水工隧洞的布置（123内容丰富）

第八章章水水工隧隧洞水工建建筑物物一、水水工隧隧洞的的类型型隧洞的的功能能隧洞的的类型型泄洪，，引水水发电电、输输水，，排沙沙，放放空水水库，，施工工导流流(图)按功能能分：：泄洪洪、引引水输输水、、灌溉溉供水水、放放空排排沙、、施工工导流流等隧隧洞。。按流态态分：：有压压隧洞洞、无无压隧隧洞。。按衬砌砌方式式分：：不衬衬砌隧隧洞，，喷锚锚、混混凝土土衬砌砌或钢钢筋混混凝土土衬砌砌等。。按流速速大小小分：：高速速隧洞洞（>16m/s）,低速隧隧洞(<16m/s)8.1概述8.1概述二、水水工隧隧洞的的工作作特点点水力特特点泄水能能力与与H的1/2成正比比，超超泄能能力较较表孔孔弱。。进口位位置低低，能能预泄泄。承受的的水头头较高高，流流速大大，易易引起起空化化、空空蚀。。水流脉脉动会会引起起闸门门等振振动。。出口单单宽流流量大大，能能量集集中，，会造造成下下游冲冲刷。。8.1概述结构特特点施工特特点洞室开开挖后后，引引起应应力重重分布布，导导致围围岩变变形甚甚至崩崩塌，，为此此常布布置临临时支支护和和永久久性衬衬砌。。承受较较大的的内水水压力力的隧隧洞，，要求求围岩岩具有有足够够的厚厚度和和必要要的衬衬砌。。断面小小，洞洞线长长，工工序多多，干干扰大大，施施工条条件差差，工工期较较长。。8.1概述三、水水工隧隧洞的的组成成进口段段：控制水水流，，含拦拦污栅栅、喇喇叭口口、闸闸门室室、渐渐变段段洞身段段：输送水水流出口段段：连接消消能设设施，，无压压隧洞洞仅设设门框框，有有压隧隧洞含含渐变变段和和工作作闸门门室8.1概述8.1概述8.1概述一、总总体布布置和和线路路选择择1总体布布置应根据据枢纽纽的任任务，，对泄泄水建建筑物物进行行总体体规划划。在合理理选定定洞线线的基基础上上，根根据地地形、、地质质、水水流条条件，，选定定进口口位置置及进进口结结构形形式，，确定定闸门门在洞洞口中中的位位置。。确定洞洞身纵纵坡及及洞身身断面面形状状及尺尺寸。。根据地地形、、地质质、尾尾水位位等条条件及及建筑筑物之之间的的相互互关系系，选选定出出口位位置，，底板板高程程及消消能方方式。。8.2水工隧隧洞的的布置置8.2水工隧隧洞的的布置置世界最最大规规模水水工隧隧洞--锦屏二二级水水电站站8.2水工工隧隧洞洞的的布布置置8.2水工工隧隧洞洞的的布布置置2线路路选选择择隧洞洞的的线线路路应应尽尽量量避避开开不不利利的的地地质质构构造造，，围围岩岩可可能能不不稳稳定定及及地地下下水水位位高高、、渗渗流流量量丰丰富富等等地地段段，，以以减减少少作作用用于于衬衬砌砌上上的的围围岩岩压压力力和和外外水水压压力力。。洞线线在在平平面面上上应应力力求求短短直直，，这这样样可可减减少少工工程程量量、、方方便便施施工工、、减减少少水水头头损损失失；；必必须须转转弯弯时时，，需需满满足足弯弯曲曲半半径径、、直直线线过过渡渡段段的的长长度度、、转转角角的的要要求求。。隧洞洞应应有有一一定定的的埋埋藏藏深深度度(围岩岩厚厚度度)，需需满满足足成成洞洞条条件件。。隧洞洞的的纵纵坡坡，，应应根根据据运运用用要要求求、、上上下下游游衔衔接接、、施施工工和和检检修修等等因因素素综综合合分分析析而而定定。。8.2水工工隧隧洞洞的的布布置置对于于长长隧隧洞洞，，选选择择洞洞线线时时应应注注意意利利用用地地形形、、地地质质条条件件、、布布置置一一些些施施工工支支洞洞、、斜斜井井、、竖竖井井，，以以增增加加工工作作面面，，加加快快施施工工进进度度。。