水利工程概论34泄水隧洞.pptx

（1 1）按功用分类）按功用分类泄洪洞泄洪洞引水发电和尾水洞引水发电和尾水洞灌溉和供水洞灌溉和供水洞放空和排沙洞放空和排沙洞施工导流洞施工导流洞一洞多用原则：一洞多用原则：一洞多用原则：一洞多用原则：应根据枢纽任务，尽量设计为多用途隧应根据枢纽任务，尽量设计为多用途隧洞，以降低工程造价。洞，以降低工程造价。一、一、隧洞类型隧洞类型 有压隧洞：有压隧洞：按管流计算。按管流计算。无压隧洞：无压隧洞：按明渠流计算。按明渠流计算。引水发电隧洞一般是引水发电隧洞一般是有压洞有压洞；灌溉输水隧洞常为；灌溉输水隧洞常为无压洞无压洞；同一条隧洞可以设计成同一条隧洞可以设计成前段有压、后段无压前段有压、后段无压。在在同同一一洞洞段段，应应避避免免时时而而有有压压时时而而无无压压的的明明满满流流交交替替流流态态，其危害：其危害：a a）易引起振动、空蚀；）易引起振动、空蚀；b b）影响泄流能力。）影响泄流能力。究究竟竟选选用用有有压压或或是是无无压压隧隧洞洞，应应根根据据工工程程任任务务、地地形形地地质质及水头等条件，通过技术经济比较选定。及水头等条件，通过技术经济比较选定。（2）按流态分类）按流态分类二、水工地下洞室的工作特点二、水工地下洞室的工作特点 泄泄水水隧隧洞洞大大多多数数是是深深式式进进口口，QH1/2，超超泄泄能能力力不不如如表表孔；但进口位置低，孔；但进口位置低，可以提前预泄可以提前预泄。承受水头承受水头H高，高，P较大较大，闸门需，闸门需启闭力大启闭力大，止水要求严格。，止水要求严格。流速流速v较大较大，易引起空化、空蚀，脉动会引起闸门振动。，易引起空化、空蚀，脉动会引起闸门振动。出口单宽流量出口单宽流量q较大较大，需采取，需采取适当的消能防冲适当的消能防冲设施。设施。1.水力特点（进口位于水下）水力特点（进口位于水下）隧隧洞洞为为地地下下结结构构，洞洞室室开开挖挖引引起起应应力力重重分分布布，可可能能导导致致围围岩岩变变形形甚甚至至崩崩塌塌，为为此此，常常需需设设置置临临时时支支护护和和永永久久性性衬砌衬砌，以承受围岩压力。，以承受围岩压力。隧隧洞洞可可能能承承受受较较大大的的内内水水压压力力和和外外水水压压力力，要要求求有有足足够够的围岩厚度和必要的衬砌的围岩厚度和必要的衬砌。须须做做好好地地质质勘勘探探工工作作，尽尽量量避避开开不不利利的的工工程程地地质质、水水文文地质地段。地质地段。2.结构特点（洞身处于地下）结构特点（洞身处于地下）隧隧洞洞一一般般断断面面小小，洞洞线线长长，施施工工工工序序多多，干干扰扰大大，施施工工条条件件差差，工工期期长长。例例：冯冯家家山山12.6km；引引黄黄南南线线7洞洞长长42.9km；昆明掌鸠河洞长；昆明掌鸠河洞长100km。施施工工导导流流隧隧洞洞或或兼兼有有导导流流任任务务的的隧隧洞洞，其其施施工工进进度度往往往往控制整个工程的工期控制整个工程的工期。采采用用先先进进施施工工方方法法，改改善善施施工工条条件件，加加快快施施工工进进度度，提提高施工质量是隧洞建设中高施工质量是隧洞建设中值得研究的重要课题值得研究的重要课题。3.施工特点施工特点(1)(1)进口段：进口段：控制水流。包括拦污栅、进水喇叭口、闸门室控制水流。包括拦污栅、进水喇叭口、闸门室 及渐变段等。及渐变段等。(2)(2)洞身段：洞身段：输送水流。一般需进行衬砌。输送水流。一般需进行衬砌。(3)(3)出口段：出口段：连接消能设施。连接消能设施。无压隧洞无压隧洞的出口一般仅设门框；的出口一般仅设门框；有压隧洞有压隧洞的出口一般设渐变段和工作闸门室。的出口一般设渐变段和工作闸门室。三、水工隧洞的组成三、水工隧洞的组成1.总体布置总体布置(1)应根据枢纽任务、泄洪流量、地形、地质、施工、运行应根据枢纽任务、泄洪流量、地形、地质、施工、运行等条件，对泄水建筑物等条件，对泄水建筑物进行总体规划和综合研究进行总体规划和综合研究，并经，并经技术技术经济比较经济比较后确定。