水工建筑物7水工隧洞

第七章水工遂洞

● 目的：

1.了解水工隧洞的作用和工作特点。

2.泄水隧洞的组成及其作用；泄水隧洞的线路选择，进口建筑物的型式选择；洞身断面型式及尺寸选择；出口建筑物及下游消能。

3.掌握作用在隧洞衬砌上的荷载（包括山岩压力、围岩的弹性抗力、内水压力、外水压力、衬砌自重）的计算方法；隧洞的荷载组合。圆形有压隧洞衬砌内力计算。

● 重点：

1.水工隧洞的作用和工作特点。

2.水工隧洞的总体布置。

3.隧洞衬砌上的荷载的计算方法；隧洞的荷载组合。圆形有压隧洞衬砌内力计算。

● 难点：

1.水工隧洞的工作特点。

2.进口建筑物的型式选择；水工隧洞的衬砌型式、作用及类型。

3.圆形有压隧洞衬砌内力计算。

● 章节学习内容：

1.水工隧洞的类型和工作特点。

2.泄水隧洞的组成及其作用；闸门在泄水隧洞中的布置。

3.泄水隧洞的线路选择，从剖面布置及平面布置。

4.进口建筑物的型式选择；洞身断面型式及尺寸选择；出口建筑物及下游消能。

5.作用在隧洞衬砌上的荷载（包括山岩压力、围岩的弹性抗力、内水压力、外水压力、衬砌自重）；荷载组合。

6.水工隧洞的衬砌型式、作用及类型，圆形有压隧洞衬砌内力计算。

● 学习要点：

1.水工遂洞的类型及工作特点

2.泄水遂洞的布置、类型和构造

3.遂洞衬砌上的荷载及衬砌结构计算

第一节水工遂洞的类型及工作特点

一、水工隧洞与涵洞

水工隧洞在山体中开凿的一种水流通道。

涵洞在地下埋设的、或填土下面的输水洞。

二、作用

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。

可一洞多用，泄洪和发电；两洞合一，导流→泄洪

三、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,Q=f(H1/2)主要作为辅助泄洪设施，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，作用荷载有：

山岩压力，使得洞内需要临时性支护、永久性衬砌。

衬砌：在洞内建筑一个保护层，增加起稳定性。

外水压力，是无压遂洞性的控制荷载。

内水压力，是有压遂洞的控制性荷载。

因此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：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。

第二节泄水遂洞的布置、类型和构造

一、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。

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。

二、类型

按水流状态，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。

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；

平面转弯使水流生产横向比降；

纵向变坡，采用适当的反弧段、抛物线连接。

第三节总体布置

一、隧洞的组成:

①进口段位于遂洞进口部位，用以控制水流、包括拦污栅、进水喇叭口、闸室及渐变段。

②遂洞洞身段用以输送水流，一般需要衬砌。

③出口建筑物用以连接消能设施。无压遂洞的出口设有门框，有压遂洞的出口般有渐变段及工作闸门室。

二、进口建筑物的布置

形式：

竖井式，在进口附近的山体中开挖建成；

塔式，在山坡前的水库中建造封闭式混凝土塔；

岸塔式，沿岸坡建造封闭式混凝土塔。

如图

①进口喇叭口段

作用：使水流平顺，减少水头损失，控制负压生产。

体型:符合流线型。

进口曲线:上唇曲线为1/4椭圆，长轴α=孔口高度，短轴α"=(1/3~1/2)a

两侧曲线为1/4椭圆，长轴α"=孔宽度，短轴b"=α"/4

下唇曲线为1/4椭圆，或1/4圆

②通气孔

作用：有压洞，关闭工作门，向两闸门间充水时，向孔外排气;无压洞，向明流段充气。位置:检修闸门后的最高点，以保证充气的可靠性。

③平压管

作用：由水库向两闸门间充水，减少检修闸门的启门力。

④拦污栅

作用:阻止较大的漂浮物进入遂洞。

⑤压坡段

作用：在泄水孔出口应受缩断面，改善出口压力分布，以保证洞内为满流状态。压坡段顶部坡率一般采用1：4~1：6之间，其长度一般3m~6m。

三、洞身段

1．洞身段的断面形式

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）无压遂洞的断面形式

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；围岩条件较差，又有较大的外水压力时，可采用圆形。

2）有压遂洞的断面形式

圆形遂洞断面的水流条件和受力条件较为有利，因此有压遂洞的断面形式一般采用圆形。2．洞身的衬砌

1）衬砌的作用

限制围岩变形，承受围岩压力等荷载，达到安全、稳定的目的。

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，增大输水流量。

2）衬砌的类型

平整衬砌平整围岩表面，不承受作用力，只减少衬砌表面糙率；