第六章
水工隧洞
• (2)泄洪洞与发电洞合一布置 • 泄洪洞与发电洞的合一布置是在洞前段共用一洞， 在后段分岔为两个洞分别来泄洪与发电。对于泄洪 量大、经常使用的泄洪洞或重要的水电站，不宜采 用这种布置方式。
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• (3) 发电与灌溉隧洞的合一布置 • 发电与灌溉隧洞合一布置，水轮机尾水后接灌溉渠 道，利用发电尾水进行灌溉。由于发电是经常性的， 而灌溉用水是季节性的，所以应在发电尾水的后面 设置一弃水设施，将不需灌溉时的发电尾水排入下 游河道。
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• (4)斜坡式 • 斜坡式进水口是在较完整的岩坡上进行平整、开挖、 护砌而修建的一种进水。优点是，结构简单，施工、 安装方便，稳定性好，工程量小。缺点是，由于闸 门倾斜，闸门不易依靠自重下降。斜坡式进口一般 只用于中、小型工程。构造布置见下图。
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• (5)组合式 • 在实际工程中常根据地形、地质、施工等具体条 件采用。如半竖井半塔式进水口，下部靠岸的塔式 进水口等。具体布置见下图。
地形条件
施工条件
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• 1．地质条件 • 隧洞路线应选在地质构造简单、岩体完整稳定、岩 石坚硬的地区，尽量避开不利的地质构造，要尽量 避开地下水位高、渗水严重的地段。洞线要与岩层、 构造断裂面及主要软弱带走向有较大的交角，对胶 结紧密的厚岩层走向，其夹角不宜小于30°，对薄 层以及层间连接较弱，其夹角不小于45°。
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• 2．隧洞的纵坡选择 • 有压洞的纵坡主要取决于进出口高程，要求全线洞 顶保持不小于2m的压力水头。有压洞的底坡不宜采 取平坡或反坡，因其会出现压力余幅不足且不利于 检修排水。有压洞的纵坡一般取为3‰～10‰。 • 无压隧洞的纵坡应根据水力计算加以确定，一般要 求在任何运用情况下，纵坡均应大于临界坡度。
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• （4）放空洞：在必要的情况下放空水库。 • （5）导流洞：在水利枢纽的施工期用来施工导流。
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• 在设计水工隧洞时，应根据枢纽的规划任务，尽量考 虑一洞多用，以降低工程造价。如施工导流洞与永久 隧洞相结合，枢纽中的泄洪、排沙、放空隧洞的结合 等。
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• 2.按洞内水流状态分类 • （1）有压洞：工作闸门布置在隧洞出口，洞身全 断面被水流充满，隧洞内壁承受较大的内水压力。 • （2）无压洞：工作闸门布置在隧洞的进口，水流 没有充满全断面，有自由水面。
第六章
水工隧洞
第一节 概
述
• 在水利枢纽中为满足泄洪、灌溉、发电等各项任务 在岩层中开凿而成的建筑物叫水工隧洞。 一、水工隧洞的特点 （一）结构特点 在岩层中开挖隧洞后，引起洞孔附近应力重新分布， 岩体产生新的变形，严重的会导致岩石崩塌。围岩除了 产生作用在衬砌上的围岩压力以外，同时又具有承载能 力，可以与衬砌共同承受内水压力等荷载。围岩压力与 岩体承载能力的大小，主要取决于地质条件。因此，应 使隧洞尽量避开软弱岩层和不利的地质构造。
塔 式 构 造 布 置 图
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岸 塔 式 构 造 布 置 图
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• 斜坡式构造布置图
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• 组合式构造布置图
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• 通气孔：设在泄水隧洞进口或中部的闸门之后应设 通气孔，其作用是： • ①在工作闸门各级开度下承担补气任务； • ②检修时，在下放检修闸门后，放空洞内水流时补 气； • ③检修完成后，向检修闸门和工作闸门之间充水时， 通气孔用以排气。 • 通气孔的上部进口必须与闸门启闭机室分开设置，通 气孔风速应保持在20 m/s左右为好。
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• 一般说来，隧洞可以设计成有压的，也可设计成无 压的，也可设计成前段是有压的而后段是无压的。 但应注意的是，在同一洞段内，应避免出现时而有 压时而无压的明满流交替现象，以防止引起振动、 空蚀等不利流态。
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第二节 水工隧洞的布置和构造
• 一、水工隧洞的布置 • （一）水工隧洞的线路选择 • 隧洞的路线选择关系到工程造价、施工难易、工程 进度、运行可靠性等方面。影响隧洞线路选择的因 素很多，如地质、地形、施工条件等。隧洞的线路 选择主要考虑以下几个方面的因素： 地质条件 水流条件
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• （2）隧洞的出口布置应保证水流下泄安全，出流平稳。 • 对于有压隧洞，出口断面面积应小于洞身断面积， 以保持洞内有较大的正压。出口的断面积宜收缩为 洞身断面的80%～90%，收缩方式采用洞顶压坡的形 式。 • 隧洞的出口应通过技术经济比较选择消能防冲方式。 对于高流速、高水头、大流量的泄水隧洞，常为挑 流消能。
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• （2）塔式 • 塔式进口建筑物是独立于隧洞的进口处而不依靠山 坡的塔，用工作桥与岸坡相连。其缺点是，受风浪、 冰、地震的影响大，稳定性相对较差，需要较长的 工作桥。常用于岸坡岩石较差，覆盖层较薄，不宜 修建靠岸进口建筑物的情况。构造布置见下图。
