水工隧洞布置设计

1．洞线选择水工隧洞洞线的选择，是隧洞设计中的重要环节之一；我国已建隧洞工程，由于洞线布置上的不合理和施工方法上的欠妥，而发生的事故不少。其原因：一是地质资料不足；二是水力学因素。隧洞布置隧洞布置

1．洞线选择（１）在洞线选择中都非常重视遵循洞线垂直于地质构造线或与构造线保持有足够角度的原则。一般与构造线夹角大于３０°时基本无塌方事故；２０°～３０°时会出现塌方；小于２０°时大多出现塌方事故。隧洞布置

1．洞线选择（２）层状岩体是典型的各向异性介质。在层状岩体中布置隧洞，洞轴线与岩层走向要有较大的夹角，碧口水电站在陡倾角较疏松的薄层千枚岩中开挖了４条隧洞、３条压力管道和其他各种洞室。洞轴线与岩层的夹角０°～２５°时，洞壁发生严重外鼓和倾倒；夹角２５°～３０°时，发生较轻微外鼓和倾倒；夹角大于４５°时，围岩基本稳定。隧洞布置

1．洞线选择（３）洞线布置应考虑地应力方向，例如，二滩水电站，２号、４号探洞三维地应力实测资料分析，最大主应力方向为北东３０°左右，如选取北东３０°方向为ｘ轴，北西６０°方向为ｙ轴，ｚ轴铅直向上，根据实测值算出这种位置的各种地应力参数，列于表１中。表１可以看出，两个水平应力分量相差很大，如果洞轴线选在ｘ轴方向，边墙将受到小的侧向压力，若选在ｙ轴上，边墙上将受到大的侧向压力，两者相比，后者边墙上单位面积所受的侧向压力，为前者的１．５７～３．６３倍。据此分析，并结合考虑了地质构造线方向进行了厂区洞群布置。结果开挖施工进行顺利。隧洞布置

２．隧洞埋设深度隧洞埋设深度，即洞顶以上岩体的覆盖厚度和山体岸边一侧的岩体厚度，一般统称为围岩的覆盖厚度。隧洞围岩的覆盖厚度涉及到围岩的稳定性、围岩的抗力及围岩的防渗能力等。隧洞布置

２．隧洞埋设深度2．1进、出口洞段及无压隧洞调查了１９个工程的进出口，其最小覆盖厚度均不足１．０倍的洞径，关键是采取了合理的施工程序和工程措施，其结果是减少了明挖，争取了工期。隧洞布置２．隧洞埋设深度隧洞布置

２．隧洞埋设深度2．2有压隧洞

隧洞布置

２．隧洞埋设深度２）雪山准则（如图２所示）：对于比较陡峭的地形，侧向覆盖常起着控制作用。澳大利亚的雪山准则［Ｄａｎｎｅｔａｌ，１９６４］。隧洞布置

２．隧洞埋设深度隧洞布置

２．隧洞埋设深度３）挪威准则（如图３所示）：早年，在挪威当压力隧洞地表岩体坡度变陡时，设计者只是简单地把所需的围岩覆盖厚度从静水头的０．６倍增加到１．０倍。结果导致一些工程的失败。关于经验系数Ｆ的取值问题，宜根据围岩情况确定。隧洞布置２．隧洞埋设深度隧洞布置

２．隧洞埋设深度对岩体坡角从０°～７０°的不同情况使用垂直向准则、雪山准则和挪威准则进行计算比较，雪山准则和挪威准则相当吻合，它随着坡角的增加而覆盖厚度增加，垂直向准则覆盖厚度则随着岩体坡角的增大而减少。显然挪威和雪山准则均更合理。国内工程推荐采用挪威准则。F=1.10—1.50。隧洞布置

２．隧洞埋设深度

高压隧洞和岔洞虽满足了覆盖厚度的要求，有时在完好的岩体中仍会发生水力劈裂，所以提出对地应力和渗流稳定的要求。隧洞布置

工程事例

洞线选择不当

由于洞线选择不当造成重大损失的工程事例，如：十三陵电站斜管段附近有一条１０多米宽的大断层，勘探时没发现，斜管段布置在断层处，其走向、倾角几乎与断层重合，开挖导洞时发生严重坍方，延误工期数月；隧洞布置

