水工隧洞复习课程

1、水工隧洞第一节概述一、水工隧洞得类型分类方法：按功用分、按受力状态分。(一)按功用分：(1) 泄洪(2) 引水：发电、灌溉、供水；航运输水。(3) 排沙(4) 放空水库(5) 施工导流(二)按受压状态分：(1) 有压：水力计算、管流计算I在工程布置1受力情况(2) 无压：明渠流计算J 运行条件上差别较大。(同一条洞前段有压，后段无压)禁忌：明满流交替危害：(1)易引起振动、空蚀。(2)影响泄流能力。具体道一个工程，究竟采用有压或无压，应通过技术、经济比较后确定。二、水工隧洞得工作特点(1) 水力特点：深泄水孔：a泄水能力于H1/2成正比。B 进口位置低，能预泄。C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。E出口单宽流量大，能量集中会造成下游冲刷。(2) 结构特点：a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。B承受较大得内水压力得隧洞，要求围岩具有足够得厚度和必要得衬砌。(3) 施工特点：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。三、水工隧洞得组成主要包括下列三部分：(1) 进口段(2) 洞身段(3) 出口

2、段第2节水工隧洞得布置及线路选择一、总体布置及线路选择(一)总体布置(1) 应根据枢纽得任务，对泄水建筑物进行总体规划。(2) 在合理得选定洞线得基础上，根据地形、地质、水流条件，选定进口得位置及 进口结构形成，确定闸门在洞口中得位置。(3) 确定洞身纵坡及洞身断面形状及尺寸。(4) 根据地形、地质、尾水位等条件及建筑物之间得相互关系，选定出口得位置，底扳高程及消能方式。(二)线路选择选线室设计中得一个至关重要得问题，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。(1) 隧洞得线路应尽量避开不利得地质构造，围岩可能部稳定及地下水位高，渗流量丰富得地段，以减少作用于衬砌上得围岩压力和外水压力。(2) 洞线在平面上应力求短直， 这样既可以减少工程费用，方便施工、减少水头损失，便于施工。必须转弯时，其直线半径不宜小于5倍得洞径或洞宽，转角不宜大于60,弯道两端得直线段不宜小于 5倍洞径(或洞宽)(3) 隧洞应有一定得埋藏深度。(4) 隧洞感的纵坡，应根据水利条件运用要求、用途、上下游衔接、施工和检修等因素综合分析比较后确定。(5) 对于长隧洞，选择洞线时还应注意利用地形、地质条件

3、、布置一些施工支洞、 斜井、竖井，以增加工作面，加快施工进度。(6) 要考虑进出口于其它建筑物的关系：如果水库所建的坝时土石坝，则进口应距离坝坡 50M以上，出口应距离坝坡100M以上，以免水流冲刷坝坡。排沙洞，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，高程比电站进水口低， 以使电站进口在其拉沙漏斗范围 内。泄水隧洞的出口方向要与下游的河道衔接顺畅，减轻对岸边的冲刷。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：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、竖井、堆渣地点等。纵剖面图表示出：地质构造、断层破碎带以及其它地质特点，以及进出口及闸门 位置、底坡的坡率、洞底高程。二、闸门在隧洞中的布置泄水隧洞中一般布置工作闸门，检修闸门(或事故闸门)1 .检修门：设在进口2 .工作门：可以布置在进口、出口或隧洞中某一位置。(1) 布置在进口： 一般为无压洞也可以是有压洞。(平时利用闸门挡水，保持洞内无水)(2) 布置在出口：有压洞。(3) 布置在洞身某一位置A由于地形、地质、施工和枢纽布置1的原因，隧洞线路需要转弯，闸门室易布置

4、在转弯段后的直线段上。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，也可解决枢纽中单项工程过多造成布置1的困难。(一)泄洪洞与导流洞合一布置常作成“龙抬头”式，在进口之后用抛物线段、斜坡段、及反弧段与较低的洞身相连接。“龙抬头”式泄洪洞，一般式水头高，流速大，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，并选用适当的掺气减蚀措施。（二）泄洪洞与发电洞合一布置布置型式：存在问题：1 .岔尖处的水流流态复杂，容易产生不利负压合空蚀。2 .泄洪时堆发电不利。（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。问题：1。闸门压力大，启闭困难。（洪水期开启，水头高）2.泥沙堆积，闸门不易开启第3节进口段一、形式及计算要点按布置与结构形式分为：竖井式、塔式、岸塔式、斜坡式。适用条件优缺点计算要点竖井式：地质条件好地形适宜干井一弧门湿井一平门优：结构简单、不受风浪、水 的影响，抗震及稳定好，地形 条件适宜时，工程量较小。缺

