第八章 水工隧洞
水工隧洞
z双孔进水口：进水短管中间布置中隔墩，因会引起明流段冲击波，现很少用。
y
8.3.2c
第八章 水工隧洞
§8.3 进口段
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8.2.3c
第八章 水工隧洞
§8.2 水工隧洞的布置和线路选择 三、多用途隧洞的位置
㈣泄洪洞与排沙洞合一布置
z存在问题 9①闸门压力大，启闭困难(洪水期开启，水头高)。 9②泥沙堆积，闸门不易开启。
z排沙洞进口高程低，可做施工导流用，完后改成泄洪排沙洞。
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8.3.1a
第八章 水工隧洞
§8.3 进口段
一、进水口的形式和计算要点
㈠进水口的形式
z①竖井式 ②塔式 ③岸塔式 ④斜坡式
㈡竖井式进水口
z布置：进口附近开挖竖井，井底设闸门，井顶设启闭设备及操纵室(Fig8-4) 。 z优点：结构简单，不受风浪和冰的影响，抗震和稳定性好，地形条件适宜时，
工程量较小。 z缺点：竖井开挖较困难，竖井前的洞段检修不便。 z适用条件：地质条件好，地形适宜。 z衬砌上的作用力：
㈡有压隧洞的断面型式
z一般采用圆形：因为①水流条件和受力条件均有利；②圆形为最佳水力断面。 z也可用无压隧洞常用的断面形式：在围岩较好,内水压力不大时,为了施工方便。
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8.4.2a
第八章 水工隧洞
§8.4 洞身段
二、洞身断面尺寸
㈠尺寸确定的原则和方法
z洞身断面尺寸，应根据运用要求、泄流量、作用水头及纵断面布置，通过必要 的水力计算及水工模型试验确定。
第八章有压引水建筑物
第⼋章有压引⽔建筑物第⼋章有压引⽔建筑物教学要求：了解有压进⽔⼝的型式、特点和适⽤条件，掌握有压进⽔⼝各种设备的作⽤及进⼝⾼程、轮廓尺⼨的确定；了解⽔⼯隧洞的选线与布置、组成及各部分的型式与构造，掌握⽔⼯隧洞衬砌的计算⽅法；了解喷锚⽀护的应⽤；了解坝下涵管的布置⽅式及各部分构造；了解压⼒管道的布置⽅式，掌握压⼒明管的⽔⼒计算和经济直径的确定；了解镇墩、⽀墩的作⽤、形式及适⽤条件和明管上的阀门与附件；熟悉埋管的布置⽅式；了解调压室的⼯作原理和⽔位波动的计算⽅法。
第⼀节概述图8-1为有压引⽔式⽔电站的⽰意图。
该⽔电站的建筑物包括⽔库、拦河坝、泄⽔道、⽔电站进⽔⼝、有压引⽔道（压⼒隧洞）、调压室、压⼒管道、⼚房枢纽（含变电、配电建筑物）以及尾⽔渠。
本章只介绍整个引⽔系统（包括进⽔⼝、有压隧洞、压⼒管道和调压室），其他建筑物则在相应章节讨论。
图8－1 有压引⽔式⽔电站⽰意图1- ⽔库；2-闸门室；3-进⽔⼝；4-坝；5-溢洪道；6-调压室；7-有压隧洞；8-压⼒管道；9-⼚房第⼆节有压进⽔⼝流道均淹没于⽔中，并始终保持满流状态，具有⼀定的压⼒⽔头的进⽔⼝，称之为有压进⽔⼝。
有压进⽔⼝也称为深式进⽔⼝或潜没式进⽔⼝。
有压引⽔式⽔电站和坝后式⽔电站的进⼝⼤都属于这种类型,其后常接有压隧洞或管道，适⽤于从⽔位变幅较⼤的⽔库中取⽔。
1有压进⽔⼝的主要类型及适⽤条件有压进⽔⼝的类型主要取决于⽔电站的开发和运⾏⽅式、引⽤流量、枢纽布置要求以及地形地质条件等因素，可分为竖井式、墙式、塔式、坝式四种主要类型。
（1）竖井式进⽔⼝竖井式进⽔⼝的闸门井布置于⼭体竖井中，竖井的顶部布置启闭设备和操作室，如图8-2所⽰。
进⼝段开挖成喇叭形，以使⽔流平顺。
闸门段经渐变段与引⽔隧洞衔接。
这种进⽔⼝适⽤于隧洞进⼝的地质条件较好、地形坡度适中的情况。
当地质条件不好，扩⼤进⼝和开挖竖井会引起塌⽅，地形过于平缓，不易成洞，或过于陡峻，难以开凿竖井时，都不宜采⽤。
水工隧洞设计规范(试行SD134-84)修订说明
前言第一章总则第二章基本资料第三章隧洞布置第四章横断面形状及尺寸第五章水力设计第六章混凝土和钢筋混凝土衬砌第七章不衬砌与喷锚隧洞第八章灌浆、防渗和排水第九章观测、运行和维修附录隧洞衬砌静力计算通用程序(ALGOL语言TQ-16机)附加说明打印刷新水工隧洞设计规范(试行)SD134—84修订说明前言水利电力部规划设计院(79)水电规水字第7号文下达水利电力部成都勘测设计院主持进行《水工隧洞设计规范》的修订工作。
根据国家建委(80)建发设字第8号文颁发的《工程建设标准规范的管理办法》中的有关规定，并参照1974年水利电力部东北勘测设计院等单位编写的“对1966年部颁《水工隧洞设计暂行规范》的审议意见”，通过反复的研究和与有关单位协商，组成了由水利电力部成都勘测设计院、西北勘测设计院、天津勘测设计院、东北勘测设计院、贵阳勘测设计院、陕西省水电勘测设计院、水利水电科学研究院、清华大学水利系及陕西机械学院水利系等单位参加的修订组，并于1980年12月召开了第一次修订工作协调会议。
会议中对修订规范的一些问题进行了详细的讨论。