要考考虑虑进进出出口口与与其其它它建建筑筑物物的的关关系系对于于土土石石坝坝，，进进出出口口与与坝坝坡坡应应保保持持一一定定距距离离，，以以免免水水流流冲冲刷刷坝坝坡坡。。对于于排排沙沙洞洞，，进进口口设设在在靠靠近近电电站站进进口口的的上上游游侧侧，，高高程程比比电电站站进进水水口口低低，，以以使使电电站站进进口口在在其其拉拉沙沙漏漏斗斗范范围围内内，，为为了了保保证证电电站站进进水水口口免免受受泥泥沙沙淤淤积积威威胁胁。。泄水水隧隧洞洞的的出出口口方方向向要要与与下下游游的的河河道道衔衔接接顺顺畅畅，，减减轻轻对对岸岸边边的的冲冲刷刷。。8.2水工工隧隧洞洞的的布布置置二、、闸闸门门在在隧隧洞洞中中的的位位置置闸门门类类型型及及位位置置工作作闸闸门门：：调调节节流流量量、、封封闭闭孔孔口口，，能能在在动动水水中中启启闭闭①布置置在在进口口：常常为为无无压压洞洞,也可可是是有有压压洞洞②布置置在在出口口：有有压压洞洞③布置置在在洞洞身身某某适适宜宜位位置置检修修闸闸门门：：检检修修工工作作闸闸门门或或隧隧洞洞，，动动水水关关闭闭、、静静水水开开启启①一般般位位于于进进口口②有时时需需于于出出口口设设检检修修门门以以挡挡下下游游水水8.2水工工隧隧洞洞的的布布置置三、、多多用用途途隧隧洞洞的的位位置置优点点泄洪洪洞洞与与导导流流洞洞合合一一布布置置一洞洞多多用用或或临临时时任任务务与与永永久久任任务务相相结结合合，，可可减减小小工工程程量量，，降降低低造造价价，，也也可可解解决决枢枢纽纽中中单单项项工工程程过过多多造造成成总总体体布布置置的的困困难难。。常作作成成“龙抬抬头头”式水头头高高，，流流速速大大,反弧弧及及下下游游易易遭遭空空蚀蚀破破坏坏,应做做好好体体形形设设计计,控制制施施工工质质量量，，限限制制不不平平整整度度,并选选用用适适当当的的掺掺气气减减蚀蚀措措施施。。8.2水工工隧隧洞洞的的布布置置泄洪洪洞洞与与发发电电洞洞合合一一布布置置存在在问问题题①洞洞内内岔岔尖尖处处的的水水流流流流态态复复杂杂，，容容易易产产生生不不利利负负压压和和空空蚀蚀②泄泄洪洪时时影影响响发发电电能能力力8.2水工工隧隧洞洞的的布布置置布置置形形式式①主主洞洞(干洞洞)泄洪洪、、支支洞洞(岔洞洞)发电电：：洞洞内内流流态态好好，，岔岔尖尖附附近近负负压压较较小小，，发发电电支支洞洞回回流流强强度度弱弱、、范范围围小小，，但但泄泄洪洪时时发发电电洞洞有有效效水水头头降降低低，，出出力力减减小小。。②支支洞洞(岔洞洞)泄洪洪、、主主洞洞(干洞洞)发电电：：相相反反分岔岔角角的的确确定定①与与水水力力条条件件、、岔岔尖尖施施工工、、岔岔尖尖结结构构强强度度有有关关。。②分分岔岔角角小小，，则则流流态态好好，，分分离离区区小小，，水水头头损损失失小小，，但但洞洞壁壁薄薄，，强强度度低低。。③经经验验分分岔岔角角：：30～60°°减少少发发电电洞洞空空蚀蚀的的有有效效措措施施①收收缩缩泄泄洪洪洞洞的的出出口口面面积积②减减少少泄泄洪洪洞洞闸闸门门开开度度。。设计计内内容容分岔岔位位置置、、洞洞径径比比例例、、分分岔岔角角度度、、主主支支洞洞连连接接曲曲线线、、面面积积收收缩缩比比………8.2水工工隧隧洞洞的的布布置置泄洪洪洞洞与与排排沙沙洞洞合合一一布布置置存在在问问题题①闸闸门门压压力力大大，，启启闭闭困困难难(洪水水期期开开启启，，水水头头高高)。②泥泥沙沙堆堆积积，，闸闸门门不不易易开开启启。。