水利水电工程概论 (10).pdf

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1、水工隧洞 本节重点学习以下四方面的内容：（1）水工隧洞的概念和组成；（2）水工隧洞的作用；（3）水工隧洞的类型；（4）水工隧洞的工作特点。一、水工隧洞的概念和组成 我们先来认识什么是隧洞，所谓隧洞，就是在岩石或土层中开挖的地下建筑物。是开挖出来的一种建筑物，对应于交通工程来说叫做隧道，对应于市政工程来说叫做地下管廊。那么什么是水工隧洞呢？为满足水利水电工程各项任务而设置的各种隧洞，就叫水工隧洞。在山体中开凿的一种水流通道，见图所示。交通隧道市政地下管廊小浪底水利枢纽在岩体中开挖的隧洞城门洞形隧洞 圆形隧洞 需要注意的是：水工隧洞不同于地下涵洞（涵管），涵洞是在开挖了沟槽之后，通常是用混凝土浇筑

2、而成的，不是开挖成型的，见图所示。比如：穿堤取水的涵洞，河道与道路交叉用的涵洞等。涵洞涵管水工隧洞的组成 水工隧洞从进口到出口一般有下面3个主要组成部分（见图所示）：（1）进口段，位于隧洞进口部位，设有闸门室，用于控制水位，调节流量，隧洞进口一般采用三面收缩的喇叭口形状；（2）洞身段，在岩石内开挖而成，用于输送和泄放水流，洞身断面形状多数为城门洞形、马蹄形或圆形；（3）出口段，用以连接消能设施或压力管道通入发电厂房。隧洞的组成二、水工隧洞的作用 水工隧洞的进口通常深深地埋在水下，属于深式的输水、泄水建筑物，其作用包括以下五个方面：（一）配合溢洪道宣泄洪水，有时也可作为主要泄洪建筑使用；（二）引

3、水发电，或为了灌溉、供水、航运等目的输水；（三）排放水库泥沙，延长水库使用年限，有利于水电站的正常运行；（四）放空水库，用于战备或检修建筑物；（五）在水利枢纽施工期间用来导流。三、水工隧洞的类型 我们刚刚学习了水工隧洞有这样多的用途，每一种用途的隧洞的型式不尽相同，即水工隧洞有各种各样的形式，其分类方法也不尽相同。下面从不同的角度学习水工隧洞的类型：从功用上来分，与上述作用对应，水工隧洞可以分为：配合溢洪道宣泄洪水的隧洞为泄洪隧洞；用于引水发电的隧洞为引水发电隧洞，地下发电厂房对应有尾水隧洞；用于灌溉、供水的隧洞为灌溉和供水隧洞；用于排放水库泥沙的隧洞为排沙隧洞；用于放空水库的隧洞为放空隧洞；

4、用于施工期间导流的隧洞为施工导流隧洞。根据隧洞的工作条件，又可将水工隧洞分为有压隧洞和无压隧洞。比如引水发电隧洞多数是有压隧洞，诸如泄洪隧洞、灌溉和供水隧洞、放空排沙隧洞和导流隧洞可以是有压的，也可以是无压的，也可以设计成前段是有压的后段是无压的，要求在运用中应保证水流状态与设计条件一致，要避免出现时而有压，时而无压的明满流交替状态。四、水工隧洞的工作特点 水工隧洞概括起来有三大特点：（1）水流特点 水工隧洞多为深水进口,泄流量与水头的1/2次方成正比，与开敞式溢洪道的表孔相比，水头增加，泄流量增加较小，超泄能力低，主要作为辅助泄洪设施；但它的进口高程较低，能提前泄水，这样可提高水库的利用率，

5、延长泄洪历时，减轻对下游的防洪负担，所以常用来配合溢洪道宣泄洪水；泄水隧洞洞内水流流速高，高速水流容易在洞内的弯道处、或在门槽断面的突变处、或衬砌表面不平整处都可能产生空蚀破坏，对体形设计要求高；隧洞出口单宽流量大，流速高，能量集中，必须采取消能防冲措施。（2）结构特点 隧洞是在岩体中开挖出来的地下建筑物，开挖后破坏了岩体原有的应力平衡状态，引起应力重分布，从而导致岩体的变形，严重的会造成岩石崩坍，所以一定要做好勘探工作，重视地质资料的收集，为了保持围岩的稳定，在施工中，常需采用临时性支护或永久性衬砌，见图所示。以承受因岩石变形而出现的山岩压力和其它荷载。当然在设计中，选择洞线时要尽量避开软弱

6、夹层和不利的地质构造。有压隧洞的衬砌往往承受很大内水压力，若衬砌漏水，压力水渗入岩石裂缝，将形成渗透压力，可能破坏山岩稳定，因此要求围岩有足够的厚度。无压隧洞应在衬砌外设置排水，以减小外水压力。（3）施工特点 隧洞是地下结构，而且断面小、洞线长、施工工序多、互相之间干扰大。因此，虽然隧洞的工程量不一定很大，但因施工条件差，工作面受限制，往往工期较长。尤其是兼作导流用的隧洞，其施工进度往往控制整个工程的工期。因此，改善施工条件、改进施工方法、加快施工进度、提高施工质量是隧洞建设的重要课题。新中国成立以来，我国修建了大量的水工隧洞。其中。黄河干流上万家寨水电站引黄入晋南干线七号隧洞长42.9km；小浪底水利枢纽3条泄洪隧洞直径为14.5m；二滩水电站的无压导流隧洞最大开挖断面为20.5m*25.5m，是世界上少有的大断面隧洞。随着我国水利水电建设事业的发展，水工隧洞将日益增多，规模也在不断加大。正在实施的引汉济渭工程地跨黄河、长江两大流域，横穿秦岭屏障，秦岭隧洞总长为98.3km。近年来，水工隧洞在设计理论，施工方法和建筑结构方面有了新的发展。但由于隧洞属地下结构，影响其工作状态的因素很多且复杂多变，一些作用力的计算及设计理论都还在一些不尽符合实际的假定，所有这些均有待在总结实践经验的基础上进一步完善和提高。有关水工隧洞洞线布置、结构型式和构造，将在下次学习，今天学习到此，同学再见。