《水工建筑物》項目七 水工隧洞設(shè)計習(xí)題及答案

項目七水工隧洞設(shè)計習(xí)題及答案（一）名詞解釋有壓隧洞；圍巖壓力；彈性抗力；回填灌漿；噴錨襯砌；新奧法；壩下涵管。（二）填空題1.水工隧洞進(jìn)口建筑物的按其布置及結(jié)構(gòu)形式分為豎井式、__________式、岸塔式和___________式。其中___________受風(fēng)浪、冰、地震的影響大，穩(wěn)定性相對較差，需要較長的工作橋。2.水工隧洞按水流狀態(tài)可分為________________、__________兩種形式，___________更能適應(yīng)地質(zhì)條件較差的情況，但其_________復(fù)雜，所以應(yīng)避免平面轉(zhuǎn)彎。3.回填灌漿是填充_______與_______之間的空隙，使之結(jié)合緊密，共同受力，以改善_______條件和減少_______。4.壩下涵管為了有效地防止集中滲流，在涵管1～2m的范圍內(nèi)用回填粘土做防滲層，這個防滲層稱為

。5.無壓隧洞多采用

斷面。6.有壓隧洞多采用

斷面。7.水工隧洞的縱坡的確定，主要涉及到泄流能力、壓力分布、過水?dāng)嗝娲笮?、工程量等，有壓隧洞的縱坡由

確定，無壓隧洞的縱坡由________________確定。8.有壓洞的工作閘門通常布置在隧洞的

，工作閘門要求常在

中啟閉，檢修閘門常在

中啟閉。9.水工隧洞按用途可分為

、

、排沙洞、放空洞、導(dǎo)流洞口等。10.壩下涵管的進(jìn)口建筑物形式有

、

、

。11.為防止壩下涵管產(chǎn)生集中滲流，常將涵管的管壁外圍局部加厚，稱為

。12.水工隧洞出口消能方式有

、

、

、

。13.有壓隧洞的內(nèi)水壓力常分為

內(nèi)水壓力和

內(nèi)水壓力，其中p0=γH是

內(nèi)水壓力的公式，p0=γB(1-cosθ)是

水壓力的公式。14.作用在隧洞襯砌上的荷載分為兩類，一類為

常有

等，一類為

常有

等。15.作用在隧洞上的外水壓力是指作用于

上的水壓力，主要取決于

也稱為

。16.圍巖壓力是由隧洞開挖后引起

的應(yīng)力

使圍巖產(chǎn)生

和

而用在襯砌上的壓力。17.進(jìn)行涵管的線路選擇及布置時，應(yīng)綜合考慮

等。18.圓形涵管的安裝方式有

、

、

和

等四種。19.水工隧洞襯砌類型有

襯砌，

襯砌，

襯砌等。20.噴錨襯砌是

襯砌和

的總稱，是配合

發(fā)展起來的新技術(shù)，它具有

等優(yōu)點。21.隧洞襯砌施工時需分段進(jìn)行形成

施工縫，分塊進(jìn)行形成

施工縫。22.隧洞襯砌的防滲和排水針對具體情況可采取

等措施，以改善

和

的工作條件。（三）單項選擇題1.關(guān)于隧洞選線，不正確說法有（

）。A、洞線要與巖層構(gòu)造斷裂向及主要軟弱帶走向有較大交角。B、洞線應(yīng)與最大水平地應(yīng)力方向盡量垂直。C、對有壓隧洞，當(dāng)考慮彈性抗力時，圍巖的最小覆蓋厚度不小于3倍洞徑。D、對低流速的隧洞，彎道曲率半徑不應(yīng)小于5倍洞徑或洞寬。2.工作閘門布置在（