排沙沙洞洞进进口口高高程程低低，，可可做做施施工工导导流流用用，，完完后后改改成成泄泄洪洪排排沙沙洞洞。。8.2水工工隧隧洞洞的的布布置置8.2水工工隧隧洞洞的的布布置置一、、进进水水口口的的型型式式和和计计算算要要点点按进进水水口口的的布布置置和和结结构构型型式式分分类类竖井井式式塔式式岸塔塔式式斜坡坡式式8.3水工工隧隧洞洞进进口口段段按照照进进水水口口后后洞洞内内流流态态分分类类有压压进进水水口口无压压进进水水口口8.3水工工隧隧洞洞进进口口段段1竖井井式式布置置：：进进口口附附近近开开挖挖竖竖井井，，井井底底设设闸闸门门，，井井顶顶设设启启闭闭设设备备及及操操纵纵室室(Fig8-4)。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：竖竖井开挖挖较困难难，竖井井前的洞洞段检修修不便。。适用条件件：地质质条件好好，岩体体比较完完整竖井衬砌砌上的作作用力：：①干井(弧形闸门门)：外水压压力、侧侧向围岩岩压力、、温度和和地震作作用②湿井(平板闸门门)：外水压压力、侧侧向围岩岩压力、、温度和和地震作作用、内内水压力力8.3水工隧洞洞进口段段2塔式进水水口布置：塔塔底设闸闸门，操操纵室多多设在塔塔顶，水水平截面面多为矩矩形(Fig8-2a)。缺点：受受风浪、、地震、、冰的影影响大，，稳定性性相对较较差，需需工作桥桥与库岸岸相连。。适用条件件：岸坡坡岩石较较差，岸岸坡低缓缓，覆盖盖层较厚厚的情况况。作用力：：风、浪浪、冰、、地震计算要点点：塔身身是悬臂臂结构，需计算算塔身的的抗倾、、抗滑稳定定。8.3水工隧洞洞进口段段8.3水工隧洞洞进口段段8.3水工隧洞洞进口段段8.3水工隧洞洞进口段段3岸塔式布置：靠靠在开挖挖后洞脸脸岩坡上上直立或或倾斜的的进水塔塔(Fig8-5)。优点：稳稳定性比比塔式好好，施工工、安装装比较方方便，无无须接岸岸桥梁。。缺点：受受风浪、、冰、地地震影响响。适用条件件：岸坡坡较陡、、岩石比比较坚固固稳定的的情况8.3水工隧洞洞进口段段8.3水工隧洞洞进口段段8.3水工隧洞洞进口段段4斜坡式优点：结结构简单单，施工工、安装装方便，，稳定性性好，工工程量小小。缺点：闸闸槽倾斜斜，闸门门面积加加大，关关门时不不易靠自自重下降降。适用条件件：岩坡坡完整，，地形适适宜，斜斜坡的护护砌上可可直接安安装轨道道的情况况。一般只用用于中、、小型工程程，或只用于设设检修闸门。5组合式8.3水工隧洞洞进口段段8.3水工隧洞洞进口段段二、进水水口的组组成部分分组成部分分进水喇叭叭口闸门室通气孔平压管渐变段8.3水工隧洞洞进口段段进水喇叭叭口要求①体形与与孔口水水流的形形态相适适应，使使水流平平顺通过过，不致致脱壁。。②避免产产生不利利的负压压和空蚀蚀破坏。。③减少局局部水头头损失，，以提高高泄流能能力。体型顶板和边边墙顺水水流方向向三面收缩缩。顶板和和边墙常常用椭圆圆曲线。。8.3水工隧洞洞进口段段8.3水工隧洞洞进口段段短管式进进水口：：深式无无压隧洞洞前的一一短压力段段。无压隧洞洞的压力进口口顶板，在检修修闸门上上游通常常是一段段倾斜的椭椭圆曲线线，以1:4~1:6的坡度向向下游收收缩,以便与检检修闸门门和工作作门之间间的顶板板衔接，，增加进进口段的的压力，，防止发发生空蚀蚀。检修门槽槽前的入口段长长度可控制在在(0.8~1.0）倍工作闸门门处的孔孔口高度度范围内内。检修修门槽与与工作闸闸门之间的顶顶板也应布置置成压坡坡段，目目的在于于收缩断断面，进进一步改改善进口口的压力力分布和和水流流流态。