【土木】水工隧洞一

1、 分类方法：按功用分、按受力状态分。分类方法：按功用分、按受力状态分。（一）按功用分：（一）按功用分： 泄洪泄洪 引水：发电、灌溉、供水；航运输水。引水：发电、灌溉、供水；航运输水。 排沙排沙 放空水库放空水库 施工导流施工导流（二）按受压状态分：（二）按受压状态分： （1）有压：）有压： 水力计算水力计算 、管流计算、管流计算 在工程布置上受力情况差别较大在工程布置上受力情况差别较大 （2）无压：）无压： 明渠流计算明渠流计算 运行条件上（同一条洞前段有压，后段无压）运行条件上（同一条洞前段有压，后段无压） 禁忌：明满流交替禁忌：明满流交替 危害：（危害：（1）易引起振动、空蚀。）易引起振动

2、、空蚀。 （2）影响泄流能力。）影响泄流能力。 具体到一个工程，究竟采用有压或无压，应具体到一个工程，究竟采用有压或无压，应通过技术、经济比较后确定。通过技术、经济比较后确定。二、水工隧洞的工作特点二、水工隧洞的工作特点（1）水力特点：）水力特点： 深式泄水孔：深式泄水孔： a 泄水能力与泄水能力与h1/2成正比。成正比。 b 进口位置低，能预泄。进口位置低，能预泄。 c 承受得水头较高，易引起空化、空蚀。承受得水头较高，易引起空化、空蚀。 d 水流脉动会引起闸门等振动。水流脉动会引起闸门等振动。 e 出口单宽流量大，能量集中会造成下游出口单宽流量大，能量集中会造成下游 冲刷。冲刷。（2）结构

3、特点：）结构特点： a 洞室开挖后，引起应力重分布，导致围岩洞室开挖后，引起应力重分布，导致围岩变形甚至崩塌，为此常布置临时支护和永久性衬砌。变形甚至崩塌，为此常布置临时支护和永久性衬砌。 b 承受较大内水压力的隧洞，要求围岩具有承受较大内水压力的隧洞，要求围岩具有足够的厚度和必要的衬砌。足够的厚度和必要的衬砌。（3）施工特点：）施工特点： 隧洞一般断面小，洞线长，工序多，隧洞一般断面小，洞线长，工序多， 干扰大，施工条件差，工期较长。干扰大，施工条件差，工期较长。三、水工隧洞的组成三、水工隧洞的组成 进口段进口段 洞身段洞身段 出口段出口段 （1 1）应根据枢纽）应根据枢纽的的任务，对泄水建

4、筑物进行总体任务，对泄水建筑物进行总体 规划。规划。 （2 2）在合理定洞线）在合理定洞线的的基础上，根据地形、地质、基础上，根据地形、地质、 水流条件，选定进口水流条件，选定进口的的位置及进口结构形成，位置及进口结构形成， 确定闸门在洞口中确定闸门在洞口中的的位置。位置。 （3 3）确定洞身纵坡及洞身断面形状及尺寸。）确定洞身纵坡及洞身断面形状及尺寸。 （4 4）根据地形、地质、尾水位等条件及建筑物之间）根据地形、地质、尾水位等条件及建筑物之间 的的相互关系，选定出口相互关系，选定出口的的位置，底位置，底板板高程及高程及 消能方式。消能方式。 选线选线是是设计中一个至关重要设计中一个至关重要

5、的的问题，它关系到工问题，它关系到工程造价、施工难易、工期长短和运行可靠性等方面。程造价、施工难易、工期长短和运行可靠性等方面。选洞线的一般原则和要求为：选洞线的一般原则和要求为：（1 1）隧洞）隧洞的的线路应尽量避开不利线路应尽量避开不利的的地质构造，围岩可地质构造，围岩可能能不不稳定及地下水位高稳定及地下水位高、渗流量丰富渗流量丰富的的地段，以减少地段，以减少作用于衬砌上作用于衬砌上的的围岩压力和外水压力。围岩压力和外水压力。（2 2）洞线在平面上应力求短直，这样既可以减少工程）洞线在平面上应力求短直，这样既可以减少工程费用，减少水头损失，便于施工。必须转弯时，其直费用，减少水头损失，便于

6、施工。必须转弯时，其直线半径不宜小于线半径不宜小于5 5倍洞径或洞宽，转角不宜大于倍洞径或洞宽，转角不宜大于6060o o，弯道两端弯道两端的的直线段不宜小于直线段不宜小于5 5倍洞径（或洞宽）。倍洞径（或洞宽）。（3 3）隧洞应有一定）隧洞应有一定的的埋藏深度。埋藏深度。（4 4）隧洞的纵坡，应根据水利条件运用要求、）隧洞的纵坡，应根据水利条件运用要求、 用途、上下游衔接、施工和检修等因素用途、上下游衔接、施工和检修等因素 综合分析比较后确定。综合分析比较后确定。（5 5）对于长隧洞，选择洞线时还应注意利用地形、）对于长隧洞，选择洞线时还应注意利用地形、 地质条件、布置一些施工支洞、斜井、竖

