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同学们好

上节课我们对水工隧洞有了大致的了解

具体一条水工隧洞的设计

首先需要确定的是其平面和空间布置

包括水工的总体布置

洞线的选择、闸门的位置

以及多种用途隧洞的结合布置等方面

本节课对这些内容进行简要介绍

1、总体布置

水工隧洞在枢纽中的总体布置

应根据枢纽的任务

泄水建筑物的总体规划

建筑物的特性和相互关系、泄流量

地形、地质、施工、运行等

条件综合研究并经技术经济比较后才能确定

当枢纽中同时采用岸边溢洪道和泄水隧洞时

宜分别布置在两岸

以便于施工和运行

进出口的位置及结构型式

闸门的布置

出口高程和消能方式等需结合洞线方案

根据地形地质和水流条件

以及和其他建筑物之间的相互关系来选定

此外

还应考虑占地、施工污染

地下水位变化等方面的不利影响

2、洞线选择

洞线选择是设计中的关键

关系到隧洞造价、施工的难易程度

工程的进度及运行的可靠性等方面

选择洞线的一般原则和要求有以下几个方面

（1）洞线在平面上应力求短直

减少工程量

方便施工

而且具有良好的水流条件

若因地形、地质、枢纽布置等

原因必须拐弯时

对于流速小于20m/s的无压隧洞

其转弯半径宜大于5倍洞泾或洞宽

转角小于60°

对于流速小于20m/s的有压隧洞

转弯半径应大于3倍洞泾或洞宽

转角小于60°

而对于大于20m/s的高流速有压隧洞

即使转弯半径大于5倍洞泾

由弯道引起的压力和流速依然分布不均

影响水流条件和隧洞结构稳定

因此

其转弯半径和转角需通过试验确定

对于高流速的无压隧洞

弯道会引起强烈的水面倾斜和冲击波

水流流态更为不利

应力求减少弯道布置

（2）隧洞线路应尽量避开不利的

地质构造、围岩不稳定

地下水位较高、渗水量大的地段

减少作用于衬砌上的围岩压力和外水压力

隧洞的进、出口应选择覆盖层、风化层较浅

岩石坚固完整的地段

避免开挖过程中出现塌方

一般要求顶部岩体厚度不小于1倍洞泾或洞宽

（3）隧洞应有一定的埋藏深度

保证围岩具有足够的厚度和稳定性

需考虑开挖时的成洞条件、运行中内

外水压力作用下围岩的稳定性

以及施工条件和造价等

对于有压隧洞

考虑开挖成洞条件

要求围岩厚度不小于3倍洞泾

考虑运行中围岩稳定性

对于坚硬完整的岩体

最小围岩厚度不小于0.4倍的内水压力水头

不加衬砌时

围岩厚度不小于1倍的内水压力水头

另外

相邻隧洞间需要保持足够的距离

一般不小于3倍洞泾

以减小施工爆破对洞室围岩稳定性的影响

（4）隧洞的纵坡

需保证较好的水流条件

进口处要求水流顺畅

保证泄流能力

避免形成漩涡

出口要与河道平顺连接

防止产生冲刷破坏

对于无压隧洞

要求纵坡大于临界坡度

保证急流条件

对于有压隧洞

其纵坡主要取决于进、出口高程

要求全线洞顶在最不利的

条件下保持不小于2m的压力水头

（5）对于长隧洞

还需要考虑施工条件

选择洞线时应注意利用地形、地质条件

布置施工支洞

增加工作面

加快施工进度

水工隧洞布置的第3个方面是闸门的位置

水工隧洞一般要设置两道闸门

一道是工作闸门

用以调节流量和封闭孔口

要求能在动水中启闭

一道是检修闸门

一般设置在进口

用以挡水

以便检修工作闸门或隧洞

当出口尾水位较高时

也需设置出口检修闸门

对于工作闸门

可以设置在进口、出口

或隧洞中某一适当位置

工作闸门布置在进口的隧洞

