水利水电工程水工隧洞培训讲义

1、第5章 水工隧洞 1第一节 概述一、水工隧洞概念在地基内开挖而成，四周被围岩包围起来的水工建筑物。二、功能1.泄洪；2.发电、灌溉、给水等所需的引水； 3.检修或其他原因需要放空水库 ；4.排沙；5.施工导流2三、类型1、按功能分：泄洪、泄水、引水、输水、放空、排砂、施工导流。2、按流态分：有压和无压。3、按衬砌方式分：不衬砌隧洞，喷锚、混凝土衬砌或钢筋混凝土衬砌等。4、按流速分：高速（16m/s）,低速(25cm。 单层：用砼、钢筋混凝土或浆砌石做成。 组合式：根据衬砌的不同受力特点和运用要求，用不同材料组成的双层、多层衬砌。 预应力：在施工中预施环向压应力，运行时衬砌可承受由巨大内水压力引

2、起的环向拉应力。适用于高水头圆洞。喷锚支护: 新奥法(NATM)的表现形式.喷混凝土支护和锚杆支护.（三）衬砌构造沿开挖洞壁做成的人工护壁。1、衬砌的作用（1）阻止围岩变形发展，保证其稳定；（2）加固围岩承受围岩压力、内水压力和其他荷载；（3）防止渗漏；（4）保护岩石免受水流、空气、温度、干湿变化等侵蚀破坏；（5）平整围岩，减小表面糙率。30隧洞断面形式及衬砌类型( 单位：cm)(a)(f)单层衬砌；(g)(i)组合式衬砌；(k)(l)预应力衬砌313、衬砌的分缝和止水（1）整体式衬砌在施工中要分段分块浇筑，需设横、纵向工作缝（图）；跳仓浇筑. 陆浑水库泄洪洞衬砌施工分缝 单位：m 衬砌的纵向

3、施工缝 32（2）永久横向伸缩缝：沉陷变形伸缩缝和温度变形伸缩缝（图）。 伸缩沉陷缝 单位：m334、灌浆、防渗和排水（1）灌浆：回填灌浆和固结灌浆。回填灌浆：填充衬砌与围岩之间的空隙，使之紧密结合以改善传力条件，减小渗漏。 一般施工中在衬砌顶拱部分时预留灌浆孔（图）。范围：顶拱90120之间，孔矩和排矩2 6米，灌浆压力一般为0.2 0.5MPa. 固结灌浆：为了加固围岩，提高围岩的强度和整体性，减小山岩压力，保证岩石的弹性抗力，减小地下水对衬砌的压力和减少渗漏而做。 由于其一般在衬砌后进行，故还可起预压作用。 孔深：一倍隧洞半径，梅花形，间矩2 4米。 灌浆压力：1.5 2.0倍内水压力，

4、一般0.31.0MPa. 灌浆孔布置图 34（2)防渗与排水 当地下水位较高时外水压力将会成为主要荷载,因此防渗排水设施不可缺少. 对无压洞:当外水压力较大时,可在洞内最高水面线以上通过衬砌来设置排水孔（图）. 对有压洞: 在洞底部设置纵向排水管和横向排水沟,间矩6 8米.无压隧洞排水布置图 35第五节 隧洞的出口段一、出口段结构体型1、有压：出口处设闸门，因此设闸室，用以布置闸门及相应的启闭设备，门前设渐变段，门后接消能设施。2、无压：出口处无闸门，因此其型式相对简单，仅设门框，以防洞脸及其上部岩体崩塌，洞身直接与消能设施相连。36二、消能方式1、挑流消能2、扩散水跃消能3、洞内消能37第六

5、节 隧洞衬砌的结构计算一、水工隧洞的荷载组合基本荷载与特殊荷载）正常运用情况围岩压力+衬砌自重+设计洪水时的内、外水压力）施工、检修情况围岩压力+衬砌自重+可能最大的外水压力）非常运用情况围岩压力+衬砌自重+校核洪水时的内、外水压力38二、衬砌上的荷载计算、围岩压力：垂直围岩压力；侧向围岩压力；底部上挤力392、弹性抗力： 当衬砌受力变形后，变形方向指向围岩，就产生弹性抗力。*考虑弹性抗力的条件:(1)围岩没有不利的断层或裂隙;(2)围岩厚度大于洞中内水压力的0.4倍;(3)围岩厚度大于3倍洞径;(4)围岩与衬砌之间的间隙被完好填充,接触紧密.弹性抗力的计算： 其中, k为岩石抗力系数, 为围

6、岩变形.3.水荷载（1）内水压力：有压:压坡线。 无压:洞内水深。 （2）外水压力：指作用在衬砌外壁上的地下水压力，其值取决于洞外地下水位线的高低和外水压力，折减系数的大小。40三、 隧洞衬砌的结构计算 衬砌的计算包括确定衬砌厚度，配筋，校核衬砌强度等计算方法：（1）结构力学方法：以衬砌为计算方法，只能求到衬砌的应力，得不到围岩的应力；（2）弹性力学方法：以隧洞整体为计算对象。要求围岩满足均匀各向同性无限弹性体，圆洞，均匀内压力要求。（3）有限元方法：能够对任何复杂的岩体结构中的隧洞进行线性或非线性分析，成为最有效的方法。41一、铅直断面为圆形的洞室衬砌结构计算 内水压力是主要荷载，同时应谨慎而充分地考虑弹性抗力。1、均匀内水压力作用下的圆形洞室衬砌内力计算 先根据管外璧与围岩接触面之间的变形相容条件求出弹性抗力，再用轴对称受力圆管的弹性理论计算衬砌的内力；2、弹性抗力作用下的圆形洞室衬砌内力计算 分别计算各种荷载产生的内力，按不同的荷载组合进行迭加，进行强度校核和配筋。42二、无压隧洞的衬砌结构计算1. 荷载：围岩压力，衬砌自重，内水压力，弹性抗力，摩擦