NB∕T 10391-2020 水工隧洞设计规范(能源标准)

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ICS27.140P59NB中华人民共和国能源行业标准PNB/T10391-2020代替DL/T5195-2004水工隧洞设计规范CodeforDesignofHydraulicTunnel2020-10-23发布2021-02-01实施国家能源局发布 中华人民共和国能源行业标准水工隧洞设计规范CodeforDesignofHydraulicTunnelNB/T10391-2020代替DL/T5195-2004主编部门:水电水利规划设计总院批准部门:国家能源局施行日期:2021年2月l日2021北京 国家能源局/#主K~~2020年第5号国家能源局批准《水电工程生态流量实时监测系统技术规范》等502项能源行业标准(附件1)、<>GB50086和《水工泪凝土结构设计规范>>DL/T5057的有关规定。3.0.7长输水发电隧洞宜设置集石坑。4 4隧洞布置4.1洞线选择4.1.1洞线应根据隧洞的用途及特点，综合考虑地形、地质、埋深、生态环境、水土保持、枢纽总布置、水力学、施工、运行、沿线建筑物等各种因素，通过技术经济比较选寇。4.1.2在满足枢纽总布置要求的前提下，洞线宜选在地质构造简单、岩体完整稳定、水文地质条件有利及施工、交通方便的地区，并应满足下列规定:1洞线与岩层层面、主要构造断裂面及软弱带的走向直有较大的夹角，其夹角不宜小于300;对层间结合疏松的高倾角薄岩层，其夹角不宜小于450。夹角小于规定值时应采取下手里措施O2高地应力地区的隧il司应考虑地应力对回岩稳边的影响，il司线与最大水平地应力方向宜一致或里小角度相交O31世洪洞、放空洞、冲沙洞等1世水洞出口轴线与下游河道中i弘线的夹角应根据泄水洞出口的地形地质条件和水力学条件等因素确定。4.1.3坷深不大或接近地表的隧洞可采用加大理深、明渠或管道方案，方案宜通过技术经济比较选定。4.1.4隧洞的最小岩体覆盖厚度应根据地形条件、地质条件、岩体的抗抬能力、抗渗透特性、涧内水压力和文护型式等因素分析确定，并!句符合下列规定:1有压隧洞岩体最小覆盖厚度(图4.1.的，应按洞内静水压力小于洞顶以t岩体重力的要求确定，宜按下武计算:户h，rwF一(4.1.4)、"RMrRCOSα式中CRA1不包括全、强风化厚度的岩体最小覆盖厚度(m)hs一一洞内静水压力水头Cm)Yw水的重度CN/mm3)YR岩体重度CN/mm3)F一一经验系数，直取1.30~1.50，地质条件较差时宜取高值。σ河谷岸i左边坡倾角(0)，α>600时，α取600;5 ø4图4.1.4有压隧洞ff体最小覆盖厚度1-有压隧洞2-全强风化岩层2有J主隧洞岩体最小覆盖厚度应保证固岩不产生渗连失稳，固岩渗j主水力梯度应满足渗透稳定的要求。重要工程或水头特别高的隧洞宜结合高压渗透试验，对围岩在高水压作用下的渗透稳定性等进行专项研究O3高压隧洞及7卢~1同尚应满足洞内静水压力小于国岩最小地应力的要求。4不能涡足本条第1-3款规定的有压隧洞，应采取合理的施工秤序和工程措施，保证施工期及运行期安全。5在保证施工期及运行期安全的条件下，可不规定无压隧洞的最小覆盖厚度。4.1.5过流量较大且Tf~地质条件不利于开挖大断面的隧洞可采用两条或多条布置方案，并应符合下列要求:1布置方案应根据水力和岩体应力条件、首部和尾部建筑物布置、施工和运行条件、分期投入运行的可能性、工程造价和工期等因素综合分析确定。2多条泄洪洞平行布置方案应根据相邻隧洞进口水流条件及开挖协调、出口建筑物布置及下游河床的抗冲能力等国素综合分析确定，并与隧洞附属建筑物协调。4.1.6雪间柑邻或交叉的隧洞之间的岩体厚度应根据布置的需要、地形地质条件、国岩的应力手11变形情况、岩体水力劈裂及渗透稳定、隧洞的断面形状和|尺、j施工方法、运行及检修条件等囚素综合分析确定。岩体厚度不宜小于洞径较小苦的2倍开挖洞径(洞宽)，并应保证运行期不发生渗透失稳和水力劈裂c4.1.7洞线穿过坝墓、坝肩或其他建筑物地墓的隧洞应满足下列要求:1隧洞与上述建筑物之间的岩休厚度应满足结构和防渗的要求。6 2有压隧洞F百分析与大坝帷幕、厂房帷幕的布置关系，并向根据国岩条件、相邻建筑物情况确定防渗和排水措施。4.1.8高压隧洞与地下厂房之间应设钢衬段，钢衬段长度不宜小于最大静水头的0.25倍。4.1.9隧洞过沟方案应根据地形、地质、水文、施工和抗震条件，通过绕沟和跨沟方案技术经济比较确志，跨沟方案应考虑沟谷巾的洪水和泥石流的影响。4.1.10水工隧洞的平面转弯段应符合卡列规定:1低流速无压隧洞转弯半径不宜小于5倍洞径(洞宽)，转角不宜大于600。在弯道的首尾应设置直线段，民度不宜小于5倍的涧径(涧宽)0低流速有!王隧洞可适当降低要求，但转弯半径不宜小于3倍涧径(涧宽)。2品流速无压隧洞洞线在平面上有:布置为直线。3高流速有压隧洞弯道参数直通过水工模型试验确定。4采用掘进机及布轨运输出渣的隧洞，转弯半径和转角应满足掘进机和布轨运输的要求。4.1.11高流速隧洞坚曲线型式和半径宜通过水工模型试验确定。低流速无压隧洞!再曲线半径不宜小于5倍涧径(涧宽);低流速有压隧洞阜曲线半径不直小于3倩洞径(洞宽)0竖曲线之间的连接布置而结合水力学条件、施工方法等因素综合确定。4.1.12隧洞纵坡应根据运行要求、水力学条件、上下游的衔接、施丁和检修条件等因素确定，小直设置反坡。4.1.13钻爆法施止;的民隧洞应设置施L支洞。支洞的数目及民度应根据沿线地形、地质条件、对外交通情况、施工条件、工程量及工期等要求，通过技术经济比较后确定。4.2进出口布置4.2.1隧洞进出口布置直根据功能要求、枢纽总布置、地71兰地质条件、水力学条件、防淤、防冲和防污要求等因素确定。4.2.2洞口宜选在地质构造简单，覆盖层、岩石风化及卸荷较浅的岸坡，宜避开断层、崩塌、滑坡及泥石流等不良地质厌域。4.2.3进出口边坡应根据边坡稳定分析结果采取加固、防水及排水措施，宜避免高边坡开挖。7 4.2.4发电寻|水隧洞的进口布置应符合现行行业标准《水电站进水口设计规范》DL/T5398的有关规定。其他水工隧洞进口布置可采用开敞式或深式，进口布置应符合下列规定:1开敞式进口过水边界应平Jr[页圆滑。控制l~(闸)体型设计要求应符合现行行业标准《溢洪道设计规范>>DL/T5166的有关规定。21架式短管进口宜包括进口喇叭段、门槽段和)主坡段。工作闸门前)主坡段应为收缩型，段内压力分布应沿程平顺递减，避免空化。3深式长管进口宜采用顶部和两侧三向收缩的椭同曲线型式。4进流方式应避免在进口前产生不利旋涡和回流。地形或布置、体型较复杂的进口应通过水工模型试验验证。4.2.5抽水蓄能电站输水隧洞洞口布置应适应水流双向流动的要求，宜通过水工模型试验确寇。4.2.6有压泄水洞出口应与下游良好衔接，出口洞段体型应符合下列规定:1出口洞段的体型宜根据水力学条件、工作闸门型式和布置、启门方式确定。2出口断面面积宜为洞身断面面积的85%~90%0沿程体型变化多、洞内水流条件差时.t[J:缩率宜采用80%~85%o重要的水工隧洞应进行水工模型试TIA，丘。4.2.7水工隧洞的补排气设施设计应符合下列规定:1有)丰隧洞应在进口或山口设置通气孔洞，通气孔洞面积可按现行行业标准《水电站近水口设计规范>>DL/T5398有关公式计算。2设有掺气设施的高0lt:速无压隧洞宜根据水流0lt:速分段设置与外界大气相通的独立补气洞，补气洞的位置及数量直通过水工模型试验确是。地下工作闸室宜设置独立的补气洞。补气干均风速宜小于40m/s.最大风速宜小于60m/so4.2.8泄水洞冲l口布置应保证--r1世水流不影响其他建筑物及设施的安全和Tf常JE行。4.3多用途隧洞4.3.1隧洞布置方案应根据隧洞的用途、运行和施工条件，研究临时与永久相结合及一洞多用的可行性和经济忡。4.3.2r临时与永久相结合的隧洞设计应满足临时过水和永久运行要求。8 4.3.3导流隧洞设计直研究将全部或部分洞段利用作为泄洪洞、放空洞、排沙洞和发电尾水洞等永久水工隧洞的可能性。4.3.4改建泄洪洞可采用旋流、洞塞、孔板等涧内消能形式，应结合泄量规模、水头及坝休两岸防渗布霄，河床和l两岸地形、地质条件，下游河道水深及水位变|幅情况等因素综合研究确定，并应通过水工模型试验验证。9 5横断面形状及尺寸5.1一般规定5.1.1洞身的横断面形状和尺寸应根据隧洞的用途、水力条件、工程地质及水文地质、地应力情况、固岩加同方式、施工方法等囚素，通过技术经济分析确定。5.1.2隧洞洞内流态应符合下列规定:1有压隧洞不应出现明满~}1t交替的~}1t态，在最不利运行条件下，全线洞顶处最小压力水头不应小于2.0m。2高流速的泄水洞不应出现明满流交替的流态。低流速的泄水洞可在校核洪水工况时出现明涡流交替的流态。3尾水洞、导流隧洞经研究论证可允许山现明满流交替流态。5.1.3明满流交替过渡的隧洞应加强结构强度、刚度及整体性设计。5.2横断面形状5.2.1有压隧洞宜采用圆形断面，涧径和内外水压力较小时可采用便于施工的其他断面形式。无压隧洞宜采用罔拱直墙式断面，同拱中心角宜为900~1800。当地质条件差或洞轴线与岩层夹角小于本规范第4.1.2条的规定时，隧洞断面宜选用同形或马蹄形断面。5.2.2断面的高宽比可根据地质、地应力及水力条件选用，宜取1.0-1.5，并宜符合下列要求:1当水平地应力大于垂直地应力时，高宽比宜取小值。2当垂直地应力大于水平地应力，或遇有层间结合疏松的缓倾角薄岩层时，高宽比宜取大值。3明流进山口日.水位变化大的隧洞高宽比宜取大值。5.2.3较长隧洞可采用多种断面形状，但不宜频繁变化，不同断面的衔接应符合下列规在:1不同断面之间应设置渐变段，渐变段的边界应采用平缓由线，并使于施工。2有压隧洞渐变段的扩散角或收缩角宜采用60~100，长度不宜小于1.5倍洞径(洞宽)。3高流速尤)主隧洞渐变段的体型应通过水工模型试验选定。5.3横断面尺寸10 5.3.1水电站的输水隧洞的断用尺寸院通过动能经济比较确定。5.3.2泄水洞的断面尺寸应满足隧洞在各种运行工况下的过流能力要求。5.3.3导流隧洞的断面尺寸应根据导流流量、进出口高程、围:f:1ï高度、出口水流衔接等因素，通过技术经济比较确定。5.3.4隧洞断面最小尺寸应考虑横断面形状和施工方法，圆形断面隧洞的在径不宜小于2.0m，非圆形断面隧洞的高度不宜小于2.0m，宽度不宜小于1.8mo5.3.5通气条件良好的低流速无压隧洞，断面尺寸应符合V列规定:1恒定流条件下，洞内水面线以上的面积不宜小于隧洞断面面积的15%，涧内水面线以上的高度不应小于0.4ffio2非恒定流条件下，水面线11算考虑涌波后，洞内水面线以上的面积和高度可适当减小。3不衬砌和锚喷隧洞、长度大T1.0km的隧洞，洞内水面线以上的面积和高度可适当增加。5.3.6高流速尤)主隧洞断面尺寸应考虑掺气的影响，掺气水面线以上的面积且取为横断雨雨积的15%~25%，可根据水流佛汝德数等因素分析取值，具体断而尺寸宜通过水工模型试验确定。对圆拱直墙型|析面，当水流有冲击波时，应将波峰限制在直墙范围内。11 6水力设计6.1水力计算原则6.1.1水工隧洞水力计算内容应包括水头损失、水力过渡过程、过流能力、上下游水面衔接、压力线、水面线、掺气、充水和放雪等，计算内容应根据隧洞用途和设计阶段选用。6.1.2水工隧洞水头损失计算应符合本规范附录A的有关规定，体型复杂的隧洞、抽水蓄能电站进山口、分层取水进水口水头损失宜根据水工模型试验确定。6.1.3开敞式进口的水工隧洞泄流能力应按现行行业标准《溢洪道设计规范》DLlT5166的有关规定计算，深式进口的水工隧洞泄流能力计算应符合本规范附录B的有关规定，不设进口控制堪闸的无压隧洞可按明渠流情况计算。6.1.4)~1主隧洞的水面线计算可按分段求和法或其他方法计算。高流速)~1主隧洞掺气水深可按本规范附录C的有关规定计算，并结合单宽流量、佛汝德数(Fr)、底坡、补气条件、掺气条件及工程经验等国素综合分析确定。6.1.5高流速、大流量、水流条件复杂的水工隧洞水力设计应经水工模型试验研究论证，雪化雪蚀问题突出时宜通过减压模型试验研究。6.2高流速过水边界的防空蚀设计6.2.1水流空化数σ值可按下列公式计算:σho+ιh(6.2.1-1)Vo2gh~=10.33一工(6.2.2-2)900式中ho计算断面处的).:k)J水柱(m)ha--计算断面处的大气压压力水柱(m)hv-一相应水温下，水的气化压力水柱(m)，可按表6.2.1采用;丘计算断面的平均流速水头(m)2gV一一计算断面处的海拔高程。12 表6.2.1水温与水的气化压力水柱关系表6.2.2高流速水工隧洞各部位体形的水流空化数σ直大于该处的初生空化数σ1,并应符合下列规定:1初生空化数矶可通过减压模型试验、工程经验确定O2水流空化数σ小于初生空化数矶的部位应重新优化体形或采取诚蚀工程措施。6.2.3高流速隧洞的水力设计应关注下列易空蚀破坏的部位和区域:1有压隧洞的进口、闸门槽、过渡段、分岔段、弯由段、水流Jil壁突变及出口突扩突跌部位。2无压隧洞的闸墩、门槽、陡坡坚曲线连按段、反弧段下游底板及侧墙、扩散或变坡段及其水流边壁突变、分缝部位。3水流空化数小于0.30g)(:水流流速大于30mJs的高流速隧洞段。4出口消自EEM立。6.2.4防空蚀设计应符合下列规定:1体型:贯选用初生空化数σi较小者，并宵缩短高流速洞段的长度。2表面不平整度的控制标准应充分考虑体形、结构材料和可能连续工作历时等其他方面的条件。表面局部不平整度的控制可接表6.2.4的要求采用。表6.2.4表面局部不平整度0.6主0.35>σ>0.30>σ主0.20>σ主0.15>σ主σ<水流空化数σ主σ主0.600.200.150.100.100.350.30掺气设施不设设不设设不设设突{本局度控修改三二25三三12三三8<6<15<3<10<6市IJ(mm)设计处上游坡1/101/301/401/81/501/10修改1/10或充王里下游坡1/51/101/101/41/201/5设~I1/8分掺坡9:侧向坡1/21/31/51/31/101/31/4d度注:灾体高度控制宜采用2m靠尺验收c13 3易空蚀破坏部位宜设置掺气设施，水流空化数小于0.30或水流流速大于35m/s的高流速隧洞段应设置合理的掺气设施。掺气设施布置设计应满足下列规足:01世槽段较长的高流速隧洞可设置多道掺气设施。反弧段掺气设施的保护长度可为70m-100m，直线段掺气设施的保护长度可为100m-200m。2)掺气设施覆盖的保护面的掺气浓度不应低于3%，要求特别高的部位不应低于5%，掺气水流应有良好的气泡分布状态。流速大于40m/s的洞段应关注侧墙的掺气浓度。3)掺气设施应避免产生不利的水流流态。4)掺气空腔应保持稳定，通气井(槽)和|掺气坎(槽)应保证通气)1阴畅，不得堵塞。5)通气井(槽)设计宜简单安全，通气系统平均风速直小于40m/s，最大风边宜小于60m/so6)掺气设施的设置位置、型式和尺寸宜根据模型试验成果确定，且宜考虑、模型缩尺效应的影响。4防空蚀宜采用高强度1M凝土、纤维旧凝土、环氧砂浆、制板等材料，并应防止过流面产生裂缝。多泥沙河流高流速隧洞应根据挟沙水流磨损、推移质跳跃冲击与空蚀的联合作用，选择合理的抗忡磨防空蚀材料。5运行方式应避免不利工况。6.2.5高流速隧洞防雪蚀设计，除应符合本规范第6.2.1条~第6.2.4条的规定外，还应符合现行行业标准《水工建筑物抗冲磨防空蚀混凝土技术规范>>DLlT5207的有关规定。14 7不衬砌与锚喷隧洞7.1一般规定7.1.1不衬砌与铀喷隧洞应满足国岩稳定和渗连稳定要求。隧洞内水外渗不应危及邻近边坡及建筑物或造成环境破坏。7.1.2当有下列情形之一时，隧洞不宜采用锚喷支护作为本久性支护:1长期大面积涌水洞段。2有腐蚀喷层及膨胀性地层的涧段。3重要或地质条件复杂的洞段。4高地应力洞段。5有特殊要求的洞段。7.1.31类、II类国岩，开挖洞径01司宽)小于5m的隧洞可不支护，5m~10m时宜采用喷混凝土支护，大于10m的隧洞宜采用锚喷支护。遇有局部不稳定块体时应采用随机锚杆或锚杆束力u因。7.1.4III类围岩宜采用挂网锚喷支护:町类国岩宜进行钢筋混凝土衬砌，根据隧洞规模和|地质条件，经分忻也可采用锚喷、挂网或钢支撑等联合支护v类围岩应进行钢筋混凝土或其他永久衬砌。7.1.5不衬砌与锚喷隧洞断面尺寸宜按与混凝土衬砌过水断面水头损失相等的原则确定。7.1.6不支护与锚喷支护的设计宜按工程类比法确足，1级或洞径(洞宽)大于10m的隧洞宜进行理论计算、数值计算和监控量测O7.1.7固岩整体稳迄性计算宜采用数值分析法，可能局部失稳的岩体稳迄计算可采用块体极限平衡法。7.1.8前期设计阶段可根据工程地质条件、隧洞规模、洞室用途等因素按现行国家标准《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范))GB50086的有关规志选择锚喷支护类型和参数。施工设计阶段应根据现场揭示的地质条件调整锚喷支护类型和参数。7.1.9不支护与锚喷支护隧洞的洞口段应采用钢筋混凝土衬砌等加固措施，加固段的长度直大于洞口段卸荷带和强风化带深度，并直大于隧洞洞径(洞宽)。7.1.10不衬砌与锚喷支护隧洞的底部宜洗筑不小子0.2m厚的混凝土底板。15 7.1.11不衬砌与锚喷寻|水发电隧洞的末端应设置集石坑，集石坑的容积可根据不衬砌洞段的长度、固岩情况、水力学条件、;青渣频度及洁渣是否方便等综合考虑确定。7.1.12集石坑的水力学设计宜满足F列要求:1隧洞横断面七的水流扰动小。2集石坑内的水流扰动小。3集石坑内宜设置折流板。4重要的工程宜对集石坑进行水工模型试验。7.1.13锚喷支护宜紧跟开挖面，并应进行安全监测。喷层表面起伏差宜控制在0.15m以内。7.2暇混凝土支护7.2.1喷泪凝土的设计强度等级不应低于C20，用于大型洞室或特殊条件下的下手里支护时，其设计强度等级不宜低于C2501d龄期的抗压强度不应低于8N/mm20喷混凝土与国岩的粘结强度，结构作用型不宜低于0.8N/mm2，防护作用型不宜低于0.2N/mm207.2.2喷混凝土的厚度宜为0.10m-0.15m。最小厚度不应小于0.05m，最大厚度不宜大于0.20mo7.2.3喷混凝土支护的永久隧洞的过水流速不宜大于8m/s。临时隧洞的过水流速不宜大于12m/so7.2.4易发生塑性变形、高地应力区等其他特殊地质洞段围岩宜采用喷钢纤维、合成纤维混凝土或其它特种材料支护。特种材料的选用应符合现行国家标准《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规程>>GB50086的有关规是，相关材料的组成及配合比宜根据现场试验确定。7.2.5喷钢纤维混凝土表面宜喷一层素混凝土，其强度不得低于钢纤维混凝土的强度，厚度不宜小于0.03mo7.3锚杆支护7.3.1整体坚硬完整但有局部松动块的国岩宜采用锚杆加国:松动范围较大且较深的围岩可采用锚杆束或锚索加国:断层、节周密集带等局部软弱岩体可采用锚杆与锚杆束或锚索联合力日|司，并可布设制筋网。16 7.3.2采用铀杆、铀杆束或铀索加回国岩块体时，国岩块体稳定安全系数不应小于表7.3.2的规定，稳定安全系数可按下列公式计算:1铀杆、铀杆束或铀索加固塌落型不稳定块体，稳定安全系数可接下列规定计算:1)水泥砂浆锚杆或锚杆束，块体稳定安全系数可按下式计算:n-A•PM-Go-c3-αKx-0.3.2-1)式中K块体稳定安全系数:G一一不稳定块体自重CN);n一一锚杆gJG锚杆束根数:A.，;-一单恨水泥砂浆锚杆ræ单束锚杆束的截面积Cmm2)f厂一水泥砂浆锚杆的抗拉强度设计值(MPa)α锚杆或锚杆束与铅直向夹角。2)预应力铀杆或铀索，块体稳定安全系数可按下式计算:nAσcosαK二一牛二0.3.2-2)G式中n预应力锚杆或锚索根数:A)一一单根预应力锚杆或单束预应力锚索的截面积Cmm2)σωn一一预应力锚杆或锚索的张拉控制应力值CMPa)，按照现行行业标准《水工混凝土结构设计规范))DLlT5057的规定采用。α一一预应力锚杆或锚索与铅直向夹角。2铀杆、铀杆束或锚索加固滑移型不稳定块体，块体稳定安全系数可按下列公式计算:1)水泥砂浆锚杆或锚杆束，块体稳定安全系数可按下式计算:K一月2+叫fgν+CA-G](7.3.2-3)式中Gl不稳定块体自重平行于滑动面的分)J(N);G2不稳定块体自重垂直于滑动面的分力CN);As单根锚杆或单束锚杆束的截面积Cmm2)A一一岩块滑动面的面积(mm2)17 乒一一滑动面上的摩擦系数:C一一岩块滑动面上的粘结强度(MPa)fg一一铀杆的设计抗剪强度(MPa)，可取锚杆设计抗拉强度的0.5倍:2)制应力锚杆或锚索，块体稳定安全系数同按下式计算:K=f(G2+~)+~+CA一-→q0.3.2-4)式中Pt预应力锚杆或锚索作用于不稳定块体上的总压力在抗滑动方向上的分力(N);Pn一-j到应力锚杆或锚索作用于不稳定块体上的总压力在垂直于滑动方向上的分力(N)0表7.3.2围岩块体稳定安全系数结构安塌落型块体滑移型块体全级别持久状况知暂状况偶然状况持久状况知暂状况偶然状况2.001.901.701.801.651.50111.901.701.601.651.501.40III1.701.601.501.501.351.257.3.3塌落型块体的力口同铀丰|二、铀丰|二柬或铀索宜布置为铅直向或近铅直向，计算支护力时应投影至铅直向。滑移型块体采用Jm应力锚杆或锚索加国时，锚杆或锚索方向宜根据块体的滑动方向和施工条件等因素确定。7.3.4锚杆、锚杆束和锚索应深入稳定的围岩内，锚同段长度应满足抗拔承载能力要求。铀固段抗拔承载能力计算应符合现行国家标准《岩土铀杆与喷射混凝土支护Tl'f技术规范)>GB50086的有关规定。7.3.5裂隙较发育的围岩或洞轴线的布置不满足木规范第4.1.2条第1款规定的隧洞，宜采用系统铀杆或铀杆束，其布置宜符合下列规定:1锚杆或锚杆束宜垂直于主结构面布置，当主结构面不明显时，可与洞周边轮廓线垂直。2铀杆或铀杆束在国岩表面七宜布设成梅花形。3锚杆或锚杆束的问距不宜大于其长度的二分之一，对于不良围岩洞段不宜大于1.0lTIo7.3.6高地应)J隧洞宜采用预应)J锚杆或带垫板的砂浆锚杆加国，可能发生国岩失稳及需对国岩提供较大支护力的隧洞，宜采用预应力铀杆或锚索)]0[菌。18 7.4挂网锚喷支护7.4.1岩体破碎、裂隙发育的国岩直采用挂网锚喷支护。7.4.2钢筋网的布置宜符合下列规定:1钢筋直径宜为6rnrn~12rnrn，网格问~E宜为0.15rn~0.20rno2钢筋网与锚杆的连接宜采用焊接沽，钢筋网的交叉点宜采用隔点焊接，隔点绑扎。7.4.3挂网喷混凝土的厚度不宜小于0.10m，钢筋保护层厚度不直小于0.05mo7.4.4围岩极不稳定的不良地质洞段可采用挂网锚喷与钢支撑联合支护。