水工隧洞課件

第八章

水工隧洞§1概述§2水工隧洞的布置§3水工隧洞進口段§4水工隧洞洞身段§5水工隧洞的出口段及消能設(shè)施§6高流速泄水隧洞的水流脈動壓力與空蝕§7水工地下洞室的圍巖穩(wěn)定性§8水工隧洞襯砌的荷載和荷載組合§9水工隧洞的襯砌計算與支護設(shè)計

§10地下廠房的布置和支護型式第八章

水工隧洞§1概述§1.概述第八章

水工隧洞

發(fā)電引水隧洞泄洪隧洞泄水隧洞施工導(dǎo)流隧洞排沙、放空隧洞一、水工隧洞的類型用途§1.概述第八章

水工隧洞

發(fā)電引水隧洞一、水工隧洞的類型用

進口建筑物：控制水流

洞身：巖體內(nèi)開挖而成

出口建筑物：消能

有壓隧洞

無壓隧洞一、水工隧洞的類型組成流態(tài)第八章

水工隧洞§1.概述

進口建筑物：控制水流

洞身：巖體內(nèi)開挖而成

出口建筑物：消一、水工隧洞的類型第八章

水工隧洞§1.概述一、水工隧洞的類型第八章

水工隧洞§1.概述一、水工隧洞的類型泄水隧洞的種類第八章

水工隧洞§1.概述一、水工隧洞的類型泄水隧洞的種類第八章

水工隧洞§1.概述一、水工隧洞的類型陸渾泄洪洞第八章

水工隧洞§1.概述一、水工隧洞的類型陸渾泄洪洞第八章

水工隧洞§1.概述一、水工隧洞的類型毛家村泄洪洞第八章

水工隧洞§1.概述一、水工隧洞的類型毛家村泄洪洞第八章

水工隧洞§1.概述一、水工隧洞的類型劉家峽泄水隧洞第八章

水工隧洞§1.概述一、水工隧洞的類型劉家峽泄水隧洞第八章

水工隧洞§1.概述一、水工隧洞的類型走馬莊泄水隧洞第八章

水工隧洞§1.概述一、水工隧洞的類型走馬莊泄水隧洞第八章

水工隧洞§1.概述（1）水力特點：深式進口、高速水流、閘門振動。能量集中下游沖刷。（2）結(jié)構(gòu)特點：開挖——變形甚至崩塌、臨時支護和永久性襯砌、內(nèi)水、外水壓力。（3）施工特點：斷面小，洞線長，工序多，干擾大，施工條件較差，施工進度控制整個工程的工期。二、水工隧洞的特點第八章

水工隧洞§1.概述（1）水力特點：深式進口、高速水流、閘門振動。能量集中下游沖水工隧洞課件水工隧洞課件比較有壓洞與無壓洞的斷面特點、水流特性、優(yōu)缺點、閘門位置及應(yīng)用范圍。作業(yè)第八章

水工隧洞§1.概述比較有壓洞與無壓洞的斷面特點、水流特性、優(yōu)缺點、閘門位置及應(yīng)水利樞紐中的泄水隧洞主要包括下列三個部分：（1）進口段。位于隧洞進口部位，用以控制水流。包括攔污柵、進水喇叭口、閘門室及漸變段等。（2）洞身段。用以輸送水流。一般都需進行襯砌。（3）出口段。用以連接消能設(shè)施。無壓泄水隧洞的出口僅設(shè)有門框，壓力泄水隧洞的出口一般設(shè)有漸變段及工作閘門室。一、水工隧洞的組成第八章

水工隧洞§2.水工隧洞的布置水利樞紐中的泄水隧洞主要包括下列三個部分：一、水工隧洞的組成1、結(jié)構(gòu)（Structure）地下建筑物圍巖即是荷載又是承載物圍巖的變形有時間效應(yīng)水對隧洞的影響2、水力學(xué)（Hydraulics）低水位可以工作超泄能力低一般流速大，注意空蝕水工隧洞的工作條件二、水工隧洞的布置3、施工（Construction）斷面小、洞線長、施工條件差施工進度控制工程進度時間效應(yīng)第八章