工程事例

洞线选择不当引青济秦引水工程中的某段隧洞长约５０００ｍ，有近６０ｍ洞段处于冲沟沟底，开挖过程中出现坍方，几经处理后仍控制不住坍方扩大，造成地面下沉，形成直径约９ｍ、深１１ｍ的通天坍方漏斗，处理近半年时间，造成巨大损失；隧洞布置

工程事例

洞线选择不当×××电站发电洞布置于大坝左岸，该大坝为定向爆破成坝，爆破烈度达７度～９度，爆破促使坝址区岩体震碎，卸荷裂隙张开。１９７３年建成后经多年风化，致使原已张开的裂隙进一步风化、松驰，卸荷带宽达２０ｍ～３０ｍ。１９８５年开凿的发电引水隧洞出口段位于卸荷带中，１９９１年５月充水出现多处渗水射流。放空检查发现洞内岩体变形、钢管下移，衬砌混凝土多处拉裂，岔管混凝土开裂，钢筋外露，为此不得不另建一条发电隧洞。隧洞布置

工程事例

洞线选择不当碧口水电站泄洪洞方案比选时曾进行过左右岸方案比较，最后因右岸泄洪洞较长而被放弃，结果选定的左岸泄洪洞因地质构造的不利组合造成大坍方，地面坍陷面积达１０００ｍ２，坍方段长１８ｍ，坍方量约５０００ｍ３，工程停工处理达数年之久。隧洞布置

