水工隧洞课件

第八章

水工隧洞§1概述§2水工隧洞的布置§3水工隧洞进口段§4水工隧洞洞身段§5水工隧洞的出口段及消能设施§6高流速泄水隧洞的水流脉动压力与空蚀§7水工地下洞室的围岩稳定性§8水工隧洞衬砌的荷载和荷载组合§9水工隧洞的衬砌计算与支护设计

§10地下厂房的布置和支护型式第八章

水工隧洞§1概述§1.概述第八章

水工隧洞

发电引水隧洞泄洪隧洞泄水隧洞施工导流隧洞排沙、放空隧洞一、水工隧洞的类型用途§1.概述第八章

水工隧洞

发电引水隧洞一、水工隧洞的类型用

进口建筑物：控制水流

洞身：岩体内开挖而成

出口建筑物：消能

有压隧洞

无压隧洞一、水工隧洞的类型组成流态第八章

水工隧洞§1.概述

进口建筑物：控制水流

洞身：岩体内开挖而成

出口建筑物：消一、水工隧洞的类型第八章

水工隧洞§1.概述一、水工隧洞的类型第八章

水工隧洞§1.概述一、水工隧洞的类型泄水隧洞的种类第八章

水工隧洞§1.概述一、水工隧洞的类型泄水隧洞的种类第八章

水工隧洞§1.概述一、水工隧洞的类型陆浑泄洪洞第八章

水工隧洞§1.概述一、水工隧洞的类型陆浑泄洪洞第八章

水工隧洞§1.概述一、水工隧洞的类型毛家村泄洪洞第八章

水工隧洞§1.概述一、水工隧洞的类型毛家村泄洪洞第八章

水工隧洞§1.概述一、水工隧洞的类型刘家峡泄水隧洞第八章

水工隧洞§1.概述一、水工隧洞的类型刘家峡泄水隧洞第八章

水工隧洞§1.概述一、水工隧洞的类型走马庄泄水隧洞第八章

水工隧洞§1.概述一、水工隧洞的类型走马庄泄水隧洞第八章

水工隧洞§1.概述（1）水力特点：深式进口、高速水流、闸门振动。能量集中下游冲刷。（2）结构特点：开挖——变形甚至崩塌、临时支护和永久性衬砌、内水、外水压力。（3）施工特点：断面小，洞线长，工序多，干扰大，施工条件较差，施工进度控制整个工程的工期。二、水工隧洞的特点第八章

水工隧洞§1.概述（1）水力特点：深式进口、高速水流、闸门振动。能量集中下游冲水工隧洞课件水工隧洞课件比较有压洞与无压洞的断面特点、水流特性、优缺点、闸门位置及应用范围。作业第八章

水工隧洞§1.概述比较有压洞与无压洞的断面特点、水流特性、优缺点、闸门位置及应水利枢纽中的泄水隧洞主要包括下列三个部分：（1）进口段。位于隧洞进口部位，用以控制水流。包括拦污栅、进水喇叭口、闸门室及渐变段等。（2）洞身段。用以输送水流。一般都需进行衬砌。（3）出口段。用以连接消能设施。无压泄水隧洞的出口仅设有门框，压力泄水隧洞的出口一般设有渐变段及工作闸门室。一、水工隧洞的组成第八章

水工隧洞§2.水工隧洞的布置水利枢纽中的泄水隧洞主要包括下列三个部分：一、水工隧洞的组成1、结构（Structure）地下建筑物围岩即是荷载又是承载物围岩的变形有时间效应水对隧洞的影响2、水力学（Hydraulics）低水位可以工作超泄能力低一般流速大，注意空蚀水工隧洞的工作条件二、水工隧洞的布置3、施工（Construction）断面小、洞线长、施工条件差施工进度控制工程进度时间效应第八章

水工隧洞§2.水工隧洞的布置1、结构（Structure）水二、水工隧洞的布置3、施工（5#施工支洞进厂交通洞6#施工支洞7#施工支洞尾水洞引水洞主厂房主变室4#施工支洞尾闸室3#施工支洞1#施工支洞尾闸交通洞2#施工支洞5#施工支洞进厂交通洞6#施工支洞7#施工支洞尾水洞引水洞主典型布置I:表面溢洪式泄洪洞用明流隧洞代替溢洪道保证是急流二、水工隧洞的布置第八章

