水工隧洞課件

1、第八章水工隧洞1 概述2 水工隧洞的布置3 水工隧洞進(jìn)口段 4 水工隧洞洞身段5 水工隧洞的出口段及消能設(shè)施6 高流速泄水隧洞的水流脈動壓力與空蝕7 水工地下洞室的圍巖穩(wěn)定性 8 水工隧洞襯砌的荷載和荷載組合9 水工隧洞的襯砌計(jì)算與支護(hù)設(shè)計(jì) 10 地下廠房的布置和支護(hù)型式1.概述第八章水工隧洞發(fā)電引水隧洞泄洪隧洞泄水隧洞施工導(dǎo)流隧洞排沙、放空隧洞一、水工一、水工隧洞隧洞的類型的類型用途進(jìn)口建筑物：控制水流洞身：巖體內(nèi)開挖而成出口建筑物：消能有壓隧洞無壓隧洞一、水工一、水工隧洞隧洞的類型的類型組成流態(tài)第八章水工隧洞1. 概述一、水工一、水工隧洞隧洞的類型的類型第八章水工隧洞1. 概述一、水工一、

2、水工隧洞的隧洞的類型類型泄水隧洞的種類第八章水工隧洞1. 概述一、水工一、水工隧洞隧洞的類型的類型陸渾泄洪洞第八章水工隧洞1. 概述一、水工一、水工隧洞隧洞的類型的類型毛家村泄洪洞第八章水工隧洞1. 概述一、水工一、水工隧洞隧洞的類型的類型劉家峽泄水隧洞第八章水工隧洞1. 概述一、水工一、水工隧洞隧洞的類型的類型走馬莊泄水隧洞第八章水工隧洞1. 概述（1）水力特點(diǎn)：深式進(jìn)口、高速水流、閘門振動。能量集中下游沖刷。（2）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：開挖變形甚至崩塌、臨時(shí)支護(hù)和永久性襯砌、內(nèi)水、外水壓力。（3）施工特點(diǎn)：斷面小，洞線長，工序多，干擾大，施工條件較差，施工進(jìn)度控制整個(gè)工程的工期。二二、水工、水工隧洞隧

3、洞的的特點(diǎn)特點(diǎn)第八章水工隧洞1. 概述比較有壓洞與無壓洞的斷面特點(diǎn)、水流特性、優(yōu)缺點(diǎn)、閘門位置及應(yīng)用范圍。作業(yè)作業(yè)第八章水工隧洞1. 概述水利樞紐中的泄水隧洞主要包括下列三個(gè)部分：（1）進(jìn)口段進(jìn)口段。位于隧洞進(jìn)口部位，用以控制水流。包括攔污柵、進(jìn)水喇叭口、閘門室及漸變段等。（2）洞身段洞身段。用以輸送水流。一般都需進(jìn)行襯砌。（3）出口段出口段。用以連接消能設(shè)施。無壓泄水隧洞的出口僅設(shè)有門框，壓力泄水隧洞的出口一般設(shè)有漸變段及工作閘門室。一、一、水工隧洞的組成水工隧洞的組成第八章水工隧洞2. 水工隧洞的布置1、結(jié)構(gòu)（Structure）地下建筑物圍巖即是荷載又是承載物圍巖的變形有時(shí)間效應(yīng)水對隧洞

4、的影響2、水力學(xué)（Hydraulics）低水位可以工作超泄能力低一般流速大，注意空蝕水工隧洞的工作條件二、水工隧洞的布置二、水工隧洞的布置3、施工（Construction）斷面小、洞線長、施工條件差施工進(jìn)度控制工程進(jìn)度時(shí)間效應(yīng)第八章水工隧洞2. 水工隧洞的布置5#5#施工支洞施工支洞進(jìn) 廠 交 通進(jìn) 廠 交 通洞洞6#6#施工支洞施工支洞7#7#施工支洞施工支洞尾水洞尾水洞引水洞引水洞主廠房主廠房主變室主變室4#4#施工支洞施工支洞尾閘室尾閘室3#3#施工支洞施工支洞1#1#施工支洞施工支洞尾閘交通洞尾閘交通洞2#2#施工支洞施工支洞典型布置I:表面溢洪式泄洪洞用明流隧洞代替溢洪道保證是急流

