水工隧洞与坝下涵管课件.pptx

1、水工建筑物第七章第七章 水工隧洞与坝下涵管水工隧洞与坝下涵管第一节第一节 水工隧洞概述水工隧洞概述第二节第二节 水工隧洞的布置和构造水工隧洞的布置和构造水工建筑物第一节第一节 水工隧洞概述水工隧洞概述 一、水工隧洞的特点（一）结构特点 在岩层中开挖隧洞后，引起洞孔附近应力重新分布，岩体产生新的变形，严重的会导致岩石崩塌。围岩除了产生作用在衬砌上的围岩压力以外，同时又具有承载能力，可以与衬砌共同承受内水压力等荷载。围岩压力与岩体承载能力的大小，主要取决于地质条件。因此，应使隧洞尽量避开软弱岩层和不利的地质构造。水工建筑物第一节第一节 水工隧洞概述水工隧洞概述（二）水流特点 枢纽中的泄水隧洞，其进

2、口深式泄水洞。 由于作用在隧洞上的水头较高，流速较大，如果隧洞在弯道、渐变段等处的体型不合适或衬砌表面不平整，都可能出现气蚀而引起破坏，所以要求隧洞体型设计得当、施工质量良好。 泄水隧洞的水流流速高、单宽流量大、能量集中，在出口处有较强的冲刷能力，必须采取有效的消能防冲措施。水工建筑物第一节第一节 水工隧洞概述水工隧洞概述（三）施工特点 隧洞洞身断面小，施工场地狭窄，洞线长，施工作业工序多，干扰大，工期一般较长。尤其是兼有导流任务的隧洞，其施工进度往往控制着整个工程的工期。因此，加快施工进度是隧洞工程建设中需要引起足够的重视。水工建筑物第一节第一节 水工隧洞概述水工隧洞概述二、水工隧洞的类型二

3、、水工隧洞的类型1.1.按用途分类按用途分类（1）泄洪洞；（2）引水洞；（3）排沙洞；（4）放空洞；（5）导流洞； 2. 2.按洞内水流状态分类按洞内水流状态分类（1）有压洞；（2）无压洞； 一般说来，隧洞可以设计成有压的，也可设计成无压的，也可设计成前段是有压的而后段是无压的。但应注意的是，在同一洞段内，应避免出现时而有压时而无压的明满流交替现象，以防止引起振动、空蚀等不利流态。水工建筑物第二节第二节 水工隧洞的布置和构造水工隧洞的布置和构造一、水工隧洞的布置一、水工隧洞的布置（一）水工隧洞的线路选择（一）水工隧洞的线路选择 1 1地质条件地质条件 2 2地形条件地形条件 3. 3. 水流条

4、件水流条件 4. 4. 施工条件施工条件（二）水工隧洞的工程布置（二）水工隧洞的工程布置 1. 1. 布置主要包括：进、出口和洞身及闸门的布置。布置主要包括：进、出口和洞身及闸门的布置。 2. 2. 隧洞的纵坡选择。隧洞的纵坡选择。水工建筑物第二节第二节 水工隧洞的布置和构造水工隧洞的布置和构造水工建筑物第二节第二节 水工隧洞的布置和构造水工隧洞的布置和构造3. 3. 闸门位置布置闸门位置布置 检修闸门设置在隧洞进口，无压洞的工作闸门布检修闸门设置在隧洞进口，无压洞的工作闸门布置在进口。有压洞的工作闸门布置在出口。置在进口。有压洞的工作闸门布置在出口。 具体布置见下图。具体布置见下图。水工建筑

5、物第二节第二节 水工隧洞的布置和构造水工隧洞的布置和构造水工建筑物第二节第二节 水工隧洞的布置和构造水工隧洞的布置和构造4. 4. 多用途隧洞的布置多用途隧洞的布置（1）泄洪洞与导流洞合一布置（2）泄洪洞与发电洞合一布置（3）发电与灌溉隧洞的合一布置水工建筑物第二节第二节 水工隧洞的布置和构造水工隧洞的布置和构造二、水工隧洞的构造二、水工隧洞的构造（一）进口段的形式和构造（一）进口段的形式和构造1 1进口建筑物的形式进口建筑物的形式（1 1）竖井式）竖井式（2 2）塔式）塔式（3 3）岸塔式）岸塔式 (4) (4) 斜坡式斜坡式 (5) (5) 组合式组合式水工建筑物第二节第二节 水工隧洞的布