7、井，地质条件、布置一些施工支洞、斜井、竖井， 以增加工作面，加快施工进度。以增加工作面，加快施工进度。（6 6）要考虑进出口）要考虑进出口与与其它建筑物的关系：其它建筑物的关系： 如果水库所建的坝如果水库所建的坝是是土石坝，则进口应距离土石坝，则进口应距离 坝坡坝坡50m50m以上，出口应距离坝坡以上，出口应距离坝坡100m100m以上，以免以上，以免 水流冲刷坝坡。水流冲刷坝坡。 排沙洞排沙洞： 为了保证电站进水口免受泥沙淤积威胁，故为了保证电站进水口免受泥沙淤积威胁，故 排沙洞进口布置在靠近电站进口的上游侧，高程排沙洞进口布置在靠近电站进口的上游侧，高程 比电站进水口低，以使电站进口在其拉

8、沙漏斗比电站进水口低，以使电站进口在其拉沙漏斗 范围内。范围内。 泄水隧洞泄水隧洞： 出口方向要与下游的河道衔接顺畅，减轻对岸边出口方向要与下游的河道衔接顺畅，减轻对岸边的冲刷。的冲刷。 每一个初步方案均应用平面图和纵剖图来表示。每一个初步方案均应用平面图和纵剖图来表示。 平面图表示出：平面图表示出： 地形、隧洞和其它建筑物的关系，地形、隧洞和其它建筑物的关系， 进口位置、闸门位置、施工旁洞、进口位置、闸门位置、施工旁洞、 竖井、堆渣地点等。竖井、堆渣地点等。 纵剖面图表示出：纵剖面图表示出： 地质构造、断层破碎带以及其它地质特点，地质构造、断层破碎带以及其它地质特点， 进出口及闸门置进出口及

9、闸门置、底坡的坡率、洞底高程。底坡的坡率、洞底高程。 泄水隧洞中一般布置工作闸门，检修闸门（或事泄水隧洞中一般布置工作闸门，检修闸门（或事故闸门）故闸门） 可以布置在进口、出口或隧洞中某一可以布置在进口、出口或隧洞中某一 适宜位置。适宜位置。（1）布置在进口：）布置在进口： 一般为无压洞一般为无压洞 也可以是有压洞。（平时利用闸门挡水，也可以是有压洞。（平时利用闸门挡水， 保持洞内无水）保持洞内无水）（2）布置在出口：）布置在出口： 有压洞。有压洞。（3）布置在洞身某一位置）布置在洞身某一位置 a 由于地形、地质、施工和枢纽布置上的由于地形、地质、施工和枢纽布置上的原因，隧洞线路需要转弯，闸门

10、室易布置在转弯段原因，隧洞线路需要转弯，闸门室易布置在转弯段后的直线段上。后的直线段上。 b 洞内某处较出口处的地质条件好，工作闸门洞内某处较出口处的地质条件好，工作闸门布置在洞中，可以利用岩体承受闸门传输的水动力。布置在洞中，可以利用岩体承受闸门传输的水动力。三、多用途隧洞的布置：三、多用途隧洞的布置： 一洞多用，或临时任务与永久任务相结合一洞多用，或临时任务与永久任务相结合。 这样可减小工程量，降低造价，也可解决枢纽这样可减小工程量，降低造价，也可解决枢纽 中单项工程过多造成布置上的困难。中单项工程过多造成布置上的困难。（一）泄洪洞与导流洞合一布置（一）泄洪洞与导流洞合一布置 常作成常作成

11、“龙抬头龙抬头”式，在进口之后用抛物线段、式，在进口之后用抛物线段、斜坡段、反弧段与较低的洞身相连接。斜坡段、反弧段与较低的洞身相连接。 “龙抬头龙抬头”式泄洪洞，一般水头高，流速大，式泄洪洞，一般水头高，流速大，反弧及下游易遭空蚀破坏。为了避免空蚀，应反弧及下游易遭空蚀破坏。为了避免空蚀，应做好体形设计，控制施工质量。限制不平跨度，做好体形设计，控制施工质量。限制不平跨度，并选用适当的掺气减蚀措施。并选用适当的掺气减蚀措施。 （二）泄洪洞与发电洞合一布置（二）泄洪洞与发电洞合一布置 布置型式：布置型式： 存在问题：存在问题： 1、岔尖处的水流流态复杂，容易产生、岔尖处的水流流态复杂，容易产生

12、 不利负压和空蚀。不利负压和空蚀。 2、泄洪时对发电不利。、泄洪时对发电不利。泄洪发电泄洪（支洞）发电(支洞)岔尖 （三）泄洪洞与排沙洞合一布置（三）泄洪洞与排沙洞合一布置 排沙洞进口高程低，在施工期可做导流洞用。排沙洞进口高程低，在施工期可做导流洞用。 1、闸门压力大，启闭困难。、闸门压力大，启闭困难。 （洪水期开启，水头高。）（洪水期开启，水头高。） 2、泥沙堆积，闸门不易开启。泥沙堆积，闸门不易开启。一、形式及计算要点一、形式及计算要点 按布置与结构形式分为：按布置与结构形式分为： 竖井式、塔式、岸塔式、斜式。竖井式、塔式、岸塔式、斜式。 适用条件适用条件 优缺点优缺点计算要点计算要点竖