当同时采用溢洪道和泄水隧洞时，后确定。当同时采用溢洪道和泄水隧洞时，宜分别宜分别布置于两岸布置于两岸，以便于施工和运行。，以便于施工和运行。(2)在在合理选定隧洞路线（洞线）合理选定隧洞路线（洞线）基础上，根据地形、地质、基础上，根据地形、地质、水流条件，水流条件，选定进口位置选定进口位置及其结构形成，确定及其结构形成，确定闸门在隧洞中闸门在隧洞中的位置的位置。四、水工隧洞的布置四、水工隧洞的布置(3)确定确定洞身洞身纵坡纵坡i、横断面形状及尺寸。、横断面形状及尺寸。(4)根据地形、地质、尾水位等条件根据地形、地质、尾水位等条件确定出口位置确定出口位置，底板，底板高程及高程及消能方式消能方式。(5)还应考虑临时占地、永久占地、植被破坏和恢复、施还应考虑临时占地、永久占地、植被破坏和恢复、施工污染、运行期地下水位变化等工污染、运行期地下水位变化等对环境的影响和水土保持对环境的影响和水土保持的要求的要求。2.2.洞线选择洞线选择洞洞线线选选择择十十分分关关键键，关关系系到到工工程程造造价价、施施工工难易、工期长短和运行可靠性等。难易、工期长短和运行可靠性等。应应在在地地质质勘勘测测基基础础上上，拟拟定定不不同同洞洞线线方方案案，经技术、经济比选后确定经技术、经济比选后确定。洞线选择的原则和要求洞线选择的原则和要求洞线选择的原则和要求洞线选择的原则和要求（1 1）洞洞洞洞线线线线应应应应尽尽尽尽量量量量避避避避开开开开不不不不利利利利的的的的地地地地质质质质构构构构造造造造、不不不不稳稳稳稳定定定定围围围围岩岩岩岩及及及及地地地地下下下下水水水水位位位位高高高高、渗渗渗渗水水水水量量量量丰丰丰丰富富富富的的的的地地地地段段段段，以以以以减减减减小小小小作作作作用用用用于于于于衬衬衬衬砌砌砌砌上上上上的的的的围围围围岩压力和外水压力。岩压力和外水压力。岩压力和外水压力。岩压力和外水压力。洞洞线线要要与与岩岩层层层层面面、构构造造破破碎碎带带和和节节理理面面有有较较大大的的交交角角（不不小小于于3045）。）。在在高高地地应应力力地地区区，应应使使洞洞线线与与最最大大水水平平地地应应力力方方向向有有较较小小交交角角，以以减小隧洞的侧向围岩压力减小隧洞的侧向围岩压力。隧隧洞洞进进、出出口口应应选选在在覆覆盖盖层层、风风化化层层浅浅，岩岩石石比比较较坚坚固固完完整整的的地段，避开有严重的顺坡卸荷裂隙、滑坡或危岩地带。地段，避开有严重的顺坡卸荷裂隙、滑坡或危岩地带。转弯要求转弯要求:弯道两端的弯道两端的直线段长度直线段长度S5B（5D）。）。无压隧洞：无压隧洞：低流速低流速v 20m/s时，转弯半径时，转弯半径R 5B（5D），转角），转角60o；高流速时，转弯半径及转角最好通过试验确定。高流速时，转弯半径及转角最好通过试验确定。有压隧洞：有压隧洞：低流速低流速v20m/s时，时，R 3B（3D），转角），转角60o；高高流速时，水流流态特别不利，应力求采取直线布置。流速时，水流流态特别不利，应力求采取直线布置。进、出口要求进、出口要求:进口要力求水流顺畅进口要力求水流顺畅，否则会减小泄流能力，引起不利的流态，否则会减小泄流能力，引起不利的流态或间歇性漩涡。或间歇性漩涡。出口水流应能与下游河道平顺衔接出口水流应能与下游河道平顺衔接，并与其它建筑物保持一定，并与其它建筑物保持一定距离，以防冲刷和影响枢纽正常运行。距离，以防冲刷和影响枢纽正常运行。（2 2）洞线在平面上应力求短直，这样既可减小工程费用，）洞线在平面上应力求短直，这样既可减小工程费用，）洞线在平面上应力求短直，这样既可减小工程费用，）洞线在平面上应力求短直，这样既可减小工程费用，方便施工，且有良好的水流条件。若因地形、地质、枢纽布方便施工，且有良好的水流条件。若因地形、地质、枢纽布方便施工，且有良好的水流条件。