水工隧洞與壩下涵管課件

1、第七章 水工隧洞與壩下涵管第一節(jié) 水工隧洞概述第二節(jié) 水工隧洞的布置和構(gòu)造第一節(jié) 水工隧洞概述 一、水工隧洞的特點(diǎn)（一）結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 在巖層中開(kāi)挖隧洞后，引起洞孔附近應(yīng)力重新分布，巖體產(chǎn)生新的變形，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致巖石崩塌。圍巖除了產(chǎn)生作用在襯砌上的圍巖壓力以外，同時(shí)又具有承載能力，可以與襯砌共同承受內(nèi)水壓力等荷載。圍巖壓力與巖體承載能力的大小，主要取決于地質(zhì)條件。因此，應(yīng)使隧洞盡量避開(kāi)軟弱巖層和不利的地質(zhì)構(gòu)造。第一節(jié) 水工隧洞概述（二）水流特點(diǎn) 樞紐中的泄水隧洞，其進(jìn)口深式泄水洞。 由于作用在隧洞上的水頭較高，流速較大，如果隧洞在彎道、漸變段等處的體型不合適或襯砌表面不平整，都可能出現(xiàn)氣蝕而引起破壞

2、，所以要求隧洞體型設(shè)計(jì)得當(dāng)、施工質(zhì)量良好。 泄水隧洞的水流流速高、單寬流量大、能量集中，在出口處有較強(qiáng)的沖刷能力，必須采取有效的消能防沖措施。第一節(jié) 水工隧洞概述（三）施工特點(diǎn) 隧洞洞身斷面小，施工場(chǎng)地狹窄，洞線(xiàn)長(zhǎng)，施工作業(yè)工序多，干擾大，工期一般較長(zhǎng)。尤其是兼有導(dǎo)流任務(wù)的隧洞，其施工進(jìn)度往往控制著整個(gè)工程的工期。因此，加快施工進(jìn)度是隧洞工程建設(shè)中需要引起足夠的重視。第一節(jié) 水工隧洞概述二、水工隧洞的類(lèi)型1.按用途分類(lèi)（1）泄洪洞；（2）引水洞；（3）排沙洞；（4）放空洞；（5）導(dǎo)流洞； 2.按洞內(nèi)水流狀態(tài)分類(lèi)（1）有壓洞；（2）無(wú)壓洞； 一般說(shuō)來(lái)，隧洞可以設(shè)計(jì)成有壓的，也可設(shè)計(jì)成無(wú)壓的，也可

3、設(shè)計(jì)成前段是有壓的而后段是無(wú)壓的。但應(yīng)注意的是，在同一洞段內(nèi)，應(yīng)避免出現(xiàn)時(shí)而有壓時(shí)而無(wú)壓的明滿(mǎn)流交替現(xiàn)象，以防止引起振動(dòng)、空蝕等不利流態(tài)。第二節(jié) 水工隧洞的布置和構(gòu)造一、水工隧洞的布置（一）水工隧洞的線(xiàn)路選擇 1地質(zhì)條件 2地形條件 3. 水流條件 4. 施工條件（二）水工隧洞的工程布置 1. 布置主要包括：進(jìn)、出口和洞身及閘門(mén)的布置。 2. 隧洞的縱坡選擇。第二節(jié) 水工隧洞的布置和構(gòu)造第二節(jié) 水工隧洞的布置和構(gòu)造3. 閘門(mén)位置布置 檢修閘門(mén)設(shè)置在隧洞進(jìn)口，無(wú)壓洞的工作閘門(mén)布置在進(jìn)口。有壓洞的工作閘門(mén)布置在出口。 具體布置見(jiàn)下圖。第二節(jié) 水工隧洞的布置和構(gòu)造第二節(jié) 水工隧洞的布置和構(gòu)造4. 多