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• （3）岸塔式 • 此种进口是靠在开挖后洞脸岩坡上的进水塔。塔身 可以是直立的或倾斜的。岸塔式的稳定性较塔式的 好，不需工作桥。适用于岸坡较陡，岩体比较坚固 稳定的情况。构造布置见下图。
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有压洞的工作闸门布置在出口布置图
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• 二、水工隧洞的布置和构造 • （一）进口段的形式和构造 • 1．进口建筑物的形式 • （1） 竖井式 • 竖井式进口是进口附近的岩体中开凿竖井。优点是 结构比较简单，不需要工作桥，不受风浪和冰的影 响，抗震性及稳定性好。构造布置见下图。
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• 4.施工条件 • 洞线选择应考虑施工出渣通道及施工场地布置问题。 对于长隧洞，还应注意利用地形、地质条件布置施 工支洞、斜洞、竖井，增加总工作面，加快施工进 度。 • 此外，洞线选择应满足枢纽总体布置和运行要求， 避免在隧洞施工和运行中对其它建筑物产生干扰。
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• （二）水工隧洞的工程布置 • 隧洞进、出口的布置主要包括：进、出口和洞身及 闸门的布置。 • 1、进、出口布置 • （1）隧洞的进口高程应根据隧洞的用途及实际运 用要求来加以确定。 • 发电引水隧洞的进口，顶部高程应在水库最低工作 水位以下0.5～1.0m，底部应高出水库淤沙高程最 少1.0m以上。 • 灌溉隧洞的进口高程应保证在水库最低工作水位时， 能引入设计流量，应满足引水高程的要求，并应与 下游灌区布置在同一侧。 • 排沙洞应设置在需要排沙的发电、灌溉引水洞进口 附近，其高程宜较低。
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第六章 第一节 概 述
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第二节 水工隧洞的布置和构造
第三节
隧洞的运用管理
习题
第六章
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第一节 概 述
一、水工隧洞的特点
（一）结构特点 （二）水流特点 （三）施工特点
二、水工隧洞的类型
1.按用途分类 2.按洞内水流状态分类
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• 在高地应力地区，洞线应与最大水平地应力方向尽 量一致，以减少隧洞的侧向围岩压力。隧洞应有足 够的覆盖厚度，对于有压隧洞，当考虑弹性抗力时， 围岩的最小覆盖厚度不小于3倍洞径。 • 在隧洞的进、出口处，围岩的厚度往往较薄，一般 情况下，进、出口顶部的岩体厚度不宜小于1倍的 洞径或洞宽。
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• （二）水流特点 • 1、枢纽中的泄水隧洞，其进口通常位于水下较处， 属深式泄水洞。 • 2、由于作用在隧洞上的水头较高，流速较大，如 果隧洞在弯道、渐变段等处的体型不合适或衬砌表 面不平整，都可能出现气蚀而引起破坏，所以要求 隧洞体型设计得当、施工质量良好。
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• 3、泄水隧洞的水流流速高、单宽流量大、能量集 中，在出口处有较强的冲刷能力，必须采取有效的 消能防冲措施。
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• 2．地形条件 • 隧洞的路线在平面上应尽量短而直。如因地形、地 质、枢纽布置等原因需要转弯时，对于低流速的隧 洞弯道曲率半径不应小于5倍洞径或洞宽，转弯转 角不宜大于60°，弯道两端的直线段长度也不宜小 于5倍的洞径或洞宽。高流速的隧洞应避免设置曲 线段。
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• 3.水流条件 • 隧洞的进口应力求水流顺畅，减少水头损失。水流 应与下游河道平顺衔接，与土石坝下游坝脚及其建 筑物保持足够距离，防止出现冲刷。
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• 3. 闸门位置布置 • 检修闸门设置在隧洞进口，一般要求在静水中启闭。 工作闸门用来调节流量和封闭孔口，要求能 • 在动水中启闭。 • 无压洞的工作闸门布置在进口。为保证门后洞内无 压流的流态，门后洞顶应高出洞内水面一定高度， 并向门后通气。 • 有压洞的工作闸门布置在出口。洞内始终为有压流， 水流流态稳定。具体布置见下图。
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（二）洞身段的形式与构造 • 1．洞身断面形式及尺寸 • (1)无压隧洞的断面形式及尺寸 • 无压隧洞多采用圆拱直墙形（城门洞）断面。如围 岩条件较差还可以采用马蹄形断面。 • 无压隧洞的断面尺寸主要根据其泄流能力要求及洞 内水面线来确定。
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• 流速较低、通气良好的隧洞，要求水面以上净空不 小于洞身断面面积的15%～25%，冲击波波峰高不应 超过城门洞形断面的直墙范围。在确定隧洞断面尺 寸时，还应考虑到洞内施工和检查维修等对最小尺 寸的要求。 • (2)有压隧洞的断面形式及尺寸 • 有压隧洞由于内水压力较大，一般均采用圆形断面。 • 有压隧洞的断面尺寸应根据泄流能力要求以及沿程 压坡线情况来确定。
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• （三）施工特点 • 隧洞洞身断面小，施工场地狭窄，洞线长，施工作 业工序多，干扰大，工期一般较长。尤其是兼有导 流任务的隧洞，其施工进度往往控制着整个工程的 工期。因此，加快施工进度是隧洞工程建设中需要 引起足够的重视。’