水工隧洞§2.水工隧洞的布置1、結(jié)構(gòu)（Structure）水二、水工隧洞的布置3、施工（5#施工支洞進廠交通洞6#施工支洞7#施工支洞尾水洞引水洞主廠房主變室4#施工支洞尾閘室3#施工支洞1#施工支洞尾閘交通洞2#施工支洞5#施工支洞進廠交通洞6#施工支洞7#施工支洞尾水洞引水洞主典型布置I:表面溢洪式泄洪洞用明流隧洞代替溢洪道保證是急流二、水工隧洞的布置第八章

水工隧洞§2.水工隧洞的布置典型布置I:表面溢洪式泄洪洞用明流隧洞代替溢洪道二、水工隧洞第八章

水工隧洞有壓洞：PressureTunnel流態(tài)平穩(wěn)壓力大，減少空蝕明流洞：Free-flowTunnel地質(zhì)條件要求低水頭可以很大§2.水工隧洞的布置二、水工隧洞的布置典型布置II:深水式泄水隧洞第八章

水工隧洞有壓洞：PressureTunnel§2.水工隧洞課件水工隧洞課件水工隧洞課件第八章

水工隧洞

地質(zhì)條件：避開不利的地質(zhì)構(gòu)造線路短、直，減少水頭損失和工程量隧洞埋深不宜太小，一般大于一倍洞徑或洞寬相鄰隧洞保證一定距離，最好3倍洞徑以上，起碼1倍洞徑隧洞的坡度受水力學(xué)條件和施工影響高流速隧洞的洞線有水平和豎向變化應(yīng)注意水力學(xué)條件，必要時需進行水力學(xué)試驗考慮施工支洞，加快施工進度§2.水工隧洞的布置洞線選擇第八章

水工隧洞

地質(zhì)條件：避開不利的地質(zhì)構(gòu)造§2.水工隧工作閘門—用來調(diào)節(jié)流量和封閉孔口，能在動水中啟閉。檢修閘門—進口、出口。事故檢修門—在動水中關(guān)閉，靜水中開啟。工作閘門—設(shè)在進口—無壓洞

