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1、第七章第七章 水工隧洞与坝下埋管水工隧洞与坝下埋管第一节第一节 概述概述第二节第二节 隧洞的进出口建筑物隧洞的进出口建筑物第三节第三节 隧洞洞身的形式及构造隧洞洞身的形式及构造第四节第四节 圆形有压隧洞的衬砌计算圆形有压隧洞的衬砌计算第五节第五节 隧洞的喷锚衬砌隧洞的喷锚衬砌第六节第六节 土石坝坝下埋管土石坝坝下埋管思思 考考 题题第一节第一节 概述概述一、水工隧洞的类型一、水工隧洞的类型一、水工隧洞的类型一、水工隧洞的类型水工隧洞是在山体中开凿的一种泄水、放水建筑物，水工隧洞是在山体中开凿的一种泄水、放水建筑物，其主要作用是渲泄洪水、引水发电或灌溉、供水、其主要作用是渲泄洪水、引水发电或灌溉
2、、供水、航运输水、放空水库、排放水库泥沙以及水利枢纽航运输水、放空水库、排放水库泥沙以及水利枢纽施工期导流。施工期导流。水工隧洞按其担负的任务可分为：泄洪隧洞和放水隧水工隧洞按其担负的任务可分为：泄洪隧洞和放水隧洞。按其工作时洞内的水流状态可分为：有压隧洞洞。按其工作时洞内的水流状态可分为：有压隧洞和无压隧洞。一般从水库引水发电的水工隧洞是有和无压隧洞。一般从水库引水发电的水工隧洞是有压的，而为泄洪、供水、排沙、导流等目的而设置压的，而为泄洪、供水、排沙、导流等目的而设置的隧洞，可以是有压的，也可以是无压的。有压隧的隧洞，可以是有压的，也可以是无压的。有压隧洞运行时，其内壁承受一定的内水压力。
3、无压洞内洞运行时，其内壁承受一定的内水压力。无压洞内水流具有自由水面，水面与洞顶保持一定的净空。水流具有自由水面，水面与洞顶保持一定的净空。第一节第一节 概述概述水工隧洞可以设计成有压的，也可以设计成无压的。水工隧洞可以设计成有压的，也可以设计成无压的。即使是在同一条隧洞中，以主闸门为界，闸门前有即使是在同一条隧洞中，以主闸门为界，闸门前有压，闸门后为无压的。但是在隧洞的同一段内，除压，闸门后为无压的。但是在隧洞的同一段内，除了流速低的导流隧洞外，应严禁出现时而有压，时了流速低的导流隧洞外，应严禁出现时而有压，时而无压的明满交替的流态，以免造成因此引起的震而无压的明满交替的流态，以免造成因此引
4、起的震动与空蚀。动与空蚀。二、二、二、二、水工隧洞的工作特点水工隧洞的工作特点水工隧洞的工作特点水工隧洞的工作特点1 1 1 1深式过水建筑物的特点深式过水建筑物的特点深式过水建筑物的特点深式过水建筑物的特点（1 1）泄水遂洞出口流速高，单宽流量大，能量集中，）泄水遂洞出口流速高，单宽流量大，能量集中，消能防冲措施要求较高。消能防冲措施要求较高。（2 2）进口处于水下较深处，闸门承受的水压力大，要）进口处于水下较深处，闸门承受的水压力大，要求闸门刚度大，启闭机容量大。求闸门刚度大，启闭机容量大。第一节第一节 概述概述（3)3)高水头无压泄水隧洞，容易在高速水流的作用下引高水头无压泄水隧洞，容易
5、在高速水流的作用下引起的振动及洞身空蚀破坏。起的振动及洞身空蚀破坏。（4)4)有压隧洞往往承受较大的内水压力，要求有一定厚有压隧洞往往承受较大的内水压力，要求有一定厚度的围岩和足够强的衬砌。度的围岩和足够强的衬砌。2.2.2.2.地下建筑的特点地下建筑的特点地下建筑的特点地下建筑的特点（1)1)水工隧洞是一种地下结构。隧洞开挖后，改变了岩水工隧洞是一种地下结构。隧洞开挖后，改变了岩体原来的平衡状态，引起孔洞附近应力重分布，岩体体原来的平衡状态，引起孔洞附近应力重分布，岩体产生变形，严重的甚至发生崩塌。因此，隧洞中常需产生变形，严重的甚至发生崩塌。因此，隧洞中常需设置临时性（施工期）支护和永久性
6、衬砌，以确保隧设置临时性（施工期）支护和永久性衬砌，以确保隧洞施工期和运行期的安全。洞施工期和运行期的安全。（2 2）与地面建筑物相比较，隧洞的断面尺寸小，施工）与地面建筑物相比较，隧洞的断面尺寸小，施工场地狭窄，施工干扰较大；场地狭窄，施工干扰较大；第一节第一节 概述概述（3)3)外水压力是水工隧洞设计的主要荷载之一。外水压力是水工隧洞设计的主要荷载之一。三、水工隧洞的线路选择和工程布置三、水工隧洞的线路选择和工程布置三、水工隧洞的线路选择和工程布置三、水工隧洞的线路选择和工程布置1 1 1 1水工隧洞的线路选择水工隧洞的线路选择水工隧洞的线路选择水工隧洞的线路选择在洞线选择时，应结合隧洞的