水工隧洞§2.水工隧洞的布置典型布置I:表面溢洪式泄洪洞用明流隧洞代替溢洪道二、水工隧洞第八章

水工隧洞有压洞：PressureTunnel流态平稳压力大，减少空蚀明流洞：Free-flowTunnel地质条件要求低水头可以很大§2.水工隧洞的布置二、水工隧洞的布置典型布置II:深水式泄水隧洞第八章

水工隧洞有压洞：PressureTunnel§2.水工隧洞课件水工隧洞课件水工隧洞课件第八章

水工隧洞

地质条件：避开不利的地质构造线路短、直，减少水头损失和工程量隧洞埋深不宜太小，一般大于一倍洞径或洞宽相邻隧洞保证一定距离，最好3倍洞径以上，起码1倍洞径隧洞的坡度受水力学条件和施工影响高流速隧洞的洞线有水平和竖向变化应注意水力学条件，必要时需进行水力学试验考虑施工支洞，加快施工进度§2.水工隧洞的布置洞线选择第八章

水工隧洞

地质条件：避开不利的地质构造§2.水工隧工作闸门—用来调节流量和封闭孔口，能在动水中启闭。检修闸门—进口、出口。事故检修门—在动水中关闭，静水中开启。工作闸门—设在进口—无压洞

—设在出口—有压洞

—设在洞中—前有压、后无压洞闸门在隧洞中的布置第八章

水工隧洞

§2.水工隧洞的布置闸门在隧洞中的布置第八章

水工隧洞

§2.水工隧洞的布置水工隧洞课件水工隧洞课件

1．导流洞与泄洪洞合一布置

2．泄洪洞与发电洞合一布置

3．发电与灌溉隧洞合一布置

4．泄洪与排沙隧洞合一布置

5．发电与排沙隧洞合一布置二、水工隧洞的布置多用途隧洞的布置第八章

水工隧洞

§2.水工隧洞的布置1．导流洞与泄洪洞合一布置二、水工隧洞的布置多用途隧水工隧洞课件第八章

水工隧洞塔式岸塔式竖井式斜坡式§3.水工隧洞进口段一、进水口的型式和计算要点第八章

水工隧洞塔式§3.水工隧洞进口段一、进水口的型式和计塔式进水口一、进水口的型式和计算要点第八章

水工隧洞§3.水工隧洞进口段塔式进水口一、进水口的型式和计算要点第八章

水工隧洞§3.水水工隧洞课件水工隧洞课件封闭式塔式进水口一、进水口的型式和计算要点第八章

水工隧洞§3.水工隧洞进口段封闭式塔式进水口一、进水口的型式和计算要点第八章

水工隧洞§水工隧洞课件岸塔式进水口一、进水口的型式和计算要点第八章

水工隧洞§3.水工隧洞进口段岸塔式进水口一、进水口的型式和计算要点第八章

水工隧洞§3.水工隧洞课件水工隧洞课件水工隧洞课件竖井式进水口一、进水口的型式和计算要点第八章

水工隧洞§3.水工隧洞进口段竖井式进水口一、进水口的型式和计算要点第八章

水工隧洞§3.水工隧洞课件水工隧洞课件斜坡式进水口一、进水口的型式和计算要点第八章

水工隧洞§3.水工隧洞进口段斜坡式进水口一、进水口的型式和计算要点第八章

水工隧洞§3.水工隧洞课件水工隧洞课件二、进口段的组成部分进水喇叭口第八章

水工隧洞§3.水工隧洞进口段二、进口段的组成部分进水喇叭口第八章

水工隧洞§3.水工隧水工隧洞课件通气孔拦污栅渐变段闸门室平压管二、进口段的组成部分其他第八章

水工隧洞§3.水工隧洞进口段通气孔二、进口段的组成部分其第八章

水工隧洞§3.水工隧洞进水工隧洞课件水工隧洞课件第八章

水工隧洞

减少阻力，增加泄量减少磨损和空蚀，防止破坏分无压洞和有压洞§4.水工隧洞的洞身段一、洞身断面形式第八章

水工隧洞

减少阻力，增加泄量§4.水工隧洞的洞身段水工隧洞课件无压洞的断面设计城门洞形：围岩压力小的情况马蹄形：围岩压力大的情况圆形：受力状况好，但施工困难，过水断面不经济一、洞身断面形式无压隧洞的断面形式第八章