5、二、水工隧洞的布置二、水工隧洞的布置第八章水工隧洞2. 水工隧洞的布置第八章水工隧洞有壓洞：Pressure Tunnel流態(tài)平穩(wěn)壓力大，減少空蝕明流洞：Free-flow Tunnel地質(zhì)條件要求低水頭可以很大2. 水工隧洞的布置二、水工隧洞的布置二、水工隧洞的布置典型布置II:深水式泄水隧洞第八章水工隧洞l地質(zhì)條件：避開不利的地質(zhì)構(gòu)造l線路短、直，減少水頭損失和工程量l隧洞埋深不宜太小，一般大于一倍洞徑或洞寬l相鄰隧洞保證一定距離，最好3倍洞徑以上，起碼1倍洞徑l隧洞的坡度受水力學(xué)條件和施工影響l高流速隧洞的洞線有水平和豎向變化應(yīng)注意水力學(xué)條件，必要時(shí)需進(jìn)行水力學(xué)試驗(yàn)l考慮施工支洞，加快施

6、工進(jìn)度2. 水工隧洞的布置洞線選擇l工作閘門用來調(diào)節(jié)流量和封閉孔口，能在動水中啟閉。l檢修閘門進(jìn)口、出口。l事故檢修門在動水中關(guān)閉，靜水中開啟。l工作閘門 設(shè)在進(jìn)口無壓洞 設(shè)在出口有壓洞 設(shè)在洞中前有壓、后無壓洞閘門在隧洞中的布置第八章水工隧洞2. 水工隧洞的布置l 1導(dǎo)流洞與泄洪洞合一布置l 2泄洪洞與發(fā)電洞合一布置l 3發(fā)電與灌溉隧洞合一布置l 4泄洪與排沙隧洞合一布置l 5發(fā)電與排沙隧洞合一布置二、水工隧洞的布置二、水工隧洞的布置多用途隧洞的布置第八章水工隧洞2. 水工隧洞的布置第八章水工隧洞塔式岸塔式豎井式斜坡式3.水工隧洞進(jìn)口段一、進(jìn)水口的型式和計(jì)算要點(diǎn)一、進(jìn)水口的型式和計(jì)算要點(diǎn)塔式

7、進(jìn)水口一、進(jìn)水口的型式和計(jì)算要點(diǎn)一、進(jìn)水口的型式和計(jì)算要點(diǎn)第八章水工隧洞3.水工隧洞進(jìn)口段封閉式塔式進(jìn)水口一、進(jìn)水口的型式和計(jì)算要點(diǎn)一、進(jìn)水口的型式和計(jì)算要點(diǎn)第八章水工隧洞3.水工隧洞進(jìn)口段岸塔式進(jìn)水口一、進(jìn)水口的型式和計(jì)算要點(diǎn)一、進(jìn)水口的型式和計(jì)算要點(diǎn)第八章水工隧洞3.水工隧洞進(jìn)口段豎井式進(jìn)水口一、進(jìn)水口的型式和計(jì)算要點(diǎn)一、進(jìn)水口的型式和計(jì)算要點(diǎn)第八章水工隧洞3.水工隧洞進(jìn)口段斜坡式進(jìn)水口一、進(jìn)水口的型式和計(jì)算要點(diǎn)一、進(jìn)水口的型式和計(jì)算要點(diǎn)第八章水工隧洞3.水工隧洞進(jìn)口段二、進(jìn)口段的組成部分二、進(jìn)口段的組成部分進(jìn)水喇叭口 第八章水工隧洞3.水工隧洞進(jìn)口段通氣孔攔污柵漸變段閘門室平壓管二、進(jìn)口

8、段的組成部分二、進(jìn)口段的組成部分其他第八章水工隧洞3.水工隧洞進(jìn)口段第八章水工隧洞減少阻力，增加泄量減少磨損和空蝕，防止破壞分無壓洞和有壓洞4.水工隧洞的洞身段 一、洞身斷面形式一、洞身斷面形式無壓洞的斷面設(shè)計(jì)城門洞形：圍巖壓力小的情況馬蹄形：圍巖壓力大的情況圓形：受力狀況好，但施工困難，過水?dāng)嗝娌唤?jīng)濟(jì)一、洞身斷面形式一、洞身斷面形式無壓隧洞的斷面形式第八章水工隧洞4.水工隧洞的洞身段 斷面尺寸根據(jù)泄量確定足夠的超高，以保證明流狀態(tài)保證施工要求閘墩大隧洞時(shí)采用多孔進(jìn)水閘需要閘墩需要高度重視閘墩的影響盡可能采用單孔二、洞身斷面尺寸二、洞身斷面尺寸無壓洞的體形設(shè)計(jì)I第八章水工隧洞4.水工隧洞的洞身

