水工建筑物水工隧洞概述

水工隧洞水工建筑物物一、水工隧隧洞的类型型隧洞的功能能隧洞的类型型泄洪，引水水发电、输输水，排沙沙，放空水水库，施工工导流(图)按功能分：：泄洪、引引水输水、、灌溉供水水、放空排排沙、施工工导流等隧隧洞。按流态分：：有压隧洞洞、无压隧隧洞。按衬砌方式式分：不衬衬砌隧洞，，喷锚、混混凝土衬砌砌或钢筋混混凝土衬砌砌等。按流速大小小分：高速速隧洞（>16m/s）,低速隧洞(<16m/s)1概述1概述二、水工隧隧洞的工作作特点水力特点泄水能力与与H的1/2成正比，超超泄能力较较表孔弱。。进口位置低低，能预泄泄。承受的水头头较高，流流速大，易易引起空化化、空蚀。。水流脉动会会引起闸门门等振动。。出口单宽流流量大，能能量集中，，会造成下下游冲刷。。1概述结构特点施工特点洞室开挖后后，引起应应力重分布布，导致围围岩变形甚甚至崩塌，，为此常布布置临时支支护和永久久性衬砌。。承受较大的的内水压力力的隧洞，，要求围岩岩具有足够够的厚度和和必要的衬衬砌。断面小，洞洞线长，工工序多，干干扰大，施施工条件差差，工期较较长。1概述三、水工隧隧洞的组成成进口段：控制水流，，含拦污栅栅、喇叭口口、闸门室室、渐变段段洞身段：输送水流出口段：连接消能设设施，无压压隧洞仅设设门框，有有压隧洞含含渐变段和和工作闸门门室1概述一、总体布布置和线路路选择1总体布置应根据枢纽纽的任务，，对泄水建建筑物进行行总体规划划。在合理选定定洞线的基基础上，根根据地形、、地质、水水流条件，，选定进口口位置及进进口结构形形式，确定定闸门在洞洞口中的位位置。确定洞身纵纵坡及洞身身断面形状状及尺寸。。根据地形、、地质、尾尾水位等条条件及建筑筑物之间的的相互关系系，选定出出口位置，，底板高程程及消能方方式。2水工隧洞的的布置2水工隧洞的的布置世界最大规规模水工隧隧洞--锦屏二级水水电站2水工隧洞的的布置2水工隧洞的的布置2线路选择隧洞的线路路应尽量避避开不利的的地质构造造，围岩可可能不稳定定及地下水水位高、渗渗流量丰富富等地段，，以减少作作用于衬砌砌上的围岩岩压力和外外水压力。。洞线在平面面上应力求求短直，这这样可减少少工程量、、方便施工工、减少水水头损失；；必须转弯弯时，需满满足弯曲半半径、直线线过渡段的的长度、转转角的要求求。隧洞应有一一定的埋藏藏深度(围岩厚度)，需满足成成洞条件。。隧洞的纵坡坡，应根据据运用要求求、上下游游衔接、施施工和检修修等因素综综合分析而而定。2水工隧洞的的布置对于长隧洞洞，选择洞洞线时应注注意利用地地形、地质质条件、布布置一些施施工支洞、、斜井、竖竖井，以增增加工作面面，加快施施工进度。。要考虑进出出口与其它它建筑物的的关系对于土石坝坝，进出口口与坝坡应应保持一定定距离，以以免水流冲冲刷坝坡。。对于排沙洞洞，进口设设在靠近电电站进口的的上游侧，，高程比电电站进水口口低，以使使电站进口口在其拉沙沙漏斗范围围内，为了了保证电站站进水口免免受泥沙淤淤积威胁。。泄水隧洞的的出口方向向要与下游游的河道衔衔接顺畅，，减轻对岸岸边的冲刷刷。