《水工建筑物》项目七 水工隧洞设计习题及答案

项目七水工隧洞设计习题及答案（一）名词解释有压隧洞；围岩压力；弹性抗力；回填灌浆；喷锚衬砌；新奥法；坝下涵管。（二）填空题1.水工隧洞进口建筑物的按其布置及结构形式分为竖井式、__________式、岸塔式和___________式。其中___________受风浪、冰、地震的影响大，稳定性相对较差，需要较长的工作桥。2.水工隧洞按水流状态可分为________________、__________两种形式，___________更能适应地质条件较差的情况，但其_________复杂，所以应避免平面转弯。3.回填灌浆是填充_______与_______之间的空隙，使之结合紧密，共同受力，以改善_______条件和减少_______。4.坝下涵管为了有效地防止集中渗流，在涵管1～2m的范围内用回填粘土做防渗层，这个防渗层称为

。5.无压隧洞多采用

断面。6.有压隧洞多采用

断面。7.水工隧洞的纵坡的确定，主要涉及到泄流能力、压力分布、过水断面大小、工程量等，有压隧洞的纵坡由

确定，无压隧洞的纵坡由________________确定。8.有压洞的工作闸门通常布置在隧洞的

，工作闸门要求常在

中启闭，检修闸门常在

中启闭。9.水工隧洞按用途可分为

、

、排沙洞、放空洞、导流洞口等。10.坝下涵管的进口建筑物形式有

、

、

。11.为防止坝下涵管产生集中渗流，常将涵管的管壁外围局部加厚，称为

。12.水工隧洞出口消能方式有

、

、

、

。13.有压隧洞的内水压力常分为

内水压力和

内水压力，其中p0=γH是

内水压力的公式，p0=γB(1-cosθ)是

水压力的公式。14.作用在隧洞衬砌上的荷载分为两类，一类为

常有

等，一类为

常有

等。15.作用在隧洞上的外水压力是指作用于

上的水压力，主要取决于

也称为

。16.围岩压力是由隧洞开挖后引起

的应力

使围岩产生

和

而用在衬砌上的压力。17.进行涵管的线路选择及布置时，应综合考虑

等。18.圆形涵管的安装方式有

、

、

和

等四种。19.水工隧洞衬砌类型有

衬砌，

衬砌，

衬砌等。20.喷锚衬砌是

衬砌和

的总称，是配合

发展起来的新技术，它具有

等优点。21.隧洞衬砌施工时需分段进行形成

施工缝，分块进行形成

施工缝。22.隧洞衬砌的防渗和排水针对具体情况可采取

等措施，以改善

和

的工作条件。（三）单项选择题1.关于隧洞选线，不正确说法有（

）。A、洞线要与岩层构造断裂向及主要软弱带走向有较大交角。B、洞线应与最大水平地应力方向尽量垂直。C、对有压隧洞，当考虑弹性抗力时，围岩的最小覆盖厚度不小于3倍洞径。D、对低流速的隧洞，弯道曲率半径不应小于5倍洞径或洞宽。2.工作闸门布置在（