4、用途隧洞的布置（1）泄洪洞與導(dǎo)流洞合一布置（2）泄洪洞與發(fā)電洞合一布置（3）發(fā)電與灌溉隧洞的合一布置第二節(jié) 水工隧洞的布置和構(gòu)造二、水工隧洞的構(gòu)造（一）進(jìn)口段的形式和構(gòu)造1進(jìn)口建筑物的形式（1）豎井式（2）塔式（3）岸塔式 (4) 斜坡式 (5) 組合式第二節(jié) 水工隧洞的布置和構(gòu)造(1) 豎井式a第二節(jié) 水工隧洞的布置和構(gòu)造(1) 豎井式b第二節(jié) 水工隧洞的布置和構(gòu)造（2）塔式 塔式進(jìn)口建筑物是獨(dú)立于隧洞的進(jìn)口處而不依靠山坡的塔用工作橋與岸坡相連。 構(gòu)造布置見(jiàn)圖 第二節(jié) 水工隧洞的布置和構(gòu)造（3）岸塔式 此種進(jìn)口是 在開(kāi)挖后洞 巖坡上的進(jìn) 塔。 適用于岸坡 較陡，巖體 比較堅(jiān)固穩(wěn) 定的情況。

5、構(gòu)造布置見(jiàn)圖。第二節(jié) 水工隧洞的布置和構(gòu)造(4)斜坡式 斜坡式進(jìn)水口是在較完整的巖坡上進(jìn)行平整、開(kāi)挖、護(hù)砌而修建的一種進(jìn)水。 構(gòu)造布置見(jiàn)圖。第二節(jié) 水工隧洞的布置和構(gòu)造(4)斜坡式第二節(jié) 水工隧洞的布置和構(gòu)造組合式 （5）組合式a第二節(jié) 水工隧洞的布置和構(gòu)造組合式 （5）組合式b 2進(jìn)口段的組成及構(gòu)造 進(jìn)口段的組成包括：進(jìn)水喇叭口、閘門(mén)室、通氣孔、平壓管和漸變段等。 （1）進(jìn)水喇叭口 （2）通氣孔 設(shè)在泄水隧洞進(jìn)口或中部的閘門(mén)之后應(yīng)設(shè)通氣孔，其作用是：在工作閘門(mén)各級(jí)開(kāi)度下承擔(dān)補(bǔ)氣任務(wù)；檢修時(shí)，在下放檢修閘門(mén)后，放空洞內(nèi)水流時(shí)補(bǔ)氣檢修完成后，向檢修閘門(mén)和工作閘門(mén)之間充水時(shí)，通氣孔用以排氣。第二節(jié)

6、 水工隧洞的布置和構(gòu)造（3）平壓管第二節(jié) 水工隧洞的布置和構(gòu)造（4）攔污柵 進(jìn)口處的攔污柵是為了防止水庫(kù)中的漂浮物進(jìn)入隧洞。（5）漸變段、閘門(mén)室 漸變段及閘門(mén)室等，可參見(jiàn)第二章第七節(jié)重力壩的深式泄水孔有關(guān)內(nèi)容。 第二節(jié) 水工隧洞的布置和構(gòu)造 （二）洞身段的形式與構(gòu)造 1洞身斷面形式及尺寸 （1）無(wú)壓隧洞的斷面形式及尺寸 無(wú)壓隧洞多采用圓拱直墻形（城門(mén)洞）斷面。 無(wú)壓隧洞的斷面尺寸主要根據(jù)其泄流能力要求及洞內(nèi)水面線(xiàn)來(lái)確定。 （2）有壓隧洞的斷面形式及尺寸 有壓隧洞由于內(nèi)水壓力較大，一般均采用圓形斷面。 有壓隧洞的斷面尺寸應(yīng)根據(jù)泄流能力要求以及沿程壓坡線(xiàn)情況來(lái)確定。第二節(jié) 水工隧洞的布置和構(gòu)造 2