6、置和构造水工隧洞的布置和构造(1) (1) 竖井式竖井式a a水工建筑物第二节第二节 水工隧洞的布置和构造水工隧洞的布置和构造(1) (1) 竖井式竖井式b b水工建筑物第二节第二节 水工隧洞的布置和构造水工隧洞的布置和构造（2 2）塔式）塔式 塔 式 进 口 建塔 式 进 口 建筑物是独立筑物是独立于隧洞的进于隧洞的进口处而不依口处而不依靠山坡的塔靠山坡的塔用工作桥与用工作桥与岸坡相连。岸坡相连。 构造布置见图构造布置见图 水工建筑物第二节第二节 水工隧洞的布置和构造水工隧洞的布置和构造（3 3）岸塔式）岸塔式 此种进口是此种进口是 在开挖后洞在开挖后洞 岩坡上的进岩坡上的进 塔。塔。 适用

7、于岸坡适用于岸坡 较陡，岩体较陡，岩体 比较坚固稳比较坚固稳 定的情况。定的情况。 构造布置见图。构造布置见图。水工建筑物第二节第二节 水工隧洞的布置和构造水工隧洞的布置和构造(4)(4)斜坡式斜坡式 斜坡式进水口是在较完整的岩坡上进行平整、斜坡式进水口是在较完整的岩坡上进行平整、开挖、护砌而修建的一种进水。开挖、护砌而修建的一种进水。 构造布置见图。构造布置见图。水工建筑物第二节第二节 水工隧洞的布置和构造水工隧洞的布置和构造( 4 )( 4 ) 斜 坡 式斜 坡 式水工建筑物第二节第二节 水工隧洞的布置和构造水工隧洞的布置和构造组合式 （5 5）组合式）组合式a a水工建筑物第二节第二节

8、水工隧洞的布置和构造水工隧洞的布置和构造组合式 （5 5）组合式）组合式b b水工建筑物 2进口段的组成及构造 进口段的组成包括：进水喇叭口、闸门室、通气孔、平压管和渐变段等。 （1）进水喇叭口 （2）通气孔 设在泄水隧洞进口或中部的闸门之后应设通气孔，其作用是：在工作闸门各级开度下承担补气任务；检修时，在下放检修闸门后，放空洞内水流时补气检修完成后，向检修闸门和工作闸门之间充水时，通气孔用以排气。第二节第二节 水工隧洞的布置和构造水工隧洞的布置和构造水工建筑物（3）平压管第二节第二节 水工隧洞的布置和构造水工隧洞的布置和构造水工建筑物（4）拦污栅 进口处的拦污栅是为了防止水库中的漂浮物进入隧

9、洞。（5）渐变段、闸门室 渐变段及闸门室等，可参见第二章第七节重力坝的深式泄水孔有关内容。 第二节第二节 水工隧洞的布置和构造水工隧洞的布置和构造水工建筑物 （二）洞身段的形式与构造（二）洞身段的形式与构造 1 1洞身断面形式及尺寸洞身断面形式及尺寸 （1 1）无压隧洞的断面形式及尺寸）无压隧洞的断面形式及尺寸 无压隧洞多采用圆拱直墙形（城门洞）断面。无压隧洞多采用圆拱直墙形（城门洞）断面。 无压隧洞的断面尺寸主要根据其泄流能力要无压隧洞的断面尺寸主要根据其泄流能力要求及洞内水面线来确定。求及洞内水面线来确定。 （2 2）有压隧洞的断面形式及尺寸）有压隧洞的断面形式及尺寸 有压隧洞由于内水压力