7、用途，根据当地实际情在洞线选择时，应结合隧洞的用途，根据当地实际情况，综合考虑，地质、地形、水力学、施工、运行、况，综合考虑，地质、地形、水力学、施工、运行、枢纽总布置及对周围环境影响等因素，通过技术经枢纽总布置及对周围环境影响等因素，通过技术经济比较选定。并通过多方案进行经济技术比较而加济比较选定。并通过多方案进行经济技术比较而加以确定。以确定。（1 1 1 1）地质条件）地质条件）地质条件）地质条件1 1）隧洞线路选择原则上应使洞线布置于地质构造简单、）隧洞线路选择原则上应使洞线布置于地质构造简单、岩体完整坚硬稳定，水文地质条件有利及施工方便岩体完整坚硬稳定，水文地质条件有利及施工方便的地
8、区。尽量避开向斜、断层、软弱地层、的地区。尽量避开向斜、断层、软弱地层、第一节第一节 概述概述滑坡等不利地质构造。同时尽量避开涌水量大、地下滑坡等不利地质构造。同时尽量避开涌水量大、地下水位高、岩溶发育、承压水区以及高地应力区，以水位高、岩溶发育、承压水区以及高地应力区，以减少隧洞衬砌荷载及便于施工。减少隧洞衬砌荷载及便于施工。2)2)若洞线与岩层、构造破碎带及主要节理面相交时，若洞线与岩层、构造破碎带及主要节理面相交时，应尽量使洞线具有较大夹角。在整体块状结构的岩应尽量使洞线具有较大夹角。在整体块状结构的岩体中，其夹角应不小于体中，其夹角应不小于3030，在层状岩体中，其夹角，在层状岩体中，
9、其夹角不宜小于不宜小于4545。3)3)隧洞洞线穿过高地应力区时，原则上应使洞线与最隧洞洞线穿过高地应力区时，原则上应使洞线与最大水平地应力方向一致。大水平地应力方向一致。4)4)当隧洞沿水平或倾斜岩层走向布置时，应使洞身位当隧洞沿水平或倾斜岩层走向布置时，应使洞身位于坚硬均质不透水的岩层中。当洞身穿切不同岩体于坚硬均质不透水的岩层中。当洞身穿切不同岩体的岩层时，应使其洞顶置于较坚硬的岩层中。的岩层时，应使其洞顶置于较坚硬的岩层中。第一节第一节 概述概述（2 2 2 2）地形条件）地形条件）地形条件）地形条件1 1）隧洞的线路在平面上应力求短、直，以降低工程造）隧洞的线路在平面上应力求短、直，
10、以降低工程造价和减小水头损失，并保持良好的水流条件。若受价和减小水头损失，并保持良好的水流条件。若受限制而不能保持直线时，隧洞应以曲线连接，其曲限制而不能保持直线时，隧洞应以曲线连接，其曲率半径不小于率半径不小于5 5倍的隧洞洞径（或洞宽），且转角不倍的隧洞洞径（或洞宽），且转角不宜大于宜大于6060。弯道的两端应设直线连接，其长度不宜。弯道的两端应设直线连接，其长度不宜小于小于5 5倍的洞径（或洞宽）。倍的洞径（或洞宽）。2 2）洞线穿过沟谷时，应根据地形、地质、水文及施工）洞线穿过沟谷时，应根据地形、地质、水文及施工条件进行经济技术比较而定其线路。条件进行经济技术比较而定其线路。3 3）隧
11、洞的出口与下游河道的连接，应尽可能的使其衔）隧洞的出口与下游河道的连接，应尽可能的使其衔接畅顺，减少对河岸的冲刷。接畅顺，减少对河岸的冲刷。第一节第一节 概述概述（3 3 3 3）施工条件）施工条件）施工条件）施工条件 隧洞施工工作面小，干扰多。因此，隧洞的线隧洞施工工作面小，干扰多。因此，隧洞的线路选择应认真考虑施工出渣通道和施工场地布置等条路选择应认真考虑施工出渣通道和施工场地布置等条件。对于洞线较长的隧洞，应考虑有适合的地点可以件。对于洞线较长的隧洞，应考虑有适合的地点可以设置竖井、斜井或平洞（图设置竖井、斜井或平洞（图7-17-1），以便进料、出渣和），以便进料、出渣和通风，增加工作面
12、，提高施工进度。此外，应尽量少通风，增加工作面，提高施工进度。此外，应尽量少破坏自然环境，并使其较易恢复，环境投资最小。破坏自然环境，并使其较易恢复，环境投资最小。第一节第一节 概述概述图图7-1 7-1 竖井、平硐及斜井的位置竖井、平硐及斜井的位置第一节第一节 概述概述（4 4 4 4）运行管理条件）运行管理条件）运行管理条件）运行管理条件洞线选择应考虑工程的运行管理条件，应满足枢纽总洞线选择应考虑工程的运行管理条件，应满足枢纽总体布置和运行的要求，应尽量避免其在施工和运行中体布置和运行的要求，应尽量避免其在施工和运行中与枢纽中其它建筑物的相互干扰，如土石坝结合泄洪与枢纽中其它建筑物的相互干
