水工隧洞简介（80清楚明了）

1．洞线线选择择水工隧隧洞洞洞线的的选择择，是是隧洞洞设计计中的的重要要环节节之一一；我我国已已建隧隧洞工工程，，由于于洞线线布置置上的的不合合理和和施工工方法法上的的欠妥妥，而而发生生的事事故不不少。。其原原因：：一是是地质质资料料不足足；二二是水水力学学因素素。隧洞布布置隧洞布布置1．洞线线选择择（１））在洞洞线选选择中中都非非常重重视遵遵循洞线垂垂直于于地质质构造造线或或与构构造线线保持持有足足够角角度的原则则。一一般与与构造造线夹夹角大大于３３０°时基本本无塌塌方事事故；；２００°～３００°时会出出现塌塌方；；小于于２００°时大多多出现现塌方方事故故。隧洞布布置1．洞线线选择择（２））层状状岩体体是典典型的的各向向异性性介质质。在在层状岩岩体中中布置置隧洞洞，洞洞轴线线与岩岩层走走向要要有较较大的的夹角角，碧口水水电站站在陡陡倾角角较疏疏松的的薄层层千枚枚岩中中开挖挖了４４条隧隧洞、、３条条压力力管道道和其其他各各种洞洞室。。洞轴轴线与与岩层层的夹夹角００°～２５５°时，洞洞壁发发生严严重外外鼓和和倾倒倒；夹夹角２２５°～３００°时，发发生较较轻微微外鼓鼓和倾倾倒；；夹角角大于于４５５°时，围围岩基基本稳稳定。。隧洞布布置1．洞线线选择择（３））洞线布布置应应考虑虑地应应力方方向，例如如，二二滩水水电站站，２２号、、４号号探洞洞三维维地应应力实实测资资料分分析，，最大大主应应力方方向为为北东东３００°左右，，如选选取北北东３３０°方向为为ｘ轴轴，北北西６６０°方向为为ｙ轴轴，ｚｚ轴铅铅直向向上，，根据据实测测值算算出这这种位位置的的各种种地应应力参参数，，列于于表１１中。。表１可可以看看出，，两个个水平平应力力分量量相差差很大大，如如果洞洞轴线线选在在ｘ轴轴方向向，边边墙将将受到到小的的侧向向压力力，若若选在在ｙ轴轴上，，边墙墙上将将受到到大的的侧向向压力力，两两者相相比，，后者者边墙墙上单单位面面积所所受的的侧向向压力力，为为前者者的１１．５５７～～３．．６３３倍。。据此此分析析，并并结合合考虑虑了地地质构构造线线方向向进行行了厂厂区洞洞群布布置。。结果果开挖挖施工工进行行顺利利。隧洞布布置２．隧隧洞埋埋设深深度隧洞埋埋设深深度，，即洞洞顶以以上岩岩体的的覆盖盖厚度度和山山体岸岸边一一侧的的岩体体厚度度，一一般统统称为为围岩岩的覆覆盖厚厚度。。隧洞洞围岩岩的覆覆盖厚厚度涉涉及到到围岩岩的稳稳定性性、围围岩的的抗力力及围围岩的的防渗渗能力力等。。隧洞布布置２．隧隧洞埋埋设深深度2．1进、出出口洞洞段及及无压压隧洞洞调查了了１９９个工工程的的进出出口，，其最最小覆覆盖厚厚度均均不足足１．．０倍倍的洞洞径，，关键键是采采取了了合理理的施施工程程序和和工程程措施施，其其结果果是减减少了了明挖挖，争争取了了工期期。隧洞布布置２２．．隧洞洞埋设设深度度隧洞布布置２．隧隧洞埋埋设深深度2．2有压隧隧洞隧洞布布置２．隧洞洞埋设深深度２）雪山山准则（如图２２所示））：对于比较较陡峭的的地形，，侧向覆覆盖常起起着控制制作用。。澳大利利亚的雪雪山准则则［Ｄａａｎｎｅｅｔａｌｌ，１９９６４］］。隧洞布置置２．隧洞洞埋设深深度隧洞布置置２．隧洞洞埋设深深度３）挪威威准则（如图３３所示））：早年，在在挪威当当压力隧隧洞地表表岩体坡坡度变陡陡时，设设计者只只是简单单地把所所需的围围岩覆盖盖厚度从从静水头头的０．．６倍增增加到１１．０倍倍。结果果导致一一些工程程的失败败。关于于经验系系数Ｆ的的取值问问题，宜宜根据围围岩情况况确定。。隧洞布置置２．．隧洞埋埋设深度度隧洞布置置２．隧洞洞埋设深深度对岩体坡坡角从００°～７０°的不同情情况使用用垂直向向准则、、雪山准准则和挪挪威准则则进行计计算比较较，雪山山准则和和挪威准准则相当当吻合，，它随着着坡角的的增加而而覆盖厚厚度增加加，垂直直向准则则覆盖厚厚度则随随着岩体体坡角的的增大而而减少。。