7.5组合式支护7点1组合式支护应出初期支护和气次支护组成。初期支护可采用锚喷、杜网、钢支撑等单一或联合支护，二次支护可采用混凝土或钢筋混凝土衬砌支护。7丘2初期文护布置、支护强度应与二次支护相结合。根据监控量测，当初期支护己能满足国岩稳定要求时，二次支护结构计算可不计或少计国岩压力。19 8结构设计基本原则8.0.1水丁.隧洞结构应采用概率极限状态设计原则，按分项系数设计表达式进行设计。8.0.2水工隧洞结构应按持久状况、短暂状况、偶然状况过行设计。8.0.3极限状态设计应符合下列要求:1各种设计状况均应进行承载能力极限状态设计。2持久设计状况应进行Tf常使用极限状态设计。3短暂设计状况可根据需要进行正常使用极限状态设计。4偶然设计状况可不进行Tf常使用极限状态设计。8.0.4进行承载能力极限状态设计时，作用效应组合应根据不同的设计状况按下列要求采用:1持久状况或短暂状况应采用基本组合，基本组合应由永久作用效应和可变作用效应组合而成。2偶然设计状况应采用偶然组合，偶然组合应由永久作用效应、可变作用效应及偶然作用效应组合而成。每一种偶然组合应只考虑一个偶然作用。8.0.5正常使用极限状态设计应采用标准组合或标准组合并考虑长期作用的影响。8.0.6水下隧洞结构安全级别及结构重要性系数应按表8.0.6确定。特别重要的水工隧洞，其结构安全级别应经专门论证确定。表8.0.6水工隧洞结构安全级别及结构重要性系数水工建筑物级别水工隧洞结构安全级别重要性系数Yo1.12、3II1.04、5III0.920 9混凝土和钢筋混凝土衬砌9.1一般规定9.1.1对于下列情况，水工隧洞宜采用混凝土或钢筋混凝土衬砌:1需平整国岩表用以减少水头损失。2需防止水流、大气、温度和湿度变化对国岩的冲刷、破坏。3需提高隧洞防渗能力。4初期支护不满足隧洞长期稳定要求。5深埋高地应力隧洞。9.1.2满足本规范第9.l.1条第1、2款要求的I类、II类及部分III类固岩，白采用不承载的混凝土衬砌，其迎水面直按构造配筋。9.1.3固岩以II、III类为主，围岩条件满足本规范第4.1.4条1、2、3款要求的高压隧洞，经技术经济论证，可采用钢筋混凝土衬砌茸~式。9.1.4隧洞采用钢筋混凝十年衬砌不能满足安全及使用要求时，宜采用下列措施:1固岩固结灌浆。2钢板混凝土衬刷。3预应力混凝土衬砌。9.1.5混凝土、钢筋混凝土衬砌厚度直根据构造要求，并结合施工方法经计算分析确定，初选时可取内径的1I16~1112。单层钢筋混凝土衬砌厚度不宜小手0.3m,双层钢筋泪凝土衬砌厚度不宜小于O.4m。9.1.6高流速隧洞过流面钢筋保护层厚不宜小子O.lOm，表层钢筋宜平行于水流流向。其他部位钢筋的保护层厚度个宜小于0.05m。9.1.7水工隧洞向满是结构的耐久性要求，衬砌混凝土的最低强度等级、抗冻等级、抗渗等级等应根据隧洞所处的环境条件类别、设计使用年限、结构类型、气候条件、运用条件等因素按现行行业标准《水工混凝土结构设计规范))DLlT5057的有关规定采用。9.1.8隧洞衬砌按承载能力极限状态设计时可采用开裂设计:按正常使用极限状态设~I时应采用标准细合并考虑长期作用的影响进行裂缝宽度验算，最大裂缝宽度允许值应符合现行行业标准《水T~昆凝土结构设计规范))DL/T5057的有关规定。21 9.1.9无防渗要求的隧洞可不进行正曾使用极限状态验算。9.1.10钢筋混凝衬砌结构计算时，结构系数yd应接下列规定采用:1圆形有压隧洞衬刷按本规范附录D的方法计算时，yd应采用1.3502圆形无压、圆拱直墙形、马蹄形及其他形式的隧洞，应按现行行业标准《水工混凝土结构设计规范>>DLlT5057的有关规定选用O9.2作用和作用效应组合9.2.1作用及其分项系数应按表9.2.1-1的规忘采用。承载能力极限状态作用效应组合应按表9.2.1-2的规定确定，正常使用极限状态作用效应组合应按表9.2.1-3的规定确定。表9.2.1-1作用及其分项系数作用分类作用名称作用分项系数|市|岩压力、地应力1.0iX久作用衬砌向重1.1(0.9)正常运行情况的静水压力1.0水击压力、泊浪压力1.1可变作用脉动压力1.0地下水压力1.0回填j霍浆压力1.3校核洪水位时的静水压力1.0偶然作用地震作用力1.0注:当自重作用效应对结构受力有利时，作同分工民系数职表中括号内的数字。表9.2.1-2承载能力极限状态作用效应组合作用类别作用设计围岩压水市回填效应主要考虑情况什砌静水脉动地下水地震作状况力、地应压力、涌灌浆组合自重压力压力压力用力力?良)长力压力常规水电站压力水道正JJJJJJ常运行持久基本泄水;何正常运行JJJJJ状;兄组合抽水蓄能电站的压力水JJJJJJ道|正常运行短暂基本隧洞施工期JJJJ状况组合隧洞检修期JJJ常规水电站压力水道校JJJJJJ核洪水位运行{同生在偶然泄水i伺校核洪水位运行JJJJJ状况组合抽水蓄能电站压力水草JJJJJJ校核洪水位远打地震JJJJJJ注:筒'规水电站压力水道运行时的脉动压力可根据工科具体运行情况确定。22 表9.2.1-3.iE常使用极限状态作用效应组合作用类别设水*压t十作用效国岩压地下主要考虑情况衬砌静水力、脉动回填灌状应组合)J、地自重压力j面浪压照力浆压力况应)J压力力常规水电站压力水道正持JJJJJJ'吊‘υ，':g一二1丁一久标准附水;同止常运行JJJJJ状组合抽水蓄能电站压力水道况JJJJJJ正常运行短隧洞施了明JJJJ暂标准状组合隧洞检修期JJJìJL注:常规水电站压力;}(远远行时的脉动压力可根据工程具体运行情况确定。9.2.2固岩压力、地应JJ计算应按现行行业标准《水工建筑物荷载标准>>GB/T51394的有关规定执行c地震作用力及隧洞结构抗震安全验算应按现行行业标准《水电工程水工建筑物抗震设计规范>>NB35047的有关规定执行。9.2.3具有流变、膨胀、遇水软化等特殊性能的围岩作用应进行专门研究确在09.2.4隧洞的内水压力宜根据进、山口的特征水位结合具体条件确定。9.2.5设有调压室的压力隧洞，计算部位的内水压力标准值直接下列要求确定:1基本组合和标准组合并考虑民期作用时，设有'监规调压室的隧洞，内水压力标准值宜按近口或出口处正常水位及其相应的调压室最高涌浪水位的连线，经插值计算确定:没有气垫式调压室的隧洞，内水压力标准值宜按进口处正常水位及其相应的调压室最高涌浪水位力口气体压力水头的连线，经括值计算确定。2偶然组合时，设有常规调压室的隧洞，计算部位的|与水压力标准值宜按进口或出口处最高水位及其相应的调压室最高涌浪水位的连线，经插f~计算确定:设有气垫式调压室的隧洞，内水压力标准值宜按进口处最高水位及其相应的调压室最高涌浪水位力口气体压力水头的连线，经括值计算确定。9.2.6隧洞1~凝土衬砌外水压力可根据实测资料或按本规范附录E的规定确定。深埋隧洞和水文地质条件复杂的隧洞，外水压力的取值宜进行专门的渗流场分析。23 9.2.7温度变化、泪凝土T缩和膨胀所产生的应力及围岩同结灌浆压力对衬砌的影响宜通过构造措施及施工措施解决。高地温地区产生的温度应力应进行专门研究9.2.8施工荷载可根据施工或检修过程中的机械作用力确定。9.2.9竖井和斜井的衬砌自重、围岩压力、洞|句满水水压力作用应考虑井轴线倾角的影响，可按垂直于井轴线的分力计算。9.3衬砌计算9.3.1承载衬砌的结构应根据隧洞功能、规模、衬砌型式、围岩情况和施工方法等因素，按下列要求计算:1高压隧洞或内径(净宽)不小于10m的水工隧洞宜采用有限元法计算。2主要承担|与水压力，国岩相对均质日.覆盖厚度满足本规范第4.1.4条第1、2款规定的圆形有压隧洞，可按本规范附录D的公式计算。计算中应考虑围岩的弹性抗力，当隧洞周边国岩厚度小于三倍开挖直径时，其抗力值应经论证确定。3承担均匀外水荷载的圆形隧洞衬砌应力可按本规范附录F计算，切向应力值应小于混凝土允许应力设计值O4无压隧洞及非圆形有压隧洞宜按边值数值解法计算。9.3.2承受不对称荷载的衬砌可根据地形、地质条件进行专门的计算。9.3.3多条平行布置的隧洞，衬砌计算应考虑相邻隧洞开挖引起的岩体应力变化，宜采用有限兀方法计算O9.3.4高压或重要工程的混凝土衬砌隧洞宜迦行渗流和承载结构的有限元计算分析，衬砌厚度和配筋可结合计算结果、工秤类比平日构造要求综合确定。9.3.5衬砌结构抗震设计应按现行行业标准《水电工程水工建筑物抗震设计规范》NB35047的有关规定执行。9.4衬砌分缝9.4.1隧洞地质条件变化处、洞井与进出口建筑物连接处及可能产生较大相对变形处应设置变形缝。低流速隧洞通过活断层或主主岩覆盖层界限处可设置波纹补偿器并采取相应的防渗措施。洞内温度变化小的变形缝可不设缝宽和填缝材料，宜在缝面涂刷乳化沥青。24 9.4.2围岩条件均一的洞段可仅设置施丁‘缝。施了‘缝[日l距可根据施了‘方法、混凝土浇筑能力及气温变化等具体情况分析确立豆，宜采用6m~12m且底板(拱)、Ji1墙及顶拱的环向缝不宜错开。9.4.3低流速且无防渗要求的变形缝及环向施工缝可不设置止水，纵向钢筋可不穿过施工缝缝面。面对t速隧洞或有防渗要求的变形缝及环向施工缝应设置可靠止水，纵向钢筋宜穿过施工缝缝面，并应根据具体情况，采取防渗和接缝处理措施。9.4.4钢筋泪凝土衬砌与制板衬砌连接处不应分缝。制板衬砌伸入制筋IH凝土段应有不少于1.0m的搭接长度，J主接处应设置阻水措施。9.4.5纵向施工缝应设置在衬砌结构拉应力较小的部位。先衬砌Ji1顶拱时，设置的反缝应进行可靠处理。25 10预应力混凝土衬砌10.1一般规定10.1.1防渗要求较高I1X:.r.覆岩体不满足抗水力劈裂要求的隧洞，经技术经济比较，可采用预应力混凝土衬砌。10.1.2衬砌中的预应力施加形式可分为灌浆式和环锚武。预应力混凝土衬刷型式宜根据地质条件、施工条件和运行要求选择。上覆岩体满足抗水力劈裂要求的隧洞可采用灌浆式甜应力衬砌，不满足时宜采用环锚式甜应力衬砌。10.1.3预应力衬砌应采用圆形断面。开挖宜采用光面爆破，开挖断面有较大超挖时宜先采用|口|填混凝上近行修复。10.1.4衬砌厚度应通过不同工况的荷载组合计算确定，宜采用隧洞直径的1/18~1/12o环锚式衬砌厚度不宜小于0.6m，灌浆式衬砌厚度不宜小于0.3mo衬砌结构计算应符合下列要求:1在内水压力、预应力与其他荷载组合作用下，衬砌中的拉应力应小于泪凝土的允许拉应力。2无内水压力作用时，在甜应)J与其他荷载组合作用下，衬砌中的压应)J应小于泪凝土的允许压应力。10.1.5混凝上及预应力钢筋的材料性能设计指标应按现行行业标准《水工混凝土结构设计规范)>DL/T5057的有关规定采用。10.1.6施加预应力时，所需的混凝土立方休抗压强度应经计算确定，但不宜低于同条件养护的混凝土设计强度等级值的75%010.1.7预应力混凝土衬砌应进行承载能力极限状态计算及正常使用极限状态的验算。10.2灌浆式预应力混凝土衬砌10.2.1灌浆压力应根据在最大内水压力下衬砌中不出现拉力的原则确定。灌浆压力值不宜小于最大内水压力的2倍，浆材宜采用膨胀性水泥。10.2.2灌浆孔应沿衬砌周边均匀布置，问排距宜采用2m~4m，直径5m以下的隧洞每排宜设8孔~10孔;直径5m~10m的隧洞每排可设8孔~12孔。灌浆段的长度宜采用2倍~3倍;同径。10.2.3施工工艺及灌浆参数应通过试验确定。灌浆程序宜按下列顺序要求进行:26 1围岩固结灌浆。2围岩与衬砌间灌注高压水，直至两者完全脱开。3围岩与衬砌间高压灌浆。10.3环锚式预应力混凝土衬砌10.3.1环锚式衬砌可分为粘结后张式预应力和兀粘结后张式预应力，设计时宜优先选用无粘结后张式预应力衬刷。10.3.2预应力混凝土衬砌的设计参数应通过试验确定。预应力钢筋的张拉控制应力值σωn应根据预应力钢筋种类、张拉方法，按现行行业标准《水工泪凝土结构设计规范>>DL/T5057的有关规定采用。10.3.3预应力制筋应布置在衬砌外缘，1'8J距应根据计算确定，但不立大于0.5m。10.3.4锚具的设置位置宜错开布置。10.3.5环铀参数及施工工艺应通过试验确定。灌浆应符合下列要求:1衬砌与国岩间应进行全断面接触灌浆。2粘结后张式预应力衬砌，锚索张拉完毕应进行孔道灌浆和张拉槽回填。27 11高压钢筋混凝土岔洞11.0.1高压钢筋混凝土岔洞且根据国岩地质条件、地应力、渗透性、水力稳定性、施工条件等因素，经技术经济论证选用。11.0.2高压钢筋混凝土岔洞结构安全级别应与主洞一致。11.0.3高压钢筋混凝土俞洞的位置及体型应根据枢纽布置、水力条件、国岩条件、结构变力条件等囚素，经综合分析论证确定。11.0.4采用高压混凝土岔涧时，国岩应满足下列要求:1国岩宜以微透水的I类、11类为中O2围岩初始最小地应力应大于该处洞内设计静水压力，且在内水压力作用下国岩不应产生水力劈裂。3岔洞上部、侧部岩体覆盖厚度应满足本规范第4.1.4条的要求。4岔洞与相邻洞室的固岩距离应战渗透稳定的要求确定。11.0.5位于I类、TT类微透水围岩中的高压泪凝土岔洞设计可不考虑泪凝土衬砌承担内水压力的作用，钢筋的配置宜按工程类比手11构造要求确定。11.0.6条件复杂的高压混凝土岔洞或重要工程市洞应按本规范第9.3.4条的规定进行结构设计。11.0.7岔洞施工应严格控制开挖及支护秤序。28 12掘进机隧洞设计12.0.1长隧洞工程通过技术经济比较可采用掘进机施工。12.0.2掘进机隧洞布置应考虑以下地质因素:1隧洞沿线地形、地貌条件，近出口边坡的稳远条件。2隧洞沿线地层岩性分布、岩层性状，断层、破碎带和节理裂隙密集带的位置、规模和性状，沿线地应力场分布情况。3围岩分类及各类岩体的物理力学性质和参数。4地下水位、水温和水的化学成分，含水层、汇水构造、预测涌水量。5隧洞有害气体及放射性元素。12.0.3掘进机隧洞洞线宜布置为直线，转弯半径应满足拥进机最小转弯半径要求~同线的布置宜避开制约掘进机施工的地质区域。12.0.4掘进机隧洞纵坡坡度应根据隧洞功能要求、施工排水、设备性能及施工运输方式确定O12.0.5掘进机隧洞断面应为圆形，断面尺寸应根据隧洞功能要求、支护及衬砌厚度、围岩变形量，并考虑掘进误差、刀头磨损等国素综合确定，且应满足掘进机设备开挖的最小尺寸要求。12.0.6掘进机的选型应根据隧洞地质条件、衬砌方式等确定。12.0.7掘进机隧洞支护设计应满足隧洞围岩稳定和掘进机设备施下能力要求。12.0.8开敞式掘进机隧洞衬砌结构及灌浆设计可按钻爆法施工隧洞设计要求。采用管片装配式混凝土衬砌的隧洞，相邻管片应确保连接紧密，笆'片同围岩之间应采用豆砾石回填并灌浆密实。管片设计参数宜采用有限元法计算确定。12.0.9掘进机隧洞施士应遵循"先探后据"的原则，可采用多种于段相结合的方法进行超前地质敞报。12.0.10掘进机施工至不良地质洞段应减缓掘进机掘进速度，提前采取预处理措施;特殊不良地质洞段宜停止掘进，可采用Tt呈措施确保安全币继续掘进，或采用其他施工方式处照后，掘进机再行通过。12.0.11掘进机隧洞辅助涧室J-<、I应满足施t期掘进机安装、拆卸、安全通过等要求，并采取工程措施满足隧洞运行要求。29 13特殊岩体和不良地质洞段设计13.0.1断层破碎带、软弱破碎围岩、富水地层、岩爆、有害气体地层、溶洞、膨胀岩层等特殊岩体和不良地质洞段，应根据具体情况进行特殊设计并采用相应工程措施。施工中应加强国岩和地下水位变化观察、支护和衬砌的监测，及时修正调整支护措施。13.0.2不良地质洞段的支护设计应符合下列要求:1支护或开挖前的围岩加固设计应根据地质甜测预拟或超前勘探成果，通过工梧类比和计算分析确定。2支护方案应根据施工过程中揭露出的地质情况和现场监测、试验数据，及时确认、调整、修改支护参数，控制国岩失稳的发生或扩大。3支护设计宜根据国岩稳定情况，及时分析一次支护的效果，研究加强支护或多次支护的必要性。4针对不良地质洞段可能出现的意外情况，应进行应急方案设计。13.0.3不良地质洞段的衬砌设计应符合下列要求:1衬砌设计宜根据地质条件、衬砌前所采取的各种处理措施的效果、围岩变形的稳定情况，通过工程类比和计算分析，确定衬砌结构承担的荷载。2衬砌设计应通过物用力学指标测验和工程类比，确定设计所采用的围岩物理力学指标和承担内水压力的能力。3衬砌设计应根据地质条件、施工条件，经技术经济比较选择有利于围岩稳定和结构受力的隧洞横断面形状和衬砌结构型式。4不良地质洞段的衬砌结构计算，不考虑围岩承担内水压力时可采用结构力学法:考虑围岩承担内水压力时可采用有限元方法，并通过Tf里类比确寇。13.0.4甜测甜报可能出现围岩归塌失稳的不良地质洞段应严格按新奥法进行施工，并应符合下列要求:1不良地质洞段宜进行专门的施工组织设计。2不良地质;同段白提出爆破参数、进尺、程序、变形监测、现场测验、支护士艺等施t技术要求。3不良地质洞段宜进行地下水的引排设计。30 4不良地质洞段应根据施工期地质信息反馈及时判定围岩的稳定情况，确定后续施工措施。13.0.5富水地层不良地质洞段设计应研究防止涌水或引排的措施、支护措施，进行施工监测、衬砌结构设计和安全监测，并应符合下列要求:1有较大涌水的不良地质洞段应根据地质条件、涌水来源、涌水量等情况，采用截断水源、引排涌水，灌浆降低围岩透水性等措施。2高压涌水的不良地质洞段应根据涌水压力、涌水来源、涌水量等因素采取分流ð副主、分|豆处理等措施。3富水地层不良地质;同段应采取防止或控制涌水造成国岩失稳的工梧措施。13.0.6高地应力区发生岩爆的不良地质洞段设计应符合下列要求:1高地应JJ区发生岩爆的不良地质洞段应根据地应力的大小、方向，围岩岩性、结构，岩爆发生的频度、强度和范围，研究11可段的走向、断面形状、开挖程序、支护方式、预释国岩应力等，防止岩爆进一步发展。2岩爆地段初期支护可采用喷射泪凝土、系统锚杆和钢筋网组合支护，岩爆烈度级别较高时可采取超前应力释放、超前铀杆、制支撑、分区支护等措施。3高地应)J区发生岩爆的不良地质洞段应密切监测初期支护效果，在国岩变形基本稳定后进行衬砌施工。13.0.7有害气体赋在区的洞段应根据有害气体的来源、分布、连通情况，采用隔离、封闭、号|排等措施控制有害气体的影响。?同体较长或浓度超标的隧洞应加强施工期和检修期通风。有害气体赋存区不宜采用锚喷支护作为永久衬刷结构。13.0.8穿过岩溶、洞穴的隧洞应根据空火的位置、分布、大小、充填状况，围岩的稳定状况及地下水情况，按下列原则进行处照措施设计:1岩壁渗水滴水，溶洞中流水，充填物中的地下水直根据水量大小、类型和来源，采用"排"、"截"、"墙"、"防"相结合的原则进行综合处理。2规模较小或未与隧洞连通的较小溶洞可采取回填混凝土、回填灌浆、国结灌浆等措施处理。3规模较大、充填物多、水量大的溶洞可根据溶洞的位置和分布，采取设置隔离体、支持结构跨越、专门基础及局部改线等措施处理。31 4当空穴岩壁强度不够或不稳定，可能影响隧洞结构安全时，隧洞应采取支顶、锚国、注浆等措施处理。13.0.9穿过高膨胀岩层、流变岩层的洞段宜根据地质勘探和试验成果，研究膨胀岩体的膨胀率和膨胀压力，流变岩体的时效性和应力、应变关系，通过工程类比和计算分析，)在择断面封闭方式和封闭时间，支护措施、衬砌结构型式及衬砌时间。13.0.10松散堆积层、含水砂层及软弱、遇水易泥化、崩解、膨胀、软化的不良地质洞段，或在渗流作用下易于蚀变、渗透变形失稳的较大断层、卸荷带、破碎带、节用裂隙密集带等不良地质洞段，结向安全级别可提高一级，但最高不应超过I级。衬砌的防渗、止水设计应满足下列要求:1软弱和膨胀性围岩洞段，隧洞断面宜采用圆形或接近圆形。2松散堆积层或含水砂层洞段，施工前宜采取地表砂浆锚杆、从地表或沿隧洞周Jl1向国岩注浆等预加国措施:施工中可采用超前锚杆、超前小导管注浆或管棚等超前支护措施。3影响隧洞结构安全的地表水和地下水应根据具体情况进行处理。13.0.11不良地质洞段应根据地质条件和衬砌型式做好回填灌浆、国结灌浆、防水排水、施工缝和变形缝止水等设计，以及与施工监测设计相结合的安全监测设计。32 14封堵体设计14.1一般规定14.1.1水工隧洞封墙体位置应根据围岩工程地质、水文地质条件，相邻建筑物布置、隧洞支护衬砌情况及运行要求分析确定，宜设置在工程地质条件相对较好的洞段。14.1.2直接与水库库水接触的水工隧洞封墙体，其建筑物级别应与挡水建筑物级别一致，稳定及防渗要求应与挡水建筑物相同。隧洞施工支洞的封墙体应与主洞建筑物级别一致。14.1.3封墙体的型式应根据水工隧洞的断面形状、施工条件、工程地原条件等因素选定。高压隧洞或大断面隧洞的封墙体纵断面的型式宜优先选用模形。14.1.4隧洞的封堵体布置应满足下列要求:1洞轴线穿过挡水建筑物防渗帷幕线的封培体应设置在防渗帷幕线上，并应与帷幕衔接。封堵时需扩挖的封堵休，扩挖后应对封I者休周边国岩进行补强帷幕灌浆。2利用导流;同改建成泄洪洞、放空洞等水工隧洞，封墙体宜与改建水工隧洞结合布置，并应满足结构受力和防渗要求。14.2设计计算14.2.1封堵体应采用混凝土结构，其迎水面强度等级不宜低于C20，其他部位不宜低于C15。14.2.2封堵体应按承载能力极限状态进行设计，作用及其分项系数、作用效应组合应按木规范第9.2.1条的规在采用。14.2.3封堵体结构系数yù应按现行行业标准《水T混凝土结构设计规范>>DL/T5057的有犬规定选用。14.2.4桂状封墙体抗滑稳IE可按下列公式计算:S(-)=L凡(14.2.4-1)R(-)=ιLWR+CR(AR1+λAR2)04.2.4-2)式中:S(0)作用效应函数:R(o)一一抗力函数:L鸟一一封培体沿滑动面上全部切向作用之和(kN);33 IWR封墙体滑动面上全部法向作用之手11.向下为正CkN);fR一一-~昆凝土与围岩或泪凝土与混凝土的摩擦系数:CR-一混凝土与国岩或混凝土与混凝土的凝聚力CkPa)ARl一一封堵体底部与国岩接触面面积Cm2)AR2封堵体侧面与国岩接触面面积Cm2)À封堵体侧面与围岩有效接触面面积系数，根据工程具体情况采用0.3-0.8。14.2.5高压隧洞封堵体长度除应满足抗滑稳是要求外，尚应满足渗透稳定要求。满足渗透稳定的封堵体长度可按下试估算:f三[k]C14.2.5)式中H一一设计水头Cm)L一一封J者体长度Cm)[k]-封堵体国岩容许的绕渗水力梯度。14.2.6高内水压力的封墙体宜进行有限元计算分析。围岩条件复杂且直接与水库库水接触的封堵体宜采用有限元法进行渗流分析。14.3构造要求14.3.1封堵体的开挖体型宜随主洞开挖一次成型，不宜进行二次开挖。14.3.2封墙体与国岩之间宜设置锚筋，锚筋的间排距不宜大于2m.锚筋入岩深度可取2m~4m.封堵体内的长度不宜小于0.5mo14.3.3封堵体材料可采用微膨胀混凝上，膨胀剂及其掺量宜通过试验确是。封墙体顶部必须进行回填灌浆，周il1接触灌浆宜根据封墙体位置、承受水头及重要性确定。封堵段国岩固结灌浆宜根据工程地质条件和防渗要求确定。国结灌浆的问排距直为2m~3m.灌浆孔深入围岩不宜小于0.5倍洞径(洞宽)。