一致认为六十年代以来，由于大型水电站和地下工程的建设，岩石力学的发展和电子计算机的普及，水工隧洞设计理论及计算方法都得到较大的改进和提高，积累了不少的宝贵经验，故对原来颁发的规范加以修订和补充是十分必要的。
但讨论中也认识到目前水工隧洞的设计理论和计算方法还不够完善，有些问题尚有待在实践的过程中，不断总结归纳，逐步地完善。
因此，明确这次编修工作的原则就是在已有经验的基础上对行之有效的成功经验加以总结提高，凡尚不够成熟的理论和方法，暂不纳入规范。
根据以上意见，决定这次修订工作，以1966年水利电力部(66)水电技字第39号文颁发的《水工隧洞设计暂行规范》为依据(以下简称“66部颁暂行规范”)，在总结运用该规范的基础上进行修订。
1981年全面开展了调查研究和资料收集工作。
对于规范的修订原则、围岩分类、工程布置，水力学计算、混凝土及钢筋混凝土衬砌和喷锚衬砌等进行了调研，对于“66部颁暂行规范”使用情况也进行了调查，走访了西南、中南、华东等地区，并对全国各省市有关单位进行了函调，了解了大多数设计单位的意见和国内外的一些情况，于12月召开了第二次修订工作协调会议。
水工建筑物——水工隧洞习题及答案
第七章1.什么叫水工隧洞？水工遂洞是在山体中开凿的一种水流通道。
2.水工隧洞有哪些用途？按水流状态划分有哪两类？泄水隧洞的工作特点是什么？水工隧洞作用有：①配合溢洪道泄放洪水，也可以作为主要的泄水建筑物。
②引水：发电、灌溉、供水。
③排放水库泥砂，延长水库寿命，有利于水电站正常运行。
④防空水库，以利建筑物检修。
⑤施工导流。
按水流状态，水工遂洞可分为：有压洞：引水发电的遂洞一般为有压洞。
无压洞：泄洪、排放水库泥砂、施工导流等用途的遂洞一般为无压洞。
水工隧洞工作特点：①运用条件：在水下工作，工作可靠性差，检修困难、闸门承受的水压力较大。
②水流条件：多为深水进口，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，使得洞内需要临时性支护、永久性衬砌保证围岩的稳定性。
④施工方面：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：运用灵活。
3.选择水工隧洞洞线的原则和要求是什么？布置及选线：遂洞路线选择是设计中的关键，它关系到遂洞的造价、施工的难易、工程进度、运行可靠性等方面的问题。
遂洞选线的原则和要求为：①遂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，以减小作用在遂洞衬砌上的围岩压力和外水压力。
②遂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。
③遂洞应有一定的埋深，有压遂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遂洞的纵坡，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对于长遂洞，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。
4.有压泄水洞对岩层覆盖厚度的要求是什么？有压遂洞的围岩厚度不应小于3倍的洞径或0.4倍的压力水头。
水工隧洞一专题教育课件
三、多用途隧洞旳布置：
一洞多用，或临时任务与永久任务相结 合。
这么可减小工程量，降低造价，也可处理 枢纽
中单项工程过多造成布置上旳困难。
（一）泄洪洞与导流洞合一布置
常作成“龙昂首”式，在进口之后用抛 物线段、斜坡段、反弧段与较低旳洞身相连 接。
“龙昂首”式泄洪洞，一般水头高，流 速大，
（二）泄洪洞与发电洞合一布置
坝坡50M以上，出口应距离坝坡100M以上，以免 水流冲刷坝坡。
排沙洞： 为了确保电站进水口免受泥沙淤积威胁，故
排沙洞进口布置在接近电站进口旳上游侧，高程 比电站进水口低，以使电站进口在其拉沙漏斗 范围内。
泄水隧洞： 出口方向要与下游旳河道衔接顺畅，减轻对岸边 旳冲刷。
每一种初步方案均应用平面图和纵剖图来体现。 平面图体现出：
检修门槽前旳入口段长度可控制在（0.8 ～ 1.0）倍工 作闸门处旳孔口高度范围内。检修门槽与工作闸门之间旳顶板 也应布置成压坡段（目旳：收缩断面进一步改善进口旳压力分 布和水流流态）。
（二）通气孔 位置：①设在泄水隧洞进口或中部旳工作闸门之后。
②设在检修门和工作门之间。 作用：①工作闸门在各级开度情况下—补气
②检修时—补气。 ③检修完毕，工作闸门和检修门之间充分输水直至平
压，此时排气。 布置上注意点：
①通气孔旳进口必须与闸门启闭机室分开，因为进口处 气流速度大，以免在补气、排气时，影响工作人员旳安全。 [Va]≤40 ～ 45m/s
②孔管应力求降低转弯，突变，以降低阻力。
通气量旳计算及通气孔设计：
通气孔应按正常旳泄流情况设计，其断面多为 圆形，其大小决定于通气量和允许风速。
