧洞的总体布置方法。

⑶讲授新课：

一、选线的一般原则

1.避开山岩压力大，地下水位高，漏水严重，可能塌方的不稳定地段。

2.洞线力求短直，隧洞要有一定的埋深，除局部段外，一般要求围岩厚度应大于3倍洞径，且大于0.4倍的内水压力水头。

3.进出口应选在覆盖层浅，岩石较完整，边坡较稳定的地段；

4.从水流条件上看，进口水流应平顺，避免涡流；隧洞转弯半径R应大于5倍洞宽B；高流速无压洞尽量避免设置平面转弯。

5.两并列隧洞之间的岩体厚度应大于1～2倍的洞径(宽)。

二、隧洞的总体布置

(一)进(出)口

开敞式～多为泄洪洞无压洞(见水闸一章)

深孔式～发电排砂放空(见本章)

有压洞出口段的断面积应缩小为洞身断面的80～90％。

进出洞口的开挖应直到岩石完整且洞顶岩体厚度相当于洞径的3～5倍时才可开始进洞。

(二)洞身布置

无压洞的底坡由水力计算确定，但一般大于临界底坡，输水洞常用1/200～1/2000；无压泄洪洞的底坡一般为1～5％；大型泄洪洞常布置成无压洞。

一般来说，当工作水头小于50m，流量小于500m3/s，地质条件较好时，采用有压洞泄洪可能比无压洞(或溢洪道)经济。有压洞的优点是流态平稳，有利于减蚀；在泄相同流量时，有压洞的断面常比无压洞小(10～20％左右)；缺点是衬砌承受内水压力，渗漏可能引起山体滑坡，特别对出口处山坡稳定有威胁。

(有压泄洪洞洞径D=5m，V=10m/s时，泄量Q=200m3/s)

无压洞适用于水头较高，流量较大，地质条件较差的情况；但流速较大的地方易气蚀；高速水流平面转弯时，将引起冲击波等不利水流现象。流速大于15m/s时就可能发生空蚀，断面平均流速大于40m/s时，空蚀破坏较多。

三、隧洞断面尺寸的确定

1.砼衬砌的引水隧洞经济流速约为2～4m/s(泄洪洞常达10～30m/s)，由此可拟定洞径；钢管的经济流速为2～5m/s，对于发电引水隧洞，洞径的选择还应考虑使总水头损失不大于毛水头的5～8％。

2.无压洞应按明渠均匀流公式计算过流能力，洞顶以上的净空一般不小于洞断面积的15％，且大于40cm；水深一般不超过直墙部份.高流速洞还要考虑掺气的影响。

无压洞的高度H=(1～1.5)B，B为洞宽。

顶拱中心角约90～180度。

3.施工要求隧洞开挖断面应不小于BH=1.5×1.8m。

四、过流能力较核及水头损失计算

1.无压洞Q=ωＣ√RiC=R0.16667/n

砼衬砌n=0.012～0.017

钢管0.011～0.013

喷砼0.017～0.025

不衬砌岩洞0.025～0.04

2.有压洞Q==μAc√2gZ

Z～库水位至有压洞出口中心的水位差

AC～有压洞出口收缩断面面积

μ～流量系数

μ=1/√1+ΣδK2+ΣλK2L/D

K=A c/A

A～计算水头损失的过水断面面积

L，D～洞长和洞径λ=8g/C2

δ～局部水头损失系数；拦污栅，进水口(包括门槽，渐变段等)，转弯段，收缩断等；

有时无压洞的泄流能力Q由进口的有压段决定，则仍由上式计算。

有压段的长度小于10倍洞高，则流量系数μ可达0.9左右。

3.隧洞总水头损失

Δh=局部损失＋沿程损失

L/D大于200的长度，局部水头损失可忽略不计。

第三节隧洞各部份的型式及构造

教学目的：掌握水工隧洞各部份的型式及构造。

教学难点、重点：水工隧洞的进口建筑物的型式和适用条件，各组成部分的形状和构造。

主要概念、名词：竖井式、塔式、岸塔式、斜坡式、平整衬砌。

教学内容：

⑴复习巩固：前面介绍了水工隧洞的选线的原则和隧洞的总体布置方法。

⑵引入新课：本节介绍水工隧洞各部份的型式及构造。

⑶讲授新课：

一、进口建筑物的型式及构造

(一)型式

开敞式进口：见水闸及溢洪道；

深式进水口：见重力坝。

1.竖井式：在库区地形(高程)和地质条件合适的岸边岩体中开挖。