隧洞设计方法.doc

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1、隧洞设计方法黑龙江农垦林业职业技术学院19隧洞设计方法一、概述在水利枢纽中为满足泄洪、灌溉、发电等任务而设置的隧洞称为水工隧洞。水工隧洞按洞内水流状态分为有压洞和无压洞。一般隧洞可设成有压，也可设成无压，或设成前段有压而后段无压。但在同一洞段内，应避免出现时而有压时而无压的明满流交替现象，以防止不利流态。在设计水工隧洞时，应根据枢纽的规划任务，尽量一洞多用，以降低工程造价。如导流洞与永久隧洞相结合，泄洪、排沙、放空隧洞的结合等。二、水工隧洞的线路选择隧洞选线关系到工程造价、施工难易、工程进度、运行可靠性等。影响因素多，如地质、

2、地形、施工条件等。因此，应综合考虑，进行技术比较后加以选定。1.地质条件隧洞路线应选在地质构造简单、岩体完整坚硬的地区，尽量避开不利地质构造，尽量避开地下水位高、渗水严重地段，以减少隧洞衬砌上的外水压力。洞线要与岩层、构造断裂面及主要软弱带走向有较大的交角。在高地应力地区，洞线应与最大水平地应力方向尽量一致，以减少隧洞的侧向围岩压力。隧洞应有足够的覆盖厚度，对于有压隧洞，当考虑弹性抗力时，围岩的最小覆盖厚度不小于3倍洞径。根据以往工程经验，对于围岩坚硬完整无不利构造的岩体，有压隧洞的最小覆盖厚度不小于0.4H（H为压力水头），

3、如不加衬砌，则应不小于1.0H。在隧洞进、出口处，围岩厚度往往较薄，应根据地质、施工、结构等因素综合分析确定，一般情况下，进、出口顶部的岩体厚度不宜小于1倍的洞径或洞宽。2.地形条件洞线应尽量短直，如因地形、地质、等原因需要转弯时，对于低流速的隧洞弯道曲率半径不应小于5倍洞径或洞宽，转弯转角不宜大于60°，弯道两端的直线段长度也不宜小于5倍的洞径或洞宽。高流速的隧洞设弯道时，最好通过试验确定。3.水流条件隧洞进口应力求水流顺畅，出口水流应与下游河道平顺衔接，与土石坝下游坝脚及其建筑物保持足够距离，防止出现冲刷。4.施工条件洞线

4、选择应考虑施工出渣通道及施工场地布置问题。设置曲线时，其弯曲半径应考虑施工所要求的转弯半径。对于长洞，应利用地形、地质条件布置施工支洞、斜洞、竖井。以便进料、出渣和通风，改善施工条件，加快施工进度。此外，洞线选择应满足总体布置和运行要求，避免对其它建筑物的干扰。19三、水工隧洞的布置隧洞的布置主要包括：进口段、出口段和洞身段。1．进口段的形式和构造进口建筑物按其布置及结构形式，分为竖井式、塔式、岸塔式和斜坡式等，在工程中常根据地形、地质、施工等具体条件采用。进口段的组成包括进水喇叭口、闸室、通气孔、平压管和渐变段等几部分。（1

5、）进水喇叭口进水口是隧洞首部，其体形应与孔口水流流态相适应，避免产生不利的负压和空蚀破坏，同时还应尽量减小局部水头损失，以提高泄流能力。隧洞进口常采用顶板和两侧边墙顺水流方向三向逐渐收缩的平底矩形断面，形成喇叭口状。收缩曲线常采用四分之一椭圆曲线，椭圆方程为：(1)式中：a—椭圆长半轴，对于顶板曲线，约等于闸门处孔口高度H，对于边墙曲线，约等于闸门处的孔口宽度B；b—椭圆短半轴，顶板曲线可用H/3，边墙曲线约为（1/3～1/5）B。深式无压隧洞进水口是一短管型压力段，为了增加压力段压力，改善压力分布，常在进口段顶部设置倾斜压坡

6、（图1）。这种形式的压力进口段顶部曲线由椭圆曲线AB、直线段BC、及EF组成。通常BC段稍缓于EF段，压板长度L应满足塔顶启闭机的布置和闸门检修的要求，可采用3～6米。图1进口段洞顶压坡布置（2）通气孔19当闸门部分开启时，孔口处的水流流速很大，门后的空气会被水流带走，形成负压区，引起空蚀破坏使闸门振动，危及工程的安全运行。因此，对设在泄水隧洞进口或中部的闸门之后应设通气孔，通气孔在隧洞运用中，承担着补气、排气的双重任务，对改善流态、避免运行事故起着重要的作用。通气孔进口必须与闸门启闭机室分开设置，以免充气或排气时，因风速太大

7、，影响工作人员的安全。通气孔在洞内出口应仅靠闸门的下游面，并尽量在洞顶，以保证在任何流态下都能充分通气。通气孔管身应顺直，减少转弯突变，以减小阻力。（3）平压管为了减小启门力，往往要求检修门在静水中开启。为此，应设置平压管。检修工作结束后，在开启检修门之前，先打开平压管的阀门，将水放进两道门之间，使检修门两侧的水压平衡，此时在静水中开启检修门，可大大减小启门力。平压管的尺寸根据灌水时间、两道门间的灌水空间及后一道门漏水量来确定。（4）拦污栅拦污栅是为防止水库中漂浮物进入隧洞而设置的。泄水隧洞一般不设拦污栅。需要拦截水库中较大浮

8、沉物时，可在进口设置固定栅梁或粗拦污栅。引水发电洞进口应设置较密的细栅，以防污物阻塞和破坏阀门及水轮机叶片。（5）渐变段、闸室可参见重力坝的有关内容。2．洞身段（1）洞身断面形式及尺寸无压洞多采用圆拱直墙形断面，由于顶部为圆拱形，适宜于承受垂直围岩压力，且施工时便于开挖和衬砌