稳定性相对较差， 旳水平应力，
需要工作桥与库 按悬臂计算铅
水工隧洞设计规范(试行)SD134-84
说明第一章总则第二章基本资料第三章隧洞布置第四章横断面形状及尺寸第五章水力设计第六章混凝土和钢筋混凝土衬砌第七章不衬砌与喷锚隧洞第八章灌浆、防渗和排水第九章观测、运行和维修附录一* 围岩分类表附录二高流速防蚀设计问题附录三* 外水荷载折减系数值选用表附录四圆形有压隧洞衬砌静力计算方法附录五圆拱直墙式隧洞衬砌静力计算方法附录六马蹄形隧洞衬砌静力计算方法附录七隧洞衬砌计算通用程序附录八* 喷锚衬砌设计方法附录九混凝土衬砌裂缝及其防止措施打印刷新水工隧洞设计规范（试行）SD134—84组织编写部门：水利电力部水利水电规划设计院主编部门：水利电力部成都勘测设计院批准部门：中华人民共和国水利电力部试行日期：1985年5月1日中华人民共和国水利电力部关于试行《水工隧洞设计规范》SD134—84的通知(84)水电水规字第141号根据国家计委关于修订设计规范的要求，我部委托水利电力部成都勘测设计院会同有关设计、科研和高等院校等9个单位修编了《水工隧洞设计规范》SD134—84，经审定现批准该规范颁布试行。
于此同时停止使用1966年颁发的《水工隧洞设计暂行规范》。
各单位在试行过程中，如有意见，请告水利电力部成都勘测设计院和水利电力部水利水电规划设计院。
1985年3月12日说明水利电力部规划设计管理局(79)水电规水字第7号文下达成都勘测设计院主持对水利电力部1966年颁发的《水工隧洞设计暂行规范》进行修订工作。
根据国家建委(80)建发设字第8号文颁发的“工程建设标准规范的管理办法”的有关规定精神，以1966年暂行规范为基础，结合我国近年水工隧洞建设经验，搜集并借鉴国外先进技术。
在广泛调查研究、专题总结的基础上，先后提出了规范讨论稿、初稿以及送审稿，召开了多次讨论会，最后由水利水电规划设计院审定，报水利电力部批准，现颁发试行。
参加本规范编写的单位及各单位的主要人员为：主编单位：水电部成都勘测设计院——段乐斋、黄孟良、刘俊芳参加编制单位：水电部西北勘测设计院——杨欣先水电部东北勘测设计院——赵长海水电部贵阳勘测设计院——郑治水电部天津勘测设计院——夏广逊陕西省水电勘测设计院——马耀堂水利水电科学研究院——张有天清华大学水利系——张受天陕西机械学院水利系——戴振霖在本规范的编修过程中，得到了许多单位和专家的大力支持和帮助，提供了许多宝贵的资料、意见和具体建议，特致以谢意。
第八章 水工隧洞
2.泄洪洞与发电洞合一布置布置型式 ⑴ 主洞泄洪（直洞泄洪）、支洞发电（岔洞发电）。洞内流
态较好，岔尖附近的负压相对较小，发电支洞回流强度弱，范 围也小。但泄洪时，由于洞内流速加大，有效水头降低，出力 相应减小。
⑵ 主洞发电、支洞泄洪。 存在问题：
1.岔尖处的水流流态复杂，容易产生不利负压和空蚀。 2.泄洪时对发电不利。分岔角一般在30°～60°之间。 当主洞泄洪时：η≤0.85；支洞泄洪：η≤0.7。 （η指泄洪的主洞或支洞， ）
二、闸门在隧洞中的布置
一般布置工作闸门，检修闸门两道门（或事故闸门）。
1.检修门：一般设在进口，有时也设在出口。 例刘家峡泄洪洞P386图8-2（a）。
事故检修门：大、中型工程为满足发电事故的需要。 2.工作门：可以布置在进口、出口或隧
洞中某一位置。
（1）设在进口：一般为无压洞。 优点：检修门和工作门都在首部，运行管理方便；洞内无 压，有利于山坡稳定；易于检查和维修。 缺点：如体形设计不当或施工质量不良，流速大的部位会 发生空蚀。冯家山、流溪河。
隧洞其进出口与渠道连接也简单。 顶拱中心角：φ＝90°～180°。 适用：垂直山岩压力较大，而无侧向山岩压力或侧向
山岩压力很小的情况。为减小或消除侧向山岩压力，可把 边墙作成倾斜的。
2.通气孔
（1）位置： ①设在泄水隧洞进口或中部的工作闸门之后。 ②设在检修门和工作门之间。
（2）作用： ①工作闸门在各级开度情况下补气；②检修时补气。 ③检修完毕，工作闸门和检修门之间充分输水直至
平压，在此过程中排气。
（3）布置上注意点： ①通气孔的进口必须与闸门启闭机室分开，因为进
口处气流速度大，以免在补气、排气时，影响工作人员 的安全。Va]≤40—45m/s
08第八章__水工隧洞4
（4）预应力衬砌 适用：高水头有压隧洞。例：隔河岩发电引水洞。
3.衬砌分缝
分缝原因：砼或钢筋砼衬砌在施工和运用期
①由于砼的干缩和温度应力可能产生裂缝。 ②当隧洞穿过地质条件变化显著地区（通过断层、破碎
带及其它软弱地带）可能由于不均匀沉降而产生裂缝。
③施工只能是分块分段浇筑。
（1）施工缝（临时） 横向（垂直轴线）：间距由浇筑能力定（6～12m）; 纵向（平行轴线）：根据浇筑能力，缝设在顶拱， 边墙及底板分界处或是内力较小部位。 施工缝:需进行凿毛处理或设插筋以加强其整体性。
（2）伸缩缝(永久)
防止砼干缩和温度应力而产生的裂缝。 间距:6～12m，缝中设止水。 （3）沉降缝（永久） 设置部位：