5、：竖井前的一段隧洞检修不 便。沿井的不同高度，截取断面， 按单位高度的封闭或框架进 行分析。塔式：岸坡低缓，岩石破碎 或覆盖层较厚。优：对于取水用的封闭塔， 可 在不同茴程设置取水口， 取用 上层温度较高的清水。缺：受风浪、地震、冰的影响 大，稳定性相对较差，需要工 作桥与库岸相连。塔身时直立的悬臂结构，需计 算塔身的抗倾、抗滑稳定。按 封闭框架计算单位的高度的 横断面的水平应力，按悬臂计 算铅直应力（将立体框架简化 成平面问题计算）岸塔式：岸坡较陡，岩石比 较坚固稳定。优：稳定性比塔式好，施工、 安装比较方便，无须接岸桥 梁。缺：受风浪、冰、地震优T 影响。基本方法向塔式，另外应考虑 塔背是否作用有岩石压力。斜坡式：完整的岩坡，地形 适宜，闸门及拦污栅的轨道 直接安装在斜坡的护砌上。优：结构简单，施工、安装方 便，稳定性好，工程量小。缺：闸门面积加大，关门时不 易靠自垂卜降。、进口段的组成部分：包括：进水喇叭口、闸门室、通气孔、平压管、渐变段等几部分。（一）进水喇叭口位置：在隧洞的首部要求：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。避免产生不利的负压合空隙破坏。减少局

6、部水头损失，以提高泄流能力。体型：常采用矩形断面，顶板和边墙顺水流方向三面收缩，平底。喇叭口的顶板和边墙常采 用椭圆曲线，其方程为:2 y b2式中：a 一长半轴顶板约等于闸门处的孔口高度（ H）边墙约等于闸门处的孔口宽度（B） b一短半轴顶板：H/3边墙：（1/31/5） B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式一段倾斜的椭圆曲线，以便与检修闸门和工作门之间的顶板衔接，此顶板以1: 41: 6的坡度向下游缩， 以增加进口段的压力，防止发生空蚀。检修门槽前的入口段长度可控制在（ 0。8- 1。0）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）。（二）通气孔1 .位置：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。2 .作用： 工作闸门在各级开度情况下：补气检修时：补气。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。3 .布置上注意点： 通气孔的进口必须与闸门启闭机室分开，因为进口处气流速度大，以免在补气、 排气时，影响工

7、作人员的安全。Va40-45m/s 孔管应力求减少转弯，突变，以减少阻力。4 .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。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气孔：Qa 0.09Vw?AQaVaA一隧洞断面积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）式中：a风速系数，取0。6B 一闸门处孔口宽度（M） a一通气孔断面面积La一闸门后的隧洞的长度Vw 闸门孔口处的水流流速，m/soAa一闸门后隧洞或管道水面以上空间面积（m2）,通常Aa0,3AA 一闸门后的隧洞或管道断面积计算的先假定a、求得Qa后，再以 Va Qa ,验算Va,确定其是否超过允许风速aVa Va 40 50m/s。否则，重复上述计算，直到满足为止。检修门后得通气孔面积，一般以大于或等于充水平压阀的面积为宜。（三）拦污栅（四）渐变段、闸门室及平压管第4节洞身段一、洞身断面形式洞身断面形式，取决于水流条件（有、无压） ，施工条件，地质条件及适用要求。（一） 无压隧洞的断面形式1

8、.城门洞形（圆拱直墙形）优点：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。适用：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，可把边墙作成倾斜的。2 .马蹄形：适用：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。3 .圆形适用：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1 .断面一般采用原形，其原因：。1水流条件和受力条件均有利。2在面积一定的 条件下，圆形过流能力最大。2 .在围岩较好，内水压力不大时，为了施工方便，也可采用无压隧洞常用的断面形式。二、洞身断面尺寸洞身断面尺寸，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确定。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：1 .有压隧洞任务：核算泄流能力及沿程压坡线（ z -p,侧压管水头线）泄水能力按管流计算Q 出 两_Q_72gH出/(80 90)%式中：一一考虑沿程和局部阻力的系数。隧洞出口断面面积（约为洞身面积的8090%）H 上下游水位差（作用水头）为了保证洞内水流处于有压状态，一般要求洞顶应有 2M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，减免负压和空蚀。2 .无压隧洞计算泄水能力，。1表孔式进口，按堰流计算。2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。（一般在0.9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。工作闸门之后的陡坡段，可用能量方程分段求出其水面线，为了保障洞内为明流（稳定的）状态，水面线上应有一定净空。流速低，通气良好：净空面积不小于隧洞断面面积的15%,高度40cm流速高：要考虑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1525%对于城门洞形断面，冲击波峰还应限制在直墙范围内。3 .还应考虑到施工和检查维修等方面的需要非圆形不小于1.5 1.8m （高）圆形内径不小于1.8m三、洞身衬砌（一） 功用1 .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。3 .防止渗漏。4 .保护岩石免受水流、空气、温度、干湿变化等的冲蚀破坏作用。5 .减小隧洞的表面糙率等。（二）类型1 .护面：平整（或抹平）

《水工隧洞复习课程》由会员s9****2分享，可在线阅读，更多相关《水工隧洞复习课程》请在金锄头文库上搜索。