）的为有压隧洞。A、进口

B、洞身

C、中部

D、出口3.隧洞洞身的（

）为不受力衬砌。A、喷锚衬砌

B、预应力衬砌C、平整衬砌

D、单层衬砌4.有压隧洞的出口断面面积应（

）洞身断面面积。A、大于

B、等于

C、小于

D、无法确定5.水工隧洞的回填灌浆的目的是（

）。A、加固围岩，提高围岩的整体性B、充填衬砌与围岩之间的空隙，使之结合紧密C、保证围岩的弹性抗力D、减小渗漏，减小外水压力6.弹性抗力的分布范围为（

）（考虑洞身的对称性）。A、0～π

B、π/4～πC、π/2～π

D、3π/4～π（四）判断题1．围岩地质条件比较均一的洞身段不设施工缝。（

）2．无压隧洞由于内水压力较大，从水流及受力条件考虑，一般用圆形断面。

（

）3．隧洞中常需要临时性支护和永久性衬砌，以承受围岩压力。（

）4．回填灌浆的目的是加固围岩，提高围岩的整体性，减小围岩压力，保证岩石的弹性抗力。

（

）5．当围岩厚度超过1.5倍开挖洞径时，才考虑弹性抗力。（

）6．在均匀内水压力作用下，隧洞衬砌的外边缘应力是衬砌设计控制条件。（

）7．当围岩完好，有压隧洞的洞径小于6米时，可只考虑内水压力。（

（五）简答题1.水工隧洞进口建筑物的形式有哪些？各适用于什么情况？2.水工隧洞按用途如何分类？3.什么叫隧洞的内水压力？分别写出圆形隧洞所受的均匀内水压力强度和非均匀内水压力强度计算公式并指出公式中字母的含义并画出分布图形。4.水工隧洞衬砌的作用是什么？衬砌有哪些种类？5.有压隧洞内水压力如何计算？写出计算公式并指出其中字母的含义。

6.坝下涵管与水工隧洞相比较各有什么特点？

7.涵管管身的细部构造有哪些？各有什么作用？8.为什么说涵管上的土压力计算与施工方式有关？

9.什么是隧洞的空蚀破坏，如何避免？（六）计算题1.已知：钢筋混凝土衬砌的有压发电引水隧洞，其洞内经济流速为2～4m/s，隧洞各断面处的工作水头约20～40m，洞内的最大引水流量为14m3/s，且洞内总水头损失≤（5%～10%）设计水头（70m）。隧洞长3.5km2)确定钢筋混凝土衬砌的厚度和隧洞的开挖宽度；（衬砌用C20，μh=0.16，Eh=2.6×106Mpa，Rl=1.3Mpa，Rf=1.6Mpa，Kf=1.2）2.某灌溉水库要求放水流量Q=0.5m3／s，采用卧管，每台一孔，孔间垂直净距试求每次同时开启上、下两孔时放水孔的直径。3.有一砌石方涵．断面尺寸为60cm×100cm，纵坡1/100，糙率0.025，确定其输水能力。

项目七水工隧洞参考答案（一）名词解释1.有压隧洞水流充满整个断面的隧洞，称为有压隧洞2.围岩压力也称山岩压力，是隧洞开挖后因围岩变形或塌落作用在支护上的压力。3.弹性抗力当衬砌受力变形后，变形方向指向围岩，就产生了弹性抗力。4.回填灌浆回填灌浆是为了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。5.喷锚衬砌喷锚支护是喷混凝土支护和锚杆支护的总称，指的是借助高压喷射水泥混凝土和打入岩层中的金属锚杆的联合作用加固岩层。6.新奥法新奥法是应用岩体力学理论，以维护和利用围岩的自承能力为基点，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时的进行支护，控制围岩的变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部分，并通过对围岩和支护的量测、监控来指导隧道施工和地下工程设计施工的方法和原则。7.坝下涵管在土石坝枢纽中，当由于两岸地质条件或其他原因不易开挖隧洞时，采用在土石坝下埋设涵管的方式。（二）填空题1.塔式、斜坡、塔式；2.无压隧洞、有压隧洞、无压隧洞、流态；3.衬砌、围岩、传力、渗漏；4.涵衣；5．圆拱直墙型；6.圆形；7.进出口高程、水力计算；8.出口、动水、静水；9.泄洪洞、引水洞；10.分级卧管式、塔式、斜拉闸门式；11.截水环；12.挑流消能、底流消能、窄缝挑流消能、洞内突扩消能；13.均匀、非均匀、均匀、非均匀；14.基本荷载、三、特殊荷载、五；15.衬砌外缘、地下水位线、地下水压力；16.围岩、重新分布、变形、塌落；17.地形、地质；18.平口管、承插式接口、柔性企口接口；