，因为隧洞放空后，底板及侧墙难以满足抗浮稳定。
纵向：排水设在衬砌底部。
总之，一般说来，有压洞的外水压力能抵消
一部分内水压力，除外水压力起控制作用的特殊
情况外，不需设排水，特别是有压洞覆盖层厚的
进口附近，地质较差的地段，特别是围岩内存在 易溶填充物，不宜设排水，而是加强固节灌浆。
（3）施工和检修
非圆形≮（宽×高）； 圆形D≮1.8m。
三、洞身衬砌
1.功用 （1）阻止围岩变形的发展，保证围岩稳定。 （2）承受山岩压力、内水压力及其它荷载。 （3）防渗漏。 （4）保护岩石免受水流、空气、温度、干湿变 化等的冲蚀破坏作用。 （5）减小隧洞的表面糙率等。 2.类型 （1）护面：平整（或抹平）衬砌 采用砼、喷浆、砌石等护面，不承受荷载。 作用：减少糙率，防止漏水。 适用：岩石较好，水头较低的情况。 优点：造价低，施工方便。
水工建筑物课件
第八章
本章的主要内容：
第八章水工隧洞
2、地形条件
隧洞的路线在平面上应尽量短而直，以 减小工程费用和水头损失。如因地形、地质、 枢纽布置等原因需要转弯时，对于低流速的 隧洞弯道曲率半径不应小于5倍洞径或洞宽， 转弯转角不宜大于60°，弯道两端的直线段 长度也不宜小于5倍的洞径或洞宽。高流速的 隧洞应避免设置曲线段，如设弯道时，其曲 率半径和转角最好通过试验确定。
2、通气孔
当闸门部分开启时，孔口处的水流流速很大，门 后的空气会被水流带走，形成负压区，可能会引起空 蚀破坏使闸门振动，危及工程的安全运行。
①在工作闸门各级开度下承担补气任务，补气可以 缓解门后负压，稳定流态，避免建筑物发生振动和空 蚀破坏，同时可减小由于负压而引起作用在闸门上的 下拖力和附加水压力；②检修时，在下放检修闸门之 后，放空洞内水流时给予补气；③检修完成后，需要 向检修闸门和工作闸门之间充水，以便平压来开启检 修闸门，此时，通气孔用以排气。
二、洞身断面形式
二、洞身断面形式
二、洞身断面形式
二、洞身断面形式
二、水工隧洞的类型
二、水工隧洞的类型
2、按洞内水流状态分类
（1）有压洞 隧洞工作闸门布置在 隧洞出口，洞身全断面均被水流充满，隧 洞内壁承受较大的内水压力。引水发电隧 洞一般是有压隧洞。
（2）无压洞 隧洞的工作闸门布置在 隧洞的进口，水流没有充满全断面，有自 由水面。灌溉渠道上的隧洞一般是无压的。
龙抬头式泄洪洞大多是无压洞，并往往水头高，流速 大，在弯道处，特别是在反弧段及其下游，由于离心 力作用，水流流态复杂，脉动强烈，压力变化大，易 遭受空蚀破坏。因此，应做好体形设计，控制施工质 量，限制过流表面不平整度。
泄洪洞与发电洞合一布置
泄洪洞与发电洞的合一布置是在洞前段共用一洞，在后段分岔 为两个洞分别来泄洪与发电。这种布置方式的优点是，工程量 小，工程进度快，工程布置紧凑，管理集中方便。
水工隧洞的名词解释
水工隧洞的名词解释水工隧洞是指为了供水、排水、蓄水等水工工程需要而开挖的地下通道。
它是将水资源从地下引导至需要的地方的重要设施，不仅在城市、乡村供水系统中起着至关重要的作用，也在灌溉和水利工程中发挥着重要的功能。
本文将对水工隧洞的名词解释进行详细探讨，包括其定义、分类、构造、功能以及应用等方面。
一、定义水工隧洞是指在水资源开发利用过程中，为了引导水流、解决水流路径问题或满足工程需要而开挖的地下通道。
它通常位于地下，通过人工开挖形成长而狭窄的通道。
水工隧洞通常具备一定的截面形状，如圆形、梯形或矩形。
二、分类根据用途和功能的不同，水工隧洞可以分为供水隧洞、排水隧洞、蓄水隧洞和灌溉隧洞等几类。
1. 供水隧洞供水隧洞主要用于从水源地引水至城市的供水系统中。
它通常连接着水库、湖泊、河流或地下水源与城市的供水设施，确保城市居民的日常用水需求。
供水隧洞在设计和施工过程中，需要考虑水流压力、水质保护、防水防渗等因素，确保水资源的可持续供应。
2. 排水隧洞排水隧洞主要用于城市排水系统，通过引导雨水或废水至合适的地点，避免城市积水或水患发生。
排水隧洞通常布设在地下，以便更好地与下水道或污水处理设施相连。
排水隧洞的设计需要考虑水流量、水质处理、防污染等因素，确保城市排水系统的正常运行。
3. 蓄水隧洞蓄水隧洞主要用于蓄水工程，通过开挖地下通道将地表的水引导至地下，形成地下水库，以实现持续的水资源储存和供应。
蓄水隧洞通过利用地下空间，不仅可以增加水库蓄水量，还可以减少水库对地表土地的占用，提高水能利用效率。
4. 灌溉隧洞灌溉隧洞主要用于灌溉工程，通过引导地下水源或河流水源至农田，以满足农作物的灌溉需求。
灌溉隧洞通常位于地下，通过合理布设出水口和引水口，将水资源引导到需要的农田地区，提高农业生产的效益和地区的农田面积。
三、构造水工隧洞的构造需要考虑地质条件、水流状态和工程要求等因素。
一般情况下，水工隧洞需要具备足够的强度和稳定性，以抵抗地下水、土体压力和地震荷载等外力。
第八章 水工隧洞
1、竖井式进 水口。