2水工隧洞的的布置二、闸门在在隧洞中的的位置闸门类型及及位置工作闸门：：调节流量量、封闭孔孔口，能在在动水中启启闭①布置在进口：常为无压压洞,也可是有压压洞②布置在出口：有压洞③布置在洞身身某适宜位位置检修闸门：：检修工作作闸门或隧隧洞，动水水关闭、静静水开启①一般位于进进口②有时需于出出口设检修修门以挡下下游水2水工隧洞的的布置三、多用途途隧洞的位位置优点泄洪洞与导导流洞合一一布置一洞多用或或临时任务务与永久任任务相结合合，可减小小工程量，，降低造价价，也可解解决枢纽中中单项工程程过多造成成总体布置置的困难。。常作成“龙抬头”式水头高，流流速大,反弧及下游游易遭空蚀蚀破坏,应做好体形形设计,控制施工质质量，限制制不平整度度,并选用适当当的掺气减减蚀措施。。2水工隧洞的的布置泄洪洞与发发电洞合一一布置存在问题①洞内岔尖尖处的水流流流态复杂杂，容易产产生不利负负压和空蚀蚀②泄洪时影影响发电能能力2水工隧洞的的布置布置形式①主洞(干洞)泄洪、支洞洞(岔洞)发电：洞内内流态好，，岔尖附近近负压较小小，发电支支洞回流强强度弱、范范围小，但但泄洪时发发电洞有效效水头降低低，出力减减小。②支洞(岔洞)泄洪、主洞洞(干洞)发电：相反反分岔角的确确定①与水力条条件、岔尖尖施工、岔岔尖结构强强度有关。。②分岔角小小，则流态态好，分离离区小，水水头损失小小，但洞壁壁薄，强度度低。③经验分岔岔角：30～60°减少发电洞洞空蚀的有有效措施①收缩泄洪洪洞的出口口面积②减少泄洪洪洞闸门开开度。设计内容分岔位置、、洞径比例例、分岔角角度、主支支洞连接曲曲线、面积积收缩比……2水工隧洞的的布置泄洪洞与排排沙洞合一一布置存在问题①闸门压力力大，启闭闭困难(洪水期开启启，水头高高)。②泥沙堆积积，闸门不不易开启。。排沙洞进口口高程低，，可做施工工导流用，，完后改成成泄洪排沙沙洞。2水工隧洞的的布置一、进水口口的型式和和计算要点点按进水口的的布置和结结构型式分分类竖井式塔式岸塔式斜坡式3水工隧洞进进口段按照进水口口后洞内流流态分类有压进水口口无压进水口口3水工隧洞进进口段1竖井式布置：进口口附近开挖挖竖井，井井底设闸门门，井顶设设启闭设备备及操纵室室。优点点：：结结构构简简单单，，不不受受风风浪浪和和冰冰的的影影响响，，抗抗震震和和稳稳定定性性好好，，地地形形条条件件适适宜宜时时，，工工程程量量较较小小。。缺点点：：竖竖井井开开挖挖较较困困难难，，竖竖井井前前的的洞洞段段检检修修不不便便。。适用用条条件件：：地地质质条条件件好好，，岩岩体体比比较较完完整整竖井井衬衬砌砌上上的的作作用用力力：：①干井井(弧形形闸闸门门)：外外水水压压力力、、侧侧向向围围岩岩压压力力、、温温度度和和地地震震作作用用②湿井井(平板板闸闸门门)：外外水水压压力力、、侧侧向向围围岩岩压压力力、、温温度度和和地地震震作作用用、、内内水水压压力力8.3水工工隧隧洞洞进进口口段段2塔式式进进水水口口布置置：：塔塔底底设设闸闸门门，，操操纵纵室室多多设设在在塔塔顶顶，，水水平平截截面面多多为为矩矩形形(Fig8-2a)。缺点点：：受受风风浪浪、、地地震震、、冰冰的的影影响响大大，，稳稳定定性性相相对对较较差差，，需需工工作作桥桥与与库库岸岸相相连连。。适用用条条件件：：岸岸坡坡岩岩石石较较差差，，岸岸坡坡低低缓缓，，覆覆盖盖层层较较厚厚的的情情况况。。作用用力力：：风风、、浪浪、、冰冰、、地地震震计算算要要点点：：塔塔身身是是悬悬臂臂结结构构，需需计计算算塔塔身身的的抗抗倾倾、、抗滑滑稳稳定定。。