13、扰，如土石坝结合泄洪洞时，在隧洞线路选择时，其进出口应尽可能的离坝洞时，在隧洞线路选择时，其进出口应尽可能的离坝体一定距离，以免影响大坝正常工作。体一定距离，以免影响大坝正常工作。2 2 2 2隧洞的工程布置隧洞的工程布置隧洞的工程布置隧洞的工程布置隧洞的工程布置其主要内容包括：进出口的布置、纵隧洞的工程布置其主要内容包括：进出口的布置、纵剖面的布置以及闸门的布置。隧洞布置的总体要求是剖面的布置以及闸门的布置。隧洞布置的总体要求是必须满足过水、水流状态和运行的要求必须满足过水、水流状态和运行的要求 ，并尽可能的，并尽可能的降低工程造价。降低工程造价。在修建水工隧洞时，应根据实际情况，尽可能的考
14、虑在修建水工隧洞时，应根据实际情况，尽可能的考虑第一节第一节 概述概述“一洞多用一洞多用”，以降低工程造价，如采用灌溉与发电，以降低工程造价，如采用灌溉与发电相结合的布置方式。导流与引水泄洪相结合的隧洞，相结合的布置方式。导流与引水泄洪相结合的隧洞，由于两者进口高程不同，导流洞进口较低，引水泄洪由于两者进口高程不同，导流洞进口较低，引水泄洪洞进口较高，工程竣工后，先将导流隧洞的进口封堵，洞进口较高，工程竣工后，先将导流隧洞的进口封堵，并用斜管将引水隧洞的进口与主洞连接起来，工程上并用斜管将引水隧洞的进口与主洞连接起来，工程上称之为称之为“龙抬头龙抬头”的型式，如图的型式，如图7-27-2所示所
15、示 第一节第一节 概述概述图图7-2 7-2 刘家峡深孔无压泄水洞刘家峡深孔无压泄水洞 单位：单位：m m1-1-混凝土坝；混凝土坝；2-2-岩面线；岩面线；3-3-原地面线；原地面线；4-4-通风洞；通风洞；5-5-检修门槽；检修门槽；6-6-弧形闸门弧形闸门第一节第一节 概述概述（1 1 1 1）隧洞进出口位置应依据的总体规划，结合地形、隧洞进出口位置应依据的总体规划，结合地形、地质条件，使水流顺畅，进流均匀，出流平稳，满足地质条件，使水流顺畅，进流均匀，出流平稳，满足使用功能和运行安全等方面的要求。进出口宜选在地使用功能和运行安全等方面的要求。进出口宜选在地质构造简单、岩体完整，风化层较
16、浅的地区，避开不质构造简单、岩体完整，风化层较浅的地区，避开不良地质构造和易崩塌、危崖、滑地地区。良地质构造和易崩塌、危崖、滑地地区。隧洞的进口高程应根据隧洞的用途，结合实际运用要隧洞的进口高程应根据隧洞的用途，结合实际运用要求加以确定。如发电隧洞，其进口顶部的高程应在水求加以确定。如发电隧洞，其进口顶部的高程应在水库最低工作水位以下库最低工作水位以下0.50.51.0m1.0m；底部最小高程应高出；底部最小高程应高出水库淤沙高程水库淤沙高程1.0m1.0m以上，以防止粗颗粒泥沙进入洞中。以上，以防止粗颗粒泥沙进入洞中。在不影响隧洞正常使用的前提下，尽量提高隧洞的进在不影响隧洞正常使用的前提下
17、，尽量提高隧洞的进口高程，以缩短洞长，减小主闸门的作用水头和洞身口高程，以缩短洞长，减小主闸门的作用水头和洞身的内力压力，降低造价。的内力压力，降低造价。第一节第一节 概述概述（2 2 2 2）纵剖面的布置）纵剖面的布置）纵剖面的布置）纵剖面的布置 隧洞的纵剖面布置主要是其纵坡的确定，有压隧洞的隧洞的纵剖面布置主要是其纵坡的确定，有压隧洞的纵坡主要从施工排水和放空隧洞及检修的角度考虑，纵坡主要从施工排水和放空隧洞及检修的角度考虑，一般取一般取i=1/200i=1/2001/10001/1000。当洞身较短时，也可以做。当洞身较短时，也可以做成水平，但不应做成倒坡。无压隧洞的纵坡应满足水成水平，
18、但不应做成倒坡。无压隧洞的纵坡应满足水流条件，多采用陡坡。隧洞纵坡不宜变化太多，而变流条件，多采用陡坡。隧洞纵坡不宜变化太多，而变坡应尽量选在水流比较均匀稳定的部位。坡应尽量选在水流比较均匀稳定的部位。（3 3 3 3）闸门在隧洞中的位置）闸门在隧洞中的位置）闸门在隧洞中的位置）闸门在隧洞中的位置 泄水隧洞中通常设置两道闸门。一道工作闸门，泄水隧洞中通常设置两道闸门。一道工作闸门，用来调节流量或封闭孔口，要求能在动水中启闭。一用来调节流量或封闭孔口，要求能在动水中启闭。一道为检修闸门，当工作闸门或隧洞发生事故时用来挡道为检修闸门，当工作闸门或隧洞发生事故时用来挡水，检修闸门要求能在动水中关闭，
19、静水中开启。水，检修闸门要求能在动水中关闭，静水中开启。第一节第一节 概述概述工作闸门可以布置在隧洞的进口，出口或隧洞中的某一工作闸门可以布置在隧洞的进口，出口或隧洞中的某一适宜位置。适宜位置。工作闸门布置在进口的隧洞（图工作闸门布置在进口的隧洞（图7-27-2），一般为无压。），一般为无压。为了保证洞内为稳定的无压流态，门后洞顶应距离自由为了保证洞内为稳定的无压流态，门后洞顶应距离自由水面一定净空，并向门后不断充分通气。这种布置的优水面一定净空，并向门后不断充分通气。这种布置的优点是工作闸门，检修闸门都布置于首部，便于运行管理。点是工作闸门，检修闸门都布置于首部，便于运行管理。工作闸门布置在