在隧洞进口附 近的岩体中开挖竖 井，沿岸坡成倾斜 式，井壁一般要进 行衬砌，闸门安置 在竖井井底中，竖 井的顶部布置启闭 机及操纵室，拦污 栅设于洞外。
Hale Waihona Puke 组成：设拦污栅 的闸前渐变段，竖井，
闸后渐变段。
优点：结构简单， 节省工作桥，不受风 浪和冰冻的影响，抗震及稳定性好，安全可靠。 缺点：竖井开挖困难，门前段隧洞检修不便。 适用：地质条件良好，岸坡岩体完整、稳定、 坚固，坡度适宜，易于开挖平洞和竖井的情况。
2、通气孔
有压进水口工作闸门后应设通气孔。
3、平压管(充水阀)
4、拦污栅
拦污栅作用：防止有害污物及漂浮物进入进水 口，影响过水能力。
布置：
①平面倾斜：一般用于水电站引水隧洞。倾角 一般为60-700。过水断面大，易于清污，适用于竖 井式、岸墙式。 ②平面直立：适用塔式，不利于清污。
③多边形式布置。
2、检修闸门
(1)一般均设在隧洞进口，在工作闸门上游，当 工作闸门或隧洞检修时，用以挡水。 (2)隧洞出口低于下游水位时也要设检修闸门。 深水隧洞的检修闸门一般需要能在动水中关闭， 静水中开启，也称事故闸门。
8.3 水工隧洞的进口段
按进水口的布置及结构形式可分为竖井式、塔 式、岸塔式和斜坡式等。
2、塔式进水口。
岸坡较缓或地质条件较差时用以连接隧洞，或 在连接坝底埋管时使用。塔独立于岸坡，用钢筋混 泥土建造，塔顶设操纵平台和启闭机室，用工作桥 与岸边或坝顶相连。塔式进水口可一边或四周进水。 由此可分为封闭式和框架式两类。
封闭式：水平截面可为圆形、矩形或多角形， 可在不同高程设进水口。运行可靠，造价高。
结构：
①支承结构：金属框架或钢筋砼结构。 ②栅片结构：由若干栅条组成，栅片放在支承 结构的栅槽中。经常提放（修理、清污)。 每块栅片宽度一般≯2.5m，高度≯4m；为槽 钢、角钢或扁钢等焊接、螺栓、连接而成格栅结构。
水工隧洞
性区的应力，确定塑性区的范围。
③对洞室周边可能出露的危石，按块体平衡法进行分析。 ④现场量测，主要测量一些选定点的位移，和点与点之 间的相对位移，画出位移-时间关系曲线，如位移超过“允 许位移量”或位移曲线突然变陡，表明围岩将要失稳，椐此 采用支护措施。
动态监测，实时反馈
§8水工隧洞衬砌的荷载及荷载组合 作用在衬砌上的荷载： 包括围岩压力、内水压力、外水压力、衬砌自重、 灌浆压力、温度作用和地震作用等
（ 4 ）隧洞的纵坡，应根据水利条件运用要求、用
途、上下游衔接、施工和检修等因素综合分析比较 后确定。 （ 5 ）对于长隧洞，选择洞线时还应注意利用地形、 地质条件、布置一些施工支洞、斜井、竖井，以增加 工作面，加快施工进度。
三、多用途隧洞的布置
（一）泄洪洞与导流洞合一布置
常作成“龙抬头”式，在进口之后用抛物线段、 斜坡段、反弧段与较低的洞身相连接。 “龙抬头”式泄洪洞，一般水头高，流速大，
发电与灌溉隧洞合一布置。
发电后的尾水用于灌溉。 泄水与排沙隧洞合一布置。 排沙洞进口高程低，在施工期可做导流洞用， 导流完成后改建为泄洪排沙隧洞。 1 、闸门压力大，启闭困难。（洪水期开启， 水头高。）
2、泥沙堆积，闸门不易开启。
水工隧洞的设计 （1）进口段 （2）洞身段 （3）出口段
水工隧洞的设计
第八章 水工隧洞
§1
概 述
一、水工隧洞的类型 二、水工隧洞的工作特点 三、水工隧洞的组成
禁忌：明满流交替 危害：（1）易引起振动、空蚀。 （2）影响泄流能力。
§2 水工隧洞的布置及线路选择
一、总体布置及线路选择 二、闸门在隧洞中的布置
三、多用途隧洞的布置
选洞线的一般原则和要求为：
水工隧洞
外水压力
• 地下水压力是设计最关注的、 也是很难准确确定的。
外水压力
1．外水压力折减系数
• 1．外水压力折减系数的方法 • 隧洞的外水压力作用一般根据围岩的渗透系数、 岩层结构、地质构造、渗流类型、衬砌型式、补 给水源、排水或出水点等条件，通过渗流计算来 确定。但是，计算工作量较大，计算参数难确定， 不现实。用结构力学法计算衬砌结构时需先确定 作用在衬砌面上的外水压力，然后按面力进行计 算。鉴于上述原因《水工建筑物荷载设计规范》 仍选用外水压力折减系数的方法。
外水压力
工程事例
• 2. 因排水失效导致衬砌破坏 • 美国TaumSank压力隧洞，设计水头263m， 钢衬直径5.6m，运行四年后检查发现钢衬 压屈，进一步检查发现外排水系统被碳酸 盐类物质堵塞，外水压力使钢衬压屈所致。
外水压力
工程事例
• 3. 因施工质量差在放水时受外水压力作用 衬砌破坏
• 羊卓湖抽水蓄能电站，位于海拔4000m以上的青藏 高原，引水隧洞长5889m，D=2.5m，混凝土衬砌 0.3~0.5m，深埋（50~450m）于浅变质岩中，放水 速度较快，发现上水平段混凝土衬砌开裂脱落， 混凝土蜂窝麻面，内混模板、杂物，钢筋未绑扎， 最后将2.7km混凝土衬砌段全改为钢衬。
隧洞布置 •
２．隧洞埋设深度
高压隧洞和岔洞虽满足了覆盖厚 度的要求，有时在完好的岩体中仍 会发生水力劈裂，所以提出对地应 力和渗流稳定的要求。