13、井式：竖井式： 地质条件好地质条件好 地形适宜地形适宜 干井干井弧门弧门 湿井湿井平门平门 优：优：结构简单、结构简单、不受风浪、水的不受风浪、水的影响，抗震及稳影响，抗震及稳定好，地形条件定好，地形条件适宜时，工程量适宜时，工程量较小。较小。缺：缺：竖井前的一竖井前的一段隧洞检修不便。段隧洞检修不便。 沿井的不同高沿井的不同高度，截取断面，度，截取断面，按单位高度的封按单位高度的封闭或框架进行分闭或框架进行分析。析。适用条件适用条件 优缺点优缺点计算要点计算要点塔式：塔式： 岸坡低缓，岩岸坡低缓，岩石破碎或覆盖层石破碎或覆盖层较厚。较厚。优：优：对于取水用的对于取水用的封闭塔，可在不同封闭塔

14、，可在不同高程设置取水口，高程设置取水口，取用上层温度较高取用上层温度较高的清水。的清水。缺：缺：受风浪、地震、受风浪、地震、冰的影响大，稳定冰的影响大，稳定性相对较差，需要性相对较差，需要工作桥与库岸相连。工作桥与库岸相连。 塔身是直立塔身是直立的悬臂结构，的悬臂结构，需计算塔身的需计算塔身的抗倾、抗滑稳抗倾、抗滑稳定。按封闭框定。按封闭框架计算单位的架计算单位的高度的横断面高度的横断面的水平应力，的水平应力，按悬臂计算铅按悬臂计算铅直应力（将立直应力（将立体框架简化成体框架简化成平面问题计算）平面问题计算）适用条件适用条件 优缺点优缺点计算要点计算要点岸塔式：岸塔式： 岸坡较陡，岩岸坡较陡

15、，岩石比较坚固稳定。石比较坚固稳定。优：优：稳定性比塔式好，稳定性比塔式好， 施工、安装比较方施工、安装比较方 便，无须接岸桥梁便，无须接岸桥梁.缺：缺：受风浪、冰、地震受风浪、冰、地震 有一定影响。有一定影响。 基本方法基本方法同塔式，另同塔式，另外应考虑塔外应考虑塔背是否作用背是否作用有岩石压力。有岩石压力。斜坡式：完整的岩斜坡式：完整的岩坡，地形适宜，闸坡，地形适宜，闸门及拦污栅的轨道门及拦污栅的轨道直接安装在斜坡的直接安装在斜坡的护砌上。护砌上。优：优：结构简单，施工、结构简单，施工、 安装方便，稳定性安装方便，稳定性 好，工程量小。好，工程量小。缺：缺：闸门面积加大，关闸门面积加大，

16、关门时不易靠自垂下降门时不易靠自垂下降. 进口段包括：进口段包括： 进水喇叭口、闸门室、通气孔、平压管、渐变段。进水喇叭口、闸门室、通气孔、平压管、渐变段。（一）进水喇叭口（一）进水喇叭口 位置：位置：在隧洞的首部在隧洞的首部 要求：要求：其体形与孔口水流的形态相适应，使水流平顺其体形与孔口水流的形态相适应，使水流平顺 通过，而不致脱壁。通过，而不致脱壁。 避免产生不利的负压合空隙破坏。避免产生不利的负压合空隙破坏。 减少局部水头损失，以提高泄流能力。减少局部水头损失，以提高泄流能力。 体型：体型：常采用矩形断面，顶板和边墙顺水流方向三面收缩常采用矩形断面，顶板和边墙顺水流方向三面收缩 平底。

17、喇叭口的顶板和边墙常采用椭圆曲线，其方程为：平底。喇叭口的顶板和边墙常采用椭圆曲线，其方程为：12222byax式中：式中：a a 长半轴长半轴 顶板约等于闸门处的孔口高度（顶板约等于闸门处的孔口高度（h h） 边墙约等于闸门处的孔口宽度（边墙约等于闸门处的孔口宽度（b b） b b 短半轴短半轴 顶板：顶板：h/3h/3 边墙：（边墙：（1/31/31/51/5）b b 对于重要的工程，进口曲线应通过水工模型试验确定。对于重要的工程，进口曲线应通过水工模型试验确定。无压隧洞的压力进口顶板，在检修闸门上游通常无压隧洞的压力进口顶板，在检修闸门上游通常是是一段倾斜的一段倾斜的椭圆曲线，以便与检修

18、闸门和工作门之间的顶板衔接，此顶板椭圆曲线，以便与检修闸门和工作门之间的顶板衔接，此顶板以以1 1：4 4 1 1：6 6的坡度向下游缩，以增加进口段的压力，防止的坡度向下游缩，以增加进口段的压力，防止发生空蚀。发生空蚀。 检修门槽前的入口段长度可控制在（检修门槽前的入口段长度可控制在（0.8 0.8 1.01.0）倍工作）倍工作闸门处的孔口高度范围内。检修门槽与工作闸门之间的顶板也闸门处的孔口高度范围内。检修门槽与工作闸门之间的顶板也应布置成压坡段（目的：收缩断面进一步改善进口的压力分布应布置成压坡段（目的：收缩断面进一步改善进口的压力分布和水流流态）。和水流流态）。（二）通气孔（二）通气孔