8.3水工工隧隧洞洞进进口口段段8.3水工工隧隧洞洞进进口口段段8.3水工工隧隧洞洞进进口口段段8.3水工工隧隧洞洞进进口口段段3岸塔塔式式布置置：：靠靠在在开开挖挖后后洞洞脸脸岩岩坡坡上上直直立立或或倾倾斜斜的的进进水水塔塔(Fig8-5)。优点点：：稳稳定定性性比比塔塔式式好好，，施施工工、、安安装装比比较较方方便便，，无无须须接接岸岸桥桥梁梁。。缺点点：：受受风风浪浪、、冰冰、、地地震震影影响响。。适用用条条件件：：岸岸坡坡较较陡陡、、岩岩石石比比较较坚坚固固稳稳定定的的情情况况8.3水工隧洞进口口段8.3水工隧洞进口口段8.3水工隧洞进口口段4斜坡式优点：结构简简单，施工、、安装方便，，稳定性好，，工程量小。。缺点：闸槽倾倾斜，闸门面面积加大，关关门时不易靠靠自重下降。。适用条件：岩岩坡完整，地地形适宜，斜斜坡的护砌上上可直接安装装轨道的情况况。一般只用于中中、小型工程，或或只用于设检修修闸门。5组合式8.3水工隧洞进口口段8.3水工隧洞进口口段二、进水口的的组成部分组成部分进水喇叭口闸门室通气孔平压管渐变段8.3水工隧洞进口口段进水喇叭口要求①体形与孔口口水流的形态态相适应，使使水流平顺通通过，不致脱脱壁。②避免产生不不利的负压和和空蚀破坏。。③减少局部水水头损失，以以提高泄流能能力。体型顶板和边墙顺顺水流方向三面收缩。顶板和边墙墙常用椭圆曲曲线。8.3水工隧洞进口口段8.3水工隧洞进口口段短管式进水口口：深式无压压隧洞前的一一短压力段。无压隧洞的压力进口顶板板，在检修闸门门上游通常是是一段倾斜的椭圆曲曲线，以1:4~1:6的坡度向下游游收缩,以便与检修闸闸门和工作门门之间的顶板板衔接，增加加进口段的压压力，防止发发生空蚀。检修门槽前的的入口段长度可控制在(0.8~1.0）倍工作闸门处的的孔口高度范范围内。检修修门槽与工作作闸门之间的顶板也应布置成压压坡段，目的的在于收缩断断面，进一步步改善进口的的压力分布和和水流流态。。双孔进水口：进水短管中中间布置中隔墩，现很少用。。通气孔位置①设在泄水隧隧洞进口或中中部的工作闸闸门之后。②设在检修门门和工作门之之间。作用①工作闸门在在各级开度情情况下补气。。②检修放空时时补气。③检修完毕后后，工作闸门门和检修门之之间充水平压压时：排气。。补气的作用：：降低门后负负压，稳定流流态，避免振振动和空蚀。。8.3水工隧洞进口口段通气孔布置注注意事项通气孔的进口口必须与闸门门启闭机室分分开，因为进进口处气流速速度大，以以免在补气、、排气时，影影响工作人员员的安全。孔管应力求减减少转弯、突突变，以减少少阻力。拦污栅泄洪隧洞一般般不设拦污栅栅，发电引水水洞需设拦污污栅。8.3水工隧洞进口口段一、洞身断面面形式(图)1无压隧洞断面面形式城门洞形(圆拱直墙)优点：适宜承承受铅直围岩岩压力，便于于开挖和衬砌砌，应用较广广。适用：垂直山山岩压力较大大，而无侧向向山岩压力或或侧向山岩压压力很小的情情况。马蹄形：适用用于岩石比较较软弱破碎，，垂直山岩压压力和侧向山山岩压力均较较大的情况圆形：适用围围岩条件较差差，且外水压压力较大，掘掘进机施工。。8.4水工隧洞洞身身段2有压隧洞的断断面型式一般采用圆形形水流条件和受受力条件均有有利圆形为最佳水水力断面也可用无压隧隧洞常用的断断面形式在围岩较好,内水压力不大大时,为了施工方便便。