9、段 反弧段空蝕空化問題減少不平整度摻氣槽、抗空蝕材料等等二、洞身斷面尺寸二、洞身斷面尺寸無壓洞的體形設(shè)計(jì)II第八章水工隧洞4.水工隧洞的洞身段 溪洛渡襯砌后的導(dǎo)流洞凈空斷面18*20米(寬*高), 襯砌厚度為：1.0米-1.5米。世界上最大的導(dǎo)流洞.斷面一般均為圓形，個(gè)別小規(guī)模的也有采用城門洞形或矩形斷面尺寸的考慮要保證洞頂處在最不利的條件下，考慮脈動壓力以后的水頭不小于2m進(jìn)水口一般為矩形采用橢圓曲線防止庫水從閘門井串水盡量避免立軸漩渦二、洞身斷面尺寸二、洞身斷面尺寸有壓洞的體形設(shè)計(jì)第八章水工隧洞4.水工隧洞的洞身段 二、洞身斷面尺寸二、洞身斷面尺寸有壓洞的體形設(shè)計(jì)I方變圓的漸變段第八章水工

10、隧洞4.水工隧洞的洞身段 彎段半徑大于5倍洞徑彎段后保持5倍洞徑的直線段出水口收縮比二、洞身斷面尺寸二、洞身斷面尺寸有壓洞的體形設(shè)計(jì)II第八章水工隧洞4.水工隧洞的洞身段 三、洞身襯砌三、洞身襯砌襯砌分縫 第八章水工隧洞4.水工隧洞的洞身段 灌漿 回填灌漿充填襯砌與圍巖之間的空隙，使之結(jié)合緊密，共同受力，以發(fā)揮圍巖的彈性抗力作用，并減少滲漏。 固結(jié)灌漿加固圍巖，提高圍巖的整體性，減小圍巖壓力，保證圍巖的彈性抗力，減小滲漏。 三、洞身襯砌三、洞身襯砌第八章水工隧洞4.水工隧洞的洞身段 灌漿孔布置灌漿孔布置三、洞身襯砌三、洞身襯砌排水 無壓隧洞排水布置圖無壓隧洞排水布置圖第八章水工隧洞4.水工隧洞

11、的洞身段 我國國產(chǎn)的首臺可伸縮式砼澆筑布料機(jī)首次在溪洛渡運(yùn)用（國產(chǎn)第一臺），設(shè)備價(jià)值約300多萬，由業(yè)主供應(yīng)施工單位使用。 我國國產(chǎn)的首臺可伸縮式砼澆筑布料機(jī)首次在溪洛渡運(yùn)用（國產(chǎn)第一臺），設(shè)備價(jià)值約300多萬，由業(yè)主供應(yīng)施工單位使用。 洞內(nèi)冷卻機(jī)組。用于砼澆筑防裂的。 大型液壓鉆機(jī)5.水工隧洞的出口段及消能設(shè)施 有壓泄水隧洞由于自由出流時(shí)，主流下跌，在出口段一定長度范圍內(nèi)洞頂易出現(xiàn)負(fù)壓。有的圓形隧洞，出口段沒有收縮，洞頂負(fù)壓范圍很大 一、一、出口段的體形出口段的體形第八章水工隧洞l 挑流消能l 底流消能l 窄縫挑流消能l 洞內(nèi)突擴(kuò)消能l 洞內(nèi)旋流消能二、消能設(shè)施二、消能設(shè)施挑流消能 5.水工

12、隧洞的出口段及消能設(shè)施 第八章水工隧洞第八章水工隧洞底流消能 5.水工隧洞的出口段及消能設(shè)施 一、出口段的體形洞中突擴(kuò)消能 一、出口段的體形第八章水工隧洞5.水工隧洞的出口段及消能設(shè)施 螺旋流沿流程均勻消能螺旋流在消能室中集中消能；按消能工結(jié)構(gòu)可分為: 旋流式豎井消能 水平螺旋流消能。一、出口段的體形洞內(nèi)旋流消能 第八章水工隧洞5.水工隧洞的出口段及消能設(shè)施 6.高流速泄水隧洞的水流脈動壓力與空蝕 第八章水工隧洞l高水頭泄水隧洞內(nèi)，水流的流速很高，有的已達(dá)到50m/s以上。l高速水流現(xiàn)象：l水流脈動壓力及脈動可能引起建筑物的振動，l水流的空化而產(chǎn)生的空蝕破壞l水流的摻氣和沖刷等。水流脈動壓力是