若因地形、地质、枢纽布方便施工，且有良好的水流条件。若因地形、地质、枢纽布置等原因必须转弯时，应以曲线相连。置等原因必须转弯时，应以曲线相连。置等原因必须转弯时，应以曲线相连。置等原因必须转弯时，应以曲线相连。有压隧洞洞身段：有压隧洞洞身段：围岩厚度围岩厚度3D。最小围岩厚度最小围岩厚度最小围岩厚度最小围岩厚度应满足不发应满足不发生渗流失稳和水力劈裂的要求。生渗流失稳和水力劈裂的要求。工程经验：工程经验：工程经验：工程经验：对于坚硬完整岩体，对于坚硬完整岩体，加衬砌隧洞的最小围岩厚度加衬砌隧洞的最小围岩厚度T 0.4H（H为内水压力水头）；如不为内水压力水头）；如不加衬砌或采用锚喷衬砌时，加衬砌或采用锚喷衬砌时，T 1.0H。进、出口段：进、出口段：一般顶部岩体厚度一般顶部岩体厚度 1B（1D）。）。（3 3）隧洞应有一定的埋藏深度和围岩厚度（包括洞顶覆盖）隧洞应有一定的埋藏深度和围岩厚度（包括洞顶覆盖）隧洞应有一定的埋藏深度和围岩厚度（包括洞顶覆盖）隧洞应有一定的埋藏深度和围岩厚度（包括洞顶覆盖厚度和傍山隧洞靠边坡一侧的岩体厚度）。它涉及成洞条厚度和傍山隧洞靠边坡一侧的岩体厚度）。它涉及成洞条厚度和傍山隧洞靠边坡一侧的岩体厚度）。它涉及成洞条厚度和傍山隧洞靠边坡一侧的岩体厚度）。它涉及成洞条件，围岩稳定性，结构计算边界条件和工程造价等。件，围岩稳定性，结构计算边界条件和工程造价等。件，围岩稳定性，结构计算边界条件和工程造价等。件，围岩稳定性，结构计算边界条件和工程造价等。最小围岩厚度要求：最小围岩厚度要求：（4 4）隧洞的纵坡，应根据用途、运行要求、上下游衔接、）隧洞的纵坡，应根据用途、运行要求、上下游衔接、）隧洞的纵坡，应根据用途、运行要求、上下游衔接、）隧洞的纵坡，应根据用途、运行要求、上下游衔接、施工、检修等因素综合比较分析后确定。施工、检修等因素综合比较分析后确定。施工、检修等因素综合比较分析后确定。施工、检修等因素综合比较分析后确定。无压隧洞：无压隧洞：iik。（。（ik临界坡降，确保不雍水）临界坡降，确保不雍水）有压隧洞：有压隧洞：i 取决于进、出口高程，要求在最不利条件下取决于进、出口高程，要求在最不利条件下全全线洞顶保持不小于线洞顶保持不小于2m的压力水头的压力水头。不宜采用平坡或反坡，以。不宜采用平坡或反坡，以利于检修排水。利于检修排水。施工及检修排水：施工及检修排水：有轨运输有轨运输i=35，但，但i 10；无轨运输；无轨运输 i=315。纵坡比降要求：纵坡比降要求：（5 5）对于长隧洞，应利用地形地质条件，布置一些施工支）对于长隧洞，应利用地形地质条件，布置一些施工支）对于长隧洞，应利用地形地质条件，布置一些施工支）对于长隧洞，应利用地形地质条件，布置一些施工支洞、斜井、竖井，以增加工作面，加快施工进度。洞、斜井、竖井，以增加工作面，加快施工进度。洞、斜井、竖井，以增加工作面，加快施工进度。洞、斜井、竖井，以增加工作面，加快施工进度。工程实例：工程实例：引引滦滦入入津津隧隧洞洞工工程程：在在9.68km长长的的引引水水隧隧洞洞中中，布布置置了了15个斜支洞、个斜支洞、4个竖井。平均间隔个竖井。平均间隔 9680/20=484m。一般布置两道门：一般布置两道门：工作闸门工作闸门（调节流量和封闭孔口，（调节流量和封闭孔口，能在动水中启、闭能在动水中启、闭），），检修闸门检修闸门（事故检修门）。（事故检修门）。1.检修门（事故检修门）检修门（事故检修门）一一般般设设在在进进口口，用用来来挡挡水水，以以便便检检修修工工作作闸闸门门或或隧隧洞洞。如：刘家峡泄洪洞。如：刘家峡泄洪洞。大大中中型型隧隧洞洞的的深深式式进进水水口口常常要要求求检检修修闸闸门门能能在在动动水水中中关关闭闭、静静水水中中开开启启，以以满满足足发发生生事事故故时时的的需需要要，所所以以也也称称事故检修门事故检修门。五、闸门在隧洞中的布置五、闸门在隧洞中的布置2.