8.4水工隧洞洞身身段二、洞身断面面尺寸尺寸确定的原原则和方法根据运用要求求、泄流量、、作用水头及及纵断面布置置，通过必要要的水力计算算及水工模型型试验确定。。有压隧洞的水水力计算计算内容：①①泄流能力②②沿程压压坡线(测压管水头线线)泄流能力：按按管流计算沿程压坡线：：按能量方程程分段推求。。流量系数隧洞出口断面面面积作用水头8.4水工隧洞洞身身段无压隧洞的水水力计算计算内容：①①泄流能力②②洞内水面面线③高速速时需研究掺掺气、冲击波波、空蚀问题题泄流能力：深深孔按管流计计算，表孔按按堰流计算洞内水面线：：按能量方程程分段推求洞顶净空：为为保证属无压压隧洞，要求求洞顶应有一一定净空洞身尺寸的其其他要求应考虑施工和和检查维修等等方面的需要要非圆形断面不不小于1.5m×1.8m(高)圆形断面内径径不小于1.8m8.4水工隧洞洞身身段三、洞身衬砌砌y1衬砌的功用阻止围岩变形形的发展，保保证围岩稳定定承受围岩压力力、内水压力力及其它荷载载防止渗漏保护岩石免受受水流、空气气、温度、干干湿变化等的的冲蚀破坏减小隧洞的表表面糙率等8.4水工隧洞洞身身段2衬砌的类型平整衬砌(护面、抹平衬衬砌)作用：不承受受作用力，仅仅起减小糙率率、防止渗漏漏和风化的作作用适用：围岩较较好，可自行行稳定，水头头、流速较低低的情况材料：混凝土土、浆砌石、、喷混凝土等等单层衬砌组合式衬砌8.4水工隧洞洞身身段3衬砌分缝分缝的原因混凝土的干缩缩和温度应力力可能产生裂裂缝不均匀沉降产产生裂缝施工分块分段段浇筑施工缝(临时)横向：一般与与伸缩缝、沉沉降缝重合纵向：设在顶顶拱、边墙及及底板分界处处或内力较小小部位沉降缝(永久)通过断层破碎碎带或软弱带带洞身与进口渐渐变段等接头头处伸缩缝(永久)8.4水工隧洞洞身身段4灌浆（图）回填灌浆目的：为了充充填衬砌与围围岩之间的空空隙，使之紧紧密结合，共共同工作，改改善传力条件件和减少渗漏漏。做法：在顶拱拱部位预留灌灌浆管，在衬衬砌完成后，，通过预埋管管进行灌浆。。固结灌浆目的：加固围围岩，提高围围岩整体性，，减小围岩压压力，保证岩岩石的弹性抗抗力，减小渗渗漏。范围：整个断断面。时机：固结灌灌浆在回填灌灌浆7～14天后进行，并并与回填灌浆浆孔错开布置置。8.4水工隧洞洞身身段5排水作用：降低作作用在衬砌上上的外水压力力有压圆形隧洞洞的外水压力力一般不控制制衬砌设计外水压力对城城门洞形无压压隧洞衬砌的的结构应力影影响较大，可可设置纵向排排水管和径向向排水管。8.4水工隧洞洞身身段一、出口段的的体形2无压洞1有压洞出口仅设有门门框(以防洞脸及上上部岩石崩塌塌)常设工作闸门门、启闭机室室、闸门前有有渐变段(洞圆门方)，出门之后为为消能设施。。自由出流的有有压洞,因主流跌落,出口前段洞顶顶常出现负压压。出口收缩，减减小负压顶板、侧墙三三面收缩，底底板水平，下下接一段没有有突扩的水平平渠槽（图8-3）出口应采用正正方形或接近近正方形8.5出口段及消能能设施二、消能设施施主要消能方式式挑流消能：应应用最广底流消能：洞内突扩消能能：新型消能能方式洞内旋流消能能特点基本与溢洪道道消能相似，，只是隧洞出出口宽度小，，单宽流量大大，能量集中中，所以出口口设置扩散段段以扩散水流流，减小单宽宽流量。