隧洞布置
洞线选择不当
•
工程事例
由于洞线选择不当造成重大损失的工 程事例，如： • 十三陵电站斜管段附近有一条１０多 米宽的大断层，勘探时没发现，斜管 段布置在断层处，其走向、倾角几乎 与断层重合，开挖导洞时发生严重坍 方，延误工期数月；
水工隧洞
水工隧洞第一节概述一、水工隧洞得类型分类方法：按功用分、按受力状态分。
（一）按功用分：（1）泄洪（2）引水：发电、灌溉、供水；航运输水。
（3）排沙（4）放空水库（5）施工导流（二）按受压状态分：（1）有压：水力计算、管流计算在工程布置1受力情况（2）无压：明渠流计算运行条件上差别较大。
（同一条洞前段有压，后段无压）禁忌：明满流交替危害：（1）易引起振动、空蚀。
（2）影响泄流能力。
具体道一个工程，究竟采用有压或无压，应通过技术、经济比较后确定。
二、水工隧洞得工作特点（1）水力特点：深泄水孔：a 泄水能力于H1/2成正比。
B 进口位置低，能预泄。
C 承受得水头较高，易引起空化、空蚀。
D 水流脉动会引起闸门等振动。
E 出口单宽流量大，能量集中会造成下游冲刷。
（2）结构特点：a 洞室开挖后，引起应力重分布，导致围岩变形甚至崩塌，为此常布置临时支护和永久性衬砌。
B 承受较大得内水压力得隧洞，要求围岩具有足够得厚度和必要得衬砌。
（3）施工特点：隧洞一般断面小，洞线长，工序多，干扰大，施工条件差，工期较长。
三、水工隧洞得组成主要包括下列三部分：（1）进口段（2）洞身段（3）出口段第2节水工隧洞得布置及线路选择一、总体布置及线路选择（一）总体布置（1）应根据枢纽得任务，对泄水建筑物进行总体规划。
（2）在合理得选定洞线得基础上，根据地形、地质、水流条件，选定进口得位置及进口结构形成，确定闸门在洞口中得位置。
（3）确定洞身纵坡及洞身断面形状及尺寸。
（4）根据地形、地质、尾水位等条件及建筑物之间得相互关系，选定出口得位置，底扳高程及消能方式。
（二）线路选择选线室设计中得一个至关重要得问题，它关系到工程造价、施工难易、工期长短和运行可靠性等方面。
（1）隧洞得线路应尽量避开不利得地质构造，围岩可能部稳定及地下水位高，渗流量丰富得地段，以减少作用于衬砌上得围岩压力和外水压力。
（2）洞线在平面上应力求短直，这样既可以减少工程费用，方便施工、减少水头损失，便于施工。
第八章 水工隧洞
工作桥与库岸相连。
适用条件：岸坡岩石较差，岸坡低缓，覆盖层较厚的情况。 作用力：风、浪、冰、地震
计算要点：塔身是悬臂结构
，需计算塔身的抗倾、 抗滑稳定。
8.3 水工隧洞进口段
8.3 水工隧洞进口段
8.3 水工隧洞进口段
8.3 水工隧洞进口段
3 岸塔式
布臵：靠在开挖后洞脸岩坡上直立 或倾斜的进水塔(Fig8-5)。 优点：稳定性比塔式好，施工、安
8.4 水工隧洞洞身段 2 有压隧洞的断面型式
一般采用圆形 水流条件和受力条件均有利
圆形为最佳水力断面
也可用无压隧洞常用的断面形式 在围岩较好,内水压力不大时,为了施工方便。
8.4 水工隧洞洞身段 二、洞身断面尺寸
尺寸确定的原则和方法
根据运用要求、泄流量、作用水头及纵断面布臵，通过必
按流速大小分：高速隧洞（>16m/s）,低速隧洞(<16m/s)
8.1 概述
8.1 概述
二、水工隧洞的工作特点 水力特点
泄水能力与H的1/2成正比，超泄能力较表孔弱。 进口位臵低，能预泄。 承受的水头较高，流速大，易引起空化、空蚀。 水流脉动会引起闸门等振动。
出口单宽流量大，能量集中，会造成下游冲刷。
要的水力计算及水工模型试验确定。 有压隧洞的水力计算 计算内容：①泄流能力 泄流能力：按管流计算 ②沿程压坡线(测压管水头线)
作用水头
Q 出 2gH
流量系数 隧洞出口断面面积
沿程压坡线：按能量方程分段推求。
8.4 水工隧洞洞身段
无压隧洞的水力计算 计算内容：①泄流能力 ②洞内水面线 ③高速时需研究掺 气、冲击波、空蚀问题
水工建筑物 第八章 水工隧洞
8.1 概述
水工隧洞—水工隧洞构造(水工建筑物课件)
竖井式
塔式
岸塔式
斜坡式
组合式
竖井式
塔式
岸塔式
斜坡式
组合式
优点： 布置比较紧凑，闸门开启比较方便可靠。
缺点： 受风浪、冰、地震的影响大，稳定性相对较差，需要较长
的工作桥。 适用：
岸坡岩石较差，覆盖层较薄，不宜修建靠岸进口建筑物的
情况。塔的结构形式有封闭式和框架式两种。
竖井式
塔式
岸塔式
斜坡式
组合式
能及时对围岩进行加固，充分发挥围岩的自承作用，可节省材料和 劳力，降低造价等。 缺点： 糙率较大，施工质量难以控制，有可能引起渗漏及冲蚀。
① 喷混凝土支护： 可以有效地限制围岩的变形发展，改善支护的受力条件。
混凝土在喷射压力下，部分砂浆渗入围岩的节理、裂隙，可 以重新胶结松动岩块，能起到加固围岩、堵塞渗水通道、填 补缺陷的作用。 要求： 砼强度等级不应低于C20；
1.有压洞 特点： 有均匀的内水压力，流态稳定。 布置： 地质条件好或有弯曲段时，可布置有压洞。