工程事例

覆盖厚度不足由于最小覆盖厚度不足发生水力劈裂和渗透失稳造成工程事例，如：江西蔡坊电站发电引水隧洞长2770m，内径2.1m，设计水头108m，衬砌厚50cm单筋5根20，黑云毌花岗岩，上覆厚度14m，下闸蓄水，12.15日充水高压水沿衬砌和围岩裂隙冲出，形成泥石流，冲毁开关站，淹没厂房。围岩岩压力１．自房诚稳条件励好，开企挖后变赞形很快踏稳定的恨围岩，忽可不计跃围岩压统力。围岩变缎形（位醉移）基悉本稳定绵的判别鹿标准参酬见国家安标准Ｇ秩Ｂ５０廊０８６坚－２０变００和《岩土仅工程奇监测室手册》（中己国水苗利水隶电出砌版社易１９晋９８尝年版赠）。员由统船计规摩律看惑，一六般在伸变形含小于搜０．同２ｍ掏ｍ/ｄ时可喇认为基么本稳定著。在有亦长期观烫测（大足于３个右月）成驻果时，辛观测后份期全月驾平均小克于０．赖１ｍｍ/ｄ时帅认为深是稳围定的腊。围岩桥压力２．薄层点状及拿碎裂阿散体闪结构阔的围抱岩，作苦用在摔衬砌判上的犯围岩采压力离可按蛛式（汁６．誓２．丝式４－葛１）泪、式慢（６趟．２恶．４免－２木）计昨算：围岩电压力３．海不能刑形成衬稳定阻拱的雾浅埋裁隧洞唱，宜闲按洞墙室顶全拱的雪上覆规岩体准重力替作用以计算白围岩周压力盈，再唱根据予施工甜所采订取的井支护党措施练予以凤修正黄。围岩压萝力４．揪块状叮、中颈厚层仅至厚抛层状外结构潜的围动岩，复可根扰据围射岩中恩不稳葡定块线体的爱作用耕力来颤确定副围岩叠压力君。围岩什压力５．采桂取了支墙护或加刚固措施仍的围岩倍，根据脑其稳定拣状况，浩可不计页或少计盘围岩压盒力。围岩描压力竹除与撑地质那条件漆、隧筑洞开伸挖尺轧寸有封关外暮，与斧施工利方法陷、支表护措互施、散支护泰时间梦有很流大关失系。顶采用躬紧跟翻掌子托面的相喷射别混凝壳土，骆或根福据变杰形监名测成想果采矛取及旨时锚爪喷支棚护，则可控漆制围勉岩变碑形，裹即使踩在地册质条鞭件较岂差的督围岩霜中，秧也可革大大歉减少够围岩革变形夺造成膜的压苏力，巴但是价，围然岩压竟力究探竟减原多少梯，目企前还主只能兽靠工庭程经划验和鬼对变犹形监足测的拿分析途采用污类比厨法决迁定。围岩川压力６．笛采用陵掘进宫机开蹈挖、贺光面沿爆破突、控响制爆曾破可舌减少湿对围佩岩的艘扰动抖和破谷坏，戴可增厅加围施岩的俩自承龙能力鼓，使找围岩抬在衬烟砌上然形成绝的压说力减姨少；棵可适茫当少予计围蕉岩压惧力。围岩波压力７．魄具有送流变额或膨可胀等皱特殊休性质易的围堵岩，都可能吩对衬淡砌结窝构产松生变完形压球力时彩，应颜对这局种作使用进鸦行专牛门研靠究。８．地勺应力在此衬砌上潜产生的死作用应顾进行专怒门研究池。外水哑压力地下痰水压期力是霞设计稼最关旁注的王、也览是很气难准终确确缘瑞定的惰。外水压基力1．外水习压力折恋减系数1．外水杀压力折类减系数须的方法隧洞的稍外水压别力作用蒸一般根腿据围岩努的渗透区系数、绕岩层结页构、地郊质构造践、渗流忍类型、送衬砌型筐式、补裕给水源邪、排水勤或出水覆点等条央件，通恒过渗流个计算来尤确定。往但是，女计算工峡作量较撒大，计肆算参数攀难确定围，不现暗实。用简结构力炭学法计刘算衬砌促结构时资需先确周定作用利在衬砌脆面上的痕外水压柄力，然铺后按面钳力进行饰计算。议鉴于上观述原因《水工简建筑犁物荷寨载设族计规碑范》仍选饭用外现水压倚力折岭减系厘数的俗方法献。外水压逝力外水压抱力1．外水辉压力折牲减系数外水仓压力啦折减作系数面存在浙问题夺：①在工倦程的前忌期阶段边，隧洞常尚未开锯挖，无米法取得搞地下水割活动状煌态的资愈料。外单水压力斗折减系荐数βe值在团隧洞颈前期塔勘察横中难基以应泡用。②在糖隧洞停施工泪阶段黑，虽率然可透以根厉据地侨下水团活动铅状态极判定βe值，级但表呀中似变化仁区间呢大，同且上聪下不敞同级屈别的βe值相阔互重涂叠，追取值蛇困难苹，不搬尽合紧理。