显然挪挪威和雪雪山准则则均更合合理。国国内工程程推荐采采用挪威威准则。。F=1.10——1.50。隧洞布置置２．隧洞洞埋设深深度高压隧洞洞和岔洞洞虽满足足了覆盖盖厚度的的要求，，有时在在完好的的岩体中中仍会发发生水力力劈裂，，所以提提出对地地应力和和渗流稳稳定的要要求。隧洞布置置工程事例例洞线选择择不当由于洞线线选择不不当造成成重大损损失的工工程事例例，如：：十三陵电电站斜管管段附近近有一条条１０多多米宽的的大断层层，勘探探时没发发现，斜斜管段布布置在断断层处，，其走向向、倾角角几乎与与断层重重合，开开挖导洞洞时发生生严重坍坍方，延延误工期期数月；；隧洞布置置工程事例例洞线选择择不当引青济秦秦引水工工程中的的某段隧隧洞长约约５００００ｍ，，有近６６０ｍ洞洞段处于于冲沟沟沟底，开开挖过程程中出现现坍方，，几经处处理后仍仍控制不不住坍方方扩大，，造成地地面下沉沉，形成成直径约约９ｍ、、深１１１ｍ的通通天坍方方漏斗，，处理近近半年时时间，造造成巨大大损失；；隧洞布置置工程事例例洞线选择择不当×××电站发电电洞布置置于大坝坝左岸，，该大坝坝为定向向爆破成成坝，爆爆破烈度度达７度度～９度度，爆破破促使坝坝址区岩岩体震碎碎，卸荷荷裂隙张张开。１１９７３３年建成成后经多多年风化化，致使使原已张张开的裂裂隙进一一步风化化、松驰驰，卸荷荷带宽达达２０ｍｍ～３００ｍ。１１９８５５年开凿凿的发电电引水隧隧洞出口口段位于于卸荷带带中，１１９９１１年５月月充水出出现多处处渗水射射流。放放空检查查发现洞洞内岩体体变形、、钢管下下移，衬衬砌混凝凝土多处处拉裂，，岔管混混凝土开开裂，钢钢筋外露露，为此此不得不不另建一一条发电电隧洞。。隧洞布置置工程事例例洞线选择择不当碧口水电电站泄洪洪洞方案案比选时时曾进行行过左右右岸方案案比较，，最后因因右岸泄泄洪洞较较长而被被放弃，，结果选选定的左左岸泄洪洪洞因地地质构造造的不利利组合造造成大坍坍方，地地面坍陷陷面积达达１００００ｍ２２，坍方方段长１１８ｍ，，坍方量量约５００００ｍｍ３，工工程停工工处理达达数年之之久。隧洞布置置工程事例例覆盖厚度度不足由于最小小覆盖厚厚度不足足发生水水力劈裂裂和渗透透失稳造造成工程程事例，，如：江西蔡坊坊电站发发电引水水隧洞长长2770m，内径2.1m，设计水水头108m，衬砌厚厚50cm单筋5根20，黑云毌毌花岗岩岩，上覆覆厚度14m，1995.11.16下闸蓄水水，12.15日充水高高压水沿沿衬砌和和围岩裂裂隙冲出出，形成成泥石流流，冲毁毁开关站站，淹没没厂房。。围岩压力力１．自稳稳条件好好，开挖挖后变形形很快稳稳定的围围岩，可可不计围围岩压力力。围岩变形形（位移移）基本本稳定的的判别标标准参见见国家标标准ＧＢＢ５０００８６－－２００００和《岩土工程程监测手手册》（中国水水利水电电出版社社１９９９８年版版）。由由统计规规律看，，一般在在变形小小于０．．２ｍｍｍ/ｄ时可认认为基本本稳定。。在有长长期观测测（大于于３个月月）成果果时，观观测后期期全月平平均小于于０．１１ｍｍ/ｄ时认为为是稳定定的。围岩压力力２．薄层状及及碎裂散散体结构构的围岩岩，作用在在衬砌上上的围岩岩压力可可按式（（６．２２．４－－１）、、式（６６．２．．４－２２）计算算：围岩压力力３．不能能形成稳稳定拱的的浅埋隧隧洞，宜宜按洞室室顶拱的的上覆岩岩体重力力作用计计算围岩岩压力，，再根据据施工所所采取的的支护措措施予以以修正。。围岩压力力４．块状状、中厚厚层至厚厚层状结结构的围围岩，可可根据围围岩中不不稳定块块体的作作用力来来确定围围岩压力力。围岩压力力５．采取取了支护护或加固固措施的的围岩，，根据其其稳定状状况，可可不计或或少计围围岩压力力。围岩压力力除与地地质条件件、隧洞洞开挖尺尺寸有关关外，与与施工方方法、支支护措施施、支护护时间有有很大关关系。