工作门：工作门：可布置在进口、出口或隧洞中某一适宜位置。可布置在进口、出口或隧洞中某一适宜位置。（1）工作门设在进口：一般为无压隧洞。）工作门设在进口：一般为无压隧洞。优点：优点：检修门和工作门都在首部，运行管理方便；易于检查检修门和工作门都在首部，运行管理方便；易于检查和维修；工作门后的洞内无压，有利于山体稳定。和维修；工作门后的洞内无压，有利于山体稳定。缺缺点点:如如体体形形设设计计不不当当或或施施工工质质量量不不佳佳，流流速速大大的的部部位位可可能能发生空蚀破坏。发生空蚀破坏。按按照照无无压压隧隧洞洞进进口口与与水水面面的的相相对对位位置置，可可分分为为两两种种：表表孔孔溢流式进口溢流式进口、深式进口深式进口。n表孔溢流式进口：表孔溢流式进口：进口布置与岸边溢洪道相似，只是用隧洞进口布置与岸边溢洪道相似，只是用隧洞代替了泄槽。其超泄能力较大，但泄流能力受到隧洞断面的限制。代替了泄槽。其超泄能力较大，但泄流能力受到隧洞断面的限制。此种隧洞一般属此种隧洞一般属龙抬头龙抬头布置型式，常与施工导流隧洞相结合，以布置型式，常与施工导流隧洞相结合，以达到达到一洞多用一洞多用的目的。的目的。n深式进口：深式进口：为保证洞内为无压流态，为保证洞内为无压流态，工作门后洞顶应高出洞内工作门后洞顶应高出洞内水面一定高度水面一定高度，并需向闸门后通气。，并需向闸门后通气。（2）工作门布置在出口：有压隧洞）工作门布置在出口：有压隧洞。优点优点：洞内流态平稳；门后通气条件好，便于部分开启；：洞内流态平稳；门后通气条件好，便于部分开启；工作闸门的控制结构也较简单，管理方便；隧洞线路布置适工作闸门的控制结构也较简单，管理方便；隧洞线路布置适应性强。应性强。缺点缺点：洞内承受较大的内水压力洞内承受较大的内水压力，一旦衬砌漏水，对岩体，一旦衬砌漏水，对岩体及大坝等建筑物的稳定将产生不利影响。实际工程中，及大坝等建筑物的稳定将产生不利影响。实际工程中，常在常在进口设事故检修门进口设事故检修门，平时平时也可用于挡水。也可用于挡水。（3）工作门布置在洞身某一位置：门前为有压洞段，）工作门布置在洞身某一位置：门前为有压洞段，门后为无压洞段。门后为无压洞段。采用这种布置的主要原因是：采用这种布置的主要原因是：由于地形、地质、枢纽布置和施工等原因，隧洞线路需要由于地形、地质、枢纽布置和施工等原因，隧洞线路需要转弯，为了满足水流条件的要求，转弯，为了满足水流条件的要求，将工作闸门设在弯道后将工作闸门设在弯道后的直线段上的直线段上。弯道为有压，闸门后的直线段为无压。弯道为有压，闸门后的直线段为无压。洞内某处的地质条件较出口处好，洞内某处的地质条件较出口处好，工作闸门布置在洞中，工作闸门布置在洞中，可以利用较强的岩体可以利用较强的岩体承受闸门传输的水动力。承受闸门传输的水动力。近近年年来来不不少少泄泄洪洪洞洞采采用用这这种种布布置置，如如：三三门门峡峡泄泄洪洪洞洞、碧碧口左岸泄洪洞口左岸泄洪洞 等等.3、多用途隧洞的布置、多用途隧洞的布置一洞多用一洞多用或临时任务与永久任务相结合的隧洞布置，不或临时任务与永久任务相结合的隧洞布置，不仅可以解决枢纽中单项工程过多而带来的布置困难，还仅可以解决枢纽中单项工程过多而带来的布置困难，还可以减小工程量，降低造价。可以减小工程量，降低造价。但一洞多用隧洞但一洞多用隧洞必须妥善解决由于不同任务结合所带来必须妥善解决由于不同任务结合所带来的一些矛盾问题的一些矛盾问题。封堵导流洞而改建的泄洪洞，封堵导流洞而改建的泄洪洞，可为无压洞或有压洞可为无压洞或有压洞。由由于于导导流流洞洞高高程程较较低低，泄泄洪洪洞洞进进口口可可以以较较高高，因因此此常常在在导导流流洞洞上上方方另另设设泄泄洪洪洞洞进进口口，将将其其布布置置成成“龙龙抬抬头头”形形式式；其其进进口口之之后用后用抛物线段抛物线段、斜坡段斜坡段、反弧段反弧段与较低的洞身相连接。