水工隧洞

§4.水工隧洞的洞身段无压洞的断面设计城门洞形：围岩压力小的情况一、洞身断面形式无断面尺寸根据泄量确定足够的超高，以保证明流状态保证施工要求闸墩大隧洞时采用多孔进水闸需要闸墩需要高度重视闸墩的影响尽可能采用单孔二、洞身断面尺寸无压洞的体形设计I第八章

水工隧洞

§4.水工隧洞的洞身段断面尺寸二、洞身断面尺寸无压洞的体形设计I第八章

水工隧洞

反弧段空蚀空化问题减少不平整度掺气槽、抗空蚀材料等等二、洞身断面尺寸无压洞的体形设计II第八章

水工隧洞

§4.水工隧洞的洞身段反弧段二、洞身断面尺寸无压洞的体形设计II第八章

水工隧洞

水工隧洞课件水工隧洞课件水工隧洞课件水工隧洞课件溪洛渡衬砌后的导流洞净空断面18*20米(宽*高),衬砌厚度为：1.0米-1.5米。世界上最大的导流洞.溪洛渡衬砌后的导流洞净空断面18*20米(宽*高),衬砌厚水工隧洞课件断面一般均为圆形，个别小规模的也有采用城门洞形或矩形断面尺寸的考虑要保证洞顶处在最不利的条件下，考虑脉动压力以后的水头不小于2m进水口一般为矩形采用椭圆曲线防止库水从闸门井串水尽量避免立轴漩涡二、洞身断面尺寸有压洞的体形设计第八章

水工隧洞

§4.水工隧洞的洞身段断面一般均为圆形，个别小规模的也有采用城门洞形或矩形二、洞身水工隧洞课件二、洞身断面尺寸有压洞的体形设计I方变圆的渐变段第八章

水工隧洞

§4.水工隧洞的洞身段二、洞身断面尺寸有压洞的体形设计I方变圆的渐变段第八章

水工水工隧洞课件弯段半径大于5倍洞径弯段后保持5倍洞径的直线段出水口收缩比二、洞身断面尺寸有压洞的体形设计II第八章

水工隧洞

§4.水工隧洞的洞身段弯段二、洞身断面尺寸有压洞的体形设计II第八章

水工隧洞

§水工隧洞课件水工隧洞课件三、洞身衬砌衬砌分缝第八章

水工隧洞

§4.水工隧洞的洞身段三、洞身衬砌衬砌分缝第八章

水工隧洞

§4.水工隧洞的洞身水工隧洞课件水工隧洞课件灌浆

回填灌浆—充填衬砌与围岩之间的空隙，使之结合紧密，共同受力，以发挥围岩的弹性抗力作用，并减少渗漏。固结灌浆—加固围岩，提高围岩的整体性，减小围岩压力，保证围岩的弹性抗力，减小渗漏。三、洞身衬砌第八章

水工隧洞

§4.水工隧洞的洞身段灌浆回填灌浆—充填衬砌与围岩之间的空隙，使之结合紧密，共同灌浆孔布置灌浆孔布置三、洞身衬砌排水

无压隧洞排水布置图第八章

水工隧洞

§4.水工隧洞的洞身段三、洞身衬砌排水无压隧洞排水布置图第八章

水工隧洞

§4.我国国产的首台可伸缩式砼浇筑布料机首次在溪洛渡运用（国产第一台），设备价值约300多万，由业主供应施工单位使用。我国国产的首台可伸缩式砼浇筑布料机首次在溪洛渡运用（国产第一我国国产的首台可伸缩式砼浇筑布料机首次在溪洛渡运用（国产第一台），设备价值约300多万，由业主供应施工单位使用。我国国产的首台可伸缩式砼浇筑布料机首次在溪洛渡运用（国产第一洞内冷却机组。用于砼浇筑防裂的。洞内冷却机组。用于砼浇筑防裂的。大型液压钻机大型液压钻机§5.水工隧洞的出口段及消能设施有压泄水隧洞由于自由出流时，主流下跌，在出口段一定长度范围内洞顶易出现负压。有的圆形隧洞，出口段没有收缩，洞顶负压范围很大一、出口段的体形第八章

水工隧洞

§5.水工隧洞的出口段及消能设施有压泄水隧洞由于自由出流时水工隧洞课件水工隧洞课件水工隧洞课件挑流消能底流消能窄缝挑流消能洞内突扩消能洞内旋流消能二、消能设施挑流消能§5.水工隧洞的出口段及消能设施第八章