一般是无压隧洞

为保证洞内为无压流态

闸门后洞顶应高出洞内水面

一定高度并需向闸门后通气

这种布置型式的优点在于

检修闸门和工作闸门都在前端

运行管理方便

洞内不受压力水流作用

有利于山坡稳定

易于检查和维修

但其缺点在于

过流边界水压力小

流速大的部位会因体形设计不当

或施工质量不良而发生空蚀

工作闸门布置在出口的隧洞为有压隧洞

其优点是洞内流态平稳

闸门后的通气条件较好

便于部分开启

闸门在出口

运行管理方便

且隧洞线路布置的适应性强

但洞内经常承受较大的内水压力

若衬砌漏水

对岩坡的稳定产生不利影响

因此

实际工程中

常在进口设置事故检修门

平时也可以用以挡水

避免洞内长期承受较大的内水压力

工作闸门也可以布置在洞内

则门前为有压洞段

门后为无压洞段

一般为考虑地形、地质、施工等条件

隧洞线路需要转弯

为满足水力条件

将工作闸门布置在弯道后的直线段上

或者洞内比出口处的地质条件好

将工作闸门布置在洞内

利用较强的岩体承受闸门水推力

多用途隧洞不仅可以解决由于

枢纽中单项工程过多给布置上带来的困难

还可以减少工程量

降低造价

常用的结合型式有导流洞

与泄洪洞合一布置

将临时性的导流隧洞部

分封堵改建成永久泄洪隧洞

以减少泄洪洞工程量

节约投资

由于导流洞高程较低

而泄洪洞进口可以较高

为降低进口结构造价

减小作用在闸门上的水压力

解决淤堵问题

如图所示

常在导流洞的上方另外设置进口

布置成龙抬头的型式

龙抬头型式的泄洪洞多为无压隧洞

在进口之后用抛物线段、斜坡段

反弧段与较低的洞身相连接

由于导流洞宽度通常较大

一般还需设置扩散段

使得泄洪洞与导流洞平顺连接

龙抬头型式的泄洪洞

一般水头高

流速大

在反弧及其下游侧易遭受空蚀破坏

因此

应做好体形设计

控制施工质量

限制不平整度

并采用适当的掺气减蚀措施

在一定条件下

泄洪洞也可以与发电洞合一布置

具有工程量小

施工进度快

布置紧凑

管理集中等优点

但必须保证各自的

运行要求和较好的水力条件

安全宣泄泄洪流量

并保证发电隧洞的正常运行

以及保证分岔处结构稳定

泄洪洞与发电洞合一布置

采用如图所示的岔管进行分流

可以布置成两种型式

主洞泄洪、支洞发电

或者主洞发电、支洞泄洪

在分岔处

需保证较好的水力条件

防止分岔附近发生空蚀破坏

从水力学条件来看

分岔角越小

流态越好

但是过小的分岔角

使得岔尖处单薄

对结构强度及施工不利

根据工程实践经验

分岔角一般宜在30~60°之间

为加强分岔处的结构强度

如图所示

也可以在分岔处设置补强板或加劲梁等

防止发生拉压或剪切破坏

除以上多用途隧洞布置的型式外

有时也可以将发电与灌溉隧洞合一布置

发电后的尾水可用于灌溉

或将导流隧洞改建为龙抬头型式的发电隧洞

或者泄洪与排沙隧洞合一布置等

如图所示

为某水电站将导流洞改建为发电洞的断面图

将导流洞前段封堵

上部设置发电洞进水口、闸室和斜井段

与导流洞后段衔接

有效利用导流隧洞的后段

节省工程量和投资

如图所示为金沙江梨园水电站泄洪冲沙洞

设置在电站进水口下部

用以辅助泄洪

并实现冲沙减淤功能

使得电站进水口“门前清”

减少挟沙水流对电站输水隧洞和水轮机的磨蚀

枢纽布置紧凑

工程量节省

本节课我们学习了水工隧洞的布置

在确定了布置型式之后

还需要进行各个部位的细部设计

包括进口段、洞身段、出口段等

将在后面几节课中学习