）的為有壓隧洞。A、進(jìn)口

B、洞身

C、中部

D、出口3.隧洞洞身的（

）為不受力襯砌。A、噴錨襯砌

B、預(yù)應(yīng)力襯砌C、平整襯砌

D、單層襯砌4.有壓隧洞的出口斷面面積應(yīng)（

）洞身斷面面積。A、大于

B、等于

C、小于

D、無法確定5.水工隧洞的回填灌漿的目的是（

）。A、加固圍巖，提高圍巖的整體性B、充填襯砌與圍巖之間的空隙，使之結(jié)合緊密C、保證圍巖的彈性抗力D、減小滲漏，減小外水壓力6.彈性抗力的分布范圍為（

）（考慮洞身的對稱性）。A、0～π

B、π/4～πC、π/2～π

D、3π/4～π（四）判斷題1．圍巖地質(zhì)條件比較均一的洞身段不設(shè)施工縫。（

）2．無壓隧洞由于內(nèi)水壓力較大，從水流及受力條件考慮，一般用圓形斷面。

（

）3．隧洞中常需要臨時性支護(hù)和永久性襯砌，以承受圍巖壓力。（

）4．回填灌漿的目的是加固圍巖，提高圍巖的整體性，減小圍巖壓力，保證巖石的彈性抗力。

（

）5．當(dāng)圍巖厚度超過1.5倍開挖洞徑時，才考慮彈性抗力。（

）6．在均勻內(nèi)水壓力作用下，隧洞襯砌的外邊緣應(yīng)力是襯砌設(shè)計控制條件。（

）7．當(dāng)圍巖完好，有壓隧洞的洞徑小于6米時，可只考慮內(nèi)水壓力。（

（五）簡答題1.水工隧洞進(jìn)口建筑物的形式有哪些？各適用于什么情況？2.水工隧洞按用途如何分類？3.什么叫隧洞的內(nèi)水壓力？分別寫出圓形隧洞所受的均勻內(nèi)水壓力強(qiáng)度和非均勻內(nèi)水壓力強(qiáng)度計算公式并指出公式中字母的含義并畫出分布圖形。4.水工隧洞襯砌的作用是什么？襯砌有哪些種類？5.有壓隧洞內(nèi)水壓力如何計算？寫出計算公式并指出其中字母的含義。

6.壩下涵管與水工隧洞相比較各有什么特點？

7.涵管管身的細(xì)部構(gòu)造有哪些？各有什么作用？8.為什么說涵管上的土壓力計算與施工方式有關(guān)？

9.什么是隧洞的空蝕破壞，如何避免？（六）計算題1.已知：鋼筋混凝土襯砌的有壓發(fā)電引水隧洞，其洞內(nèi)經(jīng)濟(jì)流速為2～4m/s，隧洞各斷面處的工作水頭約20～40m，洞內(nèi)的最大引水流量為14m3/s，且洞內(nèi)總水頭損失≤（5%～10%）設(shè)計水頭（70m）。隧洞長3.5km2)確定鋼筋混凝土襯砌的厚度和隧洞的開挖寬度；（襯砌用C20，μh=0.16，Eh=2.6×106Mpa，Rl=1.3Mpa，Rf=1.6Mpa，Kf=1.2）2.某灌溉水庫要求放水流量Q=0.5m3／s，采用臥管，每臺一孔，孔間垂直凈距試求每次同時開啟上、下兩孔時放水孔的直徑。3.有一砌石方涵．?dāng)嗝娉叽鐬?0cm×100cm，縱坡1/100，糙率0.025，確定其輸水能力。

項目七水工隧洞參考答案（一）名詞解釋1.有壓隧洞水流充滿整個斷面的隧洞，稱為有壓隧洞2.圍巖壓力也稱山巖壓力，是隧洞開挖后因圍巖變形或塌落作用在支護(hù)上的壓力。3.彈性抗力當(dāng)襯砌受力變形后，變形方向指向圍巖，就產(chǎn)生了彈性抗力。4.回填灌漿回填灌漿是為了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。5.噴錨襯砌噴錨支護(hù)是噴混凝土支護(hù)和錨桿支護(hù)的總稱，指的是借助高壓噴射水泥混凝土和打入巖層中的金屬錨桿的聯(lián)合作用加固巖層。6.新奧法新奧法是應(yīng)用巖體力學(xué)理論，以維護(hù)和利用圍巖的自承能力為基點，采用錨桿和噴射混凝土為主要支護(hù)手段，及時的進(jìn)行支護(hù)，控制圍巖的變形和松弛，使圍巖成為支護(hù)體系的組成部分，并通過對圍巖和支護(hù)的量測、監(jiān)控來指導(dǎo)隧道施工和地下工程設(shè)計施工的方法和原則。7.壩下涵管在土石壩樞紐中，當(dāng)由于兩岸地質(zhì)條件或其他原因不易開挖隧洞時，采用在土石壩下埋設(shè)涵管的方式。（二）填空題1.塔式、斜坡、塔式；2.無壓隧洞、有壓隧洞、無壓隧洞、流態(tài)；3.襯砌、圍巖、傳力、滲漏；4.涵衣；5．圓拱直墻型；6.圓形；7.進(jìn)出口高程、水力計算；8.出口、動水、靜水；9.泄洪洞、引水洞；10.分級臥管式、塔式、斜拉閘門式；11.截水環(huán)；12.挑流消能、底流消能、窄縫挑流消能、洞內(nèi)突擴(kuò)消能；13.均勻、非均勻、均勻、非均勻；14.基本荷載、三、特殊荷載、五；15.襯砌外緣、地下水位線、地下水壓力；16.圍巖、重新分布、變形、塌落；17.地形、地質(zhì)；18.平口管、承插式接口、柔性企口接口；