水工隧洞

挑流消能二、消能设施挑流消能§5.水工隧洞的出口段及消能设水工隧洞课件第八章

水工隧洞

底流消能§5.水工隧洞的出口段及消能设施一、出口段的体形第八章

水工隧洞

底流消能§5.水工隧洞的出口段及消能设施洞中突扩消能一、出口段的体形第八章

水工隧洞

§5.水工隧洞的出口段及消能设施洞中突扩消能一、出口段的体形第八章

水工隧洞

§5.水工隧螺旋流沿流程均匀消能螺旋流在消能室中集中消能；按消能工结构可分为:旋流式竖井消能水平螺旋流消能。一、出口段的体形洞内旋流消能第八章

水工隧洞

§5.水工隧洞的出口段及消能设施螺旋流沿流程均匀消能一、出口段的体形洞内旋流消能第八章

水水工隧洞课件水工隧洞课件§6.高流速泄水隧洞的水流脉动压力与空蚀第八章

水工隧洞

高水头泄水隧洞内，水流的流速很高，有的已达到50m/s以上。高速水流现象：水流脉动压力及脉动可能引起建筑物的振动，水流的空化而产生的空蚀破坏水流的掺气和冲刷等。§6.高流速泄水隧洞的水流脉动压力与空蚀第八章

水工隧洞

水流脉动压力是否诱发隧洞结构振动，应视脉动压力大小、频率特性、隧洞结构形状、尺寸和自振特性等因素设计中应做到水流的最小空化数大于其初生空化数。一、脉动压力、空化与空蚀§6.高流速泄水隧洞的水流脉动压力与空蚀第八章

水工隧洞

水流脉动压力是否诱发隧洞结构振动，应视脉动压力大小、频率特性泄洪洞的空蚀破坏1–空蚀破坏区；2–导流洞堵塞段泄洪洞的空蚀破坏黄尾泄洪洞掺气槽布置（单位：m）1–掺气槽；2–挑坎，高度从洞底至水平中心线以上3.8cm处，由7.6cm渐变到0§6.高流速泄水隧洞的水流脉动压力与空蚀二、减蚀措施第八章

水工隧洞

黄尾泄洪洞掺气槽布置（单位：m）§6.高流速泄水隧洞的水流脉石头河泄洪洞掺气槽布置（单位：m）1–通气孔；2–掺气槽石头河泄洪洞掺气槽布置（单位：m）图8–22常用的掺气设施类型（a）掺气槽式；（b）挑坎式；（c）跌坎式；（d）挑坎跌坎式；（e）突扩突跌式图8–22常用的掺气设施类型石砭峪泄洪洞掺气跌坎布置（单位：cm）1–通气孔；2–喷混凝土石砭峪泄洪洞掺气跌坎布置（单位：cm）§7.水工地下洞室的围岩稳定性岩石的力学特性作用在水工隧洞上的荷载衬砌的结构计算§7.水工地下洞室的围岩稳定性岩石的力学特性岩石的变形特性与破坏形式§7.水工地下洞室的围岩稳定性第八章

水工隧洞

岩石的变形特性与破坏形式§7.水工地下洞室的围岩稳定性第八§7.水工地下洞室的围岩稳定性围岩的分类第八章

水工隧洞

§7.水工地下洞室的围岩稳定性围岩的分类第八章

水工隧洞

为岩体的泊松比λ称为侧压力系数以自重作用为主的重力应力场以构造运动为主的构造应力场一、岩体初始应力§7.水工地下洞室的围岩稳定性第八章

水工隧洞

为岩体的泊松比λ称为侧压力系数以自重作用为主的重力应力场预钻排孔防止岩爆1–掌子面；2–预钻排孔；3–岩爆部位岩爆

一、岩体初始应力§7.水工地下洞室的围岩稳定性第八章

水工隧洞

预钻排孔防止岩爆岩爆一、岩体初始应力§7.水工地下洞室的围弹塑性岩体中圆洞围岩应力分布二、围岩的应力集中§7.水工地下洞室的围岩稳定性第八章

水工隧洞

弹塑性岩体中圆洞围岩应力分布二、围岩的应力集中§7.水工地下布置洞轴线时应尽量使之与最大水平应力相平行。应使洞轴线与主要节理、断层等有较大的交角（大于30°~40°）以利洞室的稳定。§7.水工地下洞室的围岩稳定性第八章