2.无压洞 特点： 没有均匀的内水压力，流态复杂。 布置： 地质条件差，无弯曲段，可布置成无压洞。
★有压洞： 纵坡与进出口高程有关。要求最不利条件下洞顶有2m水头的压力， 全线洞顶≥2m的压力水头。
宜采用顺坡，不宜平坡和逆坡，以便检修排水。0.3‰～1‰。
工作闸门： 调节流量，封闭孔口，动水中起闭。可设置于进口、中间 任意部位、出口位置。
工作闸门位置
有压隧洞 布置在隧洞出口处
无压隧洞 布置在隧洞进口处 工作闸门布置于进口
工作闸门布置于出口
（1）泄洪洞与导流洞合一布置 例如：“龙抬头”布置方式
（2）泄洪洞与发电洞合一布置 一是主洞泄洪、支洞发电；二是主洞发电、岔洞泄洪。
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������
闸室段（无压洞）：
闸门启闭机、平压管、通气孔
渐变段：
������ = 1.5~2.0 ������
侧曲线，1 4椭圆
扩散角 ������ = 4°~8°
二、出口建筑物
1.有压洞出口建筑物
渐变段 → 闸室段 → 出口消能
↓
闸门及启闭系统
2.无压洞出口建筑物
边框【防止洞脸及上部岩石崩塌，并与消能设施两侧边墙相衔接】 ⇕
4.内水压力
无压隧洞：内水压力 = 静水压力 有压隧洞：内水压力分为两部分 ①均匀内水压力 ������ℎ ②无水头洞内满水压力 （洞顶为 0，洞底为 ������������ ）
5.外水压力
影响因素：衬砌厚度、岩石透水性、隧洞排水方式 ������ = ������������������ 其中 ������ 为折减系数。
①力的性质不同：山岩压力是主动力，弹性抗力是被动力； ②工程地质条件是影响弹性抗力和山岩压力的主要因素： 若地质条件好（围岩坚固完整），山岩压力小，可利用弹性抗力就大； 若地质条件差（围岩软弱破碎），山岩压力大，可利用弹性抗力就小。
3.衬砌自重
g = ������ℎ ∙ ������
式中：������ℎ —— 衬砌容重； ������ —— 衬砌厚度，包含超挖部分。 【隧洞开挖时，超挖厚度若不超过 20cm，计算时取 30cm】
无压洞【洞内始终处于明流无压状态】 按功用分：泄洪洞、发电洞、排砂洞、施工导流洞、输水洞、引水洞等。
2.组成
进口段、洞身段、出口段。
三、水工隧洞的工作特点
1.水力特点
①泄水能力与������1 2 成正比；
②进口位置低，能预泄；
③承受的水头较高，易引起空化、空蚀； ④水流脉动会引起闸门等振动； ⑤出口单宽流量大，能量集中会造成下游冲刷。
⑤地下水位情况。【分为：地下水位分布情况、地下水位线高低情况】
二、隧洞进出口高程的确定
1.进口高程
①发电洞【死水位之下，泥沙高程之上】
②导流洞【接近原河床的高程】
③排沙洞【接近原河床的高程】
2.出口高程
有压洞：一般在下游水位之上，也可在下游水位之下，被水淹没或不 淹没均可；
无压洞：在下游河道水位之上。
2.结构特点
①洞室开挖后，引起应力重分布，导致围岩变形甚至崩塌，为此常布
置临时支护和永久性衬砌；②承受较大的内水压力的隧洞，要求围岩具有足 够的厚度 ≥ 1.5������ 和必要的衬砌。
3.施工特点：隧洞一般断面小，洞线长，工序多，干扰大，施工条件
差，工期较长。
第二节 水工隧洞的布置
一、总体布置及线路选择
五、防渗与排水
防渗：？
【防止内水外渗】
排水：？
【排地下水，目的是降低地下水位，减少外部水压力】
沿洞轴线方向
六、隧洞灌浆
【先回填后固结，固结灌浆应在回填灌浆 7~14 天后进行】
1.回填灌浆
目的：？
混凝土衬砌与围岩之间 收缩不同，会产生裂隙
【①充填衬砌与围岩之间的空隙，提高整体性；②发挥围岩弹性抗力作 用；③减少渗漏。】 灌浆范围设计：？ 【①顶拱中心角90°~120°；②孔排距2~6m；③孔深入围岩≥ 5cm】
������������ —— 岩石容重。
地质条件好，侧向山岩压力系数小，侧向山岩压力小；铅直山岩压力系数 小，铅直山岩压力小。
◆塌落拱法
假设不衬砌，隧洞塌落高度 ℎ ������ = ������������ ∙ ℎ =
������������ ������ 2������������
������������ —— 岩石坚固系数
10.什么是山岩压力和弹性抗力？
11.山岩压力与弹性抗力之间的关系？ 12.隧洞的荷载和组合有哪些？
注意：衬砌型式的选择，应根据隧洞所担负的任务，地质条件，断面尺
寸，受力状态，施工条件等因素，通过综合比较后确定。
四、衬砌的分缝与止水
分缝：？
【沿洞轴线一定距离（6~12m）分缝，伸缩缝和沉降缝合二为一】
止水：？
【凡是有防渗要求的缝都要止水】 【有压洞采用环向止水，无压洞采用半封闭止水】
半封闭止水
环向止水
外层
内层
（3）组合衬砌
内层：钢板、钢丝网喷浆【主要承受内水压力】 外层：混凝土、钢筋混凝土【主要承受山岩压力】
衬砌厚度：30~40cm。