19、位置：位置：设在泄水隧洞进口或中部的工作闸门之后。设在泄水隧洞进口或中部的工作闸门之后。 设在检修门和工作门之间。设在检修门和工作门之间。作用：作用：工作闸门在各级开度情况下工作闸门在各级开度情况下补气补气 检修时检修时补气。补气。 检修完毕，工作闸门和检修门之间充分输水直至平检修完毕，工作闸门和检修门之间充分输水直至平 压，此时排气。压，此时排气。布置上注意点：布置上注意点： 通气孔的进口必须与闸门启闭机室分开，因为进口处通气孔的进口必须与闸门启闭机室分开，因为进口处气流速度大，以免在补气、排气时，影响工作人员的安全。气流速度大，以免在补气、排气时，影响工作人员的安全。va40 45m/s

20、孔管应力求减少转弯，突变，以减少阻力。孔管应力求减少转弯，突变，以减少阻力。通气量的计算及通气孔设计：通气量的计算及通气孔设计： 通气孔应按正常的泄流情况设计，其断面多为通气孔应按正常的泄流情况设计，其断面多为圆形，其大小决定于通气量和允许风速。圆形，其大小决定于通气量和允许风速。 通气量与泄水流量及下游洞内流态有关。通气量与泄水流量及下游洞内流态有关。 目前多采用一些经验公式或半经验公式。目前多采用一些经验公式或半经验公式。 对于泄水隧洞中的工作闸门和事故闸门的通对于泄水隧洞中的工作闸门和事故闸门的通气孔：气孔：隧洞断面积avqaavqaawa09.0 对于高水头大型工程中重要闸门后的通气孔

21、对于高水头大型工程中重要闸门后的通气孔（无压隧洞或管道）（无压隧洞或管道）计算时先假定计算时先假定a，求得求得qa后，再以后，再以 验算验算va，确定其是否超过允许风速（，确定其是否超过允许风速（va va =40 45m/s）。）。 否则，重复上述计算，直到满足为止。否则，重复上述计算，直到满足为止。 检修门后的通气孔面积，一般以大于或等于充检修门后的通气孔面积，一般以大于或等于充水平压阀的面积为宜。水平压阀的面积为宜。（三）拦污栅（三）拦污栅（四）渐变段、闸门室及平压管（四）渐变段、闸门室及平压管aqvaa 洞身断面形式，取决于水流条件（有、无压），洞身断面形式，取决于水流条件（有、无压）

22、，施工条件，地质条件及适用要求。施工条件，地质条件及适用要求。（一）无压隧洞的断面形式（一）无压隧洞的断面形式 1、城门洞形（圆拱直墙形）、城门洞形（圆拱直墙形） 优点：优点：施工（开挖、立模、衬砌）简单，为渠道上施工（开挖、立模、衬砌）简单，为渠道上的隧洞，其进出口与渠道连接也简单。的隧洞，其进出口与渠道连接也简单。 适用：适用：垂直山岩压力较大，而无侧向山岩压力或侧垂直山岩压力较大，而无侧向山岩压力或侧向山岩压力很小的情况。为减小或消除侧向山岩压力，向山岩压力很小的情况。为减小或消除侧向山岩压力，可把边墙作成倾斜的。可把边墙作成倾斜的。 2、马蹄形：、马蹄形： 适用：适用：岩石比较软弱破碎

23、，垂直山岩压力和侧向山岩石比较软弱破碎，垂直山岩压力和侧向山岩压力均较大的情况。岩压力均较大的情况。 3、圆形、圆形 适用：适用： 围岩条件较差，且外水压力较大，掘进机施工。围岩条件较差，且外水压力较大，掘进机施工。（二）有压隧洞的断面型式（二）有压隧洞的断面型式 断面一般采用圆形，其原因：断面一般采用圆形，其原因： 水流条件和受力条件均有利。水流条件和受力条件均有利。 在面积一定的条件下，圆形过流能力最大。在面积一定的条件下，圆形过流能力最大。 在围岩较好，内水压力不大时，为了施工在围岩较好，内水压力不大时，为了施工 方便，方便，也可采也可采 用无压隧洞常用的断面形式。用无压隧洞常用的断面形

24、式。 洞身断面尺寸，可根据给定的泄流量，作用水头洞身断面尺寸，可根据给定的泄流量，作用水头 及纵断面布置，通过必要的水力计算及水工模型实验及纵断面布置，通过必要的水力计算及水工模型实验确定。确定。 导流洞尺寸与围堰高度有关，涉及到经济因素。导流洞尺寸与围堰高度有关，涉及到经济因素。 水力计算内容：水力计算内容： 1、有压隧洞、有压隧洞 任务：任务：核算泄流能力及沿程压坡线核算泄流能力及沿程压坡线 泄水能力按管流计算泄水能力按管流计算 : pz ghq2出 式中：式中： 考虑沿程和局部阻力的系数。考虑沿程和局部阻力的系数。 隧洞出口断面面积（约为洞身面积隧洞出口断面面积（约为洞身面积8090%）