10、较大，一般均采用圆有压隧洞由于内水压力较大，一般均采用圆形断面。形断面。 有压隧洞的断面尺寸应根据泄流能力要求以有压隧洞的断面尺寸应根据泄流能力要求以及沿程压坡线情况来确定。及沿程压坡线情况来确定。第二节第二节 水工隧洞的布置和构造水工隧洞的布置和构造水工建筑物 2 2洞身衬砌的类型及构造洞身衬砌的类型及构造 衬砌是指沿开挖洞壁而做的人工护壁，主要作用是：阻止围岩变形的发展，保证围岩的稳定；承受围岩压力、内水压力和其它荷载；防止渗漏；保护围岩免受水流、空气、温度、干湿变化等的冲蚀破坏作用；平整围岩，减小表面糙率。（1）衬砌的类型 1） 平整衬砌（也称护面） 2）单层衬砌 3) 喷锚衬砌 4）

11、组合式衬砌 5） 预应力衬砌 第二节第二节 水工隧洞的布置和构造水工隧洞的布置和构造水工建筑物（1）衬砌的分缝与止水 在混凝土及钢筋混凝土衬砌中，一般设有施工缝和永久性的横向变形缝。 隧洞在穿过断层、软弱破碎带以及和竖井交接处，衬砌需要加厚，应设置横向变形缝。 围岩地质条件比较均一的洞身段只设施工（2）灌浆 1） 回填灌浆 2） 固结灌浆 第二节第二节 水工隧洞的布置和构造水工隧洞的布置和构造水工建筑物 （3）排水 设置排水是为了降低作用在衬砌外壁上的外水压力。 对于无压隧洞衬砌，当地下水位较高时，外水压力成为衬砌的主要荷载。(如右图) 第二节第二节 水工隧洞的布置和构造水工隧洞的布置和构造水

12、工建筑物对于有压圆形隧洞，可不设置排水设备。 （如下图） 第二节第二节 水工隧洞的布置和构造水工隧洞的布置和构造水工建筑物（三）出口段及消能设施（三）出口段及消能设施 有压隧洞的出口常设有工作闸门及启闭机室，闸门前有渐变段，出口之后即为消能设施。 无压隧洞出口仅设有门框，其作用是防止洞脸及其以上岩石崩塌，并与扩散消能设施的两侧边墙相衔接具体布置见下图。第二节第二节 水工隧洞的布置和构造水工隧洞的布置和构造水工建筑物第二节第二节 水工隧洞的布置和构造水工隧洞的布置和构造出口段具体布置出口段具体布置 水工建筑物 泄水隧洞出口水流的特点是隧洞出口宽度小，单宽流量大，能量集中，所以常在出口处设置扩散段

13、，使水流扩散，减小单宽流量，然后再以适当形式消能。 1 1挑流消能挑流消能 当隧洞出口高程高于或接近下游水位，且地形地质条件允许时，采用扩散式挑流消能比较经济合理，因为它结构简单，施工方便，国内外泄洪、排沙隧洞广泛采用这种消能方式。第二节第二节 水工隧洞的布置和构造水工隧洞的布置和构造水工建筑物 2 2底流消能底流消能 当隧洞出口高程接近下游水位时，也可采用扩散式底流水跃消能。底流消能具有工作可靠、消能比较充分、对下游水面波动影响范围小的优点，但缺点是开挖量大、施工复杂、材料用量多、造价高。 3 3窄缝式挑坎消能窄缝式挑坎消能 窄缝式挑坎消能为挑坎处采用收缩成窄缝的布置形式。窄缝式挑坎与等宽挑

14、坎不同之处在于，它的挑角很小，一般取0，顺水流方向，两侧边墙向中心的显著收缩使出水口处水流迅速加深，水舌的出射角在底部和表层差别很大，底部约0，表层可达45左右。第二节第二节 水工隧洞的布置和构造水工隧洞的布置和构造水工建筑物 4 4洞中突扩消能洞中突扩消能 洞中突扩消能也称为孔板消能，它是在有压隧洞中设置过流断面较小的孔板，利用水流流经孔板时突缩和突扩造成的漩滚，在水流内部产生摩擦和碰撞，消减大量能量。 黄河小浪底水利枢纽中将导流洞改建为压力泄洪洞，就采用了多级孔板消能方案，在直径为D=14.5m的洞中布置了三道孔板，孔板间距为3D=43.5m，由导流洞改建的泄洪洞，经过三级孔板消能，可将140m水头消煞去60m水头，洞内平均流速仅10m/s。第二节第二节 水工隧洞的布置和构造水工隧洞的布置和构造