20、出口的隧洞（图工作闸门布置在出口的隧洞（图7-37-3），一般为有），一般为有压。这种布置洞内水流条件好，但工作闸门与检修闸门压。这种布置洞内水流条件好，但工作闸门与检修闸门分置于出、进口，不便于运行管理。分置于出、进口，不便于运行管理。工作闸门设置于洞内时，门前为有压段，门后为无压段。工作闸门设置于洞内时，门前为有压段，门后为无压段。这种布置往往是受某些条件限制所致。如地形、施工和这种布置往往是受某些条件限制所致。如地形、施工和枢纽布置上的原因枢纽布置上的原因。图图73 73 深孔有压泄水隧洞深孔有压泄水隧洞 单位：单位：m m1-1-平面检修闸门；平面检修闸门；2-2-弧形工作闸门；弧形工
21、作闸门；3-3-渐变段；渐变段；4-4-消能段消能段第二节第二节 隧洞的进出口建筑物隧洞的进出口建筑物一一一一 、进口建筑物、进口建筑物、进口建筑物、进口建筑物1.1.1.1.进口建筑物的型式进口建筑物的型式进口建筑物的型式进口建筑物的型式进口建筑物位于隧洞的最前端，按其结构型式和布置进口建筑物位于隧洞的最前端，按其结构型式和布置方式可分为：竖井式、塔式、岸塔式和斜坡式等几种。方式可分为：竖井式、塔式、岸塔式和斜坡式等几种。（1 1）竖井式）竖井式 竖井式是指在隧洞进口附近的山体中竖井式是指在隧洞进口附近的山体中开挖竖井，井壁衬砌，井内设置闸门，启闭设备及操开挖竖井，井壁衬砌，井内设置闸门，启
22、闭设备及操作室布置于井顶（如图作室布置于井顶（如图7-47-4）。其优点是结构简单，）。其优点是结构简单，抗震性好，稳定性高，不受风浪水的影响，工程量小，抗震性好，稳定性高，不受风浪水的影响，工程量小，造价较低。其不足之处是闸门前的进口段和洞身段检造价较低。其不足之处是闸门前的进口段和洞身段检修不便。竖井式一般适用于隧洞进口段岩石坚硬完整修不便。竖井式一般适用于隧洞进口段岩石坚硬完整的情况。的情况。第二节第二节 隧洞的进出口建筑物隧洞的进出口建筑物图图7-4 7-4 竖井式进口建筑物（单位：竖井式进口建筑物（单位：m m）第二节第二节 隧洞的进出口建筑物隧洞的进出口建筑物（2 2）塔式）塔式
23、如图如图7-57-5所示，塔式进口是独立于隧洞的所示，塔式进口是独立于隧洞的进口处的钢筋混凝土塔。闸门布置于塔底，启闭设备进口处的钢筋混凝土塔。闸门布置于塔底，启闭设备及操作室布于塔（内）顶，操作室与彼岸之间用工作及操作室布于塔（内）顶，操作室与彼岸之间用工作桥连接。这种形式适用于岸坡较平缓，边坡岩石破碎，桥连接。这种形式适用于岸坡较平缓，边坡岩石破碎，覆盖层厚，不宜采用靠岸进口的情况。其优点是：布覆盖层厚，不宜采用靠岸进口的情况。其优点是：布置紧凑，闸门启闭较为方便可靠。不足之处是受风、置紧凑，闸门启闭较为方便可靠。不足之处是受风、浪、冰、地震的影响大，稳定性相对较差；工程造价浪、冰、地震的
24、影响大，稳定性相对较差；工程造价高。高。塔式进口建筑物根据其结构形式的不同，可分为封闭塔式进口建筑物根据其结构形式的不同，可分为封闭式（图式（图7-57-5）和框架式（图）和框架式（图7-67-6）两种。封闭式塔身横）两种。封闭式塔身横断面可以是矩形、圆形或多边形。封闭式塔身可以在断面可以是矩形、圆形或多边形。封闭式塔身可以在其不同高程处设置进水口，以适应水库水位的变化及其不同高程处设置进水口，以适应水库水位的变化及取水的要求。取水的要求。第二节第二节 隧洞的进出口建筑物隧洞的进出口建筑物框架式进水口建筑物结构轻便，受风浪等的作用也较框架式进水口建筑物结构轻便，受风浪等的作用也较小，工程量小，
25、造价较低，但只能在低水位时进行检小，工程量小，造价较低，但只能在低水位时进行检修，水流流态不好，容易产生空蚀。因而，大型泄水修，水流流态不好，容易产生空蚀。因而，大型泄水隧洞采用较少。隧洞采用较少。第二节第二节 隧洞的进出口建筑物隧洞的进出口建筑物图图7-5 7-5 封闭式分层取水进水塔封闭式分层取水进水塔（单位：高程以（单位：高程以m m计，构造尺寸以计，构造尺寸以cmcm计）计）第二节第二节 隧洞的进出口建筑物隧洞的进出口建筑物图图7-6 7-6 框架式进口建筑物框架式进口建筑物第二节第二节 隧洞的进出口建筑物隧洞的进出口建筑物（3 3）岸塔式）岸塔式 如图如图7-77-7所示，这种形式的