③表中痕没有阐绩明外水搏压力与妇工程、签水文地超质条件帖的关系叛，特别屈是与岩叉体渗透孩性的关躺系，从超而不利恶于工程主地质勘渴察的取酷值。外水压磨力外水握压力咽折减纹系数钓修正访和补断充《隧洞外龟水压力戚折减系狗数工程郑地质研扫究》宋岳粥贾国贸臣腾滕反杰岩体渗期透性与瓜外水压逼力折减沟系数关宁系地下蹄水溢扭出状凤态与始外水娇压力哗折减承系数删关系外水清压力2．排朗水设极施当为察抵御乞高地乐下水寨压力放而需稍要增拜加衬敏砌厚箱度时姥，我熄国的弟经验指是在轧满足剧有关卡覆盖第厚度臭规定州的条元件下幻玉，可厦采用期排水逆措施具降低订外水谣压力半，但劣对于捎不良衔地质劣洞段钢应予据以慎等重对舒待。外水压夫力2．排水睛设施对设有辆排水设眼施的水傍工隧洞缩慧，可根俊据排水裳效果和富排水设熊施的可眼靠性，狮对作用堆在衬砌晃结构上但的外水楼压力作族适当折春减，其驳折减值期可通过圈工程类涉比或渗林流计算露分析确运定。外水压辆力2．排蛛水设非施排水艇的几卡种主密要类为型（1）在荒衬砌注中设覆置排荷水孔(孔径4cm汁~20尺cm)。（2）排辅水廊肢道或轨排水冷洞，摄洞径铲一般1.5银m到3m。（3）排烘水幕泳与排旦水洞践联合夸使用输，以排水乘幕可宰布置掌在任原意方甩向。（4）设宪置辐阳射状屯排水顶孔组窃成排关水带混。多险用于胞地下眠厂房议及无邀压隧升洞。外水脊压力2．排形水设秒施（5）设攀置排置水盲垂沟，验尺劣寸介判于排毛水孔啄和排由水洞傲之间疲，常锯在隧滩洞底仔板下肉布置相排水状盲沟面。（6）土诱工织物腔排水，厕利用屯土工织馒物透水冶性，在肺隧洞岩们壁上铺弯成条带垦状然后傻浇筑衬淘砌，岩锐石渗水犁通过土风工织物讯排水条顾带排走效。（7）高盆压钢管饶贴壁式对排水，乞用槽剃钢或角常钢或半钟圆钢管室点焊在床压力钢盘管外缘系形成排便水网络啦。外水压维力2．排水计设施应注意横的几亇联问题(1足)有压住隧洞毫多采晚用圆摩形断纲面，揪它有模较高僻的抗垂外压甩稳定葱的能丽力，话所以淹在低介压隧滋洞中堤，很尘少在养衬砌冒中设伶置排弊水孔部。(2)有压倒隧洞许设置师排水笋孔时蹈应注桑意内壳水外胳渗。外水绘压力2．排水方设施(3豆)为了妹阻止剩围岩属中岩颂屑随夫水带救出，缠恶化桌围岩崇，可颜在排蒸水孔级中设别置软变式透达水管翅。(4)当围智岩中旨软弱包面充安填物唉有被律水溶度解和储带走唱的可故能时淘，为浑保持悼围岩备稳定夺，则泛不允漆许设啄置排馒水措牌施。外水压痒力EM1锁110今-2-羞290嗽1规范没有必鼻要或没赴有理由咽为外水膀压力设若计衬砌悠。在施工喊、检修劈燕和维修湾期内，墓必须进泉行隧洞乐排水。叉如果施荣工期的仓地下涌杂水太大得，可采缘瑞用灌浆飘减小水母流量。衬砌左设计痛应能息承受敬一定差比例鹊的外固水压示力，伍因为插排水贩无法裁将压扶力减哑小到桂零，炊而且签排水通管存稻在被竟堵塞肉的可给能性腊。采汽用适搞当的甜排水胖措施母后，跳设计寻外水季压力霜可采痒用低景于25%的全慨部压战力或州相当挡于三瓶倍洞经径的隶水柱砖高度筋。外水立压力张有天绝隧洞设毛计三原穴则(1)隧洞伐的外翁水荷西载是码作用寇于地谷下水乱位以游下整准个空悠间的升渗流堆场力(2志)应按渗驱流荷载宪增量理悬论分析衰隧洞应宅力(3谨)衬砌两与围怖岩有棋条件捎地联浅合作岗用外水压圈力工程古事例1.由于起有强偷渗透陷的含阀水层硬、裂如隙水驻、强擦地表箭水补类给，谎造成炭围岩划稳定拿条件碌恶化讯，引灿起局爪部失惜稳：××电站炭匹质页岩抹段隧洞溉，施工楚中遇到傲地下水趋，岩体汽软化，桐围岩失柔稳，冒遥顶大坍致方。外水耍压力工程事桐例2.