双孔进水水口：进水短短管中间间布置中隔墩，现很少少用。通气孔位置①设在泄泄水隧洞洞进口或或中部的的工作闸闸门之后后。②设在检检修门和和工作门门之间。。作用①工作闸闸门在各各级开度度情况下下补气。。②检修放放空时补补气。③检修完完毕后，，工作闸闸门和检检修门之之间充水水平压时时：排气气。补气的作作用：降降低门后后负压，，稳定流流态，避避免振动动和空蚀蚀。8.3水工隧洞洞进口段段通气孔布布置注意意事项通气孔的的进口必必须与闸闸门启闭闭机室分分开，因因为进口口处气流流速度度大，以以免在补补气、排排气时，，影响工工作人员员的安全全。孔管应力力求减少少转弯、、突变，，以减少少阻力。。拦污栅泄洪隧洞洞一般不不设拦污污栅，发发电引水水洞需设设拦污栅栅。8.3水工隧洞洞进口段段一、洞身身断面形形式(图)1无压隧洞洞断面形形式城门洞形形(圆拱直墙墙)优点：适适宜承受受铅直围围岩压力力，便于于开挖和和衬砌，，应用较较广。适用：垂垂直山岩岩压力较较大，而而无侧向向山岩压压力或侧侧向山岩岩压力很很小的情情况。马蹄形：：适用于于岩石比比较软弱弱破碎，，垂直山山岩压力力和侧向向山岩压压力均较较大的情情况圆形：适适用围岩岩条件较较差，且且外水压压力较大大，掘进进机施工工。8.4水工隧洞洞洞身段段2有压隧洞洞的断面面型式一般采用用圆形水流条件件和受力力条件均均有利圆形为最最佳水力力断面也可用无无压隧洞洞常用的的断面形形式在围岩较较好,内水压力力不大时时,为了施工工方便。。8.4水工隧洞洞洞身段段二、洞身身断面尺尺寸尺寸确定定的原则则和方法法根据运用用要求、、泄流量量、作用用水头及及纵断面面布置，，通过必必要的水水力计算算及水工工模型试试验确定定。有压隧洞洞的水力力计算计算内容容：①泄泄流能力力②②沿程压压坡线(测压管水水头线)泄流能力力：按管管流计算算沿程压坡坡线：按按能量方方程分段段推求。。流量系数数隧洞出口口断面面面积作用水头头8.4水工隧洞洞洞身段段无压隧洞洞的水力力计算计算内容容：①泄泄流能力力②洞洞内水面面线③③高速时时需研究究掺气、、冲击波波、空蚀蚀问题泄流能力力：深孔孔按管流流计算，，表孔按按堰流计计算洞内水面面线：按按能量方方程分段段推求洞顶净空空：为保保证属无无压隧洞洞，要求求洞顶应应有一定定净空洞身尺寸寸的其他他要求应考虑施施工和检检查维修修等方面面的需要要非圆形断断面不小小于1.5m×1.8m(高)圆形断面面内径不不小于1.8m8.4水工隧洞洞洞身段段三、洞身身衬砌y1衬砌的功功用阻止围岩岩变形的的发展，，保证围围岩稳定定承受围岩岩压力、、内水压压力及其其它荷载载防止渗漏漏保护岩石石免受水水流、空空气、温温度、干干湿变化化等的冲冲蚀破坏坏减小隧洞洞的表面面糙率等等8.4水工隧洞洞洞身段段2衬砌的类类型平整衬砌砌(护面、抹抹平衬砌砌)作用：不不承受作作用力，，仅起减减小糙率率、防止止渗漏和和风化的的作用适用：围围岩较好好，可自自行稳定定，水头头、流速速较低的的情况材料：混混凝土、、浆砌石石、喷混混凝土等等单层衬砌砌组合式衬衬砌8.4水工隧洞洞洞身段段3衬砌分缝缝分缝的原原因混凝土的的干缩和和温度应应力可能能产生裂裂缝不均匀沉沉降产生生裂缝施工分块块分段浇浇筑施工缝(临时)横向：一一般与伸伸缩缝、、沉降缝缝重合纵向：设设在顶拱拱、边墙墙及底板板分界处处或内力力较小部部位沉降缝(永久)通过断层层破碎带带或软弱弱带洞身与进进口渐变变段等接接头处伸缩缝(永久)8.4水工隧洞洞洞身段段4灌浆（图）回填灌浆浆目的：为为了充填填衬砌与与围岩之之间的空空隙，使使之紧密密结合，，共同工工作，改改善传力力条件和和减少渗渗漏。