与较低的洞身相连接。当当两两洞洞进进口口之之间间岩岩体体厚厚度度较较薄薄或或岩岩石石较较差差时时，应应尽尽量量将将泄泄洪洪洞洞（永永久久建建筑筑物物）布布置置成成直直线线，而而将将导导流流洞洞（临临时时建建筑筑物物）进进口口段段偏偏转转一一个个角角度度，如如：刘刘家家峡峡导导流流洞洞进进口口段段偏偏转转32，碧碧口口偏偏转转14。如如果果导导流流洞洞宽宽度度较较大大，则则需需设设扩扩散散段段以以解解决决其其与与泄泄洪洪洞洞的的衔衔接接。扩散段应设在水流比较均匀平稳的部位，以防流态恶化。扩散段应设在水流比较均匀平稳的部位，以防流态恶化。“龙龙抬抬头头”泄泄洪洪洞洞，一一般般水水头头高高、流流速速大大，反反弧弧及及下下游游易易遭遭空空蚀蚀破破坏坏，因因此此应应做做好好体体形形设设计计，控控制制施施工工质质量量，设设置置适适当当的的掺掺气减蚀气减蚀措施。措施。1.导流洞与泄洪洞合一布置导流洞与泄洪洞合一布置优点：优点：工程量小，工程进度快，布置紧凑，管理集中。工程量小，工程进度快，布置紧凑，管理集中。注意：注意：应保证各自的运行要求和较好的水力条件应保证各自的运行要求和较好的水力条件，安全宣泄，安全宣泄泄洪流量，保证发电隧洞的压力状态及发电最小水头，并采泄洪流量，保证发电隧洞的压力状态及发电最小水头，并采取适当的措施，防止机组振动和分岔附近空蚀破坏。取适当的措施，防止机组振动和分岔附近空蚀破坏。两种布置型式：两种布置型式：主主洞洞（直直洞洞）泄泄洪洪、支支洞洞（岔岔洞洞）发发电电。洞洞内内流流态态较较好好，岔岔尖尖附附近近的的负负压压相相对对较较小小，发发电电支支洞洞回回流流强强度度弱弱，范范围围也也小小。但但泄泄洪洪时时，由由于于洞洞内内流流速速加加大大，有有效效水水头头降降低低，出出力力相相应应减减小。小。2.泄洪洞与发电洞合一布置泄洪洞与发电洞合一布置 主洞（直洞）发电、支洞（岔洞）泄洪。主洞（直洞）发电、支洞（岔洞）泄洪。存在问题：存在问题：1）岔尖处流态复杂岔尖处流态复杂，容易产生负压和空蚀。，容易产生负压和空蚀。2）泄洪时对发电不利泄洪时对发电不利。分岔角一般在。分岔角一般在3060之间。之间。收缩泄洪洞出口面积或减小其闸门开度收缩泄洪洞出口面积或减小其闸门开度，是提高洞内及岔尖部，是提高洞内及岔尖部位压力、减免空蚀的有效措施；但泄洪能力会因出口断面面积位压力、减免空蚀的有效措施；但泄洪能力会因出口断面面积缩小而降低。缩小而降低。为防止岔尖发生空蚀，当主洞泄洪时为防止岔尖发生空蚀，当主洞泄洪时孔口收缩比孔口收缩比0.85，支洞，支洞泄洪时泄洪时0.7。孔口收缩比孔口收缩比是指用于泄洪的主洞或支洞，其出口是指用于泄洪的主洞或支洞，其出口面积与其洞身断面积之比。面积与其洞身断面积之比。3其它任务隧洞的合一布置其它任务隧洞的合一布置灌灌溉溉与与发发电电隧隧洞洞合合一一布布置置。发发电电后后的的尾尾水水用用于于灌灌溉溉。其其主要问题是用水上的矛盾。主要问题是用水上的矛盾。泄泄洪洪与与排排沙沙隧隧洞洞合合一一。排排沙沙洞洞进进口口高高程程往往往往较较低低，施施工工期期还还可可结结合合导导流流，导导流流完完成成后后改改建建成成泄泄洪洪排排沙沙洞洞。但但对对于于高高水水头头情情况况，在在设设计计中中需需要要认认真真研研究究高高速速含含沙沙水水流流的的冲蚀、磨损及消能问题冲蚀、磨损及消能问题。六、进口段的组成部分六、进口段的组成部分隧洞进口段包括：隧洞进口段包括：进水喇叭口、闸门室、通气孔、进水喇叭口、闸门室、通气孔、平压管、渐变段等。平压管、渐变段等。1.1.进水喇叭口进水喇叭口位置：位置：隧洞首部隧洞首部要求：要求：体形体形应符合孔口泄流形态，应符合孔口泄流形态，确保水流平顺、不脱壁确保水流平顺、不脱壁。避免避免产生不利的产生不利的负压和空蚀负压和空蚀破坏。破坏。尽力减少局部水头损失尽力减少局部水头损失，以提高泄流能力。，以提高泄流能力。2.2.