26、进口建筑物，所示，这种形式的进口建筑物，下部紧靠岸坡，塔身稳定性较好，甚至可以对岩坡起到下部紧靠岸坡，塔身稳定性较好，甚至可以对岩坡起到一定的支撑作用，施工安装较为方便，无需工作桥，较一定的支撑作用，施工安装较为方便，无需工作桥，较为经济。适用于岸坡较陡，岩石比较坚固稳定的地区。为经济。适用于岸坡较陡，岩石比较坚固稳定的地区。第二节第二节 隧洞的进出口建筑物隧洞的进出口建筑物图图7-7 7-7 岸塔式进水口（高程：岸塔式进水口（高程：m m，尺寸：，尺寸：cmcm）1-1-清污台；清污台；2-2-固定栏污格栅；固定栏污格栅；3-3-通气孔；通气孔；4-4-闸门轨道；闸门轨道；5-5-锚筋锚筋第
27、二节第二节 隧洞的进出口建筑物隧洞的进出口建筑物（4 4）斜坡式）斜坡式 如图如图7-87-8所示，是直接在岸坡上进行平所示，是直接在岸坡上进行平整开挖并加以衬砌而成的。闸门及拦栅的轨道直接整开挖并加以衬砌而成的。闸门及拦栅的轨道直接安装在斜坡的护砌上。其优点是：结构简单，施工安装在斜坡的护砌上。其优点是：结构简单，施工方便，稳定性好，工程量小。缺点是闸门面积大，方便，稳定性好，工程量小。缺点是闸门面积大，关闭闸门不易靠自重下降。斜坡式进口一般只用于关闭闸门不易靠自重下降。斜坡式进口一般只用于岸坡岩体条件较好的中、小型工程。岸坡岩体条件较好的中、小型工程。第二节第二节 隧洞的进出口建筑物隧洞的
28、进出口建筑物图图7-8 7-8 响洪甸斜坡式进水口响洪甸斜坡式进水口 单位：单位：m m1-1-喇叭口式进水口；喇叭口式进水口；2-2-检修闸门；检修闸门；3-3-渐变段；渐变段；4-4-堵头；堵头；5-5-通气孔；通气孔；6-6-贮门罩贮门罩第二节第二节 隧洞的进出口建筑物隧洞的进出口建筑物2.2.2.2.进口建筑物的组成、作用及构造进口建筑物的组成、作用及构造进口建筑物的组成、作用及构造进口建筑物的组成、作用及构造 进口建筑物主要有进水口、闸室段及渐变段所组进口建筑物主要有进水口、闸室段及渐变段所组成，它主要包括：栏污栅、进水喇叭口、门槽、平压成，它主要包括：栏污栅、进水喇叭口、门槽、平压
29、管、通气孔和渐变段等。通气孔、渐变段的构造详见管、通气孔和渐变段等。通气孔、渐变段的构造详见重力坝有关章节。重力坝有关章节。(1)(1)拦物栅拦物栅 拦物栅是由纵、横向金属栅条组成的网状拦物栅是由纵、横向金属栅条组成的网状结构。拦物栅布置在隧洞的进口，其作用是防止漂浮结构。拦物栅布置在隧洞的进口，其作用是防止漂浮物进入隧洞。为了便于维修更换等，拦物栅通常做成物进入隧洞。为了便于维修更换等，拦物栅通常做成活动式的。活动式的。(2)(2)进水喇叭口进水喇叭口 喇叭口段是隧洞的首部。喇叭口的作喇叭口段是隧洞的首部。喇叭口的作用就是保证水流能平顺的进入隧洞，避免不利的负压用就是保证水流能平顺的进入隧洞
30、，避免不利的负压和空蚀破坏，减少局部水头损失，提高隧洞的过水能和空蚀破坏，减少局部水头损失，提高隧洞的过水能力。力。第二节第二节 隧洞的进出口建筑物隧洞的进出口建筑物喇叭口的横断面一般为矩形，顺水流方向呈收缩状，喇叭口的横断面一般为矩形，顺水流方向呈收缩状，顶部常采用顶部常采用1/41/4的椭圆曲线（图的椭圆曲线（图7-97-9），椭圆曲线方程），椭圆曲线方程为：为：(7-1)式中：式中：椭圆长半轴，约等于椭圆长半轴，约等于h;h;椭圆短半轴，约等于椭圆短半轴，约等于h/3h/3。边墙曲线边墙曲线 可取闸门处孔口的宽度，可取闸门处孔口的宽度，可取闸门处孔可取闸门处孔口宽度的口宽度的1/31/3
31、1/51/5。当隧洞流速不大时，顶部也可采。当隧洞流速不大时，顶部也可采用圆弧曲面，其半径要求用圆弧曲面，其半径要求R2DR2D（D D为洞径）。为洞径）。对于无压隧洞，检修闸门与工作闸门之间的洞顶（如对于无压隧洞，检修闸门与工作闸门之间的洞顶（如图图7-107-10）多采用）多采用14141:61:6的坡度向下游压缩，以增的坡度向下游压缩，以增加进口段的压力，防止发生空蚀。加进口段的压力，防止发生空蚀。第二节第二节 隧洞的进出口建筑物隧洞的进出口建筑物图图79 79 喇叭口形状喇叭口形状（a a）圆弧曲线）圆弧曲线 （b b）椭圆曲线）椭圆曲线第二节第二节 隧洞的进出口建筑物隧洞的进出口建筑