19.单层、平整、组合式；20.喷混凝土、锚杆衬砌、新奥法、超挖少、支护层薄；21.环向、纵向；22.堵、截、排，衬砌结构、围岩；（三）单项选择题1、B；2、D；3、C；4、C；5、B；6、B。（四）判断题1.×；2.×；3.√；4.×；5.×；6.×；7.√；（五）简答题1.水工隧洞进口建筑物的形式有哪些？各适用于什么情况？答:进口建筑物的布置及形式可分为塔式、岸塔式、竖井式、斜坡式和组合式。塔式：进口处岸坡低缓，覆盖层较厚，山岩破碎，不宜开槽竖井。岸塔式：进口处岩石坚硬，可开挖成近于直立的陡壁时。竖井式：河岸岩石坚硬，开挖竖井无塌方现象。斜坡式：较为完整的岩坡。组合式：进口处地形复杂的岩坡。2.水工隧洞按用途如何分类？答：分为泄洪洞、引水洞、排沙洞、放空洞、导流洞等。泄洪洞：配合溢洪道宣泄洪水，保证枢纽安全。引水洞：引水发电，灌溉或洪水。排沙洞：排放水库泥沙，延长水库使用年限。放空洞：在必要的情况下，放空水库，用于人防或检修大坝。导流洞：在水利枢纽的建设施工期用来施工导流。3.什么叫隧洞的内水压力？分别写出圆形隧洞所受的均匀内水压力强度和非均匀内水压力强度计算公式并指出公式中字母的含义并画出分布图形。答：内水压力——指作用在衬砌内壁上的水压力。均匀：γ——水的重度，。H——高出衬砌内壁顶点以上的内水压力水头，m。非均匀：——衬砌内径，m。θ——计算点半径与洞顶半径的夹角。4.水工隧洞衬砌的作用是什么？衬砌有哪些种类？答：作用：①防止围岩变形，保证围岩的稳定。②承受围岩压力，内水压力和其他荷载.③防止渗漏。④保护围岩免受水流，空气，温度，干湿变化等冲蚀破坏作用。⑤平整围岩，减小表面粗糙，增大过流能力。

类型：1）平整衬砌；2）单层衬砌；3）喷锚衬砌；4）组合式衬砌；5）预应力衬砌。5.有压隧洞内水压力如何计算？写出计算公式并指出其中字母的含义。答：内水压力——均匀内水压力,。——非均匀内水压力。——水的重度,。——衬砌内半径,m。 h——高出衬砌内壁顶点以上的内水压力水头,m。6.坝下涵管与水工隧洞相比较各有什么特点？答：坝下涵管属于深式泄水或放水建筑物，后者是地下建筑物。前者结构简单，施工方便，工期较短，造价也低。后者断面小，施工场地狭乍，工序多，干扰大，工期一般较长。7.涵管管身的细部构造有哪些？各有什么作用？答：1）伸缩缝：为适应地基变形，管身伸缩及施工要求，防止管身在温度变化时产生横向裂缝。2）管座：防止地基不均匀沉降而导致管身断裂3）截水环：防止集中渗流，在外围设置，以改变水流方向，增加渗径，减小渗流。4）涵衣：防止集中渗流。8.为什么说涵管上的土压力计算与施工方式有关？答：管身上土压力的大小主要与填土高度，填土性质等因素有关，另外，还与基础的形成以及管道的埋设方式有关。因此，土压力的计算与施工方式有关。9.什么是隧洞的空蚀破坏，如何避免？答：由于高速水流的作用和隧洞边界不平整而引起洞内产生负压，进而破坏隧洞，隧洞中产生空蚀现象，具有很大的破坏力，初期只是表层的轻度剥蚀，如处理不及时，继续发展，可能蚀穿洞壁，影响正常运用。措施：改善水流的边界条件，选用抗空蚀材料，控制闸门开度通气减蚀，掺气减蚀，加强施工质量控制。（六）计算题1.解：1）洞径的确定洞径的确定可以从以前几方面考虑：（1）经验公式洞径式中Qmax—最大引用流量，本工程为14m3H—隧洞设计水头（2）由于洞线有一定纵坡，调压之前隧洞各断面处的工作水头约为20～40m，代入上式计算合适的洞径为2.33～2.6m，暂取2.5m。（3）钢筋混凝土衬砌有压发电引水隧洞的经济流速为2～4m/s；若取v=3m/s，则按过流Q=14m3/s，求得洞径D1=2.44m发电隧洞洞径的选择应使总水头损失不宜过大，一般总水头损失不宜超过设计水头的5%～10%。本工程设计水头为70m。本工程洞径的确定主要受该条件控制。综上最