25、。）。 h上下游水位差（作用水头）。上下游水位差（作用水头）。%90802）（出洞出ghq 为了保证洞内水流处于有压状态，一般要求洞顶为了保证洞内水流处于有压状态，一般要求洞顶应有应有2m以上的压力余幅，流速大压力余幅也大。以上的压力余幅，流速大压力余幅也大。 采用缩小出口断面面积增大压力，减免负压和空采用缩小出口断面面积增大压力，减免负压和空蚀。蚀。 2、无压隧洞、无压隧洞 计算泄水能力，计算泄水能力， 表孔式进口，按堰流计算。表孔式进口，按堰流计算。 深式短管式进口，泄水能力决定于进口压力段，深式短管式进口，泄水能力决定于进口压力段，仍用有压管流计算，但系数随进口段局部水头损失而定。仍用有

26、压管流计算，但系数随进口段局部水头损失而定。（一般在（一般在0.90.9左右，不考虑沿程损失，因为距离短），左右，不考虑沿程损失，因为距离短），为工作闸门处的孔口面积。为工作闸门处的孔口面积。 工作闸门之后的陡坡段，可用能量方程分段求出其工作闸门之后的陡坡段，可用能量方程分段求出其水面线，为了保证洞内为明流（稳定的）状态，水面线水面线，为了保证洞内为明流（稳定的）状态，水面线上应有一定净空。上应有一定净空。 流速低，通气良好：流速低，通气良好： 净空面积不小于隧洞断面面积的净空面积不小于隧洞断面面积的15%，高度，高度40cm。 流速高：流速高： 要考虑掺气和冲击波的影响，在掺气水面以上要考虑

27、掺气和冲击波的影响，在掺气水面以上的净空约为洞身面积的的净空约为洞身面积的1525%。 对于城门洞形断面，冲击波峰还应限制在直墙对于城门洞形断面，冲击波峰还应限制在直墙范围内。范围内。3、还应考虑到施工和检查维修等方面的需要、还应考虑到施工和检查维修等方面的需要 非圆形不小于非圆形不小于 1.5m1.8m（高）（高） 圆形内径不小于圆形内径不小于 1.8m （一）功用（一）功用 1、阻止围岩变形的发展，保证围岩稳定。、阻止围岩变形的发展，保证围岩稳定。 2、承受山岩压力、内水压力及其它荷载。、承受山岩压力、内水压力及其它荷载。 3、防止渗漏。、防止渗漏。 4、保护岩石免受水流、空气、温度、干湿

28、变化等、保护岩石免受水流、空气、温度、干湿变化等的冲蚀破坏作用。的冲蚀破坏作用。 5、减小隧洞的表面糙率等。、减小隧洞的表面糙率等。（二）类型（二）类型 1、护面：平整（或抹平）衬砌、护面：平整（或抹平）衬砌 采用砼、喷浆、砌石等护面，不承受荷载。采用砼、喷浆、砌石等护面，不承受荷载。 作用：减小糙率、防止漏水。作用：减小糙率、防止漏水。 适用：岩石较好，水头较低的情况。适用：岩石较好，水头较低的情况。 适用：岩石较好，水头较低的情况。适用：岩石较好，水头较低的情况。 优点：造价低，施工方便。优点：造价低，施工方便。 2、单层衬砌、单层衬砌 适用：中等地质条件，断面较大，水头较高，流速适用：中

29、等地质条件，断面较大，水头较高，流速 较大的情况。较大的情况。 采用：混凝土、钢筋混凝土、浆砌石。采用：混凝土、钢筋混凝土、浆砌石。 3、组合衬砌、组合衬砌 内层为：钢板、钢丝网喷浆内层为：钢板、钢丝网喷浆 外层为：混凝土、钢筋混凝土外层为：混凝土、钢筋混凝土 顶拱为混凝土，边墙为浆砌石（围岩好，顶拱为混凝土，边墙为浆砌石（围岩好， 边墙护面）边墙护面） 顶拱喷锚支护，边墙底板为混凝土或钢顶拱喷锚支护，边墙底板为混凝土或钢 筋混凝土（无压洞）筋混凝土（无压洞） 先喷锚支护，再做混凝土或钢筋混凝土先喷锚支护，再做混凝土或钢筋混凝土 衬砌。衬砌。 4、预应力衬砌（以隔河岩为例子发电引水洞）、预应力