8.5出口段及消能能设施挑流消能适用：出口高高程高于或接接近于下游水水位，且地形形、地质条件件允许时。注意：尽量不不要冲刷对岸岸。形式：斜切式挑流鼻鼻坎、横向扩散挑挑坎、收缩式窄缝挑挑坎。底流消能：适适用于出口高高程接近于下下游水位的情情况(Fig8-16)洞内突扩消能能：常见于将将导流洞改建建为泄洪洞、、流速很高的的情况(Fig8-17)8.5出口段及消能能设施洞内旋流消能能8.5出口段及消能能设施洞内旋流消能能沙牌水电站旋旋流竖井消能能布置图8.6高速泄水隧洞洞的脉动压力力与空蚀一、脉动压力力、空化、空空蚀二、减蚀措施施体形优化设计计：进口、门门槽、渐变段段、弯道、岔岔洞、出口等等控制边界的不不平整度人工掺气、通通气：掺气槽槽、挑坎、跌跌坎等掺气措措施选用抗空蚀材材料：高标号号混凝土、钢钢纤维混凝土土、钢铁砂混混凝土，钢板板等。美国黄尾泄洪洪隧洞掺气槽槽布置图8.6高速泄水隧洞洞的脉动压力力与空蚀石头河水库泄泄洪隧洞掺气气槽布置图8.6高速泄水隧洞洞的脉动压力力与空蚀8.6高速泄水隧洞洞的脉动压力力与空蚀8.6高速泄水隧洞洞的脉动压力力与空蚀岩石的变形特特性与破坏形形式8.7水工地下洞室室的围岩稳定定性8.7水工地下洞室室的围岩稳定定性一、岩体初始始应力y定义上覆岩体的重重力地壳构造运动动成岩过程中的的物理、温度度作用、地形形影响地下水及地震震作用洞室开挖前岩岩体本身所具具有的应力，，也叫地应力力。形成岩体初始始应力的因素素8.7水工地下洞室室的围岩稳定定性初始应力场铅直应力：水平应力：j1应力解除法：：通过切槽或或钻孔解除应应力而测得岩岩石的应变以以推求其初始始应力。应力恢复法：：岩体中的应应力解除后，，通过施加压压力，使岩体体恢复到原来来的状态，以以求得岩体在在应力解除前前的应力值。。岩体初始应力力的测量初始应力的危危害及措施岩爆锚杆、喷混凝凝土、预钻排排孔法岩体初始应力力的构成自重应力构造应力8.7水工地下洞室室的围岩稳定定性8.7水工地下洞室室的围岩稳定定性二、围岩的应应力集中应力重分布围岩：洞室开挖后产产生应力重分分布的这部分分岩体应力调整范围围围岩应力计算算方法应力重分布在在洞室周边最最为显著，远远离洞壁，影影响减小；应力重分布与与初始应力状状态，洞室的的断面形状和和尺寸，岩体体的结构和性性质有关。弹性理论、有有限元8.7水工地下洞室室的围岩稳定定性三、围岩稳定定分析围岩稳稳定的的关键键因素素低应力力区，，具有有自重重塌滑滑的特特征高应力力区，，围岩岩强烈烈挤压压、塑塑性变变形、、产生生岩爆爆等现现象洞轴线线与最最大水水平主主应力力方向向垂直直时易易发生生变形形和失失稳初始应应力铅铅直分分量较较大时时，宜宜采用用高宽宽比较较大的的具有有顶拱拱的断断面初始应应力水水平分分量较较大时时，宜宜采用用高宽宽比较较小的的近似似椭圆圆的断断面8.7水工地地下洞洞室的的围岩岩稳定定性开挖时时的应应力重重分布布围岩强强度:节理、、岩体体特性性分析内内容结合地地质条条件及及其力力学性性质，，初始始应力力，施施工方方法等等，初初选隧隧洞断断面、、轴线线，采采用弹弹性理理论公公式或或有限限元计计算围围岩压压力。。如围岩岩压力力超过过岩体体的弹弹性极极限，，可按按弹塑塑性理理论计计算塑塑性区区的应应力，，确定定塑性性区的的范围围，判判断稳稳定性性。