封堵体内宜设置灌浆廊道。14.3.4导流隧洞封堵段的团结灌浆宜在截流前完成。接缝灌浆、接触灌浆、补强帷幕灌浆宜在灌浆廊道|句i卫:行，并应在下闸蓄水前完成。14.3.5施t支洞封堵体与主洞衬砌结构连接处应综合考虑结构受力和施士方法做好止水及接缝设计。34 14.3.6长度小于20m的封墙体可不设横向施工缝。封墙体的浇筑分层应结合现场混凝土浇筑能力、施工方法、温控要求等因素确是。施工缝应凿毛并设置括筋。封墙体与先期浇筑的隧洞混凝土衬砌之间应进行接缝灌浆，接缝灌浆应在混凝土达到稳定温度后进行。14.3.7有压导流隧洞截1At:前宜对主洞封堵部位预留的三角槽进行|届时回黑处理。35 15灌浆和防渗排水15.1灌浆15.1.1隧洞混凝土、钢筋混凝土衬砌及封培体顶部与国岩之间应进行回填灌浆。15.1.2I口|填灌浆的方式、范围，孔距、排距、灌浆压力及浆液浓度等参数，应根据隧洞衬砌或封堵体的结构型式、运行条件及施工方法等分析确定。回填灌浆范围宜在隧洞顶部或顶拱中心角900~120。以内，其他部位视衬砌浇筑情况确定。回填灌浆孔距和排距宜为2m~4m，灌浆压力宜为0.2MPa~0.3MPa，灌浆孔孔径不宜小于38mm，钻入国岩深度不应小于0.3m。15.1.3I口|填灌浆形成的水泥结石应满足传递抗力的要求。15.1.4国岩国结灌浆应根据工程地质条件、水文地质条件及隧洞运用要求通过技术经济比较确定，灌浆参数应满足下列规定:1国结灌浆参数可技工程类比或现场试验确定。排距宜为2m~4m，每排不宜少于6孔，相邻排之间应交错布置。入岩深度应根据围岩情况分析确定，不宜小于0.5倍;同径或洞宽。灌浆压力宜为11音~2倍的洞内静水压力。2高压钢筋混凝L衬砌隧洞和岔洞的高压固结灌浆参数可根据内水压力的变化分区确定，国结灌浆压力宜为1.2倍~1.5倍涧内静水压力，并应小于围岩最小主应力。入岩深度宜为0.5倍~0.75倍;同径或洞宽。灌浆参数宜进行固结灌浆试验、压水试验后合理确定。3高压钢筋泪凝土岔洞灌浆后围岩的透水率不应大于1Luo4有特殊要求的国结灌浆可通过工程类比丰11现场试验确定其各项参数。15.1.5灌浆材料应根据工程地质、水文地质和隧洞的运行条件选定。当地下水具有侵蚀性时应采用抗侵蚀材料，不得采用火山灰质硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥。15.1.6隧洞灌浆除应符合木规范第15.1.2条~15.1.5条的规定外，尚应符合现行行业标准《水工建筑物水泥潜浆施工技术规范>>DL/T5148的有关规定。15.2防渗和排水15.2.1防渗和排水设计应根据隧洞沿线国岩的工程地质和水文地质条件、设计要求，结合Tf里具体情况，综合分析选用培、截、排等措施。36 15.2.2外水压力控制衬砌结构设计的深埋有压洞段宜设置排水孔，排水孔的问、排ßp及孔深应根据国岩特性和外水情况分析确定。无压洞段水面以1--宜设置排水孔。15.2.3有压隧洞设置排水孔时应注意防止内水外渗。国岩裂隙发自并夹有充填物的隧洞应在排水孔中设置软式透水管或反滤土工布包裹的排水管。不良地质;同段不宜设置排水孔。15.2.4有压隧洞的归口段、浅埋洞段、不良地质构造洞段、近距离相邻隧洞洞段及与公路、铁路等交通隧洞交叉的洞段应采取必要的防渗措施。37 16安全监测16.1一般规定16.1.1水工隧洞安全监测应综合考虑隧洞用途、工作条件、地形地质条件、施工方法、支护及衬砌方式等因素设置必要的监测项目监视其运行状况。监测项目宜按照永久安全监测与临时监测相结合，仪器监测与巡视检查相结合的原则进行设计。16.1.2符合下列情况之一的水工隧洞应在有代表性的洞段设置安全监测:11级水工隧洞。2采用新技术的洞段。3深埋、高压、高流边隧洞。4直径或跨度大于10m的隧洞。5不良工程地质和水文地质的洞段。6隧洞线路通过的区域有重要建筑物或构筑物及环境保护要求的洞段。7重要的隧洞封堵休。16.1.3监测仪器的布置宜结合设计意图、运行条件、工程地质及水文地质特征等进行，!里设的部位应便于检修和施工。监测仪器和电缆的l里设应采取必要的保护措施。16.1.4不良地质洞段应进行施士监测设计，并应及时收集和分析监测数据、成果。16.2监测项目和要求16.2.1隧洞安全监测项目应根据隧洞用途和国岩条件确定，安全监测宜包括下列内容:1涧内监测，包括隧洞围岩变形、内外水压力、支护结构的应力应变及涧内流态、流量、流速、空化噪声、掺气浓度、水面线等监测项FL对隧洞封培体，包括堵头变位、堵头与国右的接缝开合、堵头断面和沿程渗j主、堵头温度及典型插筋的钢筋工作应力等监测项目。2洞外监测，主要监测隧洞沿线的下作状态，包括进出口建筑物、施下支洞堵头、地表沟谷及边坡的变形、位移、地下水位及渗漏情况等监测项目。38 16.2.2不支护与锚喷支护的隧洞施工中的监控量测应按现行国家标准《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范>>GB50086的有关规定执行。39 17运行和维修17.0.1水工隧洞运行技术要求应根据隧洞功能，结合自然条件、建筑物设计条件及试验研究资料等因素制定，技术要求应包括运行水位、泄放流量、闸门控制设备的启闭方式、充满放空方式及速度等内容。17.0.2运行技术要求应明确隧洞初期充水、定期放雪、检查及检修的规定。17.0.3发电隧洞充水流量应根据隧洞的布置、断面尺寸、地下渗水情况及充水水压变化率等国素确定。17.0.4发电隧洞应采用分级充水，分级水头高度应根据隧洞承压总水头、工秤地质条件及结构型式等因素确立豆，直为50m-100mo17.0.5发电隧洞初次充水过程中应严格控制充水水压变化率，充水水压变化率宜为5m/h-lOm/h。对喷锚洞段或素泪凝土结构的隧洞，充水水压变化率可适当降低:对钢板衬砌隧洞，充水水压变化率可适当提高。后期运行期间充水水压变化率宜根据监测成果及Tf里经验确定O17.0.6发电隧洞初次充水过程中及结束后应进行稳压观测。充水过程中分级稳压观测时间宜大于24h，充水结束稳压时间宜大于48h。高压隧洞稳压观测时间宜适当延长。17.0.7隧洞充水和稳压观测期间发现压力读数、Jl1坡变形、渗流渗压等异常情况应立即停止充水、分析原因并研究处理措施。17.0.8发电隧洞宜定期进行放空检查。17.0.9发电隧洞放空过程中应严格控制水压变化率，放空水压变化率宜为2m/h-4m/h，放空过程中还应控制最大外水压力与内水压力之差小于隧洞衬砌结构的设计外水压力。17.0.10水工隧洞设计应考虑丁开呈管理和维修条件，设置检修通道、进入孔、爬梯、起重挂钩、洞内桩号标志及对应于洞内重要洞段的洞外标志等设施。40 附录A水头损失计算A.O.l沿程水头损失直接下列公式计算:Lv2…-(A.O.l-l)'"f-C2RC=~R6(A.O.1-2)式中hj一一沿程水头损失(m)L洞段长度(m)v实际过水断面流速(m!s)C一一谢才系数(ml12/s)R一一水力半径(m)n一一糙率系数，可按表A.O.l叶l规定采用O表A.O.l糙率系数糙二午4系数n序号隧洞过流面情况平均最大最小岩面无衬砌(1)米用光面爆破0.0300.0330.025(2)普通钻;母法0.0380.0450.030(3)米用掘j茸机卅挖0.017钢模lY~浇混凝土衬砌2(1)技术一般0.0140.0160.012(2)技术良好0.0130.0140.012岩面喷混凝土(])米用光面爆破0.0220.0250.0203(2)米用普通钻爆法0.0280.0300.025(3)米用掘进机开挖0.0194铜板村砌0.0120.0130.011A.O.2局部水头损失宜按下式计算:Jttw=si(A.O.2-1)川2g式中hm一一局部水头损失Cm)ç-一局部水头损失系数，可按表A.O.2的规定选取:V一一产生局部水头损失处的实际过水断面平均流速Cm/s)。41 表A.O.2局部水头损失系数C值表序部位形状水头J员尖系数C备注~.v0.50一v为管道均匀段」一流速•0.251进水口r为进口圆弧半f一径d为管i单直径七一0.20(r!d<0.15)d一0.10(r!d注0.1日/一一β为相)}条形状系数无独立支墩s为栅条宽度b为栅条净间1ft:!2拦污栅→1二βjsin(ir3α为栅面与水平面夹角V为栅前半均流it0.05-0.203n槽--v宜用0.10LJv取渐变段平均矩形渐缩变罔4n巳En0.05流速，即1Y，+v,形2v取渐变段平均同形i斩缩变矩5怪J均0.10流述，即1，+1形2正t6罔断面渐扩大流速取11:;二仁E二:王:查图A.0.2-1、与Çd7圆断面渐缩小叫飞_::>流速取11企图A.0.2-2D口lD为1同径[0.131+0.1632x(~)~]40)i8R为晋、、，半认圆弧弯道1;因!P且干主θ为弯道转角57AI、A2为什l口(1一生)2前后断面面9出水口人•-v积1取出U前F~h♀渠i且较深时取11fi~速A,A,42 ~!~~L一0.10101直角分岔」ιl.500.75无圆锥骨段111对称Y形分岔0.50有圆锥管段VQM0.70.60.50.40.3图A.0.2-1圆断面运渐扩大的损失系数~i值(θ<600)43 生0.500.450.40θ0.35l.21.31.52.02.53.03.54.0D1/D2图A.0.2-2圆断面逐渐缩小的损失系数幻值A.O.3拦污栅栅条形状系数β值应按表A.O.3的规定选用。表A.O.3拦污栅栅条形状系数卢值栅条形r、系数心互2.421.831.671.0350.920.761.79A.O.4蝶阀完全开启时(图A.O.的，局部水头损失系数({直应根据蝶阀厚度I与管道直径D的比值，才安表A.O.4的规应选用C卡~t一千图A.0.4蝶阀完全开启时后意图D管道直径蝶阀厚度表A.O.4局部水头损失系数占值ω-c0.100.150.200.250.05-0.100.10-0.160.17-0.240.25-0.35注:在完全开启时，若缺乏有关资料，可近似取(=0.20A.O.5卡形岔管分流与合流局部水头损失计算宜符合下列规定:1分流局部水头损失(图A.O.5-1)宜按下列公式计算:44 H,)=H?-H,=;7丘CA.0.5-1)J~2g2ν-7HHH万句l-g一-一-CA.0.5-2)』H7.,=H.，-H司=ι。王」CA.0.5-3)…"2g句角θ0.4-0.1ur__~..Iρ~2二一。另(1-q2)4-403coI一-0.3+~.';.~r)(1-0.9.1~)2~~~冒了CA.0.5-4)1θ-0.4(1+一)cot~(l-q空间2If/2半年ι二0.58q~+0.26q2-0.03CA.0.5-5)ι2二川{0.92+q,[040+;)叫:一0.72]}…吨叫)-03+04~~1f/1CA.0.5-6)$)-0.35r-Dρa一一CA.0.5-7)式中HI为断面1-1处的总水头(m)H2一一为断面2-2处的总水头Cm)H3一一为断面3-3处的总水头(m)H12一一为1-1断面至2-2断面局部水头损失Cm)H13一一为1-1断面至3-3断面局部水头损失Cm)H23为2-2断面至于3断面局部水头损失Cm)VI断面1-1的干均流速Cm/s)。一一主管与支管的交角(0);v一一支管与主管的断面面积比;ρ一一-D为主管直径:←一为支管与主管连接处的修圆半径:q2一一支管流量Q2与丰伞管流量Ql的比值;45 QI一一分流前的主管流量Cm3/s)Q2支管流量Cm3/s)Q3一一分流后主管流量Cm3/s)02图A.O.5-1分流局部水头损失~I算示意图2合流局部水头损失(图A.0.5-2)宜按下列公式计算:ι=且-H.=L'丘CA.0.5-9)且斗2gHl1=H1-H1=Çl'丘CA.0.5-10)~，2gH23二H3-H2二Ç32'子一(A.0.5-11)Lgι一斗叫0(A.0.5-12)叫卡+(川子乎一0到)]ι斗"川川+刊叶肌1.(16+q2(1.94一1.fI)一0.03CA.0.5-13)毛2二(1+q2)[。但+q2(2.92-1j/)]+q;[(1.2-JP)(A.0.5-14)×(EEEF-M80-L)一(1-1j/)旦|Ij/IjFIj/I式中q2支管流量Q2与合流后的流量Q3之比值。QI一一合流前的主管流量(1旷/s)Q2一一支管流量(m3/s)46 Q3一一合流后的主管流量(m3/s)0图A.O.5-2合流同音1)水头损失计算示意图47 附录B深式进口的水工隧洞泄流能力计算B.O.l深式进口的水工隧洞可分为深式短管进口和深式长管进口隧洞。深式短管进口隧洞流量系数μ可取0.83-0.93;1架式|乏管进口隧洞泄水孔闸门全开、自由出流时流量系数μ可拔下列公式计算:μ二(B.0.1-1)1+岛+LÇM)(于)2Ak=Bh2(B.0.1-2)式中:μ一一闸门全开时孔口或管道流量系数:çi一一局部水头损失系数，包括进水口水头损失系数，渐变段水头损失系数，闸门槽水头损失系数和弯道水头损失系数等:ÇM-~时呈水头损失系数:Ar一一孔口面积(m2)B一一孔口宽度(m)h2一一孔口高度Cm)一一与-UCM对应之断面面积Cm勺。B.O.2深式进口隧洞泄水孔闸门全开、自由出流时泄流能力可按下式计算:Q二μ4.k~2g(H()-~)CB.0.2)式中:Q一一泄流流量Cm3/s)g重)J加速度(m/s勺，取9.81;Ho一一r.游水位至孔口底板的总水头(m)，含行近流速水头。B.O.3无侧l/文缩的深式进口泄水孔闸，平底坎平板闸门的垂直l/文缩系数r可按表B.0.3-1取值:弧形闸门的垂直收缩系数ι-可按表B.0.3-2取值。深式长管进口隧洞泄水孔闸门局部开启、自由山流时流量;系数可技下列公式计算:μj二(B.0.3-1)l+(LÇ,+三ι咛)2Ac二Bx&eCB.0.3-2)式中:μj闸门局部开届时孔口或管道流量系数:48 Ac--出口处的控制断面面积Cm2)ε闸门的垂直收缩系数:←一闸门开度(m)0表B.O.3-1平板闸门的垂直收缩系数E表B.O.3-2弧形闸门的垂直收缩系数EB.0.4深式进口隧洞附水孔闸I'J局部开启、自由山流时沛流能力可按下式计算:Q二μjAc~2R(Ho-ëe)CB.O.4)B.0.5深式长管进口隧洞拙水孔淹没出流时拙流能力可按下式计算:Q二式中:μ乌y一一孔口或管道流量系数，按本规范公式(鸣B.Oι川.1-1ο)计算，将A代苔Akυ;A一一孔口出流面积Cm)6.H一一上下游水头差(m)。49 附录C掺气水深计算C.O.l高速水流自掺气水深可根据各工程的具体情况接下列规定估算:1陡槽或流速大于30m/s的泄洪洞段，掺气水深可战霍尔(L.S.Hall)公式估算:ν2h"=(1+K一一)h(C.0.1-1)gR式中h一一掺气水深(m)h一一不掺气水深(m)K一一经验系数，取决于过流面材料的性质，普通混凝土壁面为0.004-0.006，和混凝土或光滑砌有为0.008-0.012，扪@J石或浆@J块石为0.015-0.020;V未计入波动及掺气的计算断面半均流速Cm/s)g一-一重力加速度Cm/s勺，取9.81;R一一水力半径(m)。21世槽坡度平缓、流速小于30m/s且ν21gR计算值在9.4-283之间的泄洪洞，掺气水深可按王俊勇公式估算:h(C.0.1-2)ββlv2nfBi二0.9371一斗子|(C.0.1-3)lgRR1/OhJ式中:卢一一台水比:n一一糙率系数:B槽宽(m)。3水深较浅的、存在水流波动的泄洪洞，掺气水深可按下式估算:札=(1+i卫)h100'CC.0.1-4)式中:ç修正系数，为1.0s/m~1.4s/m，视流速和断面收缩情况而定，当流速大于20m/s时，宜采用较大值。50 C.O.2设有掺气设施的泄洪洞，掺气水深计算向计入强迫掺气影响增加的水沫，前期设计中可耳又不掺气水深的5%~1O%。51 附录D圆形有压隧洞衬砌计算D.l受均匀内水压力作用的衬砌计算D.1.1单层钢筋混凝土衬砌可拔下列方法计算:1均匀内水压力作用下，单层钢筋断面面积可按F列公式计算:As=Pl巧+1000Kom一旦旦圣王CD.1.1-1)[σJEVJn=一旦旦-ln~CD.1.1-2)1000Ec'riEc'=O.85EcCD.1.1-3)[σs]=_/YCD.1.1-4)'f/YOYd式中As一一单位延米衬砌钢筋计算面积Cmm2)pr一隧洞衬砌内缘顶部的内水压力值CkN/m勺，在承载能力极限状态为设计值，在正常使用极限状态为标准值:Ti-一一衬砌内半径Cmm)ro衬砌外半径Cmm)Ko一一固岩单位弹性抗力系数CN/cm3)Ec--1届凝土弹性模量CN/mrn2)Es--钢筋弹性模量CN/mm2)[σJ-钢筋的受拉应力限值CN/mm2)fy一一一钢筋抗拉强度设计值CN/mm2)YO一一结构重要性系数:V一一设计状况系数G2单层钢筋应力校核可按下式计算:ρr+1000Knmσs二七tlOOOKO汇ζ[σs]CD.1.1-5)A+------"---'E式中:叹一一衬彻采用单层钢筋时的钢筋应力CN/mm勺。D.1.2双层钢筋混凝土衬砌可按下列方法计算:1均匀内水压力作用下，双层钢筋的面积可技下式计算:52 P巧+1叫(m-i(D.1.2-1),[lT,lJA=叫l+()叮2双层钢筋应力校核可按下列公式计算:P;1i+1Es生+10阳。1m(D.1.2-2)σSI二;lmkr三[σJA引+Aso~+'~~:--U'土几ιs(D.1.2-3)(Pi罚扩2一EsAs臼Sl"叫?σ叽「仰「二欠1OJnlr三斗[σ矶川守J]ASi+Aso~+一丁了i土1'0~式中:σ口一一衬砌采用双层钢筋H~的内圈钢筋应力(N/mm2)伐。一一衬砌采用双层钢筋时的外围钢筋应力(N/mm2)ASI--单位延米衬砌衬砌内围llxJ筋断面面积(mm2)Aso单位延米衬砌衬砌外圈钢筋断面面积(mm勺。D.2受围岩垂直压力、衬砌自重、洞内满水压力作用时的衬砌内力计算D.2.1内力计算可不计衬砌与围岩的摩擦力~伺周围岩的弹性抗力可按径向作用分布在洞底270。范围内(图D.2.l)，分布规律应符合下列规定:1当450::S;φζ900时，分布规律应符合下式规定:kd=-kttcω2功(D.2.1-1)式巾:φ断面与垂直线所成的夹角(0);K在一一抗力图上水平轴处的弹性抗力伯'.(N/m)。2当90。乓φ乓180。时，分布规律应符合下式规定:Kδ二Kðasin2功+K码，cos2øCD.2.1-2)式中Kðb抗力图上垂直轴处的弹性抗力值(N/m)。53 Kåaι。aKåb图D.2.1~同周弹性抗力分布图D.2.2作用效应可按下列方法计算:1固岩垂直压力下各断面上的弯炬和轴向力可按下列公式计算:M二qv~1iAα+B+Cn(l+α)]CD.2.2-1)N二qv~[Dα+E+Fn(l+α)]CD.2.2-2)α=2一车CD.2.2-3)rn=CD.2.2-4)EJ0.06416+丁rjYoKb凡一则K-tEA-r'CD.2.2-5)。式中r一一衬砌中心半径Cmm)qv-一一围岩松~jJ压力CN/mm2)M-各断面k的弯矩CN.mm)N一一各断面上的轴向力(N);K国右弹性抗)J.系数CN/mm3)J一一衬砌断面惯性矩Cmm4)b一一计算采用的衬砌宽度Cmm)。A、B、C、D、E、F断面与垂直线问不同倾夹角φ的系数，按表D.2.2-1选取。54 表D.2.2-1系数A、B、C、D、E、F取值断面ABCDEFφ=00.162800.087210.006990.212200.212220.02098φ=.rr/4--0.025040.025050.000840.150040.349940.01484φ=万/2--0.125000.125010.008240.000001.000000.00575φ=3.rr/40.025040.025070.000210.150050.900070.01378φ=.rr0.087200.162770.008370.212200.712220.022372衬砌自重作用下各断面上的弯矩和轴向力可按下列公式计算:M=qgr2CA,+B,n)CD.2.2-6)N=qgrCC,+D,n)CD.2.2-7)式中qg衬砌断面每平方米的重力CN/mm2)Al、Bl、Cl、Dl一一断而与垂直线间不同倾角φ的系数，按表D.2.2-2边耳又。表D.2.2-2系数Al、Bl'ct、Dl取值断面AlBlC,D,φ=00.34477一0.02194一0.166690.06590φ=.rr/40.033480.002640.437490.04660φ=.rr/20.392720.025891.570800.01807φ=3万/40.033510.000671.918690.04329ψ=万0.440590.026291.737490.070243洞内满水而无水头时的水压力作用下，各断面的弯矩及轴向力可投下列公式计算:M二Y♂2rC毛+B2n)CD.2.2-8)N=yw巧CC2+D2n)CD.2.2-9)式中Yw水的重度CN/mm3)岛、B2、C2、D2断面与垂宦线间不同夹角φ的系数，按表D.2.2-3边取。55 表D.2.2-3系数A2、B2、C2、D2取值断面A2B2C2D2φ=00.172390.01097-0.583350.03295φ=万140.01675一0.00132-0.427710.02330φ=万12-0.196360.01295-0.214600.00903φ=3万14斗)，016770.00034-0.394190.02164φ二万0.22030一0.01315-0.631260.03513D.3受围岩压力、衬砌自重、洞内满水压力及外水压力作用时的衬砌计算D.3.1衬砌计算可不考虑围岩抗力，仅计入作用在衬砌半圆上且按余弦规律径向分布的地层反力和国岩的侧向松动力。D.3.2作用效应可按表D.3.2-1所列公式进行计算，并应符合下列规定:表D.3.2-1各断面弯矩及轴力计算公式弯矩轴)J作用MCN.mm)NCN)国岩垂直松动压力qy~/(人α+B3)qyt;，(C可α+D可)国岩侧向松动压力qhvαA4qh巳C，衬砌白重qgr'A,qgrC5满水而无水头水压力YwI;1rA6'γWr，2C6外当nr川2<2(qyr;,+π叫z)时ywrffrA6凡，f;2c;十九vh"，水压当ffYw气2二三2(qν气+们可g)时Ywt;,2rA/1-2[;)Ywt;,2C,C1-e)-Ywt;,2C6ë+Ywhλ力注1qh为国岩侧向松动压力强度CN/rnrn勺。2hw为均匀外水压力计算高度Cmm)01当外水压力与国岩垂直松动压力及衬砌自重组合时，国岩侧向松动压力强度宜按下武计算:2(Jrfqo+qλ)ε=气CD.3.2-1)π气YW2当外水压力与衬砌自重组合时，国岩侧向松动压力强度宜按下式计算:?』一π-叫一。一一bε!y-πroFaCD.3.2-2)w56 3表D.3.2-1中，断向与垂直线构成不同倾角φ的系数岛、A4、岛、岛、B3、C3、C4、C5、C6、C71走D3值应按表D.3.2-2采用。