30、衬砌（以隔河岩为例子发电引水洞） 适用：高水头有压隧洞适用：高水头有压隧洞 衬砌型式的选择，应根据隧洞能担负的任务，地质条件，衬砌型式的选择，应根据隧洞能担负的任务，地质条件， 断面尺寸，受力状态，施工条件等因素，通过综合比较断面尺寸，受力状态，施工条件等因素，通过综合比较 后确定。后确定。（三）衬砌分缝（三）衬砌分缝 分缝原因：混凝土或钢筋混凝土衬砌在施工和运分缝原因：混凝土或钢筋混凝土衬砌在施工和运用期用期 1 1、由于混凝土的干缩和温度应力可能产生裂缝、由于混凝土的干缩和温度应力可能产生裂缝 2 2、当隧洞穿过地质条件变化显著地区（通过断层、当隧洞穿过地质条件变化显著地区（通过断层、破碎

31、带及其它软弱地带）可能由于不均匀沉降而产生破碎带及其它软弱地带）可能由于不均匀沉降而产生裂缝。裂缝。 3 3、施工只能是分块分段浇筑。、施工只能是分块分段浇筑。施工缝（临时）施工缝（临时） 横向（垂直轴线）：间距由浇筑能力定（一般与横向（垂直轴线）：间距由浇筑能力定（一般与伸缩缝、沉降缝合在一起）伸缩缝、沉降缝合在一起） 纵向（平行轴线）：根据浇筑能力，缝设在顶拱，纵向（平行轴线）：根据浇筑能力，缝设在顶拱，边墙及底板分界处或是内力较小部位。边墙及底板分界处或是内力较小部位。 施工缝需进行凿毛处理或设插筋以加强其整体性。施工缝需进行凿毛处理或设插筋以加强其整体性。沉降缝（永久）沉降缝（永久）

32、设置部位：设置部位： 1 1、通过断层破碎带或软弱带：衬砌加厚，厚度、通过断层破碎带或软弱带：衬砌加厚，厚度 突变处。突变处。 2 2、洞身与进口渐变段等接头处，可能产生较大位、洞身与进口渐变段等接头处，可能产生较大位 移的地段。移的地段。 缝中设止水，填沥青油毡或其他填料。缝中设止水，填沥青油毡或其他填料。 伸缩缝伸缩缝( (永久永久) ) 防止混凝土干缩和温度应力而产生的裂缝。防止混凝土干缩和温度应力而产生的裂缝。 缝的间距约为缝的间距约为6 6 12m12m，缝中设止水。，缝中设止水。 实际施工中：横向施工缝、沉降缝、伸缩缝，尽实际施工中：横向施工缝、沉降缝、伸缩缝，尽量结合在一起。量结

33、合在一起。（四）灌浆（回填、固结）（四）灌浆（回填、固结） 1 1、回填灌浆、回填灌浆 目的：为了充填衬砌与围岩之间的空隙，使之紧目的：为了充填衬砌与围岩之间的空隙，使之紧密结合，共同工作，改善传力条件和减少渗漏。密结合，共同工作，改善传力条件和减少渗漏。 做法：在顶拱部位预留灌浆管，在衬砌完成后，做法：在顶拱部位预留灌浆管，在衬砌完成后，通过预埋管进行灌浆。通过预埋管进行灌浆。 灌浆范围：一般在顶拱中心角灌浆范围：一般在顶拱中心角90900 0 1201200 0以内。以内。 压力：压力：2 23kg/cm3kg/cm2 2（过去会破坏衬砌结构）（过去会破坏衬砌结构） 孔距、排距：一般为孔距

34、、排距：一般为2 26cm6cm（深入岩体几厘米）（深入岩体几厘米） 2 2、固结灌浆、固结灌浆 目的：在于加固围岩，提高围岩的整体性，减小目的：在于加固围岩，提高围岩的整体性，减小山岩压力，保证岩石的弹性抗力，减小地下水对衬砌山岩压力，保证岩石的弹性抗力，减小地下水对衬砌的压力。的压力。 范围：整个断面。范围：整个断面。 压力：为压力：为1.51.52.02.0倍内水压力。（倍内水压力。（4 410 kg/cm10 kg/cm2 2） 一般深入围岩一般深入围岩2 25m5m，对于围岩条件差的地段或直径，对于围岩条件差的地段或直径较大的隧洞达较大的隧洞达6 610m10m。 排距：排距：2 2

35、4m4m，每排不宜少于，每排不宜少于6 6孔，作对称布置。孔，作对称布置。 灌浆时应加强观测，防止洞壁产生变形或破坏。灌浆时应加强观测，防止洞壁产生变形或破坏。 当地质条件良好，围岩单位吸水率当地质条件良好，围岩单位吸水率0.010.01l l/min.m/min.m，可不进行灌浆。可不进行灌浆。 回填灌浆孔、固节灌浆孔通常分排间隔排列。回填灌浆孔、固节灌浆孔通常分排间隔排列。（五）排水（五）排水 作用：降低作用在衬砌上的外水压力。作用：降低作用在衬砌上的外水压力。 1、有压洞：外水压力一般不控制衬砌设计、有压洞：外水压力一般不控制衬砌设计 加强固节灌浆（防渗）加强固节灌浆（防渗） 必须时在底