对洞室室周边边可能能出露露的危危石，，按块块体平平衡法法进行行分析析。现场量量测：：主要要测量量一些些选定定点的的位移移，或或点与与点之之间的的相对对位移移，画画出位位移~时间关关系曲曲线，，如位位移超超过““允许位位移量量”或位位移曲曲线突然变变陡，表明明围岩岩将要要失稳稳，据据此采采用支支护措措施。。8.7水工地地下洞洞室的的围岩岩稳定定性一、作作用在在衬砌砌上的的荷载载围岩压压力(山岩压压力)内水压压力外水压压力衬砌自自重灌浆压压力温度作作用地震作作用8.8水工隧隧洞衬衬砌的的荷载载及荷荷载组组合（一））围岩岩压力力概念：：是隧隧洞开开挖后后围岩岩变形形或塌塌落作作用在在支护护上的的压力力。1影响围围岩压压力的的因素素围岩的的地质质条件件和力力学特特征初始应应力地下水水隧洞的的走向向，埋埋深和和几何何形状状开挖方方法衬护时时间、、衬护护形式式8.8水工隧隧洞衬衬砌的的荷载载及荷荷载组组合假定铅直围围岩压压力的的强度度q：塌落高高度岩石容容重洞室宽宽度岩石的的坚固固系数数2围岩压压力的的计算算方法法塌落拱拱法计计算围围岩压压力8.8水工隧隧洞衬衬砌的的荷载载及荷荷载组组合《水工隧隧洞设设计规规范》建议采采用的的方法法自稳条条件好好，开开挖后后变形形很快快稳定定的围围岩,不计围围岩压压力；；薄层状状及碎碎裂散散体结结构的的围岩岩，围围岩压压力的的强度度为：：围岩系系数法法计算算围岩岩压力力8.8水工隧隧洞衬衬砌的的荷载载及荷荷载组组合弹塑性性理论论法计计算围围岩压压力圆洞采采用修修正的的芬诺公公式(图)支护或或衬砌砌对围围岩的的反力力，即即围岩岩压力力pi越小，，R越大，，塑性性区就就越大大R=r0时，pi最大8.8水工隧隧洞衬衬砌的的荷载载及荷荷载组组合围岩压压力计计算方方法的的选择择不考虑虑围岩岩压力力：地地质好好，开开挖不不大，，能自自行稳稳定的的岩体体块体平平衡法法估计计：具具明显显结构构断裂裂或裂裂隙切切割的的岩体体围岩岩压压力力系系数数法法：：洞洞室室开开挖挖前前，，估估算算围围岩岩压压力力塌落落拱拱法法：：松松软软破破碎碎的的岩岩体体现场场实实测测：：重重要要而而围围岩岩条条件件复复杂杂的的岩岩体体8.8水工工隧隧洞洞衬衬砌砌的的荷荷载载及及荷荷载载组组合合（二二））围围岩岩的的弹弹性性抗抗力力概念念弹性性抗抗力力可可减减小小衬衬砌砌内内力力，，对对衬衬砌砌是是有有利利的的。。弹性性抗抗力力的的大大小小和和性性质质与与工工程程地地质质条条件件有有密密切切的的关关系系：：坚坚固固完完整整的的岩岩石石，，弹弹性性抗抗力力大大；；围围岩岩软软弱弱、、破破碎碎等等，，弹弹性性抗抗力力小小，，甚甚至至不不能能利利用用。。为了了减减少少山山岩岩压压力力，，有有效效地地利利用用弹弹性性抗抗力力，，常常对对围围岩岩进进行行灌灌浆浆加加固固，，并并填填实实衬衬砌砌与与围围岩岩间间的的空空隙隙，，以以保保证证衬衬砌砌与与围围岩岩紧紧密密相相接接。。围岩岩弹弹性性抗抗力力的的计计算算8.8水工工隧隧洞洞衬衬砌砌的的荷荷载载及及荷荷载载组组合合（三三））内内水水压压力力和和外外水水压压力力内水水压压力力无压压隧隧洞洞：：算算出出洞洞内内的的水水面面曲曲线线，，即即可可确确定定内内水水压压力力。。有压压隧隧洞洞：：内内水水压压力力=全全水水头头+水水击击引引起起的的压压力力增增值值。。