采采用紧跟跟掌子面面的喷射射混凝土土，或根根据变形形监测成成果采取取及时锚锚喷支护护，可控控制围岩岩变形，，即使在在地质条条件较差差的围岩岩中，也也可大大大减少围围岩变形形造成的的压力，，但是，，围岩压压力究竟竟减多少少，目前前还只能能靠工程程经验和和对变形形监测的的分析采采用类比比法决定定。围岩压力力６．采用用掘进机机开挖、、光面爆爆破、控控制爆破破可减少少对围岩岩的扰动动和破坏坏，可增增加围岩岩的自承承能力，，使围岩岩在衬砌砌上形成成的压力力减少；；可适当当少计围围岩压力力。围岩压力力７．具有有流变或或膨胀等等特殊性性质的围围岩，可可能对衬衬砌结构构产生变变形压力力时，应应对这种种作用进进行专门门研究。。８．地应应力在衬衬砌上产产生的作作用应进进行专门门研究。。外水压力力地下水压压力是设设计最关关注的、、也是很很难准确确确定的的。外水压力力1．外水压压力折减减系数1．外水压压力折减减系数的的方法隧洞的外外水压力力作用一一般根据据围岩的的渗透系系数、岩岩层结构构、地质质构造、、渗流类类型、衬衬砌型式式、补给给水源、、排水或或出水点点等条件件，通过过渗流计计算来确确定。但但是，计计算工作作量较大大，计算算参数难难确定，，不现实实。用结结构力学学法计算算衬砌结结构时需需先确定定作用在在衬砌面面上的外外水压力力，然后后按面力力进行计计算。鉴鉴于上述述原因《水工建筑筑物荷载载设计规规范》仍选用外外水压力力折减系系数的方方法。外水压力力外水压力力1．外水压压力折减减系数外水压力力折减系系数存在在问题：：①在工程程的前期期阶段，，隧洞尚尚未开挖挖，无法法取得地地下水活活动状态态的资料料。外水水压力折折减系数数βe值在隧洞洞前期勘勘察中难难以应用用。②在隧洞洞施工阶阶段，虽虽然可以以根据地地下水活活动状态态判定βe值，但表表中变变化区间间大，且且上下不不同级别别的βe值相互重重叠，取取值困难难，不尽尽合理。。③表中没没有阐明明外水压压力与工工程、水水文地质质条件的的关系，，特别是是与岩体体渗透性性的关系系，从而而不利于于工程地地质勘察察的取值值。外水压力力外水压力力折减系系数修正正和补充充《隧洞外水水压力折折减系数数工程地地质研究究》宋岳贾贾国臣臣滕滕杰岩体渗透透性与外外水压力力折减系系数关系系地下水溢溢出状态态与外水水压力折折减系数数关系外水压力力2．排水设设施当为抵御御高地下下水压力力而需要要增加衬衬砌厚度度时，我我国的经经验是在在满足有有关覆盖盖厚度规规定的条条件下，，可采用用排水措措施降低低外水压压力，但但对于不不良地质质洞段应应予以慎慎重对待待。外水压力力2．排水设设施对设有排排水设施施的水工工隧洞，，可根据据排水效效果和排排水设施施的可靠靠性，对对作用在在衬砌结结构上的的外水压压力作适适当折减减，其折折减值可可通过工工程类比比或渗流流计算分分析确定定。外水压力2．排水设施排水的几种主主要类型（1）在衬砌中设设置排水孔(孔径4cm~20cm)。（2）排水廊道或或排水洞，洞洞径一般1.5m到3m。（3）排水幕与排排水洞联合使使用，排水水幕可布置在在任意方向。。（4）设置辐射状状排水孔组成成排水带。多多用于地下厂厂房及无压隧隧洞。外水压力2．排水设施（5）设置排水盲盲沟，尺寸寸介于排水孔孔和排水洞之之间，常在隧隧洞底板下布布置排水盲沟沟。（6）土工织物物排水，利利用土工织物物透水性，在在隧洞岩壁上上铺成条带状状然后浇筑衬衬砌，岩石渗渗水通过土工工织物排水条条带排走。（7）高压钢管管贴壁式排水水，用槽钢钢或角钢或半半圆钢管点焊焊在压力钢管管外缘形成排排水网络。外水压力2．排水设施应注意的几亇亇问题(1)有压隧洞多采采用圆形断面面，它有较高高的抗外压稳稳定的能力，，所以在低压压隧洞中，很很少在衬砌中中设置排水孔孔。(2)有压隧洞设置置排水孔时应应注意内水外外渗。外水压力2．