适用：水头高、流速大、内水压力大、岩石条件较差。
（4）预应力衬砌
材料：钢筋混凝土
原理：？【施加预应力用预应力钢筋使衬砌混凝土受到环向压力从而抵 消内水压力作用下产生的拉应力】 适用：内水压力较大的情况。
山岩压力 + 衬砌自重 + 宣泄设计洪水时内水压力 + 外水压力
②特殊组合 施工、检修情况：山岩压力 + 衬砌自重 + 可能出现的最大外水压力
非常运用情况：
山岩压力 + 衬砌自重 + 宣泄校核洪水时的内水压力 + 外水压力
本 章 要 点
1.什么是水工隧洞？其作用有哪些？
2.隧洞的分类及其组成？
3.水工隧洞的主要工作特点有哪些？ 4.闸门在隧洞中的布置，为什么？ 5.隧洞进口建筑物的型式有哪些？各有何优缺点？ 6.洞身断面形式？ 7.洞身衬砌的作用与类型？ 8.隧洞灌浆的类型及每种灌浆的目的？ 9.作用在水工隧洞衬砌上的荷载有哪些？
◆ 塔式
适用：岸坡低缓，岩石破碎或覆盖层较厚。
优点：对于取水用的封闭塔，可在不同高程设置取水口，取用上层温度 较高的清水。 缺点：受风浪、地震、冰的影响大，稳定性相对较差，需要工作桥与库 岸相连。
◆ 斜坡式 适用：完整的岩坡，地形适宜，闸门及拦污栅的轨道直接安装在斜坡的
护砌上。
优点：结构简单，施工、安装方便，稳定性好，工程量小。 缺点：闸门面积加大，关门时不易靠自重下降。
1.型式：竖井式、塔式、岸塔式、斜坡式。
◆ 竖井式
优点：结构简单、不受风浪、水的影响，抗震及稳定好，地形条件适
宜时，工程量较小。 缺点：竖井前的一段隧洞检修较困难。 适用条件：地质较好。 ◆ 岸塔式 适用：岸坡较陡，岩石比较坚固稳定。 优点：稳定性比塔式好，施工、安装比较方便，无须接岸桥梁。 缺点：受风浪、冰、地震的问题，它关系到工程造价、施工难易、 工期长短和运行可靠性等方面。
原则：短、直、地质条件好。
①进出口位置的确定； ②围岩厚度；
尤其是出 渣道路
③施工场地布置；
④岩层走向； 【在整体块状结构的岩体中，交角不宜小于30°】 【对薄层岩体，特别是层间结构疏松的陡倾角薄岩层，交角不宜小 于45°】
◆无压洞：净空面积占 15%~25% ；净空高度 ≥ 0.4m
◆已知 ������ → ������： 有压洞按管流计算：������ = ������������ 2g������ 无压洞：对于表孔溢流式进口按堰流计算；对于深式短管型进口， 泄流能力取决于进口压力段。 ◆规范中经验公式： ������ =
出口消能 → 尾水渠
第四节 洞身段
一、洞身断面形式
1.无压隧洞断面形式：城门洞形；
2.有压隧洞断面形式：圆形、马蹄形。
城门洞形
圆形
马蹄形
二、洞身断面尺寸确定
◆一般情况下：������ = 1.0~1.5 ������ 最小尺寸：������ × ������ ≥ 1.5 × 1.8m ,������ ≥ 1.8m
◆两方法对比
������������ =
1 2������������
围岩压力系数法
塌落拱法
（不完全符合，但大致一样）
2.围岩的弹性抗力（被动力）
定义：当衬砌承受荷载向围岩方向变形时，将受到围岩的抵抗，这个抵 抗力叫弹性抗力。 计算：������ = ������������ 式中：������ ——弹力抗力系数 ������——衬砌的变位 单位弹性抗力系数 ������0 ： ？ 开挖半径为1米时的弹性抗力系数。 ������0 ~������ 厚壁圆筒理论 ������ =
第 八章 水工隧洞
第一节 概述
一、定义及作用
1.定义
在水利枢纽中，为满足防洪、发电等各项任务而设置的隧洞称为水工隧
洞。
2.作用
（1）泄洪； （2）供水（输水）； （3）排泥沙； （4）施工导流洞； （5）放空水库。 与重力坝深式泄水孔作用相同。
二、隧洞的分类及组成
1.分类
按水流条件分：
有压洞【洞内始终处于满流承压状态】
3 5.2������������������������ ������
三、隧洞衬砌
1.衬砌作用
①阻止围岩变形的发展，保证围岩稳定；
②承受山岩压力、内水压力及其它荷载；
③防止渗漏； ④保护岩石免受水流、空气、温度、干湿变化等的冲蚀破坏作用； ⑤减小隧洞的表面糙率等。
2.衬砌的形式
（1）护面、平整（或抹平）衬砌【5~15cm】
������ 1+������ ������������
������0 =
������ 1+������ 100
⇒
������0 =
������������������ 100
式中：������������ —— 实际开挖半径；������0 单位为 kN cm3
讨论：山岩压力与弹性抗力之间的关系？
三、洞纵坡与横断面形状
纵坡： ������ = 1 ∶ 5~1 ∶ 1000，大于临界水力坡降； 横断面：有压洞（圆形）、无压洞（城门洞形，又称圆拱直墙形）。
四、闸门在隧洞中的位置
有压洞：闸门放在出口，避免出现有压、无压交替，形成有害真空； 无压洞：闸门放在进口。
第三节 进出口建筑物
一、进口建筑物