13、否誘發(fā)隧洞結(jié)構(gòu)振動，應(yīng)視脈動壓力大小、頻率特性、隧洞結(jié)構(gòu)形狀、尺寸和自振特性等因素設(shè)計(jì)中應(yīng)做到水流的最小空化數(shù)大于其初生空化數(shù)。一、脈動壓力、空化與空蝕 6.高流速泄水隧洞的水流脈動壓力與空蝕 第八章水工隧洞泄洪洞的空蝕破壞1空蝕破壞區(qū)；2導(dǎo)流洞堵塞段黃尾泄洪洞摻氣槽布置（單位：m）1摻氣槽；2挑坎，高度從洞底至水平中心線以上3.8cm處，由7.6cm漸變到06.高流速泄水隧洞的水流脈動壓力與空蝕 二、減蝕措施第八章水工隧洞石頭河泄洪洞摻氣槽布置（單位：m）1通氣孔；2摻氣槽圖822 常用的摻氣設(shè)施類型（a）摻氣槽式；（b）挑坎式；（c）跌坎式；（d）挑坎跌坎式；（e）突擴(kuò)突跌式石砭峪泄洪洞摻

14、氣跌坎布置（單位：cm）1通氣孔；2噴混凝土7.水工地下洞室的圍巖穩(wěn)定性 l 巖石的力學(xué)特性l 作用在水工隧洞上的荷載l 襯砌的結(jié)構(gòu)計(jì)算巖石的變形特性與破壞形式7.水工地下洞室的圍巖穩(wěn)定性 第八章水工隧洞分類名稱主要特征地下水活動穩(wěn)定能力I穩(wěn)定堅(jiān)硬，大塊，新鮮或微風(fēng)化節(jié)理不發(fā)育幾乎沒有能長期穩(wěn)定II基本穩(wěn)定堅(jiān)硬或中硬巖節(jié)理較發(fā)育，但連續(xù)性不強(qiáng)微弱較長時(shí)間維持穩(wěn)定III穩(wěn)定性差地質(zhì)影響大的硬巖，影響較大中硬巖或影響較小的軟巖顯著局部塌落，短時(shí)間維持穩(wěn)定IV不穩(wěn)定有軟弱夾層等強(qiáng)烈自穩(wěn)能力差V極不穩(wěn)定散體結(jié)構(gòu)劇烈邊挖邊塌7.水工地下洞室的圍巖穩(wěn)定性 圍巖的分類第八章水工隧洞zzyx)1(為巖體的泊松

15、比 稱為側(cè)壓力系數(shù) 以自重作用為主的重力應(yīng)力場以構(gòu)造運(yùn)動為主的構(gòu)造應(yīng)力場 一、巖體初始應(yīng)力7.水工地下洞室的圍巖穩(wěn)定性 第八章水工隧洞預(yù)鉆排孔防止巖爆1掌子面；2預(yù)鉆排孔；3巖爆部位巖爆 一、巖體初始應(yīng)力7.水工地下洞室的圍巖穩(wěn)定性 第八章水工隧洞彈塑性巖體中圓洞圍巖應(yīng)力分布二、圍巖的應(yīng)力集中7.水工地下洞室的圍巖穩(wěn)定性 第八章水工隧洞布置洞軸線時(shí)應(yīng)盡量使之與最大水平應(yīng)力相平行。應(yīng)使洞軸線與主要節(jié)理、斷層等有較大的交角（大于3040）以利洞室的穩(wěn)定。 7.水工地下洞室的圍巖穩(wěn)定性 第八章水工隧洞在低應(yīng)力區(qū)，圍巖變形、失穩(wěn)，具有自重塌滑的特征在高地應(yīng)力區(qū)則表現(xiàn)為強(qiáng)烈擠壓、塑性變形或產(chǎn)生巖爆現(xiàn)象。

16、在許多高地應(yīng)力區(qū)，其最大主應(yīng)力是水平向的，洞室軸線若和最大水平應(yīng)力方向垂直，往往會產(chǎn)生嚴(yán)重的邊墻變形和洞體失穩(wěn)破壞。 7.水工地下洞室的圍巖穩(wěn)定性 三、圍巖穩(wěn)定分析 第八章水工隧洞彈性理論公式或有限元方法計(jì)算圍巖應(yīng)力，并與圍巖的極限強(qiáng)度進(jìn)行比較。 計(jì)算出無支護(hù)力時(shí)塑性區(qū)的半徑R，近似判斷是否失穩(wěn)。 對洞室周邊有可能塌落的巖塊，可按塊體平衡法進(jìn)行分析 現(xiàn)場位移觀測反饋分析，求得圍巖應(yīng)力及巖體力學(xué)參數(shù)，更好地控制圍巖穩(wěn)定。判斷圍巖穩(wěn)定 7.水工地下洞室的圍巖穩(wěn)定性 三、圍巖穩(wěn)定分析 第八章水工隧洞湖北?？邓碌仄核娬?引水隧洞出口段因地質(zhì)問題,造成先后兩次坍塌冒頂,后用管棚施工法艱難貫通。 8.水