7、洞身襯砌的類(lèi)型及構(gòu)造 襯砌是指沿開(kāi)挖洞壁而做的人工護(hù)壁，主要作用是：阻止圍巖變形的發(fā)展，保證圍巖的穩(wěn)定；承受?chē)鷰r壓力、內(nèi)水壓力和其它荷載；防止?jié)B漏；保護(hù)圍巖免受水流、空氣、溫度、干濕變化等的沖蝕破壞作用；平整圍巖，減小表面糙率。（1）襯砌的類(lèi)型 1）平整襯砌（也稱(chēng)護(hù)面） 2）單層襯砌 3) 噴錨襯砌 4）組合式襯砌 5）預(yù)應(yīng)力襯砌 第二節(jié) 水工隧洞的布置和構(gòu)造（1）襯砌的分縫與止水 在混凝土及鋼筋混凝土襯砌中，一般設(shè)有施工縫和永久性的橫向變形縫。 隧洞在穿過(guò)斷層、軟弱破碎帶以及和豎井交接處，襯砌需要加厚，應(yīng)設(shè)置橫向變形縫。 圍巖地質(zhì)條件比較均一的洞身段只設(shè)施工（2）灌漿 1） 回填灌漿 2）

8、固結(jié)灌漿 第二節(jié) 水工隧洞的布置和構(gòu)造 （3）排水 設(shè)置排水是為了降低作用在襯砌外壁上的外水壓力。 對(duì)于無(wú)壓隧洞襯砌，當(dāng)?shù)叵滤惠^高時(shí)，外水壓力成為襯砌的主要荷載。(如右圖) 第二節(jié) 水工隧洞的布置和構(gòu)造對(duì)于有壓圓形隧洞，可不設(shè)置排水設(shè)備。 （如下圖） 第二節(jié) 水工隧洞的布置和構(gòu)造（三）出口段及消能設(shè)施 有壓隧洞的出口常設(shè)有工作閘門(mén)及啟閉機(jī)室，閘門(mén)前有漸變段，出口之后即為消能設(shè)施。 無(wú)壓隧洞出口僅設(shè)有門(mén)框，其作用是防止洞臉及其以上巖石崩塌，并與擴(kuò)散消能設(shè)施的兩側(cè)邊墻相銜接具體布置見(jiàn)下圖。第二節(jié) 水工隧洞的布置和構(gòu)造第二節(jié) 水工隧洞的布置和構(gòu)造出口段具體布置 泄水隧洞出口水流的特點(diǎn)是隧洞出口寬度

9、小，單寬流量大，能量集中，所以常在出口處設(shè)置擴(kuò)散段，使水流擴(kuò)散，減小單寬流量，然后再以適當(dāng)形式消能。 1挑流消能 當(dāng)隧洞出口高程高于或接近下游水位，且地形地質(zhì)條件允許時(shí)，采用擴(kuò)散式挑流消能比較經(jīng)濟(jì)合理，因?yàn)樗Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便，國(guó)內(nèi)外泄洪、排沙隧洞廣泛采用這種消能方式。第二節(jié) 水工隧洞的布置和構(gòu)造 2底流消能 當(dāng)隧洞出口高程接近下游水位時(shí)，也可采用擴(kuò)散式底流水躍消能。底流消能具有工作可靠、消能比較充分、對(duì)下游水面波動(dòng)影響范圍小的優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)是開(kāi)挖量大、施工復(fù)雜、材料用量多、造價(jià)高。 3窄縫式挑坎消能 窄縫式挑坎消能為挑坎處采用收縮成窄縫的布置形式。窄縫式挑坎與等寬挑坎不同之處在于，它的挑角很小，一般取0，順?biāo)鞣较?，兩?cè)邊墻向中心的顯著收縮使出水口處水流迅速加深，水舌的出射角在底部和表層差別很大，底部約0，表層可達(dá)45左右。第二節(jié) 水工隧洞的布置和構(gòu)造 4洞中突擴(kuò)消能 洞中突擴(kuò)消能也稱(chēng)為孔板消能，它是在有壓隧洞中設(shè)置過(guò)流斷面較小的孔板，利用水流流經(jīng)孔板時(shí)突縮和突擴(kuò)造成的漩滾，在水流內(nèi)部產(chǎn)生