因排涌水失李效导归致衬在砌破尘坏美国Tau邀mSa某nk压力隧坡洞，设全计水头263肿m，钢辆衬直劳径5.6迁m，运行渔四年后霸检查发漂现钢衬粉压屈，缸进一步脾检查发弄现外排患水系统番被碳酸敢盐类物抖质堵塞拦，外水约压力使码钢衬压专屈所致笔。外水压艳力工程建事例3.因施工征质量差藏在放水蓬时受外罗水压力象作用衬采砌破坏羊卓历湖抽秩水蓄些能电爷站，袭位于馋海拔400纤0m以上伏的青球藏高椅原，把引水傍隧洞月长588脂9m，D=如2.龟5m，混吗凝土育衬砌0.3黄~0.争5m，深埋扔（50~足450邻m）于浅咱变质岩芝中，放披水速度剩较快，懂发现上引水平段付混凝土诞衬砌开券裂脱落斧，混凝骡土蜂窝尸麻面，圣内混模古板、杂例物，钢识筋未绑朱扎，最痕后将2.握7k娇m混凝冻土衬挪砌段订全改仔为钢语衬。外水压遮力工程事随例4.因内水衡外渗受驾外水压编力作用必衬砌破伐坏刘家剩峡1#机组引革水发电让隧洞，饭砼裂选缝形成它内水外两渗，高狠压水沿氏着钢管亭与围岩化间的缝露隙作用娘在钢管预上，使惹钢管变鹊形、压村屈，形撑成鼓包材，变形院失稳。Ba贞th刺C梯ou怀nt寻ny抽水集蓄能狱电站挤，二殊条平我行的停混凝都土衬们砌隧肠洞和逗压力班钢管汁，设于计水希头39菊5m，洞蚕径5m。19斤85年建成叠，当1#隧洞写充水已试验搅时，纪由于茧混凝禾土衬飘砌开姿裂，逃内水拆外渗目，使2#压力沃钢管偶钢板决衬砌董压屈邻。外水压舟力对有间地表档水强仓补给才的冲叔沟，旗一是母容易千造成门围岩晓失稳乌，二蒜是施什工期望外水饭内渗约，工辞程上搁处理前很困杠难，昌运行虚期的同外水议压力充可能服较大轨。支护设陆计根据防靠渗要求呆，隧洞充衬砌结潜构设计镰可分为光抗裂、烂限裂和初不限制项裂缝宽洽度设计手。(１)围岩铁抗渗误能力宫差，触内水杜外渗未造成仓的危掌害，意应提浆出严株格的稿防渗垂要求杯；(２)围岩率具有轰抗渗痒能力菠，内宋水外猎渗可伤能造新成不泥良地投质段抢的局炭部失筋稳，窝宜提千出一消般防灶渗要葡求；(３)围岩具走有较好酬的抗渗宾性，内秆水外渗锣不存在肌渗透失外稳和环琴境破坏愉问题，郑可不提弱出防渗稳要求。支护设挠计１.不衬解砌与岁锚喷工支护不衬酱砌与棍锚喷秒支护犬的设突计，酬一般售宜按荡工程渣类比亿法，纸对于捆直径东（跨丽度）寄大于陆１０钻ｍ的两隧洞今，尚误应辅翻以理韵论计贝算和塘监控崖量测急。Ⅰ、Ⅱ类围脸岩，会隧洞怨的直厅径（惜跨度取）不庙大于济５ｍ订时宜螺不支陶护，乒６ｍ倾～１惑０ｍ返时宜售采用伐喷混搏凝土毛支护附，大全于１石０ｍ息的隧欠洞，谱宜采脂用锚俩喷联偶合支城护，陡遇有孟局部赚不稳迟定块支体时免，应桐采用巩锚杆完加固这。Ⅲ、Ⅳ类围岩同可采用雁锚喷、爱挂网或让钢排架蜡等联合恩支护，Ⅳ类围岩站必要时漫应进行宴衬砌。不衬省砌隧土洞，谱必要鞭时可旗设置蹦不承楚载（躬平整咽）混先凝土驶衬砌侍。支护社设计2.混凝土锣和钢筋施混凝土躺衬砌2.混凝土居和钢筋泽混凝土尝衬砌支护设耻计3.预应庄力混蛙凝土锹衬砌对于防围渗要求码较高的盯隧洞，傅钢筋混舱凝土衬览砌难以举满足防喘渗要求哪，采用别预应力淹混凝土拌衬砌。(1萍)压浆将式预麦应力刃混凝摘土衬饿砌用灌臣浆方缸法来尤产生胡预应乏力的采混凝贼土衬之砌，住我国暖白山耀工程垒；支护得设计3.预应力裁混凝土渣衬砌(2)环锚罚式预恐应力焦混凝范土衬断砌用机械粉方法产背生预应怒力环锚式喇衬砌分帖有黏结交后张预挡应力和斥无黏结昨后张预富应力，溜小浪底冷工程采扣用了后兽张法无拼黏结预科应力混暂凝土衬烂砌，清真江隔河吸岩和天列生桥采映用后张阁法有黏解结预应魄力衬砌摔。有黏碗结后挥张预扁应力有黏水结预舒应力著，必已须考袋虑由抬于摩浩擦引例起的论应力先降低吓，早佳期的某设计很，国怖内外尺大都昨采用饮了有览黏结献预应戏力混士凝土滚衬砌陡，并勇相继郊投