36、部的衬砌下面设纵向排水。必须时在底部的衬砌下面设纵向排水。 2、无压洞：、无压洞： 外水压力较大时，设置排水（径向、纵向）外水压力较大时，设置排水（径向、纵向） 径向：在洞内水面线上通过衬砌设置排水孔径向：在洞内水面线上通过衬砌设置排水孔 排水孔距、排距一般为排水孔距、排距一般为24m 深入岩体深入岩体24m，将地下水引入洞内。，将地下水引入洞内。 在洞内水面下也有设置排水孔，（如刘家在洞内水面下也有设置排水孔，（如刘家峡电站导流洞），因为隧洞放空后，底板及侧墙难以满峡电站导流洞），因为隧洞放空后，底板及侧墙难以满足抗浮稳定。足抗浮稳定。 纵向排水设在衬砌底部。纵向排水设在衬砌底部。 总之，一

37、般说来，有压洞的外水压力能抵总之，一般说来，有压洞的外水压力能抵消一部分内水压力，除外水压力起控制作用的消一部分内水压力，除外水压力起控制作用的特殊情况外，不需设排水，特别是有压洞覆盖特殊情况外，不需设排水，特别是有压洞覆盖层厚的进口附近，地质较差的地段，特别是围层厚的进口附近，地质较差的地段，特别是围岩内存在易溶填充物，不宜设排水，岩内存在易溶填充物，不宜设排水，而是加强而是加强固节灌浆。固节灌浆。一、出口段的结构布置一、出口段的结构布置 无压洞：无压洞： 出口仅设有门框（以防洞脸及上部岩石崩塌）。出口仅设有门框（以防洞脸及上部岩石崩塌）。 有压洞：有压洞： 出口常设工作闸门，启闭机室。出口

38、常设工作闸门，启闭机室。 闸门前有渐变段（洞圆门方），出门之后为闸门前有渐变段（洞圆门方），出门之后为 消能设施，为避免负压，常采用断面收缩的方法。消能设施，为避免负压，常采用断面收缩的方法。二、消能方式二、消能方式 常用：挑流、底流、洞内突扩消能。常用：挑流、底流、洞内突扩消能。 特点：隧洞出口宽度小，单宽流量大，能量集中，特点：隧洞出口宽度小，单宽流量大，能量集中， 所以出口设置扩散段以扩散水流，减小单宽流量。所以出口设置扩散段以扩散水流，减小单宽流量。挑流消能（常用扩散式）挑流消能（常用扩散式）适用：出口高程高于或接近于下游水位，且地质适用：出口高程高于或接近于下游水位，且地质 条件允许

39、时。条件允许时。 优点：经济合理。优点：经济合理。 注意：尽量不要冲刷对岸。注意：尽量不要冲刷对岸。 形式：斜切式挑流鼻坎（洞轴线与河道交角小）、形式：斜切式挑流鼻坎（洞轴线与河道交角小）、 横向扩散挑坎、收缩式窄缝挑坎。横向扩散挑坎、收缩式窄缝挑坎。底流消能底流消能 优点：消能比较充分平稳。优点：消能比较充分平稳。 缺点：开挖量大，施工时间长，造价高。缺点：开挖量大，施工时间长，造价高。洞中突扩消能（孔板消能）洞中突扩消能（孔板消能） 举例：小浪底工程冲沙洞（泄洪洞）举例：小浪底工程冲沙洞（泄洪洞）一、岩体初始应力（地应力）一、岩体初始应力（地应力）定义：定义： 岩体处于天然产状所具有的内应

40、力叫做岩体岩体处于天然产状所具有的内应力叫做岩体的初始的初始 应力应力(天然岩体内应力天然岩体内应力)，在地学领域中，在地学领域中，通常叫地应力。通常叫地应力。 岩石有岩石有 构造应力（地应力）构造应力（地应力） 自重应力自重应力形成岩体初始应力的因素：形成岩体初始应力的因素： 上覆岩体的重力上覆岩体的重力 地壳构造运动地壳构造运动 成岩过程中的物理、温度作用、成岩过程中的物理、温度作用、 地形影响地形影响 地下水及地震作用地下水及地震作用 由于。如何测得地应力如何测得地应力? 目前常用的方法：应力解除法、应力恢复法目前常用的方法：应力解除法、应力恢复法应力解除法：通过切槽或钻孔解除应力而测得

41、应力解除法：通过切槽或钻孔解除应力而测得 岩石的应变以推求其初始应力。岩石的应变以推求其初始应力。应力恢复法：应力恢复法： 岩体中的应力解除后，不是通过岩体的变岩体中的应力解除后，不是通过岩体的变形特性来推求岩体中的应力值，而是通过施加形特性来推求岩体中的应力值，而是通过施加压力，使岩体恢复到原来的状态，以求得岩体压力，使岩体恢复到原来的状态，以求得岩体在应力解除前的应力值。在应力解除前的应力值。 以上测得的是岩体中一点的应力，至于整个以上测得的是岩体中一点的应力，至于整个岩体中初始应力的分布情况，目前还不能根据岩体中初始应力的分布情况，目前还不能根据有限的测点的结果来加以确定。有限的测点的结