表D.3.2-2系数岛、冉、岛、Aó、B3、C3、C4、G、C6、C7、D3取值断面系数φ=0φ=万/4φ=万/2φ=3万/4φ=万A30.16280-0.02504-0.125000.025050.08720B30.064430.01781-0.09472-0.010970.10951Ä4-0.25000.000000.250000.00000-0.25000A,0.273240.01079-0.297550.010770.27324A60.136620.00539-0.148780.005390.13662C30.212200.15005。.00000-0.15005-0.21220D3-0.159150.3R7471.000000.916250.79577C41.000000.50000。.000000.500001.00000Cs0.000000.555351.570801.969572.00000C6-0.50000-0.36877-0.21460-0.36877-0.50000C71.50000l.63122l.78540l.63123l.50000D.4同时受均匀内水压力和其他荷载作用时的衬砌计算D.4.1单层钢筋说凝土衬砌应接下列方法计算:1在其他荷载作用下，衬砌j附加钢筋断面面积可按下式计算:As'LNho+2'LMCD.4.1-1)2ho[σ]2钢筋总断面面积可按下式计算:IA，=A，+乓CD.4.1-2)3钢筋总断面面积取值不得小子衬砌的最小配筋率。钢筋总断面面积应技下式进行协l筋应力校核:pl巧+1000Kom,-INho+2IMζ[σ，]CD.4.1-3)审问+吨川川4D.4.2双层钢筋混凝土衬砌应按下列方法计算:1在其他荷载作用下，衬砌附加钢筋断面面积可按下列公式计算:~/=-='LN(ho-a)+2'LMCD.4.2-1)2(ho一的[σJ~o'一-'LN(ho一时-2~二MCD.4.2-2)一2(仇-a)[O's]2制筋总断面面积可按下列公式计算:57 2:~i二~i+~iCD.4.2-3)2:~o=~o+~o'CD.4.2-4)3钢筋总断面面积取值不得小于衬砌的最小配筋率。钢筋总断面面积应按F列公式进行协l筋应力校核:了A可+(E，一一一旦+lOOOKo)m几-2:N(儿-a)+22:Mζ[σs]2:A'i+2:A，互+ωωKo1f2(仇-a)2:Ai。几E守CD.4.2-5)(Pi号2-EsZAslm)1几-2:N(凡-a)-22:M运[σ，]CD.4.2-6)oZARl+ZAs主+ωω旦旦2(110-a)2:~o。rED.5衬砌裂缝宽度验算D.5.1隧洞衬砌在轴心受拉、大偏心受拉及大偏心受压情况下，考虑裂缝宽度分布不均匀性及荷载长期作用影响后的最大裂缝宽度可按下列公武计算:w..=21主!..1f/-O.7xlO4ILCD.5.1-1)lE'}IIj/=1α24LCD.5.1-2)μσSM川f)νCD.5.1-3)ACD.5.1-4)μ1000H式中Wmax最大裂缝宽度Cmm)σs一一衬砌结构在前使用情况受拉钢筋应力CN/mm2)今平均裂缝['8J距Cmm)v一一裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数，当1jf<0.3时，v取为0.3;α]、α2计算系数，轴心受拉情况α1取为0.16，α2取为0.60;大偏心受拉情况αl取为0.075，α2取为0.32;大偏心受压情况α1取为0.055，α2取为0.235;58 d受拉钢筋直径Cnun)，对小偏心受拉情况，d取钢筋院力较大一侧的钢筋直径:μ一一受拉tl附配筋率:As受拉钢筋总面积Crnrn2)轴心受拉情况F取内外侧受力钢筋面积之和:大偏心受拉情况下取受拉侧受力钢筋面积:H一一衬砌厚度Cmm)，人偏心受拉情况下采用衬砌有效厚度:五k一一混凝土轴心抗拉强度标准值CN/mm2)ν一一与受拉钢筋表面形状有犬的系数。螺纹钢筋，ν取为0.7;光面钢筋，ν取为1.0;冷战低碳钢丝，ν取为1.25;ea-一一轴向力对截面重心的偏心1fê:(rnrn)。D.5.2偏心距eo小于0.5H的偏心受压情况可不进行裂缝宽度的验算，小偏心受拉情况l-iJ近1~1安轴心受拉情况进行裂缝宽度验算。59 附录E隧洞混凝土衬砌外水压力计算E.O.l作用在水工隧洞混凝土衬砌结构上的外水压力可按下式计算:Po=βJwh(E.o.1)式中p()作用在衬砌结构外表面计算点上的外水压强CN/mm2)βe一一外水压力折减系数:r1''-一一水的重度CN/mm3)he--地下水位线豆隧洞衬砌计算点的作用水头(mm)。E.O.2外水压力折减系数βe可根据围岩地下水活动状态及对围岩稳定的影响，结合隧洞防渗排水情况按表E.O.2的规定选取。表E.O.2夕|、水压力折减系数儿级别地下水活动状态地下水对围岩稳定的影响卢e值1;同壁干燥或潮湿无影响。~O.20风化结闯面有充填物质，降低结构面的抗剪强2沿结构面有渗水或滴水O.1O~0.40度，软化软弱岩体j甘裂隙.9J(:软弱结构面有大泥化软弱结构面有充填物质，降低其抗剪强3O.25~O.60量滴水、线状流水成喷水度，对中硬岩体发生软化作用地下水冲刷结构面中的光填物质，加庄岩休风严重滴水，沿软弱结构面化，对断层等软弱带软化泥化，并使其膨胀崩40.40~O.80有小量涌水角平反产生机械管涌。有渗透压力，能鼓开较培的软弱层地下水冲昂IJ带出结构面巾的充填物质，分离主斗严重股状流水，断层等软5体，有渗透压力，能鼓开·定厚度的断层等软O.65~1.00弱带有大量涌水弱带，并导致国岩塌方E.O.311伍近水库、河道、其他压力隧洞等水源，沿线设置有防渗帷幕或排水廊道等水文地质条件复杂的隧洞宜进行渗流分析确定地下水压力值。衬砌结构计算受地下水压力控制的隧洞宜采用防渗排水措施降低地下水压力。60 附录F承担均匀外水荷载的圆形隧洞衬砌应力计算F.O.l承担均匀夕|、水压力下的圆形隧洞，衬砌结构点切向应力可按下列公式计算:σru=P1L(l+乌)CF.O.I-I)叫υ(t"一1)'r"rt二oCF.O.1-2)η式中:σq一一衬砌结构计算点的切向应力CN/mm2)0F.O.2衬砌结构内缘切向应力可按下列公式计算:R=-pJL44CF.0.2-1)o(t2-1)[σJ=~二CF.0.2-2)v/rUrd式中:σc一-衬砌内地缘切向应力CN/mm2)/c衬砌混凝土抗压强度设计值CN/mm勺。61 本规范用词说明1为便于在执行本规范条文时区别对待，对要求严格程度不同的用词说明女11下:1)表示很严格，非这样做不可的:正面词采用"必须"反面词采用"严禁"。2)表示严格，在正常情况下均应这样做的:正面词采用"应"反面词采用"不应"或"不得"。3)表示允许稍有选择，在条件许可时首先应这样做的:正面ìpJ采用"宜"反面ìpJ采用"不宜"。4)表示有选择，在一定条件下可以这样做的，采用"可"。2条文中指明应按其他有犬标准执行的写法为"应符合……的规定"或"应按......执行"。62 引用标准名录《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范))GB50086<(I坊洪标准))GB50201《水力发电工程地质勘察规范))GB50287《水工建筑物荷载标准))GB/T51394《水电工程水工建筑物抗震设计规范))NB35047《水电站压力钢管设计规范))NB/T35056《水工混凝土结构设计规范))DLlT5057《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范))DLlT5148《溢洪道设计规范))DLlT5166《水电枢纽二阶♀等级划分及设计安全标准))DL5180《水工建筑物抗冲磨防空蚀混凝土技术规范))DLlT5207《水电站进水口设计规范))DLlT539863 中华人民共和国能源行业标准水工隧洞设计规范NB/T10391-2020代替DL/T5195-2004条文说明64 修订说明《水工隧洞设计规范))NB/T10391-2020，经国家能源局2020年10月23日以第5号公告批准发布。本规范是在《水工隧洞设计规范))DLlT5195-2004的基础上修订而成的，上一版的主编单位是电力工业部成都勘测设计研究院，参编单位是电力工业部北京勘测设计研究院、中国水利水电科学研究院、清华大学水利系及武汉大学士术建筑学院，主要起草人员是郝元麟、段乐斋、郝志先、朱尔容、谷兆祺、张有天、陈子海、李振中、杨强、陈平、姚福海、{艾建国。木规范修订过程中，编制组在广泛调奇、深入研究的基础上，总结了国内外己建和在建水工隧洞的工程实践经验，吸收了水工隧洞研究方面的科研成果，并征求了有关设计和科研单位的意见。为便于广大设计、施工、科研、学校等单位有关人员在使用本规范时能正确理解和执行条义规定，<<水T隧洞设计规范》修编组按章、节、条JI[员序编制了本规范的条文说明，对条文规定的日的、依据以及执行中需注意的有关事项进行了说明。但是，本条文说明不具备与规范正文同等的法律效力，仅供使用者作为理解和把挥规范规定的参考。65 目次l总y~U.................................................…................….........................….........….......683基本规定….......….......….......….......….......….......….......….......….......….......….........694隧洞布置............….......….......….......….......….......….......….......….......….......….......704.1洞线边捍.........................................................................................................................704.2进出口布置...............................................................……............................................834.3多用途隧洞....................................................................................................................875横断面形状及尺寸....................….......….......….......….......….......….......................905.1一般规定.........................................................................................................................905.2横断面形状....................................................................................................................905.3横断面尺寸.....................…………........…………………………………………….........….............916水力设计..........................…...................................................................................936.1水)J计算原则................................................................................................................936.2高流速过水边界的防蚀设计........................….......….......….......….......…......................977不衬砌与锚喷隧洞..........................….................….........….................................1027.1一般规定............……..............…….......…….....................…...............…..........................1027.2喷泪凝土支护..............................................................................................................1047.3锚杆支护.....................……….........……….......……….......………......................1057.4挂网锚喷支护..............................….......….......….......…..….......….......….......….............1077.5组合式支护......................…………........…………........…………........………….....................1078结构设计基本原则......................................….........….........................................1089泪凝土和制筋泪凝土衬砌..........….................….......….......….......….......….........1099.1一般规定........................…………......…………........…………........………….........................1099.2作用和作用效应组合...................................................................................................1129.3衬砌计算.........…….....................….......…......................................................................1149.4衬砌分缝.............................................66 10.3环锚式预应)J混凝土村砌..........…......…......…......…......…......…................……..12011高压钢筋混凝土岔涧.........…............................................................................12112掘进机隧洞设计................................................................................................124日特殊岩体和不良地质涧段设计........................................................................13214封墙体设计........................................................................................................13714.1一般规定.....................................….......…......…......……·….........…......…......……..13714.2设计计算...............................................…..............…….........…...................................13714.3构造要求.................….......….......….......….......….......…..............….......….........…........13815灌浆和防渗排水................................................................................................14015.1灌浆.......….......….......…….......….......….......…..….........…….......………….......…...........14015.2防渗和排水...........................................................................……....................………..14116安全监测............................................................................................................14216.1一般规定.....................................................................................................................14216.2监测项目和要求.........................................................................................................1叩门运行和维修..................................................................…........….......…..............14367 1总则1.0.1原规范于2004年颁布实施。近年来，随着水电工程水工隧洞的发展，特别是大断面隧洞、面压隧洞、超长隧洞、掘进机开挖隧洞的成功建设，水工隧洞在设计、施工、安全监测与质量控制等方面积累f很多成功经验，为及时反映新的设计建设经验和成熟的技术研究成果，对原规范进行了修订。1.0.5采用钢板衬砌的有压水工隧洞，一般也称为埋藏式压力钢管，其衬砌结构设计部分按照《水电站压力钢管设计规范))NB/T35056-2015的有关规忘执行，但其布置、水力、开挖支护等设计仍百满足本规范的有关规定。1.0.6水工隧洞设计不仅要符合工程总体规划的要求，还要考虑水工隧洞对环境的影响，满足环挠保护的要求。如:世水洞泄水水1frt雾化或泄1frt振动对周围环挠的影响，隧洞施工期作为山体的排水边界对天然地下水位的影响，I隧洞内水外渗对山体渗透稳定及山坡稳定的影响，I忖水外渗抬高地下水位对该区域原有动植物生存环境的影响等。68 3基本规定3.0.1本条规定与原规范5.0.1条规定基本相同，增加了设计对金属结构、机电设备、运行方式等方面资料的要求。3.0.2本条规定与原规范5.0.2条规定基本相同。l级高压水工隧洞和高压岔洞，工程规模大，投资多，在国民经济中的重要性也岗，设计依据的地质资料应该切实可靠，古文要求根据各设计阶段的不同要求，在现场H展地应力测试、水力劈裂试验等工作，以落实隧洞沿线固岩地应力和渗透性等资料，供设计使用，保证设计方案的安全可靠性。3.0.3地质资料的重要性及条文中提出的在开T前的前期设计阶段要掌握的地质情况，是从长期工程实践的经驳教训11中得来的，设计时要予以重视。对不同的设计阶段，可以根据其不同要求，由粗到细，逐步查洁，达到条文中所规定的要求。隧洞沿线的水文地质情况，主要包括地V水位、水温和水的化学成分，特圳是涌水量丰富的含水层、i窑洞、透水带及与地表溪沟连通的断层、破碎带等。3.0.4本条规远与原规范第5.0.4条规是基本相同，在开挖施工中，尤其是在工程地质、水文地质情况较复杂的涧段，要加强观测，做好地质编录，收集地质资料。随着施工开挖的进展，摸清实际地质情况，及时修改设计，保证施工安全，加快施工进度，使设计更加符合实际情况。3.0.5<<水工隧洞设计规范))DL/T5195-2004X才水工隧洞的围岩分类，是从《水力发电Tl~地质勘察规范))GB50287-1999摘抄过来，因此本次修新u删除了《水工隧洞设计规范>>DL/T5195-2004的"附录A，国岩工程地质分类"改为直接引用现行国家标准《水力发电~f旱地质勘察规范>>GB5028703.0.6隧洞支护设计中应用的混凝土、钢筋等材料技术指标，在现行行业标准《水工混凝土结构设计规范>>DL/T5057-2009中已有详细的规定，因此本次修编删除了原规范的"附录B材料"。69 4隧洞布置4.1洞线选择4.1.1本条规定与原规范6.1.1条规定基本相同。水工隧洞洞线的选择，是隧洞设计中的重要环节之一，也是其后水力计算、结构设计的基础。选线失误，造成事故或遗留隐患不在少数，主要表现在:(1)忽视地质条件，造成施工期重大工程事故，或给运行期留下重大隐患。(2)选择洞线时强调洞线最短，而忽视其他方面的因素，酿成事故。我同已建隧洞工程，由于洞线布置上的不合理和施工方法上的欠妥，而发生的事故不少。分析其原因一是基本资料，特别是地质资料掌握不足，造成隧洞布置失误;二是忽视水力学国素，造成不良水力条件。实践证明，布置上的缺陷是不易弥补的，因此本条规定隧洞布置时，要经过可能方案的技术经济比较选定。