通气孔通气孔（1）位置）位置设在泄水隧洞进口或洞身中部的设在泄水隧洞进口或洞身中部的工作闸门之后工作闸门之后。设在设在检修门和工作门之间检修门和工作门之间。（2）作作用用：通通气气孔孔在在泄泄水水隧隧洞洞的的正正常常泄泄流流、放放空空和和充充水水过过程程中中，承承担担补补气气和和排排气气任任务务，对对改改善善流流态态，避避免免运运行行事事故故起起着重要作用。着重要作用。对工作闸门在各级开度情况下承担对工作闸门在各级开度情况下承担补气补气，以降低门后，以降低门后 负压负压，稳定流态，避免建筑物振动和空蚀；，稳定流态，避免建筑物振动和空蚀；检修时，检修时，在放空洞内水流过程中补气在放空洞内水流过程中补气；检修完成后，检修完成后，向工作门和检修门之间充水时承担排气向工作门和检修门之间充水时承担排气。（3）布置上须注意）布置上须注意 由于通气孔气流速度大，由于通气孔气流速度大，其进口必须与闸门启闭机室其进口必须与闸门启闭机室分开分开，以免在补气、排气时，影响工作人员的安全。，以免在补气、排气时，影响工作人员的安全。尽可能减少通气孔的孔管转弯和突变尽可能减少通气孔的孔管转弯和突变，以减少阻力。，以减少阻力。3.3.拦污栅拦污栅泄水隧洞一般不设拦污栅泄水隧洞一般不设拦污栅。当需要拦截水库中较大浮沉。当需要拦截水库中较大浮沉物时，可在进口设固定栅梁或粗拦污栅。物时，可在进口设固定栅梁或粗拦污栅。引水发电的有压隧洞进口应设细栅引水发电的有压隧洞进口应设细栅，以防污物阻塞和破，以防污物阻塞和破坏阀门及水轮机叶片。坏阀门及水轮机叶片。4.4.渐变段、闸门室及平压管渐变段、闸门室及平压管七、七、水工隧洞断面型式水工隧洞断面型式洞身断面型式取决洞身断面型式取决于流态、地质、施于流态、地质、施工及运行等条件。工及运行等条件。（1）城门洞形（圆拱直墙形）城门洞形（圆拱直墙形）优点：优点：施工（开挖、立模、衬砌）简单，施工（开挖、立模、衬砌）简单，无无压洞广泛采用压洞广泛采用。适用：适用：垂直山岩压力较大、垂直山岩压力较大、侧向山岩压力很侧向山岩压力很小的情况小的情况。为减小侧向山岩压力，可把边墙。为减小侧向山岩压力，可把边墙做成倾斜的。做成倾斜的。顶拱中心角：顶拱中心角：90180，跨度较大时，跨度较大时90120。断面宽高比：断面宽高比：11.5，水深变化大时，采用，水深变化大时，采用较大值。较大值。1.无压隧洞断面型式无压隧洞断面型式（2）马蹄形）马蹄形结构：结构：由三个不同半径的圆弧组成。由三个不同半径的圆弧组成。适用：适用：岩石比较软弱破碎，垂直山岩石比较软弱破碎，垂直山岩压力和侧向山岩压力均较大的岩压力和侧向山岩压力均较大的情况。情况。（3）圆形）圆形适用：适用：围岩条件较差，且外水压围岩条件较差，且外水压力较大时；采用掘进机施工时。力较大时；采用掘进机施工时。（1）圆形断面）圆形断面有压隧洞一般采用圆形断面有压隧洞一般采用圆形断面。优点：优点：1）水流条件和受力条件均有利。）水流条件和受力条件均有利。2）在面积一定的条件下，圆形过流能力最大。）在面积一定的条件下，圆形过流能力最大。（2）也可采用无压洞的断面形式）也可采用无压洞的断面形式适用：适用：围岩条件较好、内水压力不大时，为了施工方便，围岩条件较好、内水压力不大时，为了施工方便，也可采用无压隧洞常用的断面型式。也可采用无压隧洞常用的断面型式。2.有压隧洞断面型式有压隧洞断面型式3、洞身衬砌、洞身衬砌1.1.衬砌的作用衬砌的作用（1 1）阻止围岩变形的发展，）阻止围岩变形的发展，确保围岩稳定确保围岩稳定。（2 2）承受荷载：承受荷载：山岩压力、内水压力等。山岩压力、内水压力等。（3 3）防止渗漏防止渗漏。（4 4）保护岩石保护岩石免受水流、空气、温度、干湿变化等破坏。免受水流、空气、温度、干湿变化等破坏。（5 5）减小隧洞的表面糙率减小隧洞的表面糙率。2.2.