32、物（3 3）平压管）平压管 为了减小检修闸门的启门力，通常在为了减小检修闸门的启门力，通常在检修闸门与工作闸门之间设置平压管与水库相通（图检修闸门与工作闸门之间设置平压管与水库相通（图7-117-11），检修完毕后，首先在两道闸门中间充水，使），检修完毕后，首先在两道闸门中间充水，使检修闸门前后的水压相同，保证检修闸门在静水中开检修闸门前后的水压相同，保证检修闸门在静水中开启。平压管直径主要根据充水时间，充水体积等确定。启。平压管直径主要根据充水时间，充水体积等确定。当充水量不大时，也可以采用布置在检修门上的短管，当充水量不大时，也可以采用布置在检修门上的短管，充水时先提起门上的充水阀，待充满
33、后再继续提升闸充水时先提起门上的充水阀，待充满后再继续提升闸门。门。第二节第二节 隧洞的进出口建筑物隧洞的进出口建筑物（4 4）通气孔通气孔是向闸门后通气的一种孔道。）通气孔通气孔是向闸门后通气的一种孔道。其主要作用是补充被高速水流带走的空气，防止气蚀其主要作用是补充被高速水流带走的空气，防止气蚀的破坏和闸门的振动，同时在工作闸门和检修闸门之的破坏和闸门的振动，同时在工作闸门和检修闸门之间充水时，通气孔又兼作排气孔。因此，通气孔通常间充水时，通气孔又兼作排气孔。因此，通气孔通常担负着补气，排气的双重任务。通气量和泄水量与下担负着补气，排气的双重任务。通气量和泄水量与下游洞内的流态有关，通气孔的
34、面积计算见第三章。游洞内的流态有关，通气孔的面积计算见第三章。第二节第二节第二节第二节 隧洞的进出口建筑物隧洞的进出口建筑物隧洞的进出口建筑物隧洞的进出口建筑物图图7-11 7-11 平压管布置平压管布置图图7-10 7-10 压板式压力进口段压板式压力进口段布置布置第二节第二节 隧洞的进出口建筑物隧洞的进出口建筑物二、出口建筑物二、出口建筑物隧洞出口建筑物的型式与布置，主要取决于隧洞的功用隧洞出口建筑物的型式与布置，主要取决于隧洞的功用及出口附近的地形、地质条件。隧洞出口建筑物主要包及出口附近的地形、地质条件。隧洞出口建筑物主要包括：渐变段、闸室段及消能设施。括：渐变段、闸室段及消能设施。有
35、压隧洞出口常设有工作闸门和启闭设施（图有压隧洞出口常设有工作闸门和启闭设施（图7-127-12），），闸门前设渐变段，出口之后为消能设施；无压隧洞的出闸门前设渐变段，出口之后为消能设施；无压隧洞的出口仅设门框而不设闸门，以防止洞脸及上部岩石崩塌，口仅设门框而不设闸门，以防止洞脸及上部岩石崩塌，洞身直接与下游消能设施相连接（图洞身直接与下游消能设施相连接（图7-137-13）。）。第二节第二节第二节第二节 隧洞的进出口建筑物隧洞的进出口建筑物隧洞的进出口建筑物隧洞的进出口建筑物图图7-12 7-12 有压隧洞的出口建筑物有压隧洞的出口建筑物1-1-钢梯；钢梯；2-2-混凝土块压重；混凝土块压重；
36、3-3-启闭机操纵室启闭机操纵室图图7-13 7-13 无压隧洞的出口结构无压隧洞的出口结构第二节第二节 隧洞的进出口建筑物隧洞的进出口建筑物隧洞出口的消能方式与岸边溢洪道相似，常采用挑流隧洞出口的消能方式与岸边溢洪道相似，常采用挑流消能和底流消能两种型式。消能和底流消能两种型式。由于隧洞的出口断面尺寸较小，单宽流量大，能量较由于隧洞的出口断面尺寸较小，单宽流量大，能量较集中，通常采取平面扩散的措施，以减小挑流鼻坎处集中，通常采取平面扩散的措施，以减小挑流鼻坎处或消力池的单宽流量。扩散度的要求与溢洪道相同。或消力池的单宽流量。扩散度的要求与溢洪道相同。对于特别重要的工程，扩散段的布置应由模型试
37、验来对于特别重要的工程，扩散段的布置应由模型试验来确定。确定。隧洞的出口流速较大，除平面上要求适当扩散外，底隧洞的出口流速较大，除平面上要求适当扩散外，底部边界布置平顺光滑，以适应高速水流的要求。一般部边界布置平顺光滑，以适应高速水流的要求。一般在洞口后设一水平过渡段，然后再接不陡于在洞口后设一水平过渡段，然后再接不陡于1414斜坡，斜坡，从洞口算起的水平段长度可按下式经验公式拟定：从洞口算起的水平段长度可按下式经验公式拟定：第二节第二节 隧洞的进出口建筑物隧洞的进出口建筑物 （m m）（7-27-2）式中：式中：出口流速出口流速 m/sm/s；DD洞径洞径 m m。第三节第三节 隧洞洞身的形