排水设施(3)为了阻止围岩岩中岩屑随水水带出，恶化化围岩，可在在排水孔中设设置软式透水水管。(4)当围岩中软弱弱面充填物有有被水溶解和和带走的可能能时，为保持持围岩稳定，，则不允许设设置排水措施施。外水压力EM1110-2-2901规范没有必要或没没有理由为外外水压力设计计衬砌。在施工、检修修和维修期内内，必须进行行隧洞排水。。如果施工期期的地下涌水水太大，可采采用灌浆减小小水流量。衬砌设计应能能承受一定比比例的外水压压力，因为排排水无法将压压力减小到零零，而且排水水管存在被堵堵塞的可能性性。采用适当当的排水措施施后，设计外外水压力可采采用低于25%的全部压力或或相当于三倍倍洞径的水柱柱高度。外水压力张有天隧洞设设计三原则(1)隧洞的外水荷荷载是作用于于地下水位以以下整个空间间的渗流场力力(2)应按渗流荷载载增量理论分分析隧洞应力力(3)衬砌与围岩有有条件地联合合作用外水压力工程事例1.由于有强渗透透的含水层、、裂隙水、强强地表水补给给，造成围岩岩稳定条件恶恶化，引起局局部失稳：××电站炭质页岩岩段隧洞，施施工中遇到地地下水，岩体体软化，围岩岩失稳，冒顶顶大坍方。外水压力工程事例2.因排水失效导导致衬砌破坏坏美国TaumSank压力隧洞，设设计水头263m，钢衬直径5.6m，运行四年后后检查发现钢钢衬压屈，进进一步检查发发现外排水系系统被碳酸盐盐类物质堵塞塞，外水压力力使钢衬压屈屈所致。外水压力工程事例3.因施工质量差差在放水时受受外水压力作作用衬砌破坏坏羊卓湖抽水蓄蓄能电站，位位于海拔4000m以上的青藏高高原，引水隧隧洞长5889m，D=2.5m，混凝土衬砌砌0.3~0.5m，深埋（50~450m）于浅变质岩岩中，放水速速度较快，发发现上水平段段混凝土衬砌砌开裂脱落，，混凝土蜂窝窝麻面，内混混模板、杂物物，钢筋未绑绑扎，最后将将2.7km混凝土衬砌段段全改为钢衬衬。外水压力工程事例4.因内水外渗受受外水压力作作用衬砌破坏坏刘家峡1#机组引水发电电隧洞，砼砼裂缝形成内内水外渗，高高压水沿着钢钢管与围岩间间的缝隙作用用在钢管上，，使钢管变形形、压屈，形形成鼓包，变变形失稳。BathCountny抽水蓄能电站站，二条平行行的混凝土衬衬砌隧洞和压压力钢管，设设计水头395m，洞径5m。1985年建成，当1#隧洞充水试验验时，由于混混凝土衬砌开开裂，内水外外渗，使2#压力钢管钢板板衬砌压屈。。外水压力对有地表水强强补给的冲沟沟，一是容易易造成围岩失失稳，二是施施工期外水内内渗，工程上上处理很困难难，运行期的的外水压力可可能较大。支护设计根据防渗要求求，隧洞衬砌砌结构设计可可分为抗裂、、限裂和不限限制裂缝宽度度设计。(１)围岩抗渗能力力差，内水外外渗造成的危危害，应提出出严格的防渗渗要求；(２)围岩具有抗渗渗能力，内水水外渗可能造造成不良地质质段的局部失失稳，宜提出出一般防渗要要求；(３)围岩具有较好好的抗渗性，，内水外渗不不存在渗透失失稳和环境破破坏问题，可可不提出防渗渗要求。支护设计１.不衬砌与锚喷喷支护不衬砌与锚喷喷支护的设计计，一般宜按按工程类比法法，对于直径径（跨度）大大于１０ｍ的的隧洞，尚应应辅以理论计计算和监控量量测。Ⅰ、Ⅱ类围岩，隧洞洞的直径（跨跨度）不大于于５ｍ时宜不不支护，６ｍｍ～１０ｍ时时宜采用喷混混凝土支护，，大于１０ｍｍ的隧洞，宜宜采用锚喷联联合支护，遇遇有局部不稳稳定块体时，，应采用锚杆杆加固。Ⅲ、Ⅳ类围岩可采用用锚喷、挂网网或钢排架等等联合支护，，Ⅳ类围岩必要时时应进行衬砌砌。不衬砌隧洞，，必要时可设设置不承载（（平整）混凝凝土衬砌。支护设计2.混凝土和钢筋筋混凝土衬砌砌2.混凝土和钢筋筋混凝土衬砌砌支护设计3.预应力混凝土土衬砌对于防渗要求求较高的隧洞洞，钢筋混凝凝土衬砌难以以满足防渗要要求，采用预预应力混凝土土衬砌。(1)压浆式预应力力混凝土衬砌砌用灌浆方法来