—設(shè)在出口—有壓洞

—設(shè)在洞中—前有壓、后無壓洞閘門在隧洞中的布置第八章

水工隧洞

§2.水工隧洞的布置閘門在隧洞中的布置第八章

水工隧洞

§2.水工隧洞的布置水工隧洞課件水工隧洞課件

1．導(dǎo)流洞與泄洪洞合一布置

2．泄洪洞與發(fā)電洞合一布置

3．發(fā)電與灌溉隧洞合一布置

4．泄洪與排沙隧洞合一布置

5．發(fā)電與排沙隧洞合一布置二、水工隧洞的布置多用途隧洞的布置第八章

水工隧洞

§2.水工隧洞的布置1．導(dǎo)流洞與泄洪洞合一布置二、水工隧洞的布置多用途隧水工隧洞課件第八章

水工隧洞塔式岸塔式豎井式斜坡式§3.水工隧洞進口段一、進水口的型式和計算要點第八章

水工隧洞塔式§3.水工隧洞進口段一、進水口的型式和計塔式進水口一、進水口的型式和計算要點第八章

水工隧洞§3.水工隧洞進口段塔式進水口一、進水口的型式和計算要點第八章

水工隧洞§3.水水工隧洞課件水工隧洞課件封閉式塔式進水口一、進水口的型式和計算要點第八章

水工隧洞§3.水工隧洞進口段封閉式塔式進水口一、進水口的型式和計算要點第八章

水工隧洞§水工隧洞課件岸塔式進水口一、進水口的型式和計算要點第八章

水工隧洞§3.水工隧洞進口段岸塔式進水口一、進水口的型式和計算要點第八章

水工隧洞§3.水工隧洞課件水工隧洞課件水工隧洞課件豎井式進水口一、進水口的型式和計算要點第八章

水工隧洞§3.水工隧洞進口段豎井式進水口一、進水口的型式和計算要點第八章

水工隧洞§3.水工隧洞課件水工隧洞課件斜坡式進水口一、進水口的型式和計算要點第八章

水工隧洞§3.水工隧洞進口段斜坡式進水口一、進水口的型式和計算要點第八章

水工隧洞§3.水工隧洞課件水工隧洞課件二、進口段的組成部分進水喇叭口第八章

水工隧洞§3.水工隧洞進口段二、進口段的組成部分進水喇叭口第八章

水工隧洞§3.水工隧水工隧洞課件通氣孔攔污柵漸變段閘門室平壓管二、進口段的組成部分其他第八章

水工隧洞§3.水工隧洞進口段通氣孔二、進口段的組成部分其第八章

水工隧洞§3.水工隧洞進水工隧洞課件水工隧洞課件第八章

水工隧洞

減少阻力，增加泄量減少磨損和空蝕，防止破壞分無壓洞和有壓洞§4.水工隧洞的洞身段一、洞身斷面形式第八章

水工隧洞

減少阻力，增加泄量§4.水工隧洞的洞身段水工隧洞課件無壓洞的斷面設(shè)計城門洞形：圍巖壓力小的情況馬蹄形：圍巖壓力大的情況圓形：受力狀況好，但施工困難，過水?dāng)嗝娌唤?jīng)濟一、洞身斷面形式無壓隧洞的斷面形式第八章

水工隧洞

§4.水工隧洞的洞身段無壓洞的斷面設(shè)計城門洞形：圍巖壓力小的情況一、洞身斷面形式無斷面尺寸根據(jù)泄量確定足夠的超高，以保證明流狀態(tài)保證施工要求閘墩大隧洞時采用多孔進水閘需要閘墩需要高度重視閘墩的影響盡可能采用單孔二、洞身斷面尺寸無壓洞的體形設(shè)計I第八章

水工隧洞

§4.水工隧洞的洞身段斷面尺寸二、洞身斷面尺寸無壓洞的體形設(shè)計I第八章

水工隧洞

反弧段空蝕空化問題減少不平整度摻氣槽、抗空蝕材料等等二、洞身斷面尺寸無壓洞的體形設(shè)計II第八章

水工隧洞

§4.水工隧洞的洞身段反弧段二、洞身斷面尺寸無壓洞的體形設(shè)計II第八章

水工隧洞

水工隧洞課件水工隧洞課件水工隧洞課件水工隧洞課件溪洛渡襯砌后的導(dǎo)流洞凈空斷面18*20米(寬*高),襯砌厚度為：1.0米-1.5米。世界上最大的導(dǎo)流洞.溪洛渡襯砌后的導(dǎo)流洞凈空斷面18*20米(寬*高),襯砌厚水工隧洞課件斷面一般均為圓形，個別小規(guī)模的也有采用城門洞形或矩形斷面尺寸的考慮要保證洞頂處在最不利的條件下，考慮脈動壓力以后的水頭不小于2m進水口一般為矩形采用橢圓曲線防止庫水從閘門井串水盡量避免立軸漩渦二、洞身斷面尺寸有壓洞的體形設(shè)計第八章

水工隧洞

§4.水工隧洞的洞身段斷面一般均為圓形，個別小規(guī)模的也有采用城門洞形或矩形二、洞身水工隧洞課件二、洞身斷面尺寸有壓洞的體形設(shè)計I方變圓的漸變段第八章

水工隧洞

§4.水工隧洞的洞身段二、洞身斷面尺寸有壓洞的體形設(shè)計I方變圓的漸變段第八章

水工水工隧洞課件彎段半徑大于5倍洞徑彎段后保持5倍洞徑的直線段出水口收縮比二、洞身斷面尺寸有壓洞的體形設(shè)計II第八章

水工隧洞

§4.水工隧洞的洞身段彎段二、洞身斷面尺寸有壓洞的體形設(shè)計II第八章

水工隧洞

§水工隧洞課件水工隧洞課件三、洞身襯砌襯砌分縫第八章

水工隧洞

§4.水工隧洞的洞身段三、洞身襯砌襯砌分縫第八章

水工隧洞

§4.水工隧洞的洞身水工隧洞課件水工隧洞課件灌漿

回填灌漿—充填襯砌與圍巖之間的空隙，使之結(jié)合緊密，共同受力，以發(fā)揮圍巖的彈性抗力作用，并減少滲漏。固結(jié)灌漿—加固圍巖，提高圍巖的整體性，減小圍巖壓力，保證圍巖的彈性抗力，減小滲漏。三、洞身襯砌第八章