42、果来加以确定。对岩体初始应力的初步认识对岩体初始应力的初步认识 上覆岩石的重量是形成岩体初始应力的基本原因上覆岩石的重量是形成岩体初始应力的基本原因之一，岩体自重作用不仅产生垂直应力，而且借之一，岩体自重作用不仅产生垂直应力，而且借助助“泊松效应泊松效应”和流变效应而产生水平应力。和流变效应而产生水平应力。 初始应力的形成，取决于地形及地壳结构运初始应力的形成，取决于地形及地壳结构运动，这通常有是高的水平应力产生的主要原因。动，这通常有是高的水平应力产生的主要原因。 许多地区岩体初始应力实测结果表明：水平许多地区岩体初始应力实测结果表明：水平应力大大超过上覆岩体的重量算得的结果，这是应力大大超

43、过上覆岩体的重量算得的结果，这是由于构造动力学方面的原因，或地质剥蚀的原因。由于构造动力学方面的原因，或地质剥蚀的原因。 天然岩体中的断层，对初始应力起着解除或天然岩体中的断层，对初始应力起着解除或部分解除的作用。部分解除的作用。 坚硬完整的岩石，在一定地质条件下，可以坚硬完整的岩石，在一定地质条件下，可以聚集大量的能量，从而形成高的天然内应力，在聚集大量的能量，从而形成高的天然内应力，在开挖过程中，产生开挖过程中，产生“岩爆岩爆”。二、围岩的应力集中二、围岩的应力集中应力重分布：应力重分布： 当在岩体中开挖洞室时，洞室围岩的初始应力当在岩体中开挖洞室时，洞室围岩的初始应力状态发生变化，这种现

44、象叫应力重分布。状态发生变化，这种现象叫应力重分布。围岩：围岩： 产生应力重分布的这部分岩体叫围岩。产生应力重分布的这部分岩体叫围岩。 在洞室周边某些部位（形状突变、薄弱区）出在洞室周边某些部位（形状突变、薄弱区）出现应力集中，对围岩稳定不利。现应力集中，对围岩稳定不利。 应力重分布在洞室周边最为显著，远离洞壁，应力重分布在洞室周边最为显著，远离洞壁，影响减小；应力重分布与初始应力状态，洞室的断影响减小；应力重分布与初始应力状态，洞室的断面形状和尺寸，岩体的结构和性质有关。面形状和尺寸，岩体的结构和性质有关。围岩应力计算方法：围岩应力计算方法： 弹性理论，有限元，（参看岩石力学弹性理论，有限元

45、，（参看岩石力学）三、围岩稳定分析三、围岩稳定分析目的：目的： 预估可能出现的破坏形态、部位、范围及其发预估可能出现的破坏形态、部位、范围及其发生和发展过程，选择适宜的支护方案，保证安全施生和发展过程，选择适宜的支护方案，保证安全施工，改进设计。工，改进设计。分析方法：分析方法： 主要凭经验和现场量测作出判断（影响因素多，主要凭经验和现场量测作出判断（影响因素多，而且错综复杂，到目前为止，还不能完全依靠理论而且错综复杂，到目前为止，还不能完全依靠理论计算）计算）分析内容：分析内容： 对初选隧洞断面，结合地质条件及其力学性质，对初选隧洞断面，结合地质条件及其力学性质，初始应力，施工方法等，采用弹

46、性理论公式或有限初始应力，施工方法等，采用弹性理论公式或有限元计算围岩压力。元计算围岩压力。 如围岩压力超过岩体的弹性极限，可按弹塑性如围岩压力超过岩体的弹性极限，可按弹塑性理论计算塑性区的应力，确定塑性区的范围。理论计算塑性区的应力，确定塑性区的范围。 对洞室周边可能出露的危石，按块体平衡法进对洞室周边可能出露的危石，按块体平衡法进行分析。行分析。 现场量测，主要测量一些选定点的位移，和点现场量测，主要测量一些选定点的位移，和点与点之间的相对位移，画出位移与点之间的相对位移，画出位移时间关系曲线，如时间关系曲线，如位移超过位移超过“允许位移量允许位移量”或位移曲线突然变陡，表或位移曲线突然变

47、陡，表明围岩将要失稳，椐此采用支护措施。明围岩将要失稳，椐此采用支护措施。肚松衯宸&愮鐝d)? $?d悡!餯怉 扈鋹a 嘬貑 d?噡1/2001骞寸15鏈?-crm鍦氱敤.files/imgr_logo.gif 冣杁9/erp鏂噡1/2001骞寸15鏈?-crm鍦氱敤.files/logo.gif冟?a/erp鏂噡1/2001骞寸15鏈?-crm鍦敤.files/logo_compute.gif 冡?疘1/erp鏂噡1/2001骞寸15鏈?-瀵瑰啿鍔涢噺.files/ 9/erp鏂噡1/2001骞寸15鏈?-瀵瑰啿鍔涢噺.files/0830.gif 冧塖阇8/erp鏂噡1/2001骞寸15鏈?-瀵瑰啿鍔涢噺.files/4-2.gif 冨篰飁/erp鏂噡1/2001骞寸15鏈?-瀵瑰啿鍔涢噺.files/imgr_logo.gif 冨杁9/erp鏂噡1