内水水压压力力＝＝均匀匀内内水水压压力力+无无水水头头满满水水压压力力(Fig8-28)外水水压压力力渗流流场场知知，，则则外外水水压压力力知知。如无无防防渗渗设设施施，，隧隧洞洞进进口口水水位位为为库库水水位位，，出出口口为为0，其其间间用用直直线线连连接接。。如天天然然地地下下水水位位比比库库水水为为高高,则应应采采用用天天然然地地下下水水面面线线,不过过需需乘乘以以折折减减系系数数8.8水工工隧隧洞洞衬衬砌砌的的荷荷载载及及荷荷载载组组合合（四四））衬衬砌砌自自重重回填填灌灌浆浆压压力力按按径径向向均均匀匀分分布布在在中中心心角角90范围围内内,属临临时时荷荷载载,常不不考考虑虑固结结灌灌浆浆压压力力按按径径向向均均匀匀分分布布在在整整个个断断面面周周围围，，相相当当于于外外水水压压力力，，需需考考虑虑回填填灌灌浆浆压压力力0.2～0.3MPa，固固结结灌灌浆浆压压力力0.3～1.0MPa单位位面面积积自自重重：：作用用位位置置：：均均匀匀作作用用在在衬衬砌砌厚厚度度的的平平均均线线上上（五五））灌灌浆浆压压力力8.8水工工隧隧洞洞衬衬砌砌的的荷荷载载及及荷荷载载组组合合（六六））温温度度和和地地震震荷荷载载采取取适适当当的的措措施施控控制制水水化化热热,一般般不不计计温温度度荷荷载载；；在在寒寒冷冷地地区区可可作作适适当当考考虑虑。。隧洞洞埋埋在在地地下下深深处处,与围围岩岩紧紧密密结结合合的的衬衬砌砌,地震震对对其其影影响响很很小小，，洞洞身身设设计计时时一一般般不不予予考考虑虑。。但但当当隧隧洞洞通通过过设设计计烈烈度度高高于于8度，，特特别别是是地地基基较较弱弱，，围围岩岩破破碎碎和和节节理理发发育育地地区区,则应应进进行行抗抗震震计计算算。。对对隧隧洞洞进进出出口口建建筑筑物物,应按按规规定定进进行行抗抗震震设设计计。。8.8水工工隧隧洞洞衬衬砌砌的的荷荷载载及及荷荷载载组组合合正常常运运用用情情况况：：围岩岩压压力力＋＋衬衬砌砌自自重重＋＋宣宣泄泄设设计计洪洪水水的的内内水水压压力力＋＋外外水水压压力力施工工、、检检修修情情况况围岩岩压压力力＋＋衬衬砌砌自自重重＋＋可可能能出出现现的的最最大大外外水水压压力力非常运用用情况围岩压力力＋衬砌砌自重＋＋宣泄校校核洪水水的内水水压力＋＋外水压压力正常运用用情况、、非常运运用情况况可能还还有一些些组合，，如温度度、灌浆浆、地震震、弹性性抗力等等是否考考虑，视视具体情情况而定定正常运用用情况为为基本组组合，其其余为特特殊组合合二、荷载载组合8.8水工隧洞洞衬砌的的荷载及及荷载组组合计算目的的计算方法法核算在设设计规定定的荷载载组合条条件下衬衬砌的强强度结构力学学法将围岩与与衬砌分分开，按按文克尔尔假定考考虑围岩岩的弹性性抗力、、衬砌上上承受各各项有关关荷载，，然后按按超静定结结构解算衬砌砌内力。。有限元法法：将围围岩与衬衬砌视为为整体8.9水工隧洞洞的衬砌砌计算与与支护设设计一、圆形形有压隧隧洞的衬衬砌计算算求出各种种荷载单单独作用用下衬砌砌中的内内力，然然后根据据荷载组组合进行行迭加。。