做法：在在顶拱部部位预留留灌浆管管，在衬衬砌完成成后，通通过预埋埋管进行行灌浆。。固结灌浆浆目的：加加固围岩岩，提高高围岩整整体性，，减小围围岩压力力，保证证岩石的的弹性抗抗力，减减小渗漏漏。范围：整整个断面面。时机：固固结灌浆浆在回填填灌浆7～14天后进行行，并与与回填灌灌浆孔错错开布置置。8.4水工隧洞洞洞身段段5排水作用：降降低作用用在衬砌砌上的外外水压力力有压圆形形隧洞的的外水压压力一般般不控制制衬砌设设计外水压力力对城门门洞形无无压隧洞洞衬砌的的结构应应力影响响较大，，可设置置纵向排排水管和和径向排排水管。。8.4水工隧洞洞洞身段段一、出口口段的体体形2无压洞1有压洞出口仅设设有门框框(以防洞脸脸及上部部岩石崩崩塌)常设工作作闸门、、启闭机机室、闸闸门前有有渐变段段(洞圆门方方)，出门之之后为消消能设施施。自由出流流的有压压洞,因主流跌跌落,出口前段段洞顶常常出现负负压。出口收缩缩，减小小负压顶板、侧侧墙三面面收缩，，底板水水平，下下接一段段没有突突扩的水水平渠槽槽（图8-3）出口应采采用正方方形或接接近正方方形8.5出口段及及消能设设施二、消能能设施主要消能能方式挑流消能能：应用用最广底流消能能：洞内突扩扩消能：：新型消消能方式式洞内旋流流消能特点基本与与溢洪洪道消消能相相似，，只是是隧洞洞出口口宽度度小，，单宽宽流量量大，，能量量集中中，所所以出出口设设置扩扩散段段以扩扩散水水流，，减小小单宽宽流量量。8.5出口段段及消消能设设施挑流消消能适用：：出口口高程程高于于或接接近于于下游游水位位，且且地形形、地地质条条件允允许时时。注意：：尽量量不要要冲刷刷对岸岸。形式：：斜切式式挑流流鼻坎坎、横向向扩散散挑坎坎、收缩式式窄缝缝挑坎坎。底流消消能：：适用用于出出口高高程接接近于于下游游水位位的情情况(Fig8-16)洞内突突扩消消能：：常见见于将将导流流洞改改建为为泄洪洪洞、、流速速很高高的情情况况(Fig8-17)8.5出口段段及消消能设设施洞内旋旋流消消能8.5出口段段及消消能设设施洞内旋旋流消消能沙牌水水电站站旋流流竖井井消能能布置置图8.6高速泄泄水隧隧洞的的脉动动压力力与空空蚀一、脉脉动压压力、、空化化、空空蚀二、减减蚀措措施体形优优化设设计：：进口口、门门槽、、渐变变段、、弯道道、岔岔洞、、出口口等控制边边界的的不平平整度度人工掺掺气、、通气气：掺掺气槽槽、挑挑坎、、跌坎坎等掺掺气措措施选用抗抗空蚀蚀材料料：高高标号号混凝凝土、、钢纤纤维混混凝土土、钢钢铁砂砂混凝凝土，，钢板板等。。美国黄黄尾泄泄洪隧隧洞掺掺气槽槽布置置图8.6高速泄泄水隧隧洞的的脉动动压力力与空空蚀石头河河水库库泄洪洪隧洞洞掺气气槽布布置图图8.6高速泄泄水隧隧洞的的脉动动压力力与空空蚀8.6高速泄泄水隧隧洞的的脉动动压力力与空空蚀8.6高速泄泄水隧隧洞的的脉动动压力力与空空蚀岩石的的变形形特性性与破破坏形形式8.7水工地地下洞洞室的的围岩岩稳定定性8.7水工地地下洞洞室的的围岩岩稳定定性一、岩岩体初初始应应力y定义上覆岩岩体的的重力力地壳构构造运运动成岩过过程中中的物物理、、温度度作用用、地地形影影响地下水水及地地震作作用洞室开开挖前前岩体体本身身所具具有的的应力力，也也叫地地应力力。形成岩岩体初初始应应力的的因素素8.7水工地地下洞洞室的的围岩岩稳定定性初始应应力场场铅直应应力：：水平应应力：：j1应力解解除法法：通通过切切槽或或钻孔孔解除除应力力而测测得岩岩石的的应变变以推推求其其初始始应力力。