水工隧洞

布置洞轴线时应尽量使之与最大水平应力相平行。§7.水工地下洞在低应力区，围岩变形、失稳，具有自重塌滑的特征在高地应力区则表现为强烈挤压、塑性变形或产生岩爆现象。在许多高地应力区，其最大主应力是水平向的，洞室轴线若和最大水平应力方向垂直，往往会产生严重的边墙变形和洞体失稳破坏。§7.水工地下洞室的围岩稳定性三、围岩稳定分析第八章

水工隧洞

在低应力区，围岩变形、失稳，具有自重塌滑的特征§7.水工地下弹性理论公式或有限元方法计算围岩应力，并与围岩的极限强度进行比较。计算出无支护力时塑性区的半径R，近似判断是否失稳。对洞室周边有可能塌落的岩块，可按块体平衡法进行分析现场位移观测反馈分析，求得围岩应力及岩体力学参数，更好地控制围岩稳定。判断围岩稳定§7.水工地下洞室的围岩稳定性三、围岩稳定分析第八章

水工隧洞

弹性理论公式或有限元方法计算围岩应力，并与围岩的极限强度进行水工隧洞课件湖北保康寺地坪水电站,引水隧洞出口段因地质问题,造成先后两次坍塌冒顶,后用管棚施工法艰难贯通。

湖北保康寺地坪水电站,引水隧洞出口段因地质问题,造成先后两次水工隧洞课件水工隧洞课件水工隧洞课件§8.水工隧洞衬砌的荷载和荷载组合第八章

水工隧洞

基本荷载围岩压力衬砌自重设计洪水位时洞内的静、动水压力稳定渗流时的地下水压力特殊荷载校核洪水位时洞内的静、动水压力校核洪水位时相应的地下水压力温度荷载灌浆压力地震荷载一、荷载§8.水工隧洞衬砌的荷载和荷载组合第八章

水工隧洞

基本荷围岩压力第八章

水工隧洞

围岩压力是在衬砌完成以后，围岩变形受到衬砌限制而作用在衬砌上的压力围岩压力的估算：I类岩石：一般可以不计围岩压力II、III类岩石：(0.1~0.2)BIV类围岩：普氏理论V类：不宜修建也可以按经验公式计算§8.水工隧洞衬砌的荷载和荷载组合一、荷载围岩压力第八章

水工隧洞

围岩压力是在衬砌完成以后，围岩变形第八章

水工隧洞

围岩的弹性抗力是衬砌受力朝向围岩变形，围岩对衬砌呈现出的一种被动抗力。弹性抗力p可以近似地表示为与衬砌表面外法线方向的位移y(cm)成正比，即p=Ky，此外，K为弹性抗力系数（kN/cm3）围岩的弹性抗力§8.水工隧洞衬砌的荷载和荷载组合一、荷载第八章

水工隧洞

围岩的弹性抗力是衬砌受力朝向围岩变形，围岩表8–2

岩石抗力系数表表8–2岩石抗力系数表注：

①

本表不适用于竖井以及埋藏特别深或特别浅的隧洞。②表列数据适用于H≤1.5B的隧洞断面，H和B分别为隧洞的开挖高度和宽度。③单位岩石抗力系数K0值一般适用于有压隧洞，洞壁岩石抗力系数K值，可根据下式确定：为隧洞开挖半径，以cm计。④

无压隧洞的K*值仅适用于开挖宽度为5~10m的隧洞。当开挖宽度大于10m时，K*值应适当减小。注：为隧洞开挖半径，以cm计。第八章

水工隧洞

内水压力§8.水工隧洞衬砌的荷载和荷载组合一、荷载第八章

水工隧洞

内水压力§8.水工隧洞衬砌的荷载和荷载组合第八章

水工隧洞

地下水位线以下的水柱高乘以折减系数β作为外水压力的计算值。外水压力§8.水工隧洞衬砌的荷载和荷载组合一、荷载第八章

水工隧洞

地下水位线以下的水柱高乘以折减系数β作为外第八章

水工隧洞

衬砌自重水压力渗透压力：水头折减系数

温度荷载：一般依靠构造措施灌浆压力地震荷载§8.水工隧洞衬