38、式及构造隧洞洞身的形式及构造一、洞身断面形式及尺寸一、洞身断面形式及尺寸影响洞身断面形式及尺寸的因素很多，如水流条件，影响洞身断面形式及尺寸的因素很多，如水流条件，地质条件，地应力情况，施工及运用要求条件，因此，地质条件，地应力情况，施工及运用要求条件，因此，其断面形式及尺寸应通过技术经济分析来确定。其断面形式及尺寸应通过技术经济分析来确定。1.1.无压隧洞洞身的断面型式无压隧洞洞身的断面型式（1 1）圆拱直墙式）圆拱直墙式 图图7-147-14（d d）（）（i i）。由于其顶。由于其顶部为圆形，适宜于承受垂直围岩压，且便于开挖和衬部为圆形，适宜于承受垂直围岩压，且便于开挖和衬砌。圆拱中心角
39、一般为砌。圆拱中心角一般为90090018001800之间。一般情况下之间。一般情况下较大跨度泄洪隧洞的中心角常采用较大跨度泄洪隧洞的中心角常采用12001200左右。为了减左右。为了减小或消除作用在侧墙上的侧向围岩压力，也可以把直小或消除作用在侧墙上的侧向围岩压力，也可以把直墙改做倾斜的墙改做倾斜的 图图7-147-14（e e）。其缺点是圆拱受力条。其缺点是圆拱受力条件不好，拱圈截面将出现弯矩。件不好，拱圈截面将出现弯矩。第三节第三节 隧洞洞身的形式及构造隧洞洞身的形式及构造（2 2）马蹄形）马蹄形 图图7-147-14（f f）、（）、（h h）当岩石比较软当岩石比较软弱破碎，洞壁崩塌严
40、重，铅直围岩压力及侧向围岩压弱破碎，洞壁崩塌严重，铅直围岩压力及侧向围岩压力较大，而且底部也存在围岩压力时，可采用马蹄形力较大，而且底部也存在围岩压力时，可采用马蹄形的断面形式。这种型式的最大特点是受力条件好，但的断面形式。这种型式的最大特点是受力条件好，但施工复杂。施工复杂。（3 3）圆形）圆形 图图7-147-14（a a）、（）、（b b）、（）、（c c）、（）、（g g）当当地址条件较差，同时又有较大的外水压力时，可以考地址条件较差，同时又有较大的外水压力时，可以考虑采用圆形断面。当采用掘进机开挖施工时，也可采虑采用圆形断面。当采用掘进机开挖施工时，也可采用圆形断面。用圆形断面。第三
41、节第三节 隧洞洞身的形式及构造隧洞洞身的形式及构造图图714 714 断面形式及衬砌类型（单位：断面形式及衬砌类型（单位：cmcm）（a a）-（f f）单层衬砌；（）单层衬砌；（g g）-（i i）组合式衬砌）组合式衬砌1-1-喷混混土；喷混混土；2-=16mm2-=16mm钢板；钢板；3-253-25排水管；排水管；4-20cm4-20cm钢筋网喷混凝土；钢筋网喷混凝土；5-5-锚筋锚筋第三节第三节 隧洞洞身的形式及构造隧洞洞身的形式及构造2.2.无压隧洞的断面尺寸无压隧洞的断面尺寸无压隧洞的断面尺寸应根据隧洞通过的流量，作用水无压隧洞的断面尺寸应根据隧洞通过的流量，作用水头及纵剖面布置，
42、通过水力计算确定，其断面尺寸同头及纵剖面布置，通过水力计算确定，其断面尺寸同时还应满足施工和维修的要求。时还应满足施工和维修的要求。无压隧洞的泄流能力取决于进口压力段，其泄流能力无压隧洞的泄流能力取决于进口压力段，其泄流能力按管流计算：按管流计算：(7-3)(7-3)式中式中 流量系数（考虑进口段局部水头损失流量系数（考虑进口段局部水头损失情况下而定）；情况下而定）；闸门处孔的面积；闸门处孔的面积；作用水头。作用水头。第三节第三节 隧洞洞身的形式及构造隧洞洞身的形式及构造在工作闸门之后的陡坡段在工作闸门之后的陡坡段,可用能量方程分别求出其可用能量方程分别求出其水面曲线。为保证洞内为明流状态，洞
43、内必须留有一水面曲线。为保证洞内为明流状态，洞内必须留有一定的净空。当流速较低，通气很好时，要求净空面积定的净空。当流速较低，通气很好时，要求净空面积不小于断面面积的不小于断面面积的15%15%，且净空高度不小于，且净空高度不小于40cm40cm。当。当流速较大时，还因考虑掺气的影响，在掺气水面以上流速较大时，还因考虑掺气的影响，在掺气水面以上的净空约为洞身断面积的的净空约为洞身断面积的151520%20%；对圆拱直墙式断；对圆拱直墙式断面，水流波峰应限制在直墙范围以内。面，水流波峰应限制在直墙范围以内。无压隧洞断面的高宽比一般为无压隧洞断面的高宽比一般为1.01.01.51.5，一般非圆形，
44、一般非圆形断面的尺寸（宽断面的尺寸（宽高）不小于高）不小于1.51.8m1.51.8m；圆形断面；圆形断面的内径不小于的内径不小于1.8m1.8m。第三节第三节 隧洞洞身的形式及构造隧洞洞身的形式及构造3 3有压隧洞的洞身断面型式及尺寸有压隧洞的洞身断面型式及尺寸有压隧洞的洞身型式一般均采用圆形断面。若洞径较有压隧洞的洞身型式一般均采用圆形断面。若洞径较小，外水压力又不大，为了施工方便，也可采用无压小，外水压力又不大，为了施工方便，也可采用无压隧洞常用的断面型式。隧洞常用的断面型式。有压隧洞的断面尺寸可按有压管流公式进行计算。为有压隧洞的断面尺寸可按有压管流公式进行计算。为了保证洞内水流处于有