衬砌的类型衬砌的类型（1 1）平整衬砌）平整衬砌也称也称护面护面或或抹平衬砌抹平衬砌。采用砼、喷浆、砌石等，。采用砼、喷浆、砌石等，护面不承受荷载护面不承受荷载。作用：作用：减小糙率，防止渗漏，保护岩石不受风化。减小糙率，防止渗漏，保护岩石不受风化。适用：适用：围岩条件围岩条件较好，水头较好，水头、流速、流速较低的情况。较低的情况。优点：优点：造价低，施工方便。对无压洞，如岩石不易风化，可只造价低，施工方便。对无压洞，如岩石不易风化，可只衬护过水部分。衬护过水部分。（2）单层衬砌）单层衬砌衬砌材料：衬砌材料：砼、钢筋砼、浆砌石等。砼、钢筋砼、浆砌石等。衬砌厚度：衬砌厚度：取洞径或洞宽的取洞径或洞宽的1/81/12，且，且25cm，通过衬砌计算通过衬砌计算确定确定。适用：适用：中等地质条件中等地质条件，断面较大，水头、流速较高的情况。，断面较大，水头、流速较高的情况。（3）组合式衬砌）组合式衬砌 内层：内层：钢板、钢筋网喷浆；钢板、钢筋网喷浆；外层：外层：砼或钢筋砼。砼或钢筋砼。顶拱：顶拱：砼；砼；边墙和底板：边墙和底板：浆砌石。浆砌石。顶拱：顶拱：喷锚支护；喷锚支护；边墙和底板：边墙和底板：砼或钢筋砼（无压洞）。砼或钢筋砼（无压洞）。顶顶拱拱、边边墙墙：先先喷喷锚锚，再再用用砼砼或或钢钢筋筋砼砼衬衬砌砌。特特别别适适用用于于自稳能力差、容易发生塌方的软弱破碎岩体中开挖的隧洞。自稳能力差、容易发生塌方的软弱破碎岩体中开挖的隧洞。（4）预应力衬砌）预应力衬砌适用：适用：高水头有压隧洞。高水头有压隧洞。（5）洞身衬砌型式选择）洞身衬砌型式选择应根据隧洞任务、地质条件、断面尺寸、受力状态、施工条件等应根据隧洞任务、地质条件、断面尺寸、受力状态、施工条件等因素，通过综合分析比较后确定隧洞衬砌型式。因素，通过综合分析比较后确定隧洞衬砌型式。有压圆形隧洞：有压圆形隧洞：砼、钢筋砼砼、钢筋砼单层衬砌最常用单层衬砌最常用。当内水压力较大、。当内水压力较大、围岩较差时，可采用内层为钢板的围岩较差时，可采用内层为钢板的双层衬砌双层衬砌或或预应力衬砌预应力衬砌。无压泄洪隧洞：无压泄洪隧洞：常采用城门洞形断面、常采用城门洞形断面、整体钢筋砼衬砌整体钢筋砼衬砌。有些工。有些工程采用喷砼或加钢筋网与砼或钢筋砼的程采用喷砼或加钢筋网与砼或钢筋砼的组合衬砌组合衬砌方式。方式。喷锚：喷锚：配合光面爆破，配合光面爆破，喷锚喷锚是一种经济、快速的衬砌型式。是一种经济、快速的衬砌型式。不加衬砌：不加衬砌：当围岩状况很好时，对流速低、流量小的引水发电隧当围岩状况很好时，对流速低、流量小的引水发电隧洞或导流洞，可不加衬砌。洞或导流洞，可不加衬砌。不衬砌的有压隧洞，其内水压力应小不衬砌的有压隧洞，其内水压力应小于地应力的最小主应力于地应力的最小主应力，以保证围岩稳定。不衬砌隧洞的糙率大，以保证围岩稳定。不衬砌隧洞的糙率大，泄放同样流量要增加开挖断面，因此泄放同样流量要增加开挖断面，因此是否采用不衬砌隧洞，应由是否采用不衬砌隧洞，应由技术经济比较后确定技术经济比较后确定。3.3.衬砌分缝衬砌分缝分缝原因：分缝原因：砼或钢筋砼衬砌施工是砼或钢筋砼衬砌施工是分块分段浇筑分块分段浇筑的的。衬砌混凝土的干缩和温度应力，衬砌混凝土的干缩和温度应力，可能产生裂缝可能产生裂缝。当隧洞当隧洞穿过地质条件变化显著地区穿过地质条件变化显著地区（如断层、破碎带及（如断层、破碎带及其它软弱地带）时，可能由于不均匀沉降而产生裂缝。其它软弱地带）时，可能由于不均匀沉降而产生裂缝。（1 1）施工缝（临时缝）施工缝（临时缝）横向（垂直洞轴线）：横向（垂直洞轴线）：间距间距612m，由浇筑能力定；，由浇筑能力定；纵向（平行洞轴线）：纵向（平行洞轴线）：缝设在顶拱、边墙及底板分界处，缝设在顶拱、边墙及底板分界处，或设在内力较小部位。或设在内力较小部位。要求：要求：进行凿毛处理或设插筋，以进行凿毛处理或设插筋，以加强整体性加强整体性。