17、工隧洞襯砌的荷載和荷載組合 第八章水工隧洞基本荷載圍巖壓力襯砌自重設(shè)計(jì)洪水位時(shí)洞內(nèi)的靜、動水壓力穩(wěn)定滲流時(shí)的地下水壓力特殊荷載校核洪水位時(shí)洞內(nèi)的靜、動水壓力校核洪水位時(shí)相應(yīng)的地下水壓力溫度荷載灌漿壓力地震荷載一、一、荷載荷載圍巖壓力第八章水工隧洞圍巖壓力是在襯砌完成以后，圍巖變形受到襯砌限制而作用在襯砌上的壓力圍巖壓力的估算：I類巖石：一般可以不計(jì)圍巖壓力II、III類巖石：(0.10.2)BIV類圍巖：普氏理論V類：不宜修建也可以按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算8.水工隧洞襯砌的荷載和荷載組合 一、一、荷載荷載第八章水工隧洞圍巖的彈性抗力是襯砌受力朝向圍巖變形，圍巖對襯砌呈現(xiàn)出的一種被動抗力。 彈性抗力p可以

18、近似地表示為與襯砌表面外法線方向的位移y (cm) 成正比，即p=Ky，此外，K為彈性抗力系數(shù)（kN/cm3）圍巖的彈性抗力8.水工隧洞襯砌的荷載和荷載組合 一、一、荷載荷載表82 巖石抗力系數(shù)表巖石堅(jiān)硬程度代表的巖石名稱節(jié)理裂隙多少或風(fēng)化程度單位巖石抗力系數(shù)K0（kN/cm3）無壓隧洞的巖石抗力系數(shù)K*（kN/cm3）堅(jiān)硬巖石石英巖、花崗巖、流紋班巖、安山巖、玄武巖、厚層矽質(zhì)灰?guī)r等節(jié)理裂隙少新鮮102025節(jié)理裂隙不太發(fā)育微風(fēng)化5101.22節(jié)理裂隙發(fā)育弱風(fēng)化350.51.2中等堅(jiān)硬巖石砂巖、石灰?guī)r、白云巖、礫巖等節(jié)理裂隙少新鮮5101.22節(jié)理裂隙不太發(fā)育微風(fēng)化350.81.2節(jié)理裂隙發(fā)育

19、弱風(fēng)化130.20.8較軟巖石砂頁巖互層、粘土質(zhì)巖石、致密的泥灰?guī)r等節(jié)理裂隙少新鮮250.51.2節(jié)理裂隙不太發(fā)育微風(fēng)化120.20.5節(jié)理裂隙發(fā)育弱風(fēng)化小于1小于0.2松軟巖 石嚴(yán)重風(fēng)化及十分破碎的巖石、斷層破碎帶等小于0.5小于0.1rKK0100r注 ： 本表不適用于豎井以及埋藏特別深或特別淺的隧洞。 表列數(shù)據(jù)適用于H1.5B的隧洞斷面，H和B分別為隧洞的開挖高度和寬度。 單位巖石抗力系數(shù)K0值一般適用于有壓隧洞，洞壁巖石抗力系數(shù)K值，可根據(jù)下式確定：為隧洞開挖半徑，以cm計(jì)。 無壓隧洞的K*值僅適用于開挖寬度為510m的隧洞。當(dāng)開挖寬度大于10m時(shí)，K*值應(yīng)適當(dāng)減小。第八章水工隧洞內(nèi)水壓力8.水工隧洞襯砌的荷載和荷載組合 一、一、荷載荷載級 別12345地下水活動狀態(tài)洞壁干燥或潮濕沿結(jié)構(gòu)面有滲水或滴水沿裂隙或軟弱結(jié)構(gòu)面有大量滴水、線狀流水或噴水嚴(yán)重滴水，沿軟弱結(jié)構(gòu)面有小量涌水嚴(yán)重股狀流水，斷層等軟弱帶有大量涌水值00.200.100.400.250.600.400.800.651.00第八章水工隧洞地下水位線以下的水柱高乘以