（一）均均匀内水水压力作作用下的的内力计计算计算原理理当围岩厚厚度大于于3倍洞径时时，将衬衬砌视为为无限弹弹性介质质中的厚壁圆管管，根据衬衬砌和围围岩接触触面的径向变位位相容的的条件，求出以以内水压压力p所表示的的弹性抗抗力，再再利用轴轴对称受受力圆管管的弹性性力学厚厚壁管公公式计算算衬砌的的抗力p0。8.9水工隧洞洞的衬砌砌计算与与支护设设计内力计算算内水压力力p和弹性抗抗力p0作用下，，衬砌外外缘re处的变位ue的计算当开挖的的洞壁作作用有p0时，衬砌砌外缘re处的变位ue的计算二者的变变位应相等衬砌内外边缘缘的应力力的计算衬砌内部部应力根根据内、、外边缘缘应力按按直线分分布。8.9水工隧洞洞的衬砌砌计算与与支护设设计仅考虑均均匀内水水压力的的衬砌计计算计算前提提：围岩岩厚度>3倍洞径；；坚固系系数fk>6；铅直围围岩压力力很小；；洞径<6m。混凝土衬衬砌钢筋混凝凝土衬砌砌8.9水工隧洞洞的衬砌砌计算与与支护设设计三、无压压隧洞的的衬砌计计算㈠顶拱衬砌砌计算计算方法法：假定定拱座弹弹性固结结于岩石石上，认认为拱座座垂直于于地基面面的变位位与法向向应力成成正比，，按超静静定拱进进行内力力计算。。8.9水工隧洞洞的衬砌砌计算与与支护设设计㈡城门洞形形和马蹄蹄形衬砌砌计算将衬砌由由边墙和和底板的的结合处处分成两两部分：：直墙拱(城门洞型型)或曲墙拱拱(马蹄型)＋底板。在计算算中要考考虑它们们之间的的弹性连连结作用用，并将将底板视视为弹性性地基上上的梁，，采用结结构力学学超静定定结构进进行内力力计算。。8.9水工隧洞洞的衬砌砌计算与与支护设设计四、渐变变段的衬衬砌计算算⑴由于渐变变段不长长，工程程设计中中常只进进行首尾尾两个断断面（矩矩形和圆圆形）的的设计，，中间的的渐变段段断面采采用内插插法以简简化计算算。⑵计算中中是否考考虑弹性性抗力,应视渐变变段处的的围岩厚厚度、强强度、灌灌浆等因因素而定定⑶不考虑虑弹性抗抗力时，，按结构构力学方方法进行行计算。。⑷当结构构及荷载载均对称称于通过过形心的的纵、横横轴时,取结构四分之一一计算,切口剪力力为零,轴力可由由平衡条条件求出出，弯弯矩可由由最小功功能原理理确定。。其它内内力便可可求。⑸当荷载载只对称称于纵轴轴时，可可于衬砌砌顶部中点切开开，用弹性性中心法法求解。。8.9水工隧洞洞的衬砌砌计算与与支护设设计六、新奥奥法和喷喷锚支护护8.9水工隧洞洞的衬砌砌计算与与支护设设计新奥法：：是应用用岩体力力学理论论，以维维护和利利用围岩岩的自承承能力为为基点，，采用锚锚杆和喷喷射混凝凝土为主主要支护护手段，，及时的的进行支支护，控控制围岩岩的变形形和松弛弛，使围围岩成为为支护体体系的组组成部分分，并通通过对围围岩和支支护的量量测、监监控来指指导隧道道施工和和地下工工程设计计施工的的方法和和原则。。可扼要地地概括为为“少扰动、、早喷锚锚、快封封闭、勤勤测量”喷锚支护护是喷混混凝土、、设置锚锚杆或联联合使用用喷混凝凝土与锚锚杆支支护的总总称，有有时还加加钢筋网网，是配配合新奥法（NATM）发展起起来的一一种新兴兴支护。。优点能及时支护充充分发挥围岩岩的自承作用用；节省三材，降降低造价，减减轻劳动强度度，缩短工期期，与常用衬衬砌比较：支支护快、顶部部紧帖、喷层层薄、柔性大大、糙率大。。8.9水工隧洞的衬衬砌计算与支支护设计应用施工期临时支支护及导流隧隧洞等临时工工程无压隧洞顶部部部分的永久久性支护低水头、低流流速有压隧洞洞的永久性支支护（一）