水工隧洞

§4.水工隧洞的洞身段灌漿回填灌漿—充填襯砌與圍巖之間的空隙，使之結(jié)合緊密，共同灌漿孔布置灌漿孔布置三、洞身襯砌排水

無壓隧洞排水布置圖第八章

水工隧洞

§4.水工隧洞的洞身段三、洞身襯砌排水無壓隧洞排水布置圖第八章

水工隧洞

§4.我國國產(chǎn)的首臺可伸縮式砼澆筑布料機首次在溪洛渡運用（國產(chǎn)第一臺），設(shè)備價值約300多萬，由業(yè)主供應(yīng)施工單位使用。我國國產(chǎn)的首臺可伸縮式砼澆筑布料機首次在溪洛渡運用（國產(chǎn)第一我國國產(chǎn)的首臺可伸縮式砼澆筑布料機首次在溪洛渡運用（國產(chǎn)第一臺），設(shè)備價值約300多萬，由業(yè)主供應(yīng)施工單位使用。我國國產(chǎn)的首臺可伸縮式砼澆筑布料機首次在溪洛渡運用（國產(chǎn)第一洞內(nèi)冷卻機組。用于砼澆筑防裂的。洞內(nèi)冷卻機組。用于砼澆筑防裂的。大型液壓鉆機大型液壓鉆機§5.水工隧洞的出口段及消能設(shè)施有壓泄水隧洞由于自由出流時，主流下跌，在出口段一定長度范圍內(nèi)洞頂易出現(xiàn)負(fù)壓。有的圓形隧洞，出口段沒有收縮，洞頂負(fù)壓范圍很大一、出口段的體形第八章

水工隧洞

§5.水工隧洞的出口段及消能設(shè)施有壓泄水隧洞由于自由出流時水工隧洞課件水工隧洞課件水工隧洞課件挑流消能底流消能窄縫挑流消能洞內(nèi)突擴消能洞內(nèi)旋流消能二、消能設(shè)施挑流消能§5.水工隧洞的出口段及消能設(shè)施第八章

水工隧洞

挑流消能二、消能設(shè)施挑流消能§5.水工隧洞的出口段及消能設(shè)水工隧洞課件第八章

水工隧洞

底流消能§5.水工隧洞的出口段及消能設(shè)施一、出口段的體形第八章

水工隧洞

底流消能§5.水工隧洞的出口段及消能設(shè)施洞中突擴消能一、出口段的體形第八章

水工隧洞

§5.水工隧洞的出口段及消能設(shè)施洞中突擴消能一、出口段的體形第八章

水工隧洞

§5.水工隧螺旋流沿流程均勻消能螺旋流在消能室中集中消能；按消能工結(jié)構(gòu)可分為:旋流式豎井消能水平螺旋流消能。一、出口段的體形洞內(nèi)旋流消能第八章

水工隧洞

§5.水工隧洞的出口段及消能設(shè)施螺旋流沿流程均勻消能一、出口段的體形洞內(nèi)旋流消能第八章

水水工隧洞課件水工隧洞課件§6.高流速泄水隧洞的水流脈動壓力與空蝕第八章

水工隧洞

高水頭泄水隧洞內(nèi)，水流的流速很高，有的已達(dá)到50m/s以上。高速水流現(xiàn)象：水流脈動壓力及脈動可能引起建筑物的振動，水流的空化而產(chǎn)生的空蝕破壞水流的摻氣和沖刷等?！?.高流速泄水隧洞的水流脈動壓力與空蝕第八章

水工隧洞

水流脈動壓力是否誘發(fā)隧洞結(jié)構(gòu)振動，應(yīng)視脈動壓力大小、頻率特性、隧洞結(jié)構(gòu)形狀、尺寸和自振特性等因素設(shè)計中應(yīng)做到水流的最小空化數(shù)大于其初生空化數(shù)。一、脈動壓力、空化與空蝕§6.高流速泄水隧洞的水流脈動壓力與空蝕第八章

