水利水電工程水工隧洞培訓(xùn)講義

1、第5章 水工隧洞 1第一節(jié) 概述一、水工隧洞概念在地基內(nèi)開挖而成，四周被圍巖包圍起來的水工建筑物。二、功能1.泄洪；2.發(fā)電、灌溉、給水等所需的引水； 3.檢修或其他原因需要放空水庫 ；4.排沙；5.施工導(dǎo)流2三、類型1、按功能分：泄洪、泄水、引水、輸水、放空、排砂、施工導(dǎo)流。2、按流態(tài)分：有壓和無壓。3、按襯砌方式分：不襯砌隧洞，噴錨、混凝土襯砌或鋼筋混凝土襯砌等。4、按流速分：高速（16m/s）,低速(25cm。 單層：用砼、鋼筋混凝土或漿砌石做成。 組合式：根據(jù)襯砌的不同受力特點(diǎn)和運(yùn)用要求，用不同材料組成的雙層、多層襯砌。 預(yù)應(yīng)力：在施工中預(yù)施環(huán)向壓應(yīng)力，運(yùn)行時(shí)襯砌可承受由巨大內(nèi)水壓力引

2、起的環(huán)向拉應(yīng)力。適用于高水頭圓洞。噴錨支護(hù): 新奧法(NATM)的表現(xiàn)形式.噴混凝土支護(hù)和錨桿支護(hù).（三）襯砌構(gòu)造沿開挖洞壁做成的人工護(hù)壁。1、襯砌的作用（1）阻止圍巖變形發(fā)展，保證其穩(wěn)定；（2）加固圍巖承受圍巖壓力、內(nèi)水壓力和其他荷載；（3）防止?jié)B漏；（4）保護(hù)巖石免受水流、空氣、溫度、干濕變化等侵蝕破壞；（5）平整圍巖，減小表面糙率。30隧洞斷面形式及襯砌類型( 單位：cm)(a)(f)單層襯砌；(g)(i)組合式襯砌；(k)(l)預(yù)應(yīng)力襯砌313、襯砌的分縫和止水（1）整體式襯砌在施工中要分段分塊澆筑，需設(shè)橫、縱向工作縫（圖）；跳倉澆筑. 陸渾水庫泄洪洞襯砌施工分縫 單位：m 襯砌的縱向

3、施工縫 32（2）永久橫向伸縮縫：沉陷變形伸縮縫和溫度變形伸縮縫（圖）。 伸縮沉陷縫 單位：m334、灌漿、防滲和排水（1）灌漿：回填灌漿和固結(jié)灌漿?；靥罟酀{：填充襯砌與圍巖之間的空隙，使之緊密結(jié)合以改善傳力條件，減小滲漏。 一般施工中在襯砌頂拱部分時(shí)預(yù)留灌漿孔（圖）。范圍：頂拱90120之間，孔矩和排矩2 6米，灌漿壓力一般為0.2 0.5MPa. 固結(jié)灌漿：為了加固圍巖，提高圍巖的強(qiáng)度和整體性，減小山巖壓力，保證巖石的彈性抗力，減小地下水對(duì)襯砌的壓力和減少滲漏而做。 由于其一般在襯砌后進(jìn)行，故還可起預(yù)壓作用。 孔深：一倍隧洞半徑，梅花形，間矩2 4米。 灌漿壓力：1.5 2.0倍內(nèi)水壓力，

4、一般0.31.0MPa. 灌漿孔布置圖 34（2)防滲與排水 當(dāng)?shù)叵滤惠^高時(shí)外水壓力將會(huì)成為主要荷載,因此防滲排水設(shè)施不可缺少. 對(duì)無壓洞:當(dāng)外水壓力較大時(shí),可在洞內(nèi)最高水面線以上通過襯砌來設(shè)置排水孔（圖）. 對(duì)有壓洞: 在洞底部設(shè)置縱向排水管和橫向排水溝,間矩6 8米.無壓隧洞排水布置圖 35第五節(jié) 隧洞的出口段一、出口段結(jié)構(gòu)體型1、有壓：出口處設(shè)閘門，因此設(shè)閘室，用以布置閘門及相應(yīng)的啟閉設(shè)備，門前設(shè)漸變段，門后接消能設(shè)施。2、無壓：出口處無閘門，因此其型式相對(duì)簡單，僅設(shè)門框，以防洞臉及其上部巖體崩塌，洞身直接與消能設(shè)施相連。36二、消能方式1、挑流消能2、擴(kuò)散水躍消能3、洞內(nèi)消能37第六

5、節(jié) 隧洞襯砌的結(jié)構(gòu)計(jì)算一、水工隧洞的荷載組合基本荷載與特殊荷載）正常運(yùn)用情況圍巖壓力+襯砌自重+設(shè)計(jì)洪水時(shí)的內(nèi)、外水壓力）施工、檢修情況圍巖壓力+襯砌自重+可能最大的外水壓力）非常運(yùn)用情況圍巖壓力+襯砌自重+校核洪水時(shí)的內(nèi)、外水壓力38二、襯砌上的荷載計(jì)算、圍巖壓力：垂直圍巖壓力；側(cè)向圍巖壓力；底部上擠力392、彈性抗力： 當(dāng)襯砌受力變形后，變形方向指向圍巖，就產(chǎn)生彈性抗力。*考慮彈性抗力的條件:(1)圍巖沒有不利的斷層或裂隙;(2)圍巖厚度大于洞中內(nèi)水壓力的0.4倍;(3)圍巖厚度大于3倍洞徑;(4)圍巖與襯砌之間的間隙被完好填充,接觸緊密.彈性抗力的計(jì)算： 其中, k為巖石抗力系數(shù), 為圍

6、巖變形.3.水荷載（1）內(nèi)水壓力：有壓:壓坡線。 無壓:洞內(nèi)水深。 （2）外水壓力：指作用在襯砌外壁上的地下水壓力，其值取決于洞外地下水位線的高低和外水壓力，折減系數(shù)的大小。40三、 隧洞襯砌的結(jié)構(gòu)計(jì)算 襯砌的計(jì)算包括確定襯砌厚度，配筋，校核襯砌強(qiáng)度等計(jì)算方法：（1）結(jié)構(gòu)力學(xué)方法：以襯砌為計(jì)算方法，只能求到襯砌的應(yīng)力，得不到圍巖的應(yīng)力；（2）彈性力學(xué)方法：以隧洞整體為計(jì)算對(duì)象。要求圍巖滿足均勻各向同性無限彈性體，圓洞，均勻內(nèi)壓力要求。（3）有限元方法：能夠?qū)θ魏螐?fù)雜的巖體結(jié)構(gòu)中的隧洞進(jìn)行線性或非線性分析，成為最有效的方法。41一、鉛直斷面為圓形的洞室襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算 內(nèi)水壓力是主要荷載，同時(shí)應(yīng)謹(jǐn)慎而充分地考慮彈性抗力。1、均勻內(nèi)水壓力作用下的圓形洞室襯砌內(nèi)力計(jì)算 先根據(jù)管外璧與圍巖接觸面之間的變形相容條件求出彈性抗力，再用軸對(duì)稱受力圓管的彈性理論計(jì)算襯砌的內(nèi)力；2、彈性抗力作用下的圓形洞室襯砌內(nèi)力計(jì)算 分別計(jì)算各種荷載產(chǎn)生的內(nèi)力，按不同的荷載組合進(jìn)行迭加，進(jìn)行強(qiáng)度校核和配筋。42二、無壓隧洞的襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算1. 荷載：圍巖壓力，襯砌自重，內(nèi)水壓力，彈性抗力，摩擦