4.1.2本条规定与原规范6.2.1条规是基本相同，增加了附水洞出口轴线布置原则。(1)在洞线选择中都非常重视遵循洞线垂直于地质构造线或与构造线保持有足够角度的原则O工程实践证明:隧洞轴线一般与构造线夹角大于30。时基木无塌方事故200~300时会出现塌方:小于20。时大多出现塌方事故。)丢状岩体是典型的各向异性介质。在层状岩体中布置隧洞，为保证国岩稳定和获得最大的承载能力，关键国素是洞轴线与岩层走向要有较大的夹角。理想的夹角是900，但在具体Tl~中很难办到O以BK水电站为例，对这一问题进行过调查、分析研究。BK水电站在陡倾角较疏松的薄层干枚岩中开挖[4条隧洞、3条压力管道和其他各种洞室。洞室轴线与岩层的夹角变化幅度较大，具有一定的代表性。从这些洞室的开挖情况看，洞轴线与岩层的夹角00~250时，洞壁发生严重外鼓和倾倒:夹角250~30。时，发生较轻微外鼓和倾倒;夹角大于450时，国岩基本稳定。(2)洞线布置还要考虑地应力方向，特别是在高地应力地l丘。隧洞轴线布置，从地质构造角度考虑，仅仅遵守洞线垂直地质构造线或与地质构造线保持一定角度的原则是不全面的，还要注意与地应力场中最大水平主应力方向的关系。洞线布置要适当兼顾岩层、地质构造及最大水平主应力的方向，以利于隧洞围岩稳定，减小岩爆发生机率。70 (3)对于狭窄的问道，在保证隧洞洞身不日出口结构稳定的情况|门泄洪洞、放空洞、冲沙洞等1世水洞出口轴线与下游河道中也线的央角要尽量小，以保证下泄水流具有较好的归槽条竹，减轻对问道岸坡的冲刷。4.1.4本条规定与原规范6.2.3条规定基本相同。隧洞在岩体中埋设的深度，即涧顶以上或山体岸边一侧岩体的覆盖厚度，一般统称为国岩的覆盖厚度。隧洞国岩的覆盖厚度涉及到围岩的稳运性、围岩的抗力及围岩的防渗能力等。因为岩体是一种特殊的各向异性材料，其物理力学参数不仅随不同方向而变化，而且往往在有限范围内发生突然的改变。故在设计中要结合具体情况综合分析确定。(1)对于有斥隧洞，若要利用罔岩的承载能力，则用岩覆盖厚度是设计111应该关注的重要问题之一。不衬砌有压隧洞固岩覆需厚度国际通用准则有垂直向准则、雪山准则及挪威准则。])垂直向准则固岩覆盖厚度(罔4-])按卡-式进行计算:cRVrR二三Fh,rw(4-1)式中CRV-一罔岩覆盖厚度Cm)YR一一岩体重度CN/mm3)hs------一洞内静水压力水头(m)YW一一水的重度CN/mm3)F一一经验系数。圈4-1垂直向准则围岩覆盖厚度1-不衬刷有压隧洞2)三旨:111准则固岩覆盖厚度(图4-2)按下式进行计算:71 对于比较陡峭的地形，隧洞侧向覆盖常起着控制作用C据此产生了澳大利亚的雪山准则JrDannetal,196410CRH=2C(4-2)C一主主巳(4-3)RVYR式中CRH一一水平覆盖厚度Cm)CRV-一一垂直覆盖厚度(m)hs~一洞内静水压力水头(m)YW一一水的重度CNlmm3)YR-一一岩体重度(N/mm勺。..::::α图4-2雪山准则围岩覆盖厚度1-不衬砌有Jf，.隧洞2-最小，岩石覆盖层剖面线3)挪威准则国岩覆盖厚度(图4-3)接下式进行计算:早年，在挪威当压力隧洞地表岩体坡度变陡时，设计者只是简单地把所百的国岩覆盖厚度从静水头的0.6倍增加到1.0倍，结果导致一些下手里的失败。根据工程的失败情况进一步研究，JA而产生了挪威准则[1971]。户hsywF~RMYRCOSα(4-4)式中CRM一-Zs体最小覆盖厚度(不包括全、强风化岩体厚度)Cm)hs一一洞内静水压力水头(m)Yw-一水的重度CN/mr旷);YR-一一岩体重度CN/mm勺。72 α一一地表岩体坡角c)，α大于600时，α取为600;F一一经验系数，一般取1.30~1.50。根据固岩情况确庄，地质条件较差时取高值。vo....画画帽、图4-3挪威准则围岩覆盖厚度1-不衬砌有压隧洞2-全强风化岩层根据地表岩体坡角从00~70。的不同情况，使用垂直向准则、雪山准则和挪威准则进行计算比较，雪山准则和挪威准则相当吻合，即随着j皮角的增加相应的覆盖厚度亦增加，垂直向准则覆盖厚度则随着岩体坡角的增大而减少。显然挪威和雪山准则更合理。根据国内工程的经验，本规范推荐采用挪威准则。挪威准则针对的是不衬砌隧洞而提山，比较适用挪威水电工程的岩石条件。而我国地质条件复杂多变，对于国岩较差或不良地质洞段，大多需要对开挖后的隧洞进行初期支护和二次制筋1Ft凝土衬砌。对于这类有压隧洞，国内山现过因为隧洞渗漏较大而发生山坡垮塌的工程实例。出于安全考虑，我们认为凡要是未严格进行防渗衬砌的隧洞，如未进行钢板衬砌或预应力钢筋混凝土衬砌的隧洞，都需要满足挪威准则。隧洞岩石覆盖厚度跟作用在国岩上的水压力直接相关，钢筋混凝土衬砌隧洞，虽然无法避免开裂，归大量的计算分析和监测成果表明，作用于洞内衬砌上的内水压力和直接作用于国岩上的内水压力是有差异的，后者往往小于前者。因此严格按照限裂设计的有压隧洞，采用挪威准则时，可以将洞内静水压力水头调整为作用于隧洞围岩上的静水压力水头，更符合实际情况。完全按照透水衬砌理念设计的隧洞，其衬砌内外水压力基本平衡，可以直接应用挪威准则确定隧洞国岩覆盖厚度。(2)不发生水力劈裂和渗透夫稳是有压水工隧洞的设计原则之一，在水工隧洞布置阶段可以用挪威准则确在最小覆盖厚度，但该最小覆盖厚度仍不能保证不发生水力劈裂和渗透失稳。如某水电站运行过程1+1，发现引水系统渗漏量较大，73 并有逐渐增大的趋势，为保证工程安全，对号|水洞上斜井进行了内套制衬处理。性|此，有压隧洞在确在覆盖厚度时，还要保证围岩不产生水力劈裂和渗透失稳。(3)足够的覆盖厚度指的是岩体有承受有压隧洞内部压力的能力。画压隧洞和岔涧虽满足f覆盖厚度的要求，但有时在完好的岩体中仍会发生水力劈裂，所以本条也提冲I对地应力和渗流稳定的要求。高1压隧洞和岔i同承受较高的内水压力，当内水压力达到一起数值后，隧洞的钢筋混凝土衬砌将产生贯穿性开裂而成为透水衬砌。内水压力直接以体力的方式传递到围岩上，使围岩成为内水压力的承载主体，衬砌的主要作用则是保护国岩表面、避免水流长期冲刷使围岩表层应力状态发生恶化掉块，减少过流面糙率、降低水头损失，并为隧洞高压固结灌浆提供表面封闭层的作用。随着THP工程(最大静水头达680m，却J水头约880m)和GX一、二期工程(最大静水头约542m，动水头约770m)、JK工程(最大静水头约465m，动水头约565m)等一批高内水压力、i回凝土衬砌隧洞丁.程的建成投产，使这一设计理论有了成功实践。有)主隧洞需要具有足够的抗渗性能和抗高压水侵蚀的能力，使隧洞围岩有承受隧洞内水压力的能力。根据以挪威为代表的同外不衬砌压力隧洞设计经验，归纳总结有最小覆盖厚度准则(挪威准则、雪山准则)、最小地应力准则、围岩渗透准则等二个常用的不衬砌或混凝土透水衬砌隧洞围岩承载设计准则。最小地应力准则是因岩承载的核心准则。对于有压隧洞而言，隧洞沿线初始最小地应力的大小决在了围岩是否有足够的预)主应力来承担内水压力、防止围岩发牛-水力劈裂，确保隧洞的安全稳定运行。囚此，围岩承载准则中最小地应力准则是最犬键的判断准则，是对国岩承载能力的定量判断。水压力特别高的重要工程应该进行工程区山体地应力测试，获得一定数量的地应力测量值，并配合地应力场有限)G反演|口|归分析，确保压力隧洞沿线的围岩最小地应力大于最大静水压力。围岩最小地应力准则相对于内水压力还要有一;屯的安全余地，安全系数一般在1.2-1.3以上。最小覆盖厚度准则(挪威准则、雪山准则)是对最小地应力准则的经验性判断。除地质构造作用特别强烈的地区以外，山体围岩地应力量值一般由岩层覆盖厚度对应的自重决庄，只要确保足够的岩层覆盖厚度，一般就能有足够的最小地应力值，因此，在工程前期阶段或工程等级较低而没有进行地应力测试的情况下，可以采用挪威准则和雪山准则这两个与岩层覆盖厚度相关的经验性准则对隧洞74 沿线最小地应力做基本判断，大多数工程经验表明这一原则确定的衬砌型式是安全经济的，但是考虑到围岩最小地应力受岩体地质结构面1--的最小法向应力所控制，而地质结构面上的法向应力在受隧洞走向、地质结构面的产状、地表地形、地质构造作用等囚素的影响下，并不绝对与自重应力对应相关，有些工程即使满足了最小覆盖厚度准则所确立立的岩层覆盖厚度，仍由于某些地质结构面上的最小地应力不足而出现了渗透破坏现象，比如哥伦比亚的Chivor引水隧洞、美同的Rondout供水隧洞、挪威的Bjerka电站等工程。因此，对于等级较高的水工隧洞，仅用最小覆盖厚度准则进行判断是不够的，还要按最小地应)J准则进行复核判断，对隧洞沿线关键地质结构面，如走向与河流方向干行、倾向河谷的软弱构造或陡、缓倾角切割的棱体以及渗透性大的易透水带等都要引起高度重视，认真分析论证，必要时还要专门进行高压渗透试验验证。国岩渗透准则是对最小地应力准则的补充完善。无论最小地应力准则还是最小覆盖厚度准则都没有考虑、国岩的抗渗性。不同岩性的岩体抗渗性不同，即使是同一种岩性的围岩，因节理、裂隙的发育程度不同，抗渗性也不同。围岩渗透准则的原理是要求检验岩体及裂隙的渗透'性能，是否满足渗透稳定要求，即内水外渗量不随时间持续增加或突然增加。渗透准则判别标准一般包括两个方面内容:一是根据相关规范和工程经验，在E设计内水压力作用下隧洞沿线围岩的平均透水束q三2Lu，经灌浆后的国岩透水率q运1Lu;三是根据以往工程经验，1-11类硬质围岩长期稳定渗透水力梯度一般控制不大于10-150国内外部分水电站高压钢筋混凝土衬砌隧洞国岩承载准则的应用情况见表4-1075 表4-1国内外部分已建水电站高压钢筋混凝土衬砌隧洞围岩承载准则的应用情况最小地应力准则固岩渗透准则挪威准则固轩最大实际国岩实实际法透静水最小山脚女~编电站名地质际最小平均稳定亏o头H安全系j望深平均全称条件(MP地应)J透水标准数FL坡度系a)(MPa率(Lu(m(0)数F(Lui号是灰0.98THP6.678.21.23<1233040zti工~5混合2TA花岗3.15.021.670.452260122.2军LL王~花岗3TB3.385.91.750.62305401.74王ι4王J花岗4BQ片麻6.48.21.281.652580242.2有ι.w花岗5XSJ2.753.51.27<1225022.52.1千LL千J花岗1.29-1.46XY5.47-80.42410441.45班岩8花岗7GX一期6.17.51.23<12400231.6tUiLJ花岗8GX二期6.17.31.2<12370231.48牙ι4干~美国9Rocky灰岩2.38105271.06mountam花岗10ZYL3.384.891.453350382.12石~花岗11XTD4.037.881.96343547.51.90Zti王B花i~j12JK闪长4.657.01.513600402.57互ι4王476 (4)上述第1-3款规定不能满足时，隧洞运行时在较大的内水压力作用下很可能造成混凝土衬砌开裂，引起围岩拍动或水力劈裂而形成渗漏通道，危及隧洞沿线JiL坡稳定，造成大的事故。囚此，在布置上要尽量避免这种情况，若布置确实困难或受其他因素的限制无法避免，需要采取有效的工程措施。比如加大衬砌厚度，提高混凝土强度等级、高压固结灌浆处理等，必要时可以采用预应力混凝土衬砌或钢板衬砌，以保证隧洞运行安全。(5)对于无压隧洞，通过采取合理的施士措施，可以改善成洞条件，保证施工期安全。4.1.5当泄流量较大，采用多条泄洪洞平行布置时，相邻泄洪洞的问距需要考虑进口水流条件及开挖协调、出口泊能建筑物布置及下游河床的抗冲能力等，并协调士们三闸室、补气洞、交通洞等建筑物进行合理布置。如XLD水屯站两岸各布置两条有压按无压泄洪洞，岩性为玄武岩，围岩类别为II~III类，开挖洞径16m~17m，左岸两条泄洪洞中心线i'8J距为49.69m~52.27m，右岸两条泄洪洞中心线间距为51.14m~54.30m。4.1.6水工隧洞筒'I中I现多条干行布置或空间交叉的隧洞，为保证施工安全或避免施工相互影响，并保证各条隧洞运行期的安全，隧洞之间岩休需要有足够的厚度。根据地形地质条件、固岩的应力和变形情况、隧洞的断面形状和尺寸、施工方法、运行及检修条件等国素综合分析，参考工程经验，一般不小于洞径较小者的2倍开挖洞径(洞宽)。若布置困难等特殊情况，经论证岩体厚度可以以适当减少，但一般不小于洞径较小者的1倍开挖洞径(洞宽)，以保证施下安全和运行期不发生渗透失稳和水力劈裂。4.1.7在选择水工隧洞的线路时，要尽量减小隧洞与其附近建筑物的相互影响。如隧洞线路穿过坝基或坝肩时，要分析隧洞对坝的基础应力、浮托力等产生的影响:尤其有压洞紧靠拱坝坝肩布置时，要尽量避免穿过拱坝坝肩抗力体:位于防渗帷幕目的有压洞要做好防渗设计，避免有压洞内水外渗危及相邻建筑物安全。在水工隧洞与公路、铁路等交通隧洞交义时，要分析交通隧洞对水工隧洞的国岩稳定的影响，避免造成交通隧洞内发生渗漏水等现象;又如施下期导流隧洞的布置，要避免在导流时冲刷国堪。另外隧洞的开挖爆破，不允许影响或削弱附近建筑物的地基，要求隧洞与建筑物间留有足够的厚度。具体厚度建议用有限元计算77 分析确定。当隧洞与建筑[日j厚度不能满足要求时，要设法避开或加大厚度，否则需要采取工程措施。4.1.8高压隧洞同地下厂房排水廊道等地下洞室之间要保持足够的岩体厚度，满足渗透稳定要求，防止水力劈裂的发生。根据工程经验，1-11类硬质围岩内洞室间长期稳定渗透水力梯度一般不大于10-150TTT类围岩洞室间长期稳定渗透水力梯度一般不大于5-10。地下厂房上游的钢材段长度要根据厂房洞室兰维渗流分析确定，分析时要考虑裂隙岩体的渗透性。表4-2为国内部分水电站地下厂房前ílxJ衬段的有关资料，可供设计者参考。表4-2国内部分水电站地下厂房前钢衬段的有关资料工程最大静水头H(m)管将o(m)长度L(m)水力梯度H/LGX704.53.51504.7THP6802.72203.1TA3094.873.6-853.6-4.2TB3455.51073.2BQ639.63.597-109.65.8-6.6XY5403.81104.94.1.9当洞线采用跨沟方案穿过河谷时，要合理选择跨沟的位置和跨沟的方式。跨沟方式通常有上跨丰11下E舍，上挎常用的跨沟方式为管桥，即将压力钢管设置于横跨沟爷的桥梁上面，需要对跨沟建筑物与隧洞的连接部位及其沟谷岸边山坡的稳定情况进行分析，必要时要加强工和措施，并注意沟谷中的洪水和泥石流对跨沟建筑物的影响，保证跨沟建筑物的安全。下降方式一般采用倒虹吸，需要注启;施工期排水措施及检修期的排水手11检修跑道设计。4.1.10水工隧洞的线路一般布置为直线，若采用曲线布置时，弯道的缓急会影响隧洞水流的流态、压力分布和水头损失，影响的程度取决于流速的大小。反映弯道几何特征的参数主要是洞线转角和曲率半径。工程资料表明，有压隧洞在低流速情况下，由率半径大于或等于5倍洞径时，其水头损失系数较小。对于洞线转角，川转角越小，其水头损失系数越小。另据工程调查，转角不大于600，由率半径不小于5倍洞径，低流边无压隧洞运行中未发现异常现象。故低流边无压隧洞转弯仍然采用这一数据。低流速的有压隧洞可以适当降低要求。78 高流速无压隧洞极少设置干面弯道，原因是弯道内流态很差。例如我国陕西省STH水库左岸明流泄洪洞，属导流洞改建，在设计1世量下断面余幅较大。为节约山口开控量，适应布置要求，洞|付利用了原导流泪的弯道。弯道转角410，半径150rn和300rn，洞宽7.2rn。从水工模型试验观测到，当流速为27rnls时，断面左右最大水面差达5rnr--6rn;弯道末端直段40rn(大于5D)，这时挑坎水流仍受弯道影响而不均匀。故对于高流速的)Gl主隧洞，要力求避免在平面上设置曲线段。弯道对高流速有压隧洞也有影响，据BK水电站左岸泄洪隧洞水工模型试验资料，转角56005'，由率半径80r口，大于5倍;同径，在流速21rnls的情况下，弯道压力分布不均，两侧压差达4rn，至弯道后直段上5倍洞径处，两侧压差尚有1.5r口，10倍洞径处还有0.5r丑，至孔口水流仍不对称，流速分布亦不均匀。故对高流速有压隧洞也要注忘弯道问题，但要求可以比无压洞适当降低，其弯道参数百根据水工模型试验确定，主要关注跑过弯道后，其水JJ要素包括压力、流速等是否调整充分，左右侧基本对称。国内部分有压接无压泄洪(放空)洞特征参数见表4-30表4-3国内部分有压接无压泄洪(放空〉洞特征参数无w一「作阐无压段有压1专笃段段最消.l作门最大检fr主闸门有)丰段转弯段角有J主段门尺寸断面尺无l.:li段工程名设t十段11可后直线大流能坝型7KJ、i荒量尺寸(m)流lt度及半径长度(m)寸(m)长度称阶段1~叉长度速形(m)Cm1/s)(宽×高)Cmi民)(m)(m)(宽×(宽×Cm)Cm)Cm)(m!s式高)高)自j止J工壤土。=56.08。BK7K电心墙挑197669.2418009xll10.5020.79759.0098.809x8IOxl2161.9430.10主'，!í左岸一七石R二80i世~Jlâ同JY!混凝。=59。DJ水电土双挑站一级198871.402α)0/10.002.~.4而210.0074.5012xl0日5xl2320.00:'1.70曲拱R二55流放空洞以j屁i疑。二38.50DJ水山上双挑站工级1988123.4016257.Sx98.9026.12334.00115.006.4x7.S7.2x12341.0038.60由jjj;R=98lìfrE放空ilwl坝TSQ一混凝。二350级水电土面挑1998110.0017666.8x9.09.624.39557.67318.56.4x7.58xll489.5032.1站右岸饭堆R=IOO流放空洞石坝黄河白=85.9307.5混凝GBX水十四挑电站以200473.0011837.0x9.08.5020.85607.00254.897.5x6.0等宽I阻333.9831.40板I仕R=150;如子u世洪陪石坝洞马tl混凝HJD水土面挑200490.2016436.8x9.09.802l.78无转弯40l.88无车J弯6.2x8.07x12.6401.4238.10电站在板I住ì'frτL岸泄洪右坝79 1同沥青。=430YL水电混凝底贡占2005土心109.39265∞4.0x3.04.0023.24500.00354.0x3.04.5x5.5497.0029.10R~100流放空洞墙堆有坝砾石。二50。QQ水电土心5x5、底200796.00118.502.0x2.83.0016.76R二30170.7044.442.0x2.6308.4724.48I高堆5x7.S流放空洞石J贝R~100湖北清。二60.73。?昆i疑n:SBY土面挑水利枢2009JJO.oo16055.0xl1.09.0025.23375.18<806.0x7.07x12546.J834.30t反堆R~200流纽放常石坝洞砾石。=41.050PBG水十，已、。二58.41。挑电站2010122.501397.527.0x9.09.0021.97417.59456.3x8.07x13636.6134.00墙士住lì]rE放空洞R~50石坝xw水混凝。二600电站左土J.X14x16挑201048.30379915x16.516.5017.77438.00170.6613x13.51062.6550岸j世J共曲拱R~白雪14xJ4.51'lÎτL洞士lJl混凝。二币2.5。1PYl水土双挑电站泄技施57.603320J2xl514.5020.11560.J910013xlü.513xl7829.3750曲扒R~150流ììJ飞制士贝XLD才t?昆J疑。=61.980电站十双挑技施ó8.90416212xl515.0023.1ó624.42ó4.7914x1214x19965.25503号泄洪曲拱R~200tJÍt书时士lJlHZY水。二53.340混凝电站土面挑左岸i宋技施ó7.4129日712x1313.0022.50309.99自512x912x1ó270.2241.9R板堆R二80对i子Lì世洪有切!洞沥青。二57.2J0HZP7J(混凝底电站泄技施土心66.90298012x13.513.5020.82370.388211.4xlO13x16288.0530.5R~100对iUL洞士在堆石坝4.1.11高流速隧洞采用"龙抬头"、"龙落尾"式连接的无压段(图4-4)，一般由坚曲线段、斜线段和反弧段组成。图4-4"龙抬头"、"龙落尾"式连接的无压段1-上平段(前接工作闸室);2-坚曲线段3-掺气设施4-斜线段:5-反弧段6下半段(后接挑坎)80 (1)竖曲线段竖曲线段常设计为抛物线(渥奇由线)。抛物线方程可以按下式进行设计:y=_{,}7~X2+(tgθ).x(4-5)2(kv)2∞SZθEEy=1XZ+(陪θ).x(4-6)K.4旷Hocotθ当(1=0时，y-7L7X2-(4-7)2(kvy门tJu-lJ(4-8)一.γ--，K.4φ2H…oHA二H+旦L2g(4-9)式中:()一一抛物线起点(坐标x、Y的原点)处切线与水平方向的夫角co);ν一一起点断面平均流速Cm/s)H俨一一计及行近流速Vo影响的总水头(m)ψ流速系数(m/s)g一一重力加速度(m/s2)K、k一-一为防止负压发生而采用的安全系数(K二e)，其值视各Tî'里具体条件不同，变化范围较大，多在1.20---1.60范围内选用(yt!.表4-4);美国陆军工程兵团建议采用k=1.25,K=1.56。对于完全新建的泄洪洞(不利用导流洞)，为了获得好的水力学条件，在地形地质条件有利、工程投资增加不多的情况下，可以尽量选择比较"胖"的竖曲线。表4-4国内外工程的渥奇曲线对比设计水头渥奇起始有效反弧半反弧末端流速/型式一日军名称惊奇曲线方秤K(111)水头(111)径(111)(m/s)2‘龙J台xHW泄洪洞20.418.4z二-1.0388.4548.8头"式7681 ，每、XMJ泄洪洞61.054.9z=1.1173.253.32442BK右岸泄洪x61.855.6z=--1.5770.032.6;同3502LJX右岸泄洪x60.054.0z=一一-1.3999.6545.0洞3002WJD左岸nu:x40.036.0z=-一1.0970.043.1洪涧157ZxET汕洪涧37.033.48z=--1.12100.045.01502xXLDntt洪洞65.5543.0z二一一+O.023x3.45300.046.2540021JPYJ1llI:洞60.0640.0z=一一-+O.023x3.13300.051.55"龙落400尾"式2Xz二一一-+O.0220xBHTl日泄j负74.6252.003202.50320.047.2洞(2)反弧段1)一般多采用单圆弧式，其反弧半径R可以参照下列准则选;辛:取R=O.8h"，这甲午，h为反弧段流边水头:在地形条件、施工方法许可的情况下，反弧半径R一般在计算值的基础上再取大值，如XLD、lPYl泄洪洞;原|主|是反弧半径小，离心力越大，水流空化数也会相对较大，但反弧的离心力越大，水流中气泡的溢出边度会更快，对反弧后平段的掺气保护不利。