45、压流态，一般要求洞顶应有了保证洞内水流处于有压流态，一般要求洞顶应有2m2m以上的压力余幅。流速越大，压力余幅也应加大。以上的压力余幅。流速越大，压力余幅也应加大。二、洞身衬砌的类型和构造二、洞身衬砌的类型和构造衬砌是指在开挖后的洞壁做一层人工护壁。衬砌的作衬砌是指在开挖后的洞壁做一层人工护壁。衬砌的作用主要包括：阻止洞周围岩体的变形发展，保证围岩用主要包括：阻止洞周围岩体的变形发展，保证围岩的稳定；承受围岩压力，内水压力和其他荷载；防止的稳定；承受围岩压力，内水压力和其他荷载；防止水流，空气，温度和干湿变化等对围岩的冲蚀破坏。水流，空气，温度和干湿变化等对围岩的冲蚀破坏。第三节第三节 隧洞洞
46、身的形式及构造隧洞洞身的形式及构造1 1衬砌的型式衬砌的型式隧洞洞身衬砌按其作用可分为平整衬砌和受力衬砌两隧洞洞身衬砌按其作用可分为平整衬砌和受力衬砌两大类。大类。（1 1）平整衬砌）平整衬砌 平整衬砌也称抹面衬砌，其主要作平整衬砌也称抹面衬砌，其主要作用是使隧洞围岩面光滑平整，减小糙率，防止渗漏和用是使隧洞围岩面光滑平整，减小糙率，防止渗漏和岩面不受风化。衬砌不承受荷载。因此，衬砌常用混岩面不受风化。衬砌不承受荷载。因此，衬砌常用混凝土、喷浆及浆砌石等材料做成（图凝土、喷浆及浆砌石等材料做成（图7-157-15）。这种衬）。这种衬砌适用于围岩较好，水头较小的隧洞。砌适用于围岩较好，水头较小的
47、隧洞。第三节第三节 隧洞洞身的形式及构造隧洞洞身的形式及构造图图7-15 7-15 砌石衬砌（单位：砌石衬砌（单位：cmcm）第三节第三节 隧洞洞身的形式及构造隧洞洞身的形式及构造（2 2）受力衬砌）受力衬砌 受力衬砌按其结构又可分为单层衬受力衬砌按其结构又可分为单层衬砌、组合衬砌、预应力衬砌和喷锚衬砌等四种。砌、组合衬砌、预应力衬砌和喷锚衬砌等四种。1 1）单层衬砌）单层衬砌 单层衬砌是指由混凝土、钢筋混凝土、单层衬砌是指由混凝土、钢筋混凝土、喷混凝土及浆砌石等做成的衬砌。如图喷混凝土及浆砌石等做成的衬砌。如图7-147-14（a a）（f f）所示，适用于中等地质条件、高水头、高流速、）所
48、示，适用于中等地质条件、高水头、高流速、大跨度的情况。衬砌的厚度应根据受力、抗渗、结构大跨度的情况。衬砌的厚度应根据受力、抗渗、结构和施工要求分析确定。一般约为洞径和跨度的和施工要求分析确定。一般约为洞径和跨度的1/81/81/121/12。单层整体混凝土衬砌，其厚度不宜小于。单层整体混凝土衬砌，其厚度不宜小于20cm20cm；单层钢筋混凝土衬砌不宜小于单层钢筋混凝土衬砌不宜小于25cm25cm；双层钢筋的不宜；双层钢筋的不宜小于小于30cm30cm。第三节第三节 隧洞洞身的形式及构造隧洞洞身的形式及构造2)2)组合衬砌组合衬砌 它是由两种或以上的衬砌型式组合而成，它是由两种或以上的衬砌型式组
49、合而成，如图如图7-147-14（g g）（）（i i）所示。如内层为钢板、外层为）所示。如内层为钢板、外层为混凝土或钢筋混凝土；顶拱为砂浆或混凝土，边墙为混凝土或钢筋混凝土；顶拱为砂浆或混凝土，边墙为混凝土或浆砌石；顶拱为喷锚衬砌，边墙和底板为混混凝土或浆砌石；顶拱为喷锚衬砌，边墙和底板为混凝土或钢筋混凝土衬砌。凝土或钢筋混凝土衬砌。第三节第三节 隧洞洞身的形式及构造隧洞洞身的形式及构造图图714 714 断面形式及衬砌类型（单位：断面形式及衬砌类型（单位：cmcm）（a a）-（f f）单层衬砌；（）单层衬砌；（g g）-（i i）组合式衬砌）组合式衬砌1-1-喷混混土；喷混混土；2-=1
50、6mm2-=16mm钢板；钢板；3-253-25排水管；排水管；4-20cm4-20cm钢筋网喷混凝土；钢筋网喷混凝土；5-5-锚筋锚筋第三节第三节 隧洞洞身的形式及构造隧洞洞身的形式及构造3 3）预应力衬砌（图）预应力衬砌（图7-7-1616）预应力衬砌多用于预应力衬砌多用于高水头的圆形有压隧洞。高水头的圆形有压隧洞。由于衬砌预加了压应力，由于衬砌预加了压应力，可以抵消运行时产生的拉可以抵消运行时产生的拉应力，因此，可使隧洞衬应力，因此，可使隧洞衬砌厚度减薄，节省材料和砌厚度减薄，节省材料和开挖量。预加应力的方法，开挖量。预加应力的方法，以压浆式最为简单。压浆以压浆式最为简单。压浆是用高压将