（2）伸缩缝（永久缝）伸缩缝（永久缝）作用：作用：防止砼干缩和温度应力而产生的裂缝。防止砼干缩和温度应力而产生的裂缝。要求：要求：间距间距612m，缝中，缝中设止水设止水。（3 3）沉降缝（永久缝）沉降缝（永久缝）设置部位：设置部位：通过断层破碎带或软弱带，通过断层破碎带或软弱带，衬砌加厚的厚度突变处衬砌加厚的厚度突变处。洞身与进口渐变段等洞身与进口渐变段等连接处连接处，可能产生较大位移的地段。，可能产生较大位移的地段。要求：要求：缝中设止水，填沥青油毡或其他填料。缝中设止水，填沥青油毡或其他填料。实际工程中，横向施工缝、沉降缝、伸缩缝等，应尽量结实际工程中，横向施工缝、沉降缝、伸缩缝等，应尽量结合在一起布置。合在一起布置。七、水工隧洞出口段及消能设施七、水工隧洞出口段及消能设施 1.无压隧洞无压隧洞 出出口口段段仅仅设设门门框框，以以防防洞洞脸脸及及上上部部岩岩石石崩崩塌塌，并并与与消消能能设设施施的的两两侧侧边边墙墙相相衔接。衔接。2.有压隧洞有压隧洞 出出口口常常设设工工作作闸闸门门、启启闭闭机机室室。闸闸门门前前设设渐渐变变段段，将将洞洞身身从从圆圆形形断断面面渐渐变变为为闸闸门门处处的的矩矩形形孔孔口口；闸闸门门之之后后接接消消能能设设施施。为为避避免免负负压压，常常采采用用断断面面收收缩缩的的方方法法，出出口口 收收 缩缩 比比 可可 采采 用用0.80.9。常用常用消能方式消能方式：挑流（采用多）、底流；挑流（采用多）、底流；新新型型消消能能工工：窄窄缝缝挑挑流流消消能能、洞洞内内突突扩扩消消能能、洞洞内旋流消能等。内旋流消能等。特特点点：隧隧洞洞出出口口宽宽度度小小，单单宽宽流流量量大大，能能量量集集中中；所所以以，出出口口设设置置扩扩散散段段以以扩扩散散水水流流，减减小小单单宽宽流流量量。1.1.挑流消能（常用扩散式）挑流消能（常用扩散式）适用情况：适用情况：出口高程高于或接近于下游水位，且地质出口高程高于或接近于下游水位，且地质条件允许时。条件允许时。优点：优点：经济合理。经济合理。注意：注意：尽量不要冲刷对岸。尽量不要冲刷对岸。挑坎形式：挑坎形式：斜切式挑流鼻坎（适用于洞轴线与河道交斜切式挑流鼻坎（适用于洞轴线与河道交角小角小，）、收缩式窄缝挑坎（适用于岸坡陡峻、河谷狭窄）、收缩式窄缝挑坎（适用于岸坡陡峻、河谷狭窄的情况）、横向扩散挑坎。的情况）、横向扩散挑坎。斜斜切切式式挑挑流流鼻鼻坎坎收收缩缩式式窄窄缝缝挑挑坎坎2.2.底流消能底流消能 特点：特点：水流由隧洞出口经水流由隧洞出口经水平扩散段水平扩散段（有的不设），再经（有的不设），再经曲线扩散曲线扩散段、斜坡段段、斜坡段继续横向扩散后进入继续横向扩散后进入消力池消力池。消能充分、平稳。消能充分、平稳。缺点：缺点：开挖量大，施工时间长，造价高。开挖量大，施工时间长，造价高。3.3.突扩消能（孔板消能）突扩消能（孔板消能）洞洞中中突突扩扩消消能能：为为了了防防止止高高速速水水流流引引起起的的空空蚀蚀及及高高速速含含砂砂水水流流的的磨磨损损破破坏坏，可可在在洞洞内内采采用用突突扩扩消消能能，在在有有压压隧隧洞洞中中分分段段造造成成出出流流突突然然扩扩散散，与与其其周周围围水水体体之之间间形形成成大大量量漩涡、掺混，漩涡、掺混，从而实现消能。从而实现消能。Eg.Eg.小小浪浪底底：导导流流洞洞改改建建为为有有压压泄泄洪洪洞洞，采采用用多多级级孔孔板板消消能能。在在直直径径为为14.5m14.5m的的洞洞中中布布置置了了三三级级孔孔板板，孔孔径径与与洞洞径径比比分分别别为为0.690.69、0.7240.724和和0.7240.724，孔孔板板间间距距为为3D=43.5m3D=43.5m。由由模模型型试试验验得得知知，水水流流通通过过孔孔板板突突扩扩消消能能，可可将将140m140m的的水水头头削减削减70%70%，洞壁最大流速仅为，洞壁最大流速仅为10m/s10m/s左右。左右。