2)单圆弧反弧段上的压强计算，可以参考溢流坝反弧段压强的计算方法。3)有的工程采用抛物线反弧段，其压力变化比较平稳。82 4)采用单圆弧曲线反弧段的泄洪洞，在反弧末端与下干段连接处附近，水流压强会迅速减小，很容易发生空化和空蚀，因此，常在反弧末端采用跌坎形式或隧洞突扩形式布置掺气设施。5)反弧段后极易发生严重空蚀破坏，对重要工程需进行减压箱水工模型试验研究。(3)斜线段斜线段是竖曲线段与反弧段I日l的切线连接部分，水头越高，单宽流量越大，则通常取较小的切线斜率，斜率越小相应位置的水流空化数增大，越不容易发生空化空蚀。对于完全新建的泄洪洞，可以尽量选择斜率较缓的斜线段，口口比较"胖"的体型，可减小水流压强变化梯度，从而减小空蚀的发生。4.1.12在选择水工隧洞线路的纵坡时，纵坡要满足水力条件、运行和维修的要求，并考虑、施士的方便性。在水力条件方面，无压隧洞坡度主要涉及到无压流的计算~影响隧洞汕流能力、压力分布、过水断面、工程量、空蚀特性和工程安全。压力分布在陡坡段反映较为敏感，是高流速升己)丰隧洞纵坡设计主要考虑的因素之一。在有压隧洞中若有平坡或反坡，在平、反坡末端将有可能会出现压力余幅不足。此外反坡还会造成施工排水不便，运行期;同内淤沙积水，给维修增加困难。故本条规定在洞身段内一般不设置平坡，避免设置反J皮c出口段如设置反坡时，要注意做好检修期的排水措施。4.1.13为了便于施士，加快施士进度和均衡各段施TTl!f量，在长隧洞中有必要设一些施工支洞。根据我国隧洞施工情况调查，每个掌子面距支洞口的最大距离，大约控制在2000m左右。施工支洞的合理布直与主洞线路布置关系密切并影响方案的经济性，故本条强调应进行技术经济比较确定。4.2进出口布置4.2.1-4.2.3进出口布直为隧洞工轩的一个重要组成部分，在布置中要重视以下几个方面:(1)满足洞口的主要功能，包括以下几点:I)在屯站各种功能、各种运行水位下均能满足过水流量的要求。2)当输水系统、发电厂房发生事故或检修时，能及时下闸截断水流。3)具有拦截泥沙和污物的功能。(2)需要考虑的地形条件为:83 1)洞口地段地形要陡，地面坡度最好要大些。2)内地形较凹地形好，山体雄厚较山体单薄好，山沟里较沟口好，但一般不在冲沟处布设洞口，囚为该处除常有地面径流汇集外，也常为构造破碎的软弱地带。3)洞口段要尽量;垂直地形等画线，交角一般不小于300。4)若洞口远在悬崖陡壁下，要特别注意风化、卸荷作用所造成岩体的崩塌，以及j皮面的危石处理。5)当在地形陡、边坡高的地区布置洞口时，一般尽量不削坡或少削坡，必要时可以在天然JlL坡七直接进洞，以保证JlL坡的稳定。根据当前先进的支护水平，在町、V类固岩中，可以超前对岩体力日固后进洞，贯彻"早进晚出"的原则，避免开挖高JlL坡，破坏原牛山坡和地表植被。(3)一般考虑的地质条件为:1)洞口要布置在岩体新鲜、完整、出露完好，且有足够厚度的陡坡地段。2)岩体产状对洞口边坡稳定影响较大，反倾向的岩体对洞口稳定有利，可以不考虑倾角大小。)11页倾向岩体的洞口，若倾角在200~75。之间时，易产生沿软弱结构rní滑动。3)岩脉、断层破碎带、岩体风化破碎地段，一般不布置洞口。4)洞口要避开不良物理地质现象的地段，如滑坡、崩塌、危石、乱石堆、泥石流及岩溶等。4.2.4水工隧洞的近口种类较多，按其用途可以分为发电、灌溉、供水、泄洪、排沙、放雪及施工导流等;按其工作性质，可以归纳为引水及泄水两类:按其水流形态，又可以分为开敞式和深式两种。鉴于已建进水口在水力学上出现的问题较多，故本条采用按水流形态进行分类。(1)开敞式进口多用于拦河闸(ty~)拦截号|用河道径流的隧洞工程和洞式溢洪道进口。进口后直接连接明流隧洞，或后按一段明渠再与隧洞衔接。开敞式进口的布置，I徐保证各种情况下的必要寻|用流量或沛流量，以及拦污等一般要求外，还要设置有效的防沙、排沙措施。除在布置上选取有利的地形条件，如将引水进水口布置在问弯的山侧，或利用横向环流原理设置一些导流设施84 外，通甫在寻|水进口段内外都设置有冲沙闸、导沙坎、拦沙坎、沉沙池、冲沙道等水工建筑物。为了减少进口水头损失或保证进口段水流流态平稳，避免在进口前产生榄涡和同流，开敞式进口布置要尽量做到平)I[页圆滑。(2)深式短管进口该类进口后接明流隧洞，这时水头损失主要考虑压力洞段的形状阻力，其沿程损失可忽略不计。Tfþ闸门前的压力段是由入口段、事故检修门槽和压j皮段三部分组成。在设计短管进口时，需要满足防空蚀和出流流态好等要求。由于进口压力洞段较短，检修n槽较宽，故孔口流态对进口地形和孔口体形反应十分敏感，若进口来流不平)1阴、不对称，或休型曲线稍不合理，就会使孔口水流紊乱，以致造成山口水流飞溅，检修门+由中水1frt剧烈跳动，以及在进口顶板末端形成负压民等不利的水力现象。故这类进水口对地形条件和孔口体形轮廓要求十分严格，如进口地形较复杂，需要通过水工模型试验验证。目前国内多运用哈焕文提出的深式短管进口体型，也可以采用丁灼仪提山的体型。(3)深式长管进口这种型式的进水口多用于受限于地形、地质、枢纽布置丰11施工条件而不能呈直线型布置的岸边泄洪隧洞。有些布置是从进口到出口皆为有压流的单一形式，有些在平面弯道以前为有压流，其后为明流的混合形式，两者的进口布置要求基本相同O基本上都是三面收缩的进水口，上辱和侧墙大多采用椭圆曲线，少数为圆曲线。进口顶板要在水库最低运行水位以下，井有一定的淹没水深。合理的淹没深度应该在最低水位运行时进口不产牛漏斗状旋涡，以免吸入空气、引起振动、减少流量等。矩形孔口体形常用的椭同曲线方程通常按下列条件选用:I)矩形喇叭口四面收缩或三面收缩(底板不收缩)时，采用下式:x2y2一----=-+二IDL(D/3r(4-10)2)矩形喇叭口仅顶板收缩，底边丰11两侧边墙均不收缩时，采用下式:x2y2一一一一一-::-+一一一一-_=J(1.5D)"(0.5Dr(4-11)式中x一一椭圆曲线沿长轴方向的坐标:85 Y一一椭圆曲线沿短轴方向的坐标;D一一矩形孔口的画皮(垂直收缩时)或宽度(水平收缩时)(m)04.2.5根据抽水蓄能屯站输水隧洞洞口的进流与出>>it方式，其型式一般分为侧式(卧式)与井式(立式)两种。侧式洞口为日前国内采用的主要型式，由于多布置在岸边，故所需隧洞相对较短。其水流沿水半方向或与水半方向有一起的夹角流动。进流一般比较平)1目，出流则易发生流速分布不均甚豆出现顶部负流速。侧式洞口有地面式、地下式，也有半地面半地下武的。从水力学方面要求，iH;体型设计进水时要逐渐收缩，出流时逐渐扩散，全断面上流速均匀，不发生M流、脱离。为了改善弯道带来的流速分布不均现象，隧洞中的弯道与洞口之间要有足够长的直线距离(整流距离)，同时要尽量减小转折角、加大转弯半径，或将弯道做成渐缩型。存在平面转弯时，整流距离以不小于隧洞直径为直:立面弯段对出>>it在于面上的对称性影响较小，整>>it距离可以相对较短。井式洞口可以分为盖板式、开敞式。目前多采用盖板式。盖板式的组成为:①扩散段，该段由盖板、径向分流墩、底板及喇叭口组成，根据流量的大小，用径向分流墩在圆周方向分成数个孔口，该段是井式洞口设计的关键之一:②坚井段，它是扩散段与弯段间的连接段，一般要有适当时J高度:③弯段，这也是井武洞口设计的关键之一，进流时它将水流输入水道内，出流时将水流输入竖井段，经扩散段流入上库:④盖板式洞口的其他组成部分主要为隧洞段、闸门段、渐变段、闸门启闭机排架及启闭机房，这些建筑物与侧式洞口完全相同。开敞式除兀扩散段的盖板外，其余与盖板式相同。4.2.7水工隧洞的通气问题主要包括以下两方面内容:(1)有压隧洞放空排水时需补气，充水时需排气。如果通气设施设置不当，充水时洞内空气不能及时排出会形成压缩气团。当洞内气压积聚达一定程度时，可能归现爆炸性的喷发，影响进归口结构、设备和人员安全。而在放空排水时，通气不畅不仅影响正常排水，而且会在相关通道内抽气，影响闸门、启闭机室或其他交通廊道等的正常运行，同时会增加作用在结构上的额外荷载，对结构安全造成不利影响。(2)无压隧洞中，通气设施是为适应高速水流的自然掺气和水面以上的雪气随水流被带至洞外的需要而设置。为保证高速水流无压隧洞水流稳定和掺气效86 果，较长的无压泄洪洞内需分段设置补气洞，可以增加洞1页余|幅的总补气量，提高泄洪洞余幅内的气流压力，改善余幅气流速度分布，对水流的稳定有利:同时，由于余幅气压增大对水流掺气效果也有一起程度的改善，有利于泄洪洞的安全运行。如lPYl泄洪洞1:30单体常压水力水工模型试验表明:当在"龙落尾"段增设3#补气洞以后，1#和2#补气洞的风速和补气量相应减小，但泄洪洞总补气量明显增大，增大幅度达50%左右，4道掺气设施通气井内的风速和通气量有不同程度的增加。原观成果表明lPYl泄洪洞按流速分段设置3条补气洞后其补气掺气效果良好，实测补气量达3000m3。为减少通气时的阻力及画强度噪声对环挠的影响，布置通气管路时要尽量减少突变、弯头等。通气孔洞白成系统，与人孔、物孔、交通洞、井、闸门启闭机室等隔开，以保证值班工作人员的正常操作活动和安全。在通气孔洞附近，应战设网罩和栅拦等防护设施，以保护周围行人免受强大气流吸力的伤害。4.2.81卅水洞出口布置时，需要考虑与枢纽建筑物协调，特别是与发电尾水出口保持适当雪间距离，避免在宣泄洪水时，下1世水>>1t:影响尾水建筑物的安全和正常运行，尽量减小对下游河道的冲刷及边坡稳定的影响。4.3多用途隧洞4.3.1为f使枢纽布置紧渎，减少枢纽的单项工程，降低造价，加快施工进度，特提出本条规定。不同用途的隧洞，其特点及要求各不相同，合而为一必然会产生冲突，故一洞多用隧洞的布置，要根据工程地质条件、施工方法等通过试验研究并进行技术经济比较确定。4.3.2----4.3.3不同用途的隧洞，其特点和要求各不相同，如利用导流隧洞改建为泄洪隧洞时，要注亘;研究高流速、防蚀抗磨和防渗问题，古生在这两条中明确提出应根据工程的具体条件及其可能性研究本久与临时相结合设计应该解决的问题。4.3.4由于地形地质条件的限制，近年来我国有较多利用导流洞改建为泄洪洞的工程实例。在泄洪洞消能方式上采用f多种形式，其中采用涧内消能的形式较为普遍，国内外相关内消能泄洪洞特征参数表见4-5-4-8。其泊能方式各具有特点，故采用本条规在时要求结合其特点进行水工模型试验验证。当下游川l口为明~frt:衔接时，一般采用消能率高、结构布置灵活、抗空化能力强的竖井旋流消能泄洪洞或水平旋流消能泄洪洞:下游出口为有压流衔接时，一87 般采用孔板消能或洞塞消能泄洪洞，其水流流态相对稳定。孔板泄洪洞也可称作洞塞泄洪洞的一种特殊型式，孔板泄洪洞的孔板厚度通常小于孔口直径的1120旋流泄洪洞往往可以消刹80%-90%的泄洪能量。孔板和洞塞泄洪洞的水流消能率与孔板和洞塞的级数有关，设计时可以根据工程的泄洪和消能要求选择孔板或洞塞的级数和相关参数。表4-5国内竖井旋流泄洪洞特征参数表涡室坚井工程最高水最大流进口消力消能JÆ气J序最大消建成坝型头H量Q井深号直径直径能率年份名称(m)(m3/s)型式度(m)型式型式(m)(m)SP拱坝91.30242.0短有!主106.05扩散73%2003混凝士2YLJ心墙l住89.1213.52短有压9.55.36.2底流掺气竖井86%2005石坝扩散土工膜3RZH56.88145.7开敞式7.54.8780%2009堆石坝4ON11'V疑十-112.6209开敞式105.58挑1frE无掺气86%2013面板坝混凝上155388坚井环形5KJW升敞式10.57.510扩散80%2015面板:J-:y~掺气土心墙1292626SZP开敞式106.58底11ft90%2011堆有坝十心墙7LHK2331200短有压181215.5挑流竖井补气80%在建l佳石坝上心墙8SJK2401196短有)主181215挑流坚井补气80%在建推有坝表4-6国内外水平旋流泄洪洞特征参数表工程最简最人流进口起旋旋流洞坚井退水洞泊自E通气d序最大消建成年坝犁J水头H量Q尺寸亏CI室直且径能率份44称(m)(m3/s)型式尺、J(m)(m)型式型式(m)径而板堆:1-1敞10.510.50=9.0llx14坚井掺气86.7%2006挑祈LGBX1101100式坎掺气右坝斜心墙开敞ì'0退7l<.ì同2印度特阜2201950式12120=120=11底流设排气井2006土石坝3前苏联罗斜心l窗开敞1313-90=1311x121301980封~~frE60%在建式贡土石坝4有压10109x9.5lOx16.5底流特尔麻姆132198088 GBX水电站通过对竖井旋流消能和水平旋流消能方案进行对比试验，水平旋祈~1肖能方式可以适应坚井1'.部不良的工程地质条件，减小竖井的施工和运行风险以及结构振动。表4-7孔板泄洪洞特征参数最火最高水阐n儿寸导流ì10j最大流量孔中反孔板直径子L板建成年上程名称坝型头H(m)断面泊自E(m3/s级数(m)|闯lEE:份(m)(宽x高)尺寸(m)千七Dl=10XLDl号泄壤土斜J心4.8x5.415015阳)D=14.5气级孔t反D2=1O.53D65%2001洪洞墙土有坝4.8x4.8D3=1O.5表4-8国内外洞塞泄洪洞特征参数闸门尺最高水最大洞塞序工程名寸(m)洞塞长最大消建成坝型头H流量i何塞类型涧塞特性|可距乒J称(宽×度(m)能率年份(m)(rn3/s)(口1)高)加拿大斜心墙两级水平3根铜管，按1808502.3x3.510450%1976麦加土石坝桐塞"品"，+排列4根通过坝体美国格重力拱的铜管组成，21793900水平恫举1966仓峡坝坝直径为2.44m心端土两级水平洞3LD78169811x12D=14-lO.5451069%2011石坝塞垂直~I司寒、Dl=12-9面1反堆4HZY12816009xll)主坡及三级D2=12-9.2401087%2019石坝水平恫塞D3=12-9.889 5横断面形状及尺寸5.1一般规定5.1.2-5.1.3有压隧洞洞顶留有不小于2m的压力余幅是几十年来我国设计一直沿用的标准，也是保证隧洞功能的重要措施。高流速泄水洞的水力学条件比较复杂，若在运行过程中冲I现明满流交替状态，不但会影响泄ijiL能力，而且会在洞内出现大量不稳寇的气囊，产生气爆，出现空蚀、造成磨损和产生较大的~]水压力，这对洞壁的受力状况、隧洞及其周围建筑物将产生不利影响。因此，在出现明满流交替的水位区间，要避免运行或调整闸门开度，保证隧洞处于完全的满流或明流状态下运行。低流速泄洪隧洞允许在校核洪水位时出现明满流交替的流态，主要是国为出现的几率小，运行时间短且属于非常运行。尾水洞、导流隧洞设计，受山洞口高辑、导~fri条件和来~fii量限制，一般会经历明满ijiL交替过渡。从国内外已建隧洞Tf里的运行情况看，由于发生明满流交替造成的危害实例不少，如，印度巴克拉坝右岸导>>1t隧洞在施工期发生了明满>>1t交苔，水流冲毁了阐门控制室及底部隔墙等处，造成厂房被冲，10人死亡，损失37.5万英磅。在同内，如YGX导流底孔，在水头31.08m时，发生明涡流转换，将3m厚的混凝土墩洞穿，对工程造成严重影响。但国内也有如W]D、STH，XLD、lPYl等工程的导流隧洞，也未导致破坏。因此针对这种下况采取必要的TT1f措施，不会对建筑物结构造成危害。5.2横断面形状5.2.1圆形断面水力学条件好，衬砌受力均匀，不易产生应力集中，且计算简单。但圆形断面衬砌施工较为不便。一般高内水和高外水压力的隧洞都优先选用圆形断面。若内外水压力不大，拐角处产生的应力集中也不大时，为便于运输出渣，亦可以采用同拱直墙武断面。在外水压力较大，地质条件较差的洞段，如町、V类国岩洞段，为了避免局部应力集中，采用圆形戎马蹄形断面较好。无压隧洞一般都采用圆拱直墙式断面，以便于施工。在隧洞的轴线远择中，如果由于某种原囚洞轴线不能与最大主应力方向干行或接近干行时，也可改变隧洞的断面几何形状或者控制其开挖)I[员序，以达到国岩白身的稳定。5.2.2隧洞固岩的稳定，是固岩应力重分布与国岩强度之间相对关系的反映。当围岩应力大于围岩的屈服强度时，围岩就要发生塑性变形，当围岩应力大于围岩的极限强度时，固岩就要发生破坏。为了保持围岩的稳定性，就需要调整和控制90 国岩院力重分布与国岩强度之间的关系O但国岩的强度性能是客观的，难以对它进行调整，只能调整国岩应力。而国岩应力主要取决于岩体地应力状态和隧洞的断面形状和尺寸，这两省1=1二l地应力又是客观存在的。因此，唯一可以调整的就是隧洞的断面形状和几何尺寸。故在特定的地应力场中，选择一个合理的断面形状和几何尺寸，对于降低围岩应力集中，改善国岩受力条件，保持国岩稳定，具有重要的意义。这就是说可以通过调整隧洞横断面的高宽比，米改善国岩的受力。5.2.3在长隧洞中，若采用了多种断面或衬砌型式，每种断面或衬砌型式的洞段要有一定的长度，不同断面或衬砌型式间的渐变段不能过多，否则会加大隧洞的局部水头损失。水工隧洞1-1-1，为干顺水流，减小水头损失，在不同断面之间需设置渐变段。渐变段一般分扩散段与收缩段两种型式。当扩散段前后两端断面的面积比一定时，扩散长度增加，就能减少其扩散角，因此就减少了水流与洞壁分离的程度，由于水流与涧壁分离造成水流紊乱而引起的局部水头损失就可以大大降低，故扩散段的扩散角越小越好。相反，在收缩段，水流始终充满整个洞段，水流不会与洞壁分离，在断面比不变情况下，增加收缩段长度对局部水头损失的影响较小，尤其在收缩角较小的情况下，其影响史小。高流速无压洞段流道边墙保持)I[页w.，避免非掺气段突变，尽量减少流道边界体型变化。若无压洞需平面扩散时，扩散段通常布置在水流比较平稳的洞段，扩散角的大小与流速、水深有关。前期设计时可以用佛汝德数衡量，即tga=1I3Fr,其中σ为扩散角，Fr为佛汝德数，边l击扩散处一般采用圆弧连接。5.3横断面尺寸5.3.1水电站的输水隧洞的直径选择，是由动能经济比较决定的。在同样地质条件和过水流量一定的情况下，洞径小流速大，则水头损失就大，电站出力减小:反之洞径大流速小，则水头损失小，电站出力相应增大，故选择合适洞径要经过功能经济比较确定。工程经验表明，有压引水发电衬砌隧洞经济流速一般为2.5m1s-4.5m1s，不衬砌寻|水发电隧洞经济流速-般小于2.5n归。5.3.5"'"'5.3.6隧洞按无压明流工作状态设计时，为了防止发生满流工作状态，水面以上需留有足够的空间余幅，其值可以根据掺气水深标准确定，也可以根据清水水深标准确定，分述如下:(1)据资料了解，日前最大允许清水水深，有三种规定:91 1)洞高的85%02)洞高的7/8。3)过水断面占隧洞断面的85%。(2)掺气后水面线以上的余|阳一般为:1)洞画的15%'"'-'25%。2)隧洞断面面积的15%r"-.J25%0国外的士程，美国一般采用0.15倍洞高，法国一般采用0.2倍洞高，日本一般采用Aw/Ao=3/4'"'-'7/8(Aw为设计洪水流量的过水断面面积，Ao为隧洞断面面积)。根据上列资料，并据工程实例调奇情况，考虑到工程的经济合理性，本次规范编修仍然采用了原规范的规定。一般情况T，考虑掺气后的水面线以上的洞1页余幅面积可以根据水流佛汝德数技表5-1选用O表中，ν为平均流边，H为断面平均水深，g为重JJ加边度。对于佛汝德数远大于表中数值的7él丰洞或顶拱亢混凝土衬砌的7él丰洞可以根据条件加大洞顶余幅并通过水工模型试验验证O表5-1洞顶余幅面积2、(FrY=L<101O~20>20gH净雪面乎比4f0.150.20.25隧洞断面手比4，92 6水力设计6.1水力计算原则6.1.1本条规定了水力计算的内容，与原规范规定基本相同，由于本规范增加了1)1水发电隧洞充放水的内容，故在本条中增加f隧洞充水放空水力计算内容。连接隧洞沿程测压管水头，即得有压隧洞的压力线。设计时要根据隧洞可能的运行条件绘制最高和最低压力线。前者供确运隧洞各段的最大设计内水压力，后者用以检验涧内是杳会出现负压力。绘制压力线的步骤如下:(1)根据水流连续方程计算隧洞沿革里各不同时1面的流速:(2)逐段计算沿程水头损失和各项局部水头损失:(3)以隧洞出口断面底板高程为基准，从隧洞进口~I算的总水头中，自上而下沿手里逐段逐项累减各项水头损失，得各转换断面上的总水头:(4)从各转换断丽的总水头中减去相应的流速水头，得各转换断面上的测压管水头:(5)连接各测!二li管水头，即得隧洞沿程!二li力线。以隧洞进口上游最低运行水位为准算出的压力线~:出现低于隧洞洞顶高程者，说明该段涧身将发生负压，这是有压隧洞运行不允许的。可以通过降低隧洞高程、加大隧洞洞径、收缩隧洞出口断而尺寸以及改善出口体型等措施，提高洞身压力，达到消除负压之目的。6.1.2在水下隧洞水力学计算中，水头损失计算是一个重要问题，尤其在多种衬砌型式的长隧洞中更为突出。水头损失包括两部分，即沿程损失和局部损失，其关键问题是如何确定不同衬砌理!式的糙卒系数及各种类刑的局部损失系数，可以按附录A采用。对于开挖后永久支护采用喷锚支护隧洞，其糙率系数可以按下式计算:R116n1="W.~口(6-1)mι?式中:nl-一喷射混凝土支护的糙率系数:Rw一水力半径(m)A一一隧洞洞壁平均起伏差(cm)093 在不衬砌或喷泪;要是土支护的隧洞中，常常遇到局部衬砌，尤其在底板采用泪凝土衬砌就更为普遍。这种情况下糙率系数为综合糙率系数，综合糙率系数110值可以按下式计算。匀/句‘句吵/4-/ill--t叫一叫Ill--1/3牛FJ+CJ?•I1A=n(6-2)0-"1S1+S2式中110综合糙率系数;111不衬砌糙率系数;112一一混凝土衬砌糙率系数;SI一一不衬砌周边长(m)S2一一混凝土衬砌周边长(m)。6.1.4水面线的计算方法很多，经调查分析，分段求和法较为简单，实际工作中采用在也较多，故本条推荐采用该方法，但也不排斥应用其他方法。明流隧洞的过水断面多为矩形，计算水面线较为简便的方法是直接分段求和法。对两相邻过水断面建立能量方程式可得:Llx一主主一(6-3)E=y+旦:(6-4)2g式中ßX隧洞沿程分段长度(m)ßE-两相邻断面之比能差(m)ibi向底坡度:l，r一一能线坡度:E一一比能(m)y一一断面水深(m)。一般情况下，隧洞宽度、坡度和过流量均为已知，通过水面线类型分析，先确定起始断面水深，然后技公式(6-3)和(6-4)，列表计算隧洞沿秤各断面水深。94 高速水流的掺气现象是一种较复杂的水流变化过程。对目前已有的掺气水深~I算公式进行了总结分析，附录C中列出了三个有代表性的~I算公式。霍尔公式是国外总结的原型陡槽掺气资料的经验公式。王俊勇公式是由国内外14项原刑观测资料分析总结得到，其中含三门峡工程1号隧洞和冯东山水库溢泱洞的原型观测资料。溢洪道公式源白《溢洪道设计规范))DLlT5166-2002附录A，适用于既有‘波动又自掺气的泄槽水流，根据碧II溢洪道设计的水力参数，其J反观值与按溢洪道规范公式~I算值最为接近。