水工隧洞

水流脈動壓力是否誘發(fā)隧洞結(jié)構(gòu)振動，應(yīng)視脈動壓力大小、頻率特性泄洪洞的空蝕破壞1–空蝕破壞區(qū)；2–導(dǎo)流洞堵塞段泄洪洞的空蝕破壞黃尾泄洪洞摻氣槽布置（單位：m）1–摻氣槽；2–挑坎，高度從洞底至水平中心線以上3.8cm處，由7.6cm漸變到0§6.高流速泄水隧洞的水流脈動壓力與空蝕二、減蝕措施第八章

水工隧洞

黃尾泄洪洞摻氣槽布置（單位：m）§6.高流速泄水隧洞的水流脈石頭河泄洪洞摻氣槽布置（單位：m）1–通氣孔；2–摻氣槽石頭河泄洪洞摻氣槽布置（單位：m）圖8–22常用的摻氣設(shè)施類型（a）摻氣槽式；（b）挑坎式；（c）跌坎式；（d）挑坎跌坎式；（e）突擴突跌式圖8–22常用的摻氣設(shè)施類型石砭峪泄洪洞摻氣跌坎布置（單位：cm）1–通氣孔；2–噴混凝土石砭峪泄洪洞摻氣跌坎布置（單位：cm）§7.水工地下洞室的圍巖穩(wěn)定性巖石的力學(xué)特性作用在水工隧洞上的荷載襯砌的結(jié)構(gòu)計算§7.水工地下洞室的圍巖穩(wěn)定性巖石的力學(xué)特性巖石的變形特性與破壞形式§7.水工地下洞室的圍巖穩(wěn)定性第八章

水工隧洞

巖石的變形特性與破壞形式§7.水工地下洞室的圍巖穩(wěn)定性第八§7.水工地下洞室的圍巖穩(wěn)定性圍巖的分類第八章

水工隧洞

§7.水工地下洞室的圍巖穩(wěn)定性圍巖的分類第八章

水工隧洞

為巖體的泊松比λ稱為側(cè)壓力系數(shù)以自重作用為主的重力應(yīng)力場以構(gòu)造運動為主的構(gòu)造應(yīng)力場一、巖體初始應(yīng)力§7.水工地下洞室的圍巖穩(wěn)定性第八章

水工隧洞

為巖體的泊松比λ稱為側(cè)壓力系數(shù)以自重作用為主的重力應(yīng)力場預(yù)鉆排孔防止巖爆1–掌子面；2–預(yù)鉆排孔；3–巖爆部位巖爆

一、巖體初始應(yīng)力§7.水工地下洞室的圍巖穩(wěn)定性第八章

水工隧洞

預(yù)鉆排孔防止巖爆巖爆一、巖體初始應(yīng)力§7.水工地下洞室的圍彈塑性巖體中圓洞圍巖應(yīng)力分布二、圍巖的應(yīng)力集中§7.水工地下洞室的圍巖穩(wěn)定性第八章

水工隧洞

彈塑性巖體中圓洞圍巖應(yīng)力分布二、圍巖的應(yīng)力集中§7.水工地下布置洞軸線時應(yīng)盡量使之與最大水平應(yīng)力相平行。應(yīng)使洞軸線與主要節(jié)理、斷層等有較大的交角（大于30°~40°）以利洞室的穩(wěn)定?！?.水工地下洞室的圍巖穩(wěn)定性第八章

水工隧洞

布置洞軸線時應(yīng)盡量使之與最大水平應(yīng)力相平行?！?.水工地下洞在低應(yīng)力區(qū)，圍巖變形、失穩(wěn)，具有自重塌滑的特征在高地應(yīng)力區(qū)則表現(xiàn)為強烈擠壓、塑性變形或產(chǎn)生巖爆現(xiàn)象。在許多高地應(yīng)力區(qū)，其最大主應(yīng)力是水平向的，洞室軸線若和最大水平應(yīng)力方向垂直，往往會產(chǎn)生嚴(yán)重的邊墻變形和洞體失穩(wěn)破壞。§7.水工地下洞室的圍巖穩(wěn)定性三、圍巖穩(wěn)定分析第八章