应力恢恢复法法：岩岩体中中的应应力解解除后后，通通过施施加压压力，，使岩岩体恢恢复到到原来来的状状态，，以求求得岩岩体在在应力力解除除前的的应力力值。。岩体初初始应应力的的测量量初始应应力的的危害害及措措施岩爆锚杆、、喷混混凝土土、预预钻排排孔法法岩体初初始应应力的的构成成自重应应力构造应应力8.7水工地地下洞洞室的的围岩岩稳定定性8.7水工地地下洞洞室的的围岩岩稳定定性二、围围岩的的应力力集中中应力重重分布布围岩：：洞室开开挖后后产生生应力力重分分布的的这部部分岩岩体应力调调整范范围围岩应应力计计算方方法应力重重分布布在洞洞室周周边最最为显显著，，远离离洞壁壁，影影响减减小；；应力重重分布布与初初始应应力状状态，，洞室室的断断面形形状和和尺寸寸，岩岩体的的结构构和性性质有有关。。弹性理理论、、有限限元8.7水工地地下洞洞室的的围岩岩稳定定性三、围围岩稳稳定分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压压力系系数法法：洞洞室开开挖前前，估估算围围岩压压力塌落拱拱法：：松软软破碎碎的岩岩体现场实实测：：重要要而围围岩条条件复复杂的的岩体体8.8水工隧隧洞衬衬砌的的荷载载及荷荷载组组合（二）围岩岩的弹性抗抗力概念弹性抗力可可减小衬砌砌内力，对对衬砌是有有利的。弹性抗力的的大小和性性质与工程程地质条件件有密切的的关系：坚坚固完整的的岩石，弹弹性抗力大大；围岩软软弱、破碎碎等，弹性性抗力小，，甚至不能能利用。为了减少山山岩压力，，有效地利利用弹性抗抗力，常对对围岩进行行灌浆加固固，并填实实衬砌与围围岩间的空空隙，以保保证衬砌与与围岩紧密密相接。围岩弹性抗抗力的计算算8.8水工隧洞衬衬砌的荷载载及荷载组组合（三）内水水压力和外外水压力内水压力无压隧洞：：算出洞内内的水面曲曲线，即可可确定内水水压力。有压隧洞：内内水压力=全全水头+水击击引起的压力力增值。内水压力＝均匀内水压力力+无水头满满水压力(Fig8-28)外水压力渗流场知，则则外水压力知知。如无防渗设施施，隧洞进口口水位为库水水位，出口为为0，其间用直线线连接。如天然地下水水位比库水为为高,则应采用天然然地下水面线线,不过需乘以折折减系数8.8水工隧洞衬砌砌的荷载及荷荷载组合（四）衬砌自自重回填灌浆压力力按径向均匀匀分布在中心心角90范围内,属临时荷载,常不考虑固结灌浆压力力按径向均匀匀分布在整个个断面周围，，相当于外水水压力，需考考虑回填灌浆压力力0.2～0.3MPa，固结灌浆压压力0.3～1.0MPa单位面积自重重：作用位置：均均匀作用在衬衬砌厚度的平平均线上（五）灌浆压压力8.8水工隧洞衬砌砌的荷载及荷荷载组合（六）温度和和地震荷载采取适当的措措施控制水化化热,一般不计温度度荷载；在寒寒冷地区可作作适当考虑。。隧洞埋在地下下深处,与围岩紧密结结合的衬砌,地震对其影响响很小，洞身身设计时一般般不予考虑。。但当隧洞通通过设计烈度度高于8度，特别是地地基较弱，围围岩破碎和节节理发育地区区,则应进行抗震震计算。对隧隧洞进出口建建筑物,应按规定进行行抗震设计。。