此外坯布以下计算方法:(1)王世夏公式主世夏分析了美国Rapid木陡槽和HatCreek、SouthCanal、Kittitas混凝土陡槽的原型观测资料，三门峡1#明流隧洞和刘家峡溢洪道的原型观测资料、LGStraub在铜板人工加糙陡槽上的室内试验资料，NSLakshmanaRa。在光滑铝板陡槽上的室内试验资料，筛选测白渠槽均匀等宽直段的原观资料90组和室内试验数据50组，通过量纲分析，得到掺气;j(1米的计算公式为:h一」τh(6-5)al-Cβc=o叫去-0.02(6-6)式中ha掺气水深(m)h一一不掺气水深(m)C断面平均掺气浓度:β为断面平均含水比。R一一不掺气水流的水力半径(m)Ux不掺气水流的断面平均流速Cm/s)n一一糙率值。(2)吴持恭公式95 吴持恭认为紊流边界层发展到水面是水流掺气的必要条件，其充分条件为水流紊动要达到足够强度，能使水面附近的涡体跃冲I水面，并以涡体模式进行理论分析，推导出明槽自掺气水流的水深、掺气条件的理论公式:札二7朋-A(~)~J(6-7)J切j二i二smθ式中ha掺气水深(m)h一一不掺气水深(m)。流道底板的坡度:R一一不掺气水流的水力半径(m)J一一不掺气水流的水力坡度。均匀流时，非均匀流时n为糙率值为底坡v为断面半均流速。A、B一一待定系数，与水力坡度J有关。根据Straub和Anderson的试验资料，拟合的系数A、B与J的关系式如下:A二(3.1+4.26J-4.78J2)xlO-3B=-17.942f+2l.3691-2.269(1>0.5)B二7.23xlO--D切(1<0.5)。(3)ET泄洪洞水工模型试验研究表明:自然掺气浓度为14.5%左右，包括自然掺气、强迫掺气总掺气浓度为18.6%，考虑掺气时水深和不计掺气影响水深的洞顶余幅面积分别为25%和37%，故通常认为掺气水深按1.2倍;青水水深计。为使各家公式在同一基础上进行比较，下面选择了lP一级泄洪洞在不同水深、不同流速、不同坡度的T'l兄进行了计算比较并进行了原型观测，结果见表6-10根据溢洪道规也公式计算的掺气水深最大，霍尔公式、土俊勇公式次之。原型观测成果远小于溢洪道规范公式，但与霍尔公式、王俊勇公式较为接近。96 综合以上各经验公式的总结及原观成果分析，对于坡度平缓、流速小于30m1s的泄洪洞可以采用王俊勇公式估算，需要说明的是该公式仅适用于主二=9.4~283，且兽。=0~0.927其中R为水力半径，。为槽底与水平商的夹gR角:对于陡槽或流速大于30m/s的泄洪涧段可以采用霍尔公式:对于水深较浅的、存在水流波动的泄洪涧可以采用溢洪道规范公式。表6-1JP一级泄洪洞惨气水深计算公式计算结果、原观值比较溢洪道水工模原型霍尔公二F世夏关持恭干俊勇二滩模rl算工况规范公型试验观测式公式公式公式型经验式结果结果计算计算掺计算挎计算掺计算掺计算掺计算掺计算水力掺气水清水气水深气水深气水深气水深气水深气水深流i虫半径坡度1深ha水i宋hahahahahaha(m)(m)(m)(m)(m)(m)(m)(m)(m)(m)(m)10.524.324.020.02311.2911.1510.8010.7812.6013.82<11.07.88232.403.560.4699.078.628.448.849.45811.208.75<9.05.35147.732.940.4697.476.236.496.786.4218.676.154.95451.552.810.0807.345.876.116.445.9458.276.75<7.56.2高流速过水边界的防蚀设计6.2.1~6.2.2空化是高流速隧洞设计中的一个经常遇到的问题。从已建高流速泄洪隧洞发生事故的实例It'分析，由于空化破坏的占大多数，因此，在高流速隧洞中如何防止或减轻空化号|起的破坏，具有重要意义，要按本条规定进行判别计算。本条中提出的空蚀现象，其概念为:空化是液体特有的一种现象，当由于各种原因使水流流体巾某一点的压力降低到水的蒸汽压力时，水流内部便出现蒸汽丰泡，这样形成的专泡称为"丰穴"。含有丰穴的水流称为"专穴流"。丰泡随水流移动至下游压力较高的地区，由于周围水休的压缩，空泡渍灭，空泡的发生和溃灭过程称"空化现象"。如空化现象发生在水流的边壁附近，由于空泡溃灭时释放巨大能量并直接轰击边壁表面，在长时间的强烈高频冲击下，最终会使边壁遭受破坏，这就是"空蚀"。所以空化是产生空蚀的前提，而空化的产生又与水流内绝别压力降低至与水的蒸汽压力接近的程度有关。一般引用一个无因次参数一一空化数σ作为衡量水流发生空化可能性大小的指标。6.2.4在易于发生空蚀的部位或区域，建议采用下列防蚀、以蚀措施:97 (1)体形是指水流边壁轮廓的造型，设计合理的体形需满足阻力小、磨损少、免空蚀以及不出现有害的水流形态等条件。为f防蚀所设计的体形，应尽量提高水流雪化数σ，降低初生雪化数衔，其和J生全化数优越小越好，应该小于在实际工程运用中可能出现的最小水流空化数σc(2)空蚀现象与隧洞表面不平整度有关，施工时如果不注意使水流i!1壁的表面光滑半整，在高速水流作用下，将可能产生局副:空蚀，甚豆可能进一步发展扩大。过去有不少由于空蚀破坏的附水建筑物，多是由局部表面不平整号|起的c从一些调查资料中看出，当水流边壁表面有显著急剧的凹rì不平，流速大于(15~20)m/s时，就有可能发生空蚀。(3)f=j前常用的底板掺气设施(图6-1)有掺气槽式、跌坎式、挑坎式、挑跌坎组合武、差动武、变坡式掺气坎等形式。这些布置型式，都在设施后的水层底部形成一定长度的空腔，利用空腔中的低压，通过连接的通气孔，将外界空气自动吸入，并与水流掺混后随之下移。「--mvlA---1图6-1底板播气设施1-空腔常规底板掺气设施后的两侧边墙存在一定的清水带，针对边l由空化数较低的情况，可以设置折流收缩式侧壁水流掺气设施(图6-2)，未提高边墙近壁水流掺气效果，实现对过流表面的全方位保护。侧面水流掺气设施体型的选择按以下原则1)侧LI女缩坎后水流流态稳定，并能够形成形态稳定的掺气空腔;2)侧空腔长度小于底空腔长度;3)侧空腔下部长度不小于上部长度;4)有足够的通气雪间保证水流供气需要，可以设侧油气槽加大侧面水流通气畅通5)不影响底部水流掺气效果。98 图6-2折流收缩式侧璧水流掺气设施1-)ß己板掺气坎2-边墙折流掺气3-;国气井国内外部分己建工程开展了通气量的原型观测，相关成果见表6-20表6-2不同工程惨气设施通气量原型值/模型值表工程辑称及泄水建筑物模型比尺原型值/模型值1:101.0FM溢流坝1:202.0~2.41:302.4~2.6L:202.1BS溢流坝1:403.81:7014.7WJD2号溢流孔1:301.8~2.0WJD芹岸滑雪道1:301.5WJD右岸滑雪道1:301.5~1.7FJS1益洪洞1:403.3~5.0契休斯考潜流坝L:131.0圣洛克溢洪道1:251.1~1.5麦克非泊流坝1:362.0福兹杜阿里亚溢洪道1:503.0~4.0lPY11世i共洞1:302.0~3.0(4)材料是防丰蚀设计的一个重要方面，一般在高速水流作用下的泄水建筑物，其过水边壁要选用防蚀能力较强的材料:多泥沙河流需考虑采用抗磨损的材料，有些还需考虑采用抗冲击的材料。99 抗空蚀和Hlì才磨损对材料的共同要求是:材料具有应变能力高、表面光滑、吸能性好、抗冲击能力大、抗拉强度高、抗疲劳耐久性长、抗裂性强等特点。国内工程中己采用过的主要抗蚀耐磨材料有高强度混凝土、钢纤维混凝土、环氧砂浆、钢板等。1)高强度混凝土在一般情况下，混凝土的抗蚀能力随其强度等级的提高而增加。但大于C30时，其抗蚀能力的提高己趋于平缓。因此，在水流流速小于20m/s的水下隧洞，以采用C25~C30的混凝土为宜。当有专门防蚀耐磨要求时，应该考虑选用高强度等级1M凝土。试验表明，采用高强度等级水泥，提高1M凝土中水泥结石的强度手11采用高强优质砂丰11相骨料，能改善混凝土的抗蚀耐磨性能。但随着水泥强度等级的提高，温度对混凝土的影响愈加明显，可以掺加一定比例的粉煤灰，降低早期强度，否则衬砌易产生裂缝。粗骨料采用碎石较卵石好，粒径一般不大于30mm~40mm，水灰比一般不大于0.4，混凝土的归落度一般不超过7。亦可在高强度等级混凝土内掺加一定数量的抗磨材料，如硅粉、HF外加剂、铁钢砂等以增强其抗蚀耐磨性能O2)钢纤维混凝土钢纤维混凝土是在普通混凝土拌和时加入一定数量的短钢丝而成。工艺程序与普通混凝土相同。由于掺入f钢丝纤维，大大改善并提高f混凝土的韧性和抗冲市性能。其j[lj才磨能力，可超过同强度普通1Fß凝土的一倍以上。3)环氧砂浆环氧哇!、浆是由环氧树脂与哇!、按一定要求拌和而成。它具有较高的强度指标，均质性好，表面粗糙度小等特点，韧性和抗冲击性能亦高。这种材料与上述材料相比，环氧砂浆的抗蚀耐磨性能最好。主要缺点是造价高、有毒性、而且与混凝土面的连接工艺比较复杂。这种材料目前多用于缺陷处理或修复工和。4)钢板钢板具有成型容易、修补方便的优点，其抗蚀能力较普).国混凝土高。但钢板的耐磨性能较差，因此，在体形变化复杂，估计容易号|起空蚀的地方，均可以采用钢板镶护。必要时可以使用不锈钢，国它具有更高的抗蚀能力。典型的钢板破坏形态一般有两种:一种是磨损穿孔;另一种是开裂撕卷，二者义互为联系。因此，钢板应该妥善施工并可靠锚固，钢板护面与泪凝土的结合100 用需进行接触灌浆，使钢板护用与混凝土的结合紧密无隙，粘结牢固，以免被整块撕卷，致混凝土失去保护。101 7不衬砌与锚喷隧洞7.1一般规定7.1.1水工隧洞若不衬砌或采用锚喷支护主要是利用国岩的自稳能力、承载能力和抗渗能力。因此，水工隧洞若不衬砌或采用锚喷支护，最基本的条件为围岩能够保持稳定。另外，还应该保证围岩基本不透水，不发生内水外渗。即使发生少量渗水也不会影响隧洞运行要求和使用功能，危及岩体和山坡稳寇，也不会危及临近建筑物或造成环境破坏。7.1.2若洞内长期大面积淋水，不利于喷层与国岩紧密粘结，难以充分发挥喷混凝土的作用，甚豆豆给喷混凝土带来不平IJ影响。洞内地下水具有侵蚀性的洞段，易造成衬砌腐蚀，由于喷层厚度较薄，受腐蚀的危害甚于浇筑混凝土衬刷。粘土质胶结的砂岩、粉哇!、岩、泥质板岩、泥质及哇!、质泥岩等岩性较软的岩层，开挖后极易风化潮解，亲水性很强，遇水易泥化、软化、膨胀，围岩压力大，严重者会发生淤泥状流淌，稳定性极差，喷混凝土支护难以阻止其迅速的变形;高地应力洞段，固岩易产生时效变形，喷锚支护难以长期抵抗这种变形，可能导致围岩破坏;喷混凝土支护抗冰胀性能较差，严寒和寒冷地区，i东冰地段，一般不采用喷泪凝土支护:至于其他特殊要求的隧洞是否采用喷混凝土支护，可以根据具体情况确定。7.1.3"-'7.1.4在水工隧洞的设计和施工中，为充分利用围岩的白稳能力、承载能力和抗渗能力，减少投资，日前国内外的成功经验是采用不衬砌及锚喷隧洞。如我国广西TH水电站引水隧洞的最大内水压力6.17MPa，采用f不衬砌隧洞，运行良好:国外有lOMPa左右的有压隧洞采用了不衬砌。锚喷支护在处理不良固岩中发挥着巨大的作用。在I、11、111类国岩中，已有许多工程利用锚喷作为永久支护，这些工程运行均较好。不衬砌和锚喷隧洞在现代隧洞工程建设中已被广泛应用，故根据实践经验提出本条规定。7.1.6"-'7.1.7目前锚喷支护设计，主要有工程类比法、理论计算法和监控量测法二种，其中工程类比法是根据国内外大量的工程实践总结出来的，具有广泛的实用性，所以应用最普遍，在锚喷支护设计中占主导地位。由于岩体变化复杂，地质和岩体力学参数难以准确地确定，而日.在计算模式方面还存在一些问题，因而计算通常只是工程设计的一种辅助手段。但对于重要工程或大直径(跨度)洞室，为确保施工和运行安全，还要通过理论分析对围岩的稳定性进行验算。102 有限元法引入岩七力学后，在地卡工程中得到广泛院用。它叫以把隧洞加固措施与国岩作为一个整体进行分析。这种方法能够分析复杂的地质问题，其数学模型可以反映岩体的连续性、各向异性、非均质性和非线性等特征。根据几何外形和力的作用方式等条件，把岩体分成一些有限多、有限大的单元体，经过一定处理程序，以线性代数方手里细的形式，表达应力一一应变一一破坏一一时间的内在联系，在量地评价隧洞周边应力集巾和破坏现象的划律。根据所计算岩体各点的应力状态与该点力学强度对比，即叫确定岩体破坏与否，确定需要加固的部位和加l8:l参数，计算结果近似可靠。因此，推荐采用有限元法进行分析计算。但限于当前岩石力学测试手段，岩体结构面参数的测定尚难完全反映真实情况，有限元法的应用也还存在一定的局限性，故木规范强调采用多种手段综合分析。近几年来，设计者利用极限平衡法，抓住结构面的组合方式进行国岩稳定分析，也取得了一定的效果，故本规范建议对于同部易于失稳的围岩采用极限平衡法对围岩进行分析，找出不稳定块体，并据此拟定加国参数。监控量测法是近几年发展起来的一种较为科学的设计方法。这种方法的核心是以综合反映各种地质因素和工程因素的国岩位移和位移速率作为国岩是否稳定的判据。该方法简单易行。对恶劣地质条件的工程更是不可缺少的设计方法。故在本条中-并列出，以引起设计者注意。7.1.8根据前期设计阶段的设计深度要求，可以按《岩土锚杆与喷射混凝土支护Tl~技术规范))GB50086-2015表7.3.1-1选用支护类型和支护参数。对于地质条件较差的断层带、断层影响带、节理裂隙密集带、强卸荷带、只能按V类围岩选定支护参数。在IV类国岩开挖直径(跨度)大于15m或V类围岩开控直径(跨度)大丁10m时，锚喷支护只能作为初期(施工安全)支护。对丁采用锚喷作初期支护时，表中给定支护参数可以适当减弱，监测结果需要加强支护时，再适当增大。由于地质环境复杂多变，人们对地质条件的认识需要逐步深化。大跨度，长?同线的地下工程，在前期设计阶段很难查清所有的地质问题，在技施阶段可能会遇到更多的地质问题，所以要根据《水力发屯工程地质勘察规范))GB50287-2016对地质工作近行专门研究，根据出现的新问题修正国岩分类、调特支护参数。103 7.1.9隧洞的进、出口部位靠近地表，一般都有风化、卸荷作用，间或有地表水、地下水的作用，该部位固岩完整性差，防渗性能较低，需要对进、出口洞段采用加固措施。7.1.10根据工程实践经验，不衬砌及锚喷隧洞浇筑混凝土底板，可以减少糙率，并利于检修。在浇筑底板泪凝土前需洁除隧洞底部弃渣、污物，并用水忡洗干净。7.1.11在长期的运行中，不衬砌隧洞局部掉块难以避免，喷混凝土局部抖块也是有可能的，为了使其不致进入水轮机，保证电站正常运行，需要在隧洞末端或喷锚支护段末端设置集石坑拦截石碴。根据工程经验，集石坑的容积一般按不衬砌洞段表面积百分之一估算，即每100m2设约1m3集石坑。7.1.12木条是根据工程实践经验而规定的。7.2日贡混凝土支护7.2.1喷1l:ê凝土的设计强度是决定力学性质和耐久性的重要指标。目前随着喷沮凝土工艺水平的提高，新材料、高效减水剂、增粘剂、早强剂的引用，对I贵混凝土的力学性质有很大的改善。根据GB50086-2015中规定，本次修订对喷泪凝土与国岩的粘结强度，根据其作用类型进行了修改。7.2.2工程实践证明，当喷层厚度在0.05m以下时易收缩、开裂，从而降低喷层的整体性。因此本规范规定喷层的最小厚度不应低于0.05mo同时为了适应固岩变形的需要，要求喷层要具有一定的柔性，喷层过j享增加其刚度，适应变形能力变小，而且一次喷层过厚，回弹量大，易于发生喷层脱落，经济损失大，据此本规范规在喷层最大厚度不大于0.20m。7.2.3关于铀喷衬砌的允许流速问题，我国己建锚喷衬砌发山隧洞中的流速一般小于2.5m/s。美同陆军工程兵团《岩石中的隧洞与竖井》认为，在无衬砌隧洞中，低于约3m/s的流速是安全的;国内外工程在喷锚支护的泄洪洞和导流洞中采用了较高的>>1t:速，女IIXXS水库泄洪洞，洞内最大流速为7m/s,FM水电站2号泄水洞，1同径为10.2m,1同内流速为13.5mls，墨西哥奇森水电站两条导流洞采用喷混凝土衬砌，洞内流速约为12m/s，运行情况均较正常。1世水隧洞锚喷衬砌的允许流速，目前国内资料较少，本规范仍规定喷混凝土木久隧洞允许流速不大于8m/s，临时隧洞允许流边不大于12mls，不作调整。7.2.4对于流变性较大的岩体或高地应力岩体，为适应较大变形的需要，在喷混凝上中掺入3%~6%的钢纤维是有效的措施。实验研究与工程实践表明，采用104 直径为0.4mmr--....0.8mm，长度为25mrηr--....35mm、抗拉强度不低于1000N/mm2的钢纤维配制而成的喷射钢纤维混凝土具有不易结团，掺量少，技术性能高等优点，明显优于由抗拉强度为380N/mm2的钢纤维配制的喷谢钢纤维混凝土。7.2.5由丁钢纤维的加入，在喷层中往往有部分垂直层面的钢纤维露出层面，平行于层面的钢纤维也有部分附着于喷层表面，易于锈蚀，因此需要在喷层表面再喷0.03mr--....0.05m素混凝土加以保护。7.3锚杆支护7.3.1大量工程实例表明，局部松动岩块，或局部的软弱岩体，往往是固岩的薄弱环节，对罔岩稳定性影响很大，罔岩失稳多R=I这些部位发生破坏引起。冈此，木条规定根据国岩局部稳定的具体条件，提出适应其特点的加固措施。7.3.2洞室国岩中易于发生失稳的部位，可以归纳如下:(])当结构面和洞壁切线方向平行政小角度相交时，沿这二结构面容易发生剪切破坏:对于水平层面的岩体，顶拱容易失稳，而边墙比较稳定:倾斜的岩层，层面与涧壁相员的部位容易失稳:当层面与洞壁夹角接近正交时，一般比较稳远。(2)洞室边墙与倾斜的结构而相交，若倾角大于结构雨的摩擦角，结构而倾向洞室一侧的洞壁是很难白稳的，应该予以加固;另一侧涧壁，且然也可能产生剪切破坏，{且明塌的危险要小些。对于拱座部位，结构而与拱座的斜切而平行时，剪切破坏范围很大，工程中遇有这样情况，围岩几于都要失稳:结构面与拱座斜切面基本正交的一侧，剪切破坏区很小，只要下部边墙没有滑移破坏，则这一部位的顶拱一般较易稳定。(3)对于节理裂隙呈倾斜产状的国岩，浅理洞幸:比巾等理深涧辜的破坏范围要大。(4)当结构面有多组组合且都是倾斜产状时，顶拱及il1墙均容易失稳、破坏，顶抉易于塌落，两边墙易于j骨移破坏。当两侧边墙滑移后，将使顶抉塌落破坏范围加大。分析上述情况，对易于破坏的不同位置，其锚杆对不稳定岩体的抗力亦不相同，可以分为加固塌落型和涓移型岩体铀杆分别进行计算。计算方法原规范采用分项系数的承载能力极限状态设计，考虑到锚杆支护设计属于岩土工程，采用安全系数法更简单明了，同时参考边坡规范和地下厂房设计规范，本次修订调整为安全系数表达式，与上两规范设计方法一致。105 洞室顶部不稳定块体的侧向约束较弱，多以塌落型为主，按锚杆承担全部不稳定岩体重量考虑，采用锚杆悬吊加国方式。由于洞室顶部不稳定块体危害程度更大，其稳定安全系数取值大一些是合理的。边墙部位的不稳定块体，一般受底滑面和侧滑面约束，需考虑滑动面上的粘聚力和摩擦力作用，1豆类型称为滑移型块体。加同i豆类型块体的非预应力锚杆不能提供主动抗滑力，主要靠锚杆本身抗剪提供阻滑力，本次修订明确了锚杆设计抗剪强皮毛v取值，参照《泪凝土结构后锚固技术规程>>JGJ145-2013，马v取锚杆设计抗拉强度的0.5倍是安全可靠的。对于水工隧洞结构结构安全级别为I级、II级、III级的结闯闯件，结构重要性系数分别取值为1.1、1.0和0.9;据此对不同结构安全级别的块体稳定安全系数比值取为1.0:0.9:0.8。三种设计状况持久状况、短暂状况和偶然状况下的块体稳定安全系数比值取为1.0:0.95:0.8507.3.3预应力锚国是一种主动力口时方法。锚杆安装的方位角对加国力的大小有较大的影响，加同设计时要根据块体的滑动方向和施丁.条件等因素综合确定，以获得支护力对块体的良好加国效果。加国滑移型的非预应力铀杆属于被动支护，不能在滑动面上产生压应力，仅考虑其抗拉、抗剪作用。7.3.4铀杆或铀杆束是防止岩块塌落、滑动等不稳定岩体的加国措施。在世计时根据结构面的位置、产状及其组合情况，确定塌落体范围和滑动力大小，计算锚杆的数量和长度。锚杆长度不一定等长，但都应该伸入到稳定的岩层中，锚杆在稳定岩层中的长度，需根据需要提供的阻滑力大小计算确定。计算时要充分考虑结构面的产状、结构面的力学性质、锚杆的受力特点，并充分考虑结构面的组合关系和阻滑作用，锚同段注浆体与锚杆杆体、岩石间的粘结能力等，经济合理地确定其长度。锚杆的间距根据滑动范围和需要提供的总锚固力大小确定。7.3.5系统锚杆是根据岩休稳定要求，在整个开挖面上按一定间距丰11规律均匀布置的铀杆，是解决固岩整体稳定的加固措施。铀杆长度要穿过固岩的松弛区，并在稳寇的围岩中有1.0m以上的锚固长度。采用等距离的梅花型、矩形或菱形布置，iFL日的是使锚杆提供均匀的支护抗力，使一定深度范围的围岩形成拱形承载体。III类以上国岩节理裂隙不太发育，规定锚杆间距不大于锚杆长度的1/2，可以保证一根铀杆穿过若干条节理裂隙，铀杆可以使各个结构面连成整体，保证整体的加国效果。町、V类国岩节理裂隙比较发育，国岩结构块体较小，锚杆间距106 太大就不能完全保证将国岩中的各个结构阳通过铀杆咬合连接，因此本规范规定在不良国岩中，无论采用多长的错杆，其间距一般不大于1.0m。7.3.6高地应力地区，隧洞容易产生掉块、片帮现象，一般砂浆铀杆支护效果较差，JPYJ~JPEJ、HZY水电站等均为高地应力地区，采用预应力锚杆和带垫板的砂浆锚杆支护后取得了良好的效果。对于需要提供较大支护力时，采用预应力锚杆支护安全可靠，经济合理。7.4挂网锚喷支护7.4.1----7.4.3在喷混凝土层中布设钢筋网，可以提高喷混凝土的抗剪切能力、支护抗力及增强支护的整体性。钢筋网与锚杆连接后坯可以扩大支护范罔，使锚杆、钢筋网、喷混凝土及一定深度的国岩形成范围较大的承载圈。若钢筋网布置不当也会影响喷混凝土质量，如钢筋网的直径过大，间距过小将影响喷混凝土与国岩的结合，甚至发生喷混凝土被钢筋网挡住、使H责层与岩面脱离的现象。钢筋网与锚杆需连接丰田，才能保证钢筋网整体承载。为了保证钢筋网不锈蚀，钢筋网需有一边的保护层厚度，本规范参照混凝土构件钢筋保护层的要求，规定不小于0.05m。7.5组合式支护7丘1ll<;国传统的施工方法认为，第1欠支护为施工安全支护，第二次支护为永久性支护，三者分工明确，互不干扰。但根据新奥法的观点，为f节约投资，加快施士进度，可以考虑一、二次支护相结合，即施t安全支护与永久支护联合作用。7丘2通常情况下，施L安伞支护与永久性支护可以统一安排，考虑其共同承担荷载。如果根据监控量测资料分析，初期支护己使围岩基本稳定或己稳定的情况下，二次支护结构计算时，可以不计或少计围岩压力，以减小配筋量，节省工程投资。107 8结构设计基本原则8.0.1-8.0.3按现行国家标准《水利水电工程结构可靠性设计统一标准))GB50199-2013的规定，确定水工隧洞衬砌结构采用概率极限状态设计原则，按分项系数设计表达式近行设计。