水工隧洞

在低應(yīng)力區(qū)，圍巖變形、失穩(wěn)，具有自重塌滑的特征§7.水工地下彈性理論公式或有限元方法計算圍巖應(yīng)力，并與圍巖的極限強度進行比較。計算出無支護力時塑性區(qū)的半徑R，近似判斷是否失穩(wěn)。對洞室周邊有可能塌落的巖塊，可按塊體平衡法進行分析現(xiàn)場位移觀測反饋分析，求得圍巖應(yīng)力及巖體力學(xué)參數(shù)，更好地控制圍巖穩(wěn)定。判斷圍巖穩(wěn)定§7.水工地下洞室的圍巖穩(wěn)定性三、圍巖穩(wěn)定分析第八章

水工隧洞

彈性理論公式或有限元方法計算圍巖應(yīng)力，并與圍巖的極限強度進行水工隧洞課件湖北?？邓碌仄核娬?引水隧洞出口段因地質(zhì)問題,造成先后兩次坍塌冒頂,后用管棚施工法艱難貫通。

湖北?？邓碌仄核娬?引水隧洞出口段因地質(zhì)問題,造成先后兩次水工隧洞課件水工隧洞課件水工隧洞課件§8.水工隧洞襯砌的荷載和荷載組合第八章

水工隧洞

基本荷載圍巖壓力襯砌自重設(shè)計洪水位時洞內(nèi)的靜、動水壓力穩(wěn)定滲流時的地下水壓力特殊荷載校核洪水位時洞內(nèi)的靜、動水壓力校核洪水位時相應(yīng)的地下水壓力溫度荷載灌漿壓力地震荷載一、荷載§8.水工隧洞襯砌的荷載和荷載組合第八章

水工隧洞

基本荷圍巖壓力第八章

水工隧洞

圍巖壓力是在襯砌完成以后，圍巖變形受到襯砌限制而作用在襯砌上的壓力圍巖壓力的估算：I類巖石：一般可以不計圍巖壓力II、III類巖石：(0.1~0.2)BIV類圍巖：普氏理論V類：不宜修建也可以按經(jīng)驗公式計算§8.水工隧洞襯砌的荷載和荷載組合一、荷載圍巖壓力第八章

水工隧洞

圍巖壓力是在襯砌完成以后，圍巖變形第八章

水工隧洞

圍巖的彈性抗力是襯砌受力朝向圍巖變形，圍巖對襯砌呈現(xiàn)出的一種被動抗力。彈性抗力p可以近似地表示為與襯砌表面外法線方向的位移y(cm)成正比，即p=Ky，此外，K為彈性抗力系數(shù)（kN/cm3）圍巖的彈性抗力§8.水工隧洞襯砌的荷載和荷載組合一、荷載第八章

水工隧洞

圍巖的彈性抗力是襯砌受力朝向圍巖變形，圍巖表8–2

巖石抗力系數(shù)表表8–2巖石抗力系數(shù)表注：

①

本表不適用于豎井以及埋藏特別深或特別淺的隧洞。②表列數(shù)據(jù)適用于H≤1.5B的隧洞斷面，H和B分別為隧洞的開挖高度和寬度。③單位巖石抗力系數(shù)K0值一般適用于有壓隧洞，洞壁巖石抗力系數(shù)K值，可根據(jù)下式確定：為隧洞開挖半徑，以cm計。④

無壓隧洞的K*值僅適用于開挖寬度為5~10m的隧洞。當(dāng)開挖寬度大于10m時，K*值應(yīng)適當(dāng)減小。注：為隧洞開挖半徑，以cm計。第八章

水工隧洞

內(nèi)水壓力§8.水工隧洞襯砌的荷載和荷載組合一、荷載第八章

水工隧洞

內(nèi)水壓力§8.水工隧洞襯砌的荷載和荷載組合第八章

水工隧洞

地下水位線以下的水柱高乘以折減系數(shù)β作為外水壓力的計算值。外水壓力§8.水工隧洞襯砌的荷載和荷載組合一、荷載第八章

水工隧洞

地下水位線以下的水柱高乘以折減系數(shù)β作為外第八章

水工隧洞

襯砌自重水壓力滲透壓力：水頭折減系數(shù)

溫度荷載：一般依靠構(gòu)造措施灌漿壓力地震荷載§8.水工隧洞襯