8.8水工隧洞衬砌砌的荷载及荷荷载组合正常运用情况况：围岩压力＋衬衬砌自重＋宣宣泄设计洪水水的内水压力力＋外水压力力施工、检修情情况围岩压力＋衬衬砌自重＋可可能出现的最最大外水压力力非常运用情况况围岩压力＋衬衬砌自重＋宣宣泄校核洪水水的内水压力力＋外水压力力正常运用情况况、非常运用用情况可能还还有一些组合合，如温度、、灌浆、地震震、弹性抗力力等是否考虑虑，视具体情情况而定正常运用情况况为基本组合合，其余为特特殊组合二、荷载组合合8.8水工隧洞衬砌砌的荷载及荷荷载组合计算目的计算方法核算在设计规规定的荷载组组合条件下衬衬砌的强度结构力学法将围岩与衬砌砌分开，按文文克尔假定考考虑围岩的弹弹性抗力、衬衬砌上承受各各项有关荷载载，然后按超静定结构解算衬砌内力力。有限元法：将将围岩与衬砌砌视为整体8.9水工隧洞的衬衬砌计算与支支护设计一、圆形有压压隧洞的衬砌砌计算求出各种荷载载单独作用下下衬砌中的内内力，然后根根据荷载组合合进行迭加。。（一）均匀内内水压力作用用下的内力计计算计算原理当围岩厚度大大于3倍洞径时，将将衬砌视为无无限弹性介质质中的厚壁圆管，根据衬砌和和围岩接触面面的径向变位相容容的条件，求出以内水水压力p所表示的弹性性抗力，再利利用轴对称受受力圆管的弹弹性力学厚壁壁管公式计算算衬砌的抗力力p0。8.9水工隧洞的衬衬砌计算与支支护设计内力计算内水压力p和弹性抗力p0作用下，衬砌砌外缘re处的变位ue的计算当开挖的洞壁壁作用有p0时，衬砌外缘缘re处的变位ue的计算二者的变位应相等衬砌内外边缘的应应力的计算衬砌内部应力力根据内、外外边缘应力按按直线分布。。8.9水工隧洞的衬衬砌计算与支支护设计仅考虑均匀内内水压力的衬衬砌计算计算前提：围围岩厚度>3倍洞径；坚固固系数fk>6；铅直围岩压压力很小；洞洞径<6m。混凝土衬砌钢筋混凝土衬衬砌8.9水工隧洞的衬衬砌计算与支支护设计三、无压隧洞洞的衬砌计算算㈠顶拱衬砌计算算计算方法：假假定拱座弹性性固结于岩石石上，认为拱拱座垂直于地地基面的变位位与法向应力力成正比，按按超静定拱进进行内力计算算。8.9水工隧洞的衬衬砌计算与支支护设计㈡城门洞形和马马蹄形衬砌计计算将衬砌由边墙墙和底板的结结合处分成两两部分：直墙拱(城门洞型)或曲墙拱(马蹄型)＋底板。在计算中要要考虑它们之之间的弹性连连结作用，并并将底板视为为弹性地基上上的梁，采用用结构力学超超静定结构进进行内力计算算。8.9水工隧洞的衬衬砌计算与支支护设计四、渐变段的的衬砌计算⑴由于渐变段不不长，工程设设计中常只进进行首尾两个个断面（矩形形和圆形）的的设计，中间间的渐变段断断面采用内插插法以简化计计算。⑵计算中是否否考虑弹性抗抗力,应视渐变段处处的围岩厚度度、强度、灌灌浆等因素而而定⑶不考虑弹性性抗力时，按按结构力学方方法进行计算算。⑷当结构及荷荷载均对称于于通过形心的的纵、横轴时时,取结构四分之一计算,切口剪力为零零,轴力可由平衡衡条件求出，，弯矩可由由最小功能原原理确定。其其它内力便可可求。⑸当荷载只对对称于纵轴时时，可于衬砌砌顶部中点切开，用弹性中心心法求解。8.9水工隧洞的衬衬砌计算与支支护设计六、新奥法和和喷锚支护8.9水工隧洞的衬衬砌计算与支支护设计新奥法：是应应用岩体力学学理论，以维维护和利用围围岩的自承能能力为基点，，采用锚杆和和喷射混凝土土为主要支护护手段，及时时的进行支护护，控制围岩岩的变形和松松弛，使围岩岩成为支护体体系的组成部部分，并通过过对围岩和支支护的量测、、监控来指导导隧道施工和和地下工程设设计施工的方方法和原则。。可扼要地概括括为“少扰动、早喷喷锚、快封闭闭、勤测量”喷锚支护是喷喷混凝土、设设置锚杆或联联合使用喷混混凝土与锚杆杆支护的总总称，有时还还加钢筋网，，是配合新奥法（NATM）发展起来的的一种新兴支支护。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