根据一般水工建筑物或结构构件承载能力极限状态大体分为=种不同性质的状态，设计时需采用不同的设计表达方式以及与之相应的分项系数。8.0.5原规范规定结构或结构构件的正常使用极限状态设计分别按作用效应的短期组合和长期组合的设计表达式计算，且在作用效应的长期组合中的可变作用标准值乘以小于1.0的长期组合系数po本次修订时按现行国家标准《水利水电工程结构可靠性设计统一标准))GB50199-2013规定，改为"技作用的标准组合或标准组合并考虑长期作用的影响"不再区分作用效应的短期组合和长期组合。8.0.6原规范中附录E对水工隧洞的结构安全级别进行了规定，与《水工混凝土结构设计规范)>DL/T5057-2009的有关规定是一致的。本次修订将原规范中的附录E移至该条，同时增加结构重要性系数，更便于设计者使用。108 9混凝土和钢筋混凝土衬砌9.1一般规定9.1.1-----9.1.2混凝土和钢筋混凝土衬砌的作用，有不承载和承载两种，不承载主要是为f保护国岩表面、减少水头损失或提高隧洞防渗能力，承载是为了加国国岩，单独或与围岩及初期支护共同承担荷载。9.1.3近年来随着水电站建设规模的快速增加，高际隧桐工程也逐渐增多，尤其是抽水蓄能电站向着高水头、大容量的方向发展，要求隧洞的直径大，承受水头高。决定采用何种衬砌型式，主要根据隧洞所承受的内、外水!王力，隧洞所在的工程地质条件、埋置深度、J也)业力、施工条件而定。一般来讲，岩石条件好、埋深大的隧洞可以采用混凝土衬砌或者不衬砌，而岩石条件较差，埋深较浅的地方采用钢板衬砌。以往钢板衬砌方案存在着运输和涧内安装不便、工程投资较大的不利方面，高ffi钢筋混凝土衬砌隧洞型式成为较为经济的方案选撑，表9-1列出了国内部分水电站己建和在建高压隧洞应用情况。表9-1国内部分水电站高压隧洞衬砌应用情况电站名称衬砌型工飞建设情况电站名称衬砌型工飞建设情况THP抽蓄I昆凝十伞己建YH由蓄混凝十伞在建GX一期抽蓄I昆凝土己建szt由苔混凝土在建GX二期抽蓄I昆凝土己建MZ抽蓄混凝土在建TA抽苔I昆凝土己建QY抽苔混凝土在建TB抽苔混凝土己建xH由苔钢材在建BQ抽蓄I昆凝土己建JZ抽蓄钢材在建XS.J抽蓄混凝上己建.JX抽蓄钢材在建XYt由蓄I昆凝土己建HP抽蓄钢衬在建HZt出蓄泪凝上己建YT抽蓄钢衬在建HHHT抽蓄钢材己建CLSt由蓄钢材在建XLC抽苔钢材己建YMt由苔钢衬在建ZHWt由苔钢材己建TC抽苔钢材在建LY1由蓄钢衬己建HGl由蓄钢衬已建ZYL混凝土己建RZH钢衬已建XTD;昆凝土已建.JW钢衬已建JKI昆凝土己建DF钢衬己建109 9.1.5本次规范修编调研了国内主要寻|水发rß隧洞衬砌厚度，衬砌厚度与隧洞洞径比值大多在0.06-0.09(1116-1111)之间。为保证隧洞衬砌刚度，防止在外压作用下衬砌破坏，本次修编提山了初选时衬砌厚度与洞径的比值范围供设计者参考。国内主要引水发电隧洞衬砌参数详见表9-2。单筋混凝土衬砌厚度不宜小于0.3m，双筋混凝土衬砌厚度不少于O.4m的规定，主要是从施工要求出发，为了使混凝土浇筑质量得以保证，同时使混凝土衬砌具有一定的刚度。表9-2国内引水发电隧洞衬砌参数统计表引用最大衬砌断面尺寸流速序工程流量水头|桥面厚度衬厚涧径号名称型工飞比值(013/s)(01)(01)(盯's)(01)马蹄形RZI-I50.41044.92.03/2.500.500.10/院lJl主2JW5475马蹄形5.11.77/2.160.500.093DF5885马蹄形5.12.19/2.680.50。.09马蹄形4SZP571565.52.1/2.60.410.60.09/圆形马踊形5HYEJ73.296.31.76/3.380.500.08/圆形马踊形6XC113.1997.67.42.08/2.630.50.07/圆形马蹄形7GC160908.82.19/2.630.50.06/圆形8SP158.448圆形7.5/7.23.59/3.840.3~0.6。.04~0.089SW124138同形7.23.050.3~0.80.04~0.门10GZ18463圆形8.03.660.4~0.60.05-￥0.07511K.TW208140圆形D8.23.94OY~O日0.036~0.098马P市形0.30~12QQ56.21704.6x4.6!4.52.053/3.5340.066r~0.133/圆形0.60马蹄形O.30~13FT2511208.0x10.4/9.02.76/3.950.033-~0.089/圆形0.800.30-甲14JSB21658.3圆形7.7/8.54.638/3.8060.035产~0.0590.500.40~15MEG217168圆形8.63.740.046-~0.0930.8016LP24061.6圆形93.770.40-~0.044-~0.089110 0.800.40~17SEG21356圆形93.350.044~0.0890.800.30~18DN37.7104.3城门洞4.6x5.2/3.6x4.21.742/2.7470.083~0.1660.60马阳形19QL132.6736.5x8.5/8.52.182/2.3380.50~700.083c~0.166/圆形20YL52.6684.7城门洞4.6x4.62.790.500.108城门洞21ZYL32.44393形/罔4.2x4.64.61.86-1.95。.4-0.6。.08形城门;阿22MZ43.02372形/圆5.1x5.15.11.94-2.110.4-0.60.08%城门~1I1J23YP55317形/圆5.7x5.75、δ.41.95-2.110.4-0.60.07形城门j阿24JK37.45654.4x4.03.350.4-0.60.1-0.15形城门泪25XTD77.7453形/12116.5x6.25.42.17-3.370.5-0.550.09形26ZXK96.933圆形5.54.080.5-0.850.091-0.15527TSQE.I28589圆形9.83.780.5-1.00.051-0.10228PD197.4圆形83.93TL扩2938294圆形10.54.410.6-1.20.057-0.114机30YZD443.477圆形10.55.120.8-1.00.0276-0.095231HJD165.550因川主7.83.460.6-1.0。.077-0.12832SFY331.586圆川主9.94.310.80.08133DHSló4.8875圆形7.33.930.5-1.0。.068-0.13734GZ43388圆形II4.440.60.054535SL46888圆形12.63.750.6-1.0。.048-0.07936DQ233.647圆形93.670.7-1.00.078-0.11137GLQ202.60124圆形9.62.800.6-1.00.06-0.138SP120.650圆形6.853.270.5-1.0。.073-0.146I3S1号39305132圆形8.65.250.60.07号I*~同FM=40596.268圆形9.28.970.60.07期41YF270113罔形8.64.650.7/1.4/1.70.08/0.16/0.2111 因拱直42SF226.410110.2*10.22.44。墙43.TBH153.666圆形6.84.23。.5。.07LHl号4466261圆形13.74.490.60.04SIJJ1同45XS209104圆形84.160.3/0.50.04/0.06网拱白46SS58.82515.7*4.92.70.40.07墙47BS46.858圆形4.23.380.50.12圆拱直48XG31.61774.2*4.31.980.50.12墙49ML40.9279圆形4.62.460.40.0950JK104.6126圆形55.330.50.151JBZ82.92120圆形5.73.250.45/0.30.08/0.0552TZG51.6199圆形4.33.55。.60.1453NLK73.850罔形5.43.220.30.0654JS523.8833罔形124.630.60.0555PSH222396同形8.14.31。.5/0.60.06/0.079.1.7原规范规定，当隧洞采用不承载素混凝土或采用配有I级钢筋的钢筋混凝土衬衬砌时，混凝土强度等级不低于C15;采用配有II、III级钢筋的钢筋混凝土衬砌时，泪凝土强度等级不低于C200本次修订中，根据现行行业标准《水工混凝土结构设计规范))DL/T5057-2009规定，隧洞混凝土强度等级需要根据不同的设计使用年限、环境类别、是否配筋及所配钢筋种类等因素确定。9.1.8原规范规定按正常使用极限状态设计时，应分别考虑长期组合和短期组合:本次修订中，根据现行行业标准《水工1M凝土结构设计规范))DL/T5057-2009的规定，调整为按标准组合并考虑长期作用的影响设计。9.1.10原规范中根据隧洞衬砌计算方法分别规定了结构系数:对于圆形有压隧洞当采用厚壁圆筒法计算时，取1.35;对于圆形无压隧洞及其它断面隧洞，采用边{直法计算时则按《水工混凝土结构设计规范))DL/T5057-2009选取。本次修编仍维持不变。9.2作用和作用效应组合9.2.1原规范中也对厚壁同筒法和边值法计算时的水荷载分项系数进行了区别性规定。总体而言，原规范规定下的两种方法的综合安全可靠度相当，但在使用中较为不便，且无法覆盖近年实践中采用的有限元方法、厚壁同筒公式和jLl{直法112 综合等算法。本次修编根据行业标准《水工混凝士结构设计规范))DL/T5057-2009的要求，将荷载分项系数进行了统一，表9.2.1-1注释对原规范进行了适当调整:当国岩压力、地应力、衬胜u白重、地下水压力效应值较明确时，经论证可以适当考虑上述效应对衬砌结构受力的有利作用。对于脉动压力，一般认为在泄水洞和抽水蓄能压力水道正常运行时应该计入，在常划水电站压力水道运行时一般不计，原因是常规水电站压力水道i正常运行时流速较小，流速变化也很小，所产生的脉动压力有限。负荷变化时会产生较大的脉动压力，18此时产生的水击压力更大，脉动压力不成为控制荷载。对于体型特别复杂的斥力水道，也有可能产生较大的脉动斥力，冈此表9.2.1-2和表9.2.1-3注秤，水电站压力水道正常运行时的脉动压力雷根据工程具体运行情况确定。本次修编在表9.2.1-2和表9.2.1-3中增加了隧洞施L期和检修期作为知暂状况，同时补充了泄水洞的各种运行情况。9.2.2围岩岩体的结构特征是影响围岩作用的主要因素，因此，水工隧洞支护结构设计时，要根据国岩岩体的结构类型分别确立江其固岩作用。其中对于整体块状结构的国岩，如I、II类及部分III类国岩，可以不考虑其作用:当有不利裂隙切割时，需要考虑局部不稳定块的塌落和滑移作用。当地应力较高时高'要考虑地向力作用。9.2.3流变、膨胀性及遇水软化围岩，开挖后变形量大，且延续时间较长，常出现较大侧压力和底压力，有时侧压力还大于垂直压力，从而导致地墙变形大和底鼓现象，小耍一次完成永久支护，一般采用复合式支护，断面设计采用圆形断面或马昭形断面。及时进行初期支护可以提供一定的支护抗力，使国岩不致发生松散，同时又允许国岩的塑性变形有一定发展，以充分发挥国岩的自承作用;二次衬砌作为永久结构，可以保证隧洞长期稳定，但要注意采取必要的防水措施。总之，这类国岩的地质条件比较复杂，遇有i亥类国岩时要川强观测，结合具体情况采取具体的措施，故本条强调需要进行专门研究确走。9.2.4"-'9.2.5隧洞不同部位内水压力标准值的取值，按该部位可能出现的最大内水压力确定。最大内水压力为各种运行工况下可能出现的内水压力的最大值，包括最大静水压力、调压室最高涌浪、水击压力及脉动压力等。最大内水压力与水工隧洞的布置、所计算断面的位置、运行工况等有关，需详细分析并可以通过插值的方法计算确定。113 9.2.6地下水压力可以采用地下水位线以下的水柱高乘以折减系数来估算，折减系数可以根据国岩地下水活动及对围岩稳寇的影响，综合隧洞防渗排水条件，根据工程经验确定。当为抵御高地下水压力而需要增加衬砌厚度时，工程经验是在满足本规范第4.1.4条第2款的条件下，采用排水措施来降低外水压力，但对于不良地质洞段要恒重。9.2.7温度变化、沮凝土收缩、膨胀和国岩同结灌浆压力等对隧洞衬砌的影响，我国传统的办法是采用构造措施和施工措施来解决。9.2.9本条为新增条文。竖井和斜井的衬砌自重主要通过中寸砌与围岩问的轴向摩擦力平衡，其国岩压力也相对平洞更均匀，衬砌自重丰11国岩压力产生的内力与平洞有明显不同。因此，本次修订增加了竖井和斜井自重、国岩压力、满水重的荷载取值说明。9.3衬砌计算9.3.1隧洞衬砌的应力计算，是确定衬砌断面尺寸的重要依据之一，由于隧洞衬砌是埋在岩体中的结构物，它在受力变形过程中与国岩相互约束，这种共同作用，使衬砌结构计算复杂化，虽进行大量的计算，也不一定能够得出完全切合实际的结果。我国传统采用的计算原理是将衬砌与围岩相互分开，以研究衬砌本身为主，围岩被作为荷载考虑。此原理作为一种简化计算还是可行的，从力学分析观点上来看，力系比较明确且容易理解，在多年应用过程中形成f一套比较完整的体系，可以参照使用。近年来，随着数值计算技术的高速发展，有限兀法的应用不断推广，该方法将衬砌与围岩当作一个整体来研究，可以充分考虑衬砌和围岩的联合承载，还可模拟钢筋和混凝土的组合作用。对于规模较大的隧洞或高压隧洞，推荐优先考虑有限元法计算。高压隧洞采用常规的线弹性有限元法计算时，也会存在衬砌刚度考虑偏大、国岩分担荷载偏小、衬砌配筋偏大的问题:采用考虑、衬砌开裂的非线性有限元;去，虽计算下作量更大，但其应力和配筋计算时衬砌本构关系一致性较好，更切合实际。114 考虑弹抗作用的有压圆形隧洞，我国传统的计算是采用厚壁圆简原理推导的公式，力学观点明确，计算方法简单，成果切合实际，在工程设计中得到广泛的应用，本次规范修订仍保留了该方法，列入附录。对其他断面形状的有压、无压隧洞衬砌静力计算，几十年来采用边值数值解法，得到广大设计人员的信任，对于一般隧洞，仍可使用。对于主要承受外水压力的圆形隧洞，也可以按以弹性厚壁圆筒原理拟远的公式，对村砌应力进行复核计算。9.3.2据工程实践，洞口段偏压一般属地形影响产生的，有些也属地质构造产生的。两种情况形成的偏斥，难以归纳成一定的圳律性，情况变化复杂，故本条士!Itl定根据实际情况进行专门研究。9.3.3在多条隧洞平行布置时，施L开挖将引起岩体、衬砌受力状态及衬砌强度的变化，各条隧洞互相之间会有影响，故需要予以考虑。9.3.4对于高水头的混凝土衬砌隧洞或重要工程，如高水头的抽水蓄能水电站、位于库区的大型输水隧洞或放空隧洞等，由于隧洞衬砌不但与地应)J场密切相关，还与该地域的复杂渗;市场相关，因此进行该类型隧洞的有限元计算分析时，通常同时考虑渗流场和地应力场的影响。衬砌设置厚度、最终配筋参数可以结合计算结果、与其他工程类比情况和|隧洞的构造要求，经综合分析确定。高压隧洞采用混凝土衬砌时，内水压力主要由国岩承担，混凝土衬砌主要起减糙和为灌浆提供盖重的作用。根据THP和GX一、二期工程水工压力隧洞的实测资料显示，当隧洞内水压力大于120~150m时，隧洞混凝土衬砌将完全开裂成为透水衬刷，衬砌内外的水压差很小，基木趋于平衡，衬砌内的钢筋应力也很小，混凝土衬砌只能起到传递径向应力的作用。根据我国有)主隧11司多年实际运行的情况与经验，认为高压隧涧混凝土衬砌配置钢筋或构造配筋还是需耍的，可以防止隧榈衬砌产生裂缝后发生掉块剥落，此外，在弯管、岔管等空间结构与受力复杂的隧洞段，也常采用钢筋混凝土衬砌来保证隧洞衬砌的整体性。国内部分水电站高压钢筋混凝土衬砌隧洞参数详见表9-30115 表9-3国内部分水电站高压钢筋混凝土村砌隧洞村砌参数表最大静水压力主筋/分布筋工程名称部位1同径(m)衬砌厚度(m)(m)φ25@20/φ22@25斜井7.00.5665.95THPφ28@20/①22@25下平段7.00.5677.7φ28@20/φ22@25斜井9.00.5330.5φ25@15/φ16@20TB下平段9.00.5341.26φ25@15/①16@20φ25@20/φ22@201黑井8.00.6277.7TAφ25@15/φ22@20下平段8.00.6307.7φ25@15/φ22@20中平段6.50.5383.8φ25@20/φ22@20φ25@20/φ22@20BQ下斜井6.50.5637.5φ25@15/①22@20下平段7.00.5637.5φ25@15/φ22@20ZYL隧洞末端4.60.4338含筋率262kg/m3φ32@12.5/φ22@20XTD隧洞末端5.40.55403φ32@12.5/φ22@20φ32@12.5/φ22@20JK隧洞末端4.40.35465(单层)9.4衬砌分缝9.4.1水工隧洞结构的收缩缝、膨胀缝、沉降缝等，统称为变形缝。隧洞穿过大断层、软弱破砰带等洞段和其连接的洞段，其围岩变形的影响是不同的:隧洞衬砌与进出口建筑物，由于结构差异大，承受作时的不|叶，其变形对衬砌结构的影响也是有阿别的。故要求在这些部位设置变形缝，这是我国传统采用的有效措施。根据近年的丁1旦实践，在引水发电隧洞穿越活断层或基岩与覆盖界限处也可以采用波纹补偿器，以适应其变形。水工隧洞内部地温一般来说比较稳定，随季节变化|幅度较小。因此大多数洞内变形缝，特别是高流速隧洞的变形缝，一般不设缝宽和填缝材料，仅在缝面涂刷一至两道乳化沥青即可，施下简{里，同时可以减轻水流对变形缝的淘刷。116 9.4.2据国内外工程调查，围岩条件均一的洞段，浇筑段的长度有的采用6m"-"""10m.有的采用20m~30m.亦有采用50m以上的情况。采用钢模台车浇筑时，一般为9m~12r丑，采用拉模浇筑时一般分段长度都较长。隧洞衬@J与围岩间一般是紧密接触的，国岩对衬砌有较强的约束作用，浇筑段过长往往会导致温度裂缝的产生。高流速隧洞对过流面平整度要求较高，分缝处易产生空化，因此尽量少设变jf~缝。因此，国岩条件比较均一的涧段，可以只设置施工缝。衬砌浇筑分段长度结合隧洞规模、围岩条件、施工方法和施工能力等因素综合分析确定，二般多采用6m~12m。9.4.4专|斗筋18!凝土衬砌与专|斗板衬砌连接处是结构的一个薄弱部位，其泪凝土要该连续浇筑，不设置任何施工缝，目的是为了保持结构的完整性，防止内水外渗。在钢衬的首端往往还要设置阻水环，以防止内水从此处渗漏到钢衬背后，增大钢衬的外水压力。9.4.5衬砌况筑通常先况筑底板，后洗筑边墙、顶拱，但受施工通道限制也有工程采用先边顶拱.}百底拱(板)的浇筑程序。当采用这样的程序施工时，为防止连接处混凝土浇筑不密实，通常需对反缝进行专门处理，加强缝而结合。工程实践证明，反缝面都是衬砌结构中的薄弱面，除凿毛、设置止水等常规措施外，还可以采用预埋管进行回填灌浆。117 10预应力混凝土衬砌10.1一般规定10.1.1有压引水隧洞衬彻的主要作用是承受内水压力和防止内水外渗，对于防渗要求较高或上覆岩体不满足抗水力劈裂要求的隧洞，钢筋混凝土衬砌难以满足防渗要求或虽能满足防渗要求但不经济，为充分利用围岩的承载能力和混凝土的抗压能力，提出本条规寇。白20世纪40年代以来，在德国、前南斯拉夫、法国、意大利、奥地利和瑞士等国，相继在许多工程中采用了预应力混凝土技术，形成了一套较成熟的设计技术和施工工艺。在国外实践经验基础七我国也进行了一系列的研究和应用。其中BS工程采用f灌浆式混凝土衬砌，XLD工程采用f后张法无粘结甜应JJ混凝土衬砌，洁江GHY和TSQ采用了后张法有粘结预应力衬砌。10.1.2预应力泪凝土衬砌的种类很多，按照产生预应力的方法不同，可以分为两大类:一类是依靠国岩约束，用灌浆方法来产生预应力的混凝土衬刷，如我国白山水电站工程采用的就是这一类:另一类是配置加载装置，用机械方法产生预应力，如我国小浪底工程和隔?可岩工程采用的是这一类。究竟采用哪种预应力衬刷，需要根据地质条件、施工条件和|运行要求等凶素综合分析确定。10.1.3目前无论环铀式还是灌浆式预应力衬砌结构都是圆形断面，其他型式的断面还不具备工程应用条件。衬砌的顽应)J效果，如有效甜压应7J大小、甜压应力分布的均匀程度、预应力的施加条件等与衬砌圆环的断面是否规则、施加预应力时能否使衬砌圆环与围岩脱开等直接相关。若衬砌圆环厚度不均匀，其fm应力分布亦不均匀;施加预应力时若衬砌圆环与国岩未能脱开，环锚式预应力衬砌为克服径向应力会降低甜应力效果，并且将使外侧环闯拉应力增加，对结构不利:对灌浆式预应力结构则施加不了预压应力。采用光面爆破可以使隧洞开挖断面更规则，起伏较小，当开挖断面有较大超挖时，采用回填混凝土对断面进行修圆，目的也是使预应力衬砌尽量形成规则的圆环。10.1.4混凝土衬砌厚度一般采用隧洞直径的1/18~1/12，该数据是根据国内外一些资料统计分析得到的。国内外部分压浆式预应力混凝土衬砌厚度见表10-10118 表10-1预应力混凝土衬砌厚度工程名称内径(m)衬厚(m)内径/衬厚前苏联英古里9.50.519前南斯拉夫拉马5.00.3~0.416.7~12.5澳大利亚戈尔登8.20.613.7德国瓦因别尔格3.50.48.75德国雷扎赫4.90.412.25英国费斯捷尼奥格3.250.65.4中国BS原型试验8.60.614.3中同BSl号引水隧洞8.60.614.3预应力衬砌结构的厚度需要通过结构强度计算后确定，按运行工况的荷载组合计算混凝土的抗拉强度:按施工、检修工况的荷载组合计算混凝土的抗压强度。本条明确fj虫应力混凝土衬砌的抗拉控制条件和抗压控制条件。10.1.5----10.1.7本条内容是根据现行行业标准《水工混凝土结构设计规范))DL/T5057-2009的有关规定，经整理纳入木规范。10.2灌浆式预应力混凝土衬砌10.2.1为了保证衬砌的抗裂功能，在确定预应力的数值时需有一定的安全裕度，以使村砌在承受运行期作用的情况下不致产生拉应力。考虑到预加压应力值会因混凝土和岩层徐变而降低，其数值应i袁大于衬砌中由于内水压力而产生的拉应力。参照BS工程经验，初估时灌浆压力伞般不小于最大内水压力的1.5~3倍，标准中归纳为2倍。确定这一数据时要通过计算和实验确定。10.2.2灌浆孔布置主要依据国岩的结构特征、两力状态和口J灌性，以及隧洞直径的大小。本条是根据BS工程试验和工程实践经验拟订的。10.2.3采用灌浆式预应力衬砌结构的隧洞，其预应力的形成和保持与用岩条件、灌浆工艺j有密切关系，本条文给出预应力灌浆的三个程序是因内外灌浆式预应力衬砌隧洞的基本做法。(1)固岩都存在节即裂隙，在开挖过程中爆破和国岩应力调整使国岩存在松动区。通过同结灌浆，提高围岩的物理力学指标，改善围岩的完整性，提高围岩承担内水压力的能力，才能使预压应力的形成和保持达到设计要求。(2)国岩与衬砌间灌注高压水使两者完全脱开简称开环。开环是预应力灌浆的重要环节，开环后