19.單層、平整、組合式；20.噴混凝土、錨桿襯砌、新奧法、超挖少、支護(hù)層薄；21.環(huán)向、縱向；22.堵、截、排，襯砌結(jié)構(gòu)、圍巖；（三）單項選擇題1、B；2、D；3、C；4、C；5、B；6、B。（四）判斷題1.×；2.×；3.√；4.×；5.×；6.×；7.√；（五）簡答題1.水工隧洞進(jìn)口建筑物的形式有哪些？各適用于什么情況？答:進(jìn)口建筑物的布置及形式可分為塔式、岸塔式、豎井式、斜坡式和組合式。塔式：進(jìn)口處岸坡低緩，覆蓋層較厚，山巖破碎，不宜開槽豎井。岸塔式：進(jìn)口處巖石堅硬，可開挖成近于直立的陡壁時。豎井式：河岸巖石堅硬，開挖豎井無塌方現(xiàn)象。斜坡式：較為完整的巖坡。組合式：進(jìn)口處地形復(fù)雜的巖坡。2.水工隧洞按用途如何分類？答：分為泄洪洞、引水洞、排沙洞、放空洞、導(dǎo)流洞等。泄洪洞：配合溢洪道宣泄洪水，保證樞紐安全。引水洞：引水發(fā)電，灌溉或洪水。排沙洞：排放水庫泥沙，延長水庫使用年限。放空洞：在必要的情況下，放空水庫，用于人防或檢修大壩。導(dǎo)流洞：在水利樞紐的建設(shè)施工期用來施工導(dǎo)流。3.什么叫隧洞的內(nèi)水壓力？分別寫出圓形隧洞所受的均勻內(nèi)水壓力強(qiáng)度和非均勻內(nèi)水壓力強(qiáng)度計算公式并指出公式中字母的含義并畫出分布圖形。答：內(nèi)水壓力——指作用在襯砌內(nèi)壁上的水壓力。均勻：γ——水的重度，。H——高出襯砌內(nèi)壁頂點以上的內(nèi)水壓力水頭，m。非均勻：——襯砌內(nèi)徑，m。θ——計算點半徑與洞頂半徑的夾角。4.水工隧洞襯砌的作用是什么？襯砌有哪些種類？答：作用：①防止圍巖變形，保證圍巖的穩(wěn)定。②承受圍巖壓力，內(nèi)水壓力和其他荷載.③防止?jié)B漏。④保護(hù)圍巖免受水流，空氣，溫度，干濕變化等沖蝕破壞作用。⑤平整圍巖，減小表面粗糙，增大過流能力。

類型：1）平整襯砌；2）單層襯砌；3）噴錨襯砌；4）組合式襯砌；5）預(yù)應(yīng)力襯砌。5.有壓隧洞內(nèi)水壓力如何計算？寫出計算公式并指出其中字母的含義。答：內(nèi)水壓力——均勻內(nèi)水壓力,。——非均勻內(nèi)水壓力?！闹囟??！r砌內(nèi)半徑,m。 h——高出襯砌內(nèi)壁頂點以上的內(nèi)水壓力水頭,m。6.壩下涵管與水工隧洞相比較各有什么特點？答：壩下涵管屬于深式泄水或放水建筑物，后者是地下建筑物。前者結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，工期較短，造價也低。后者斷面小，施工場地狹乍，工序多，干擾大，工期一般較長。7.涵管管身的細(xì)部構(gòu)造有哪些？各有什么作用？答：1）伸縮縫：為適應(yīng)地基變形，管身伸縮及施工要求，防止管身在溫度變化時產(chǎn)生橫向裂縫。2）管座：防止地基不均勻沉降而導(dǎo)致管身斷裂3）截水環(huán)：防止集中滲流，在外圍設(shè)置，以改變水流方向，增加滲徑，減小滲流。4）涵衣：防止集中滲流。8.為什么說涵管上的土壓力計算與施工方式有關(guān)？答：管身上土壓力的大小主要與填土高度，填土性質(zhì)等因素有關(guān)，另外，還與基礎(chǔ)的形成以及管道的埋設(shè)方式有關(guān)。因此，土壓力的計算與施工方式有關(guān)。9.什么是隧洞的空蝕破壞，如何避免？答：由于高速水流的作用和隧洞邊界不平整而引起洞內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，進(jìn)而破壞隧洞，隧洞中產(chǎn)生空蝕現(xiàn)象，具有很大的破壞力，初期只是表層的輕度剝蝕，如處理不及時，繼續(xù)發(fā)展，可能蝕穿洞壁，影響正常運用。措施：改善水流的邊界條件，選用抗空蝕材料，控制閘門開度通氣減蝕，摻氣減蝕，加強(qiáng)施工質(zhì)量控制。（六）計算題1.解：1）洞徑的確定洞徑的確定可以從以前幾方面考慮：（1）經(jīng)驗公式洞徑式中Qmax—最大引用流量，本工程為14m3H—隧洞設(shè)計水頭（2）由于洞線有一定縱坡，調(diào)壓之前隧洞各斷面處的工作水頭約為20～40m，代入上式計算合適的洞徑為2.33～2.6m，暫取2.5m。（3）鋼筋混凝土襯砌有壓發(fā)電引水隧洞的經(jīng)濟(jì)流速為2～4m/s；若取v=3m/s，則按過流Q=14m3/s，求得洞徑D1=2.44m發(fā)電隧洞洞徑的選擇應(yīng)使總水頭損失不宜過大，一般總水頭損失不宜超過設(shè)計水頭的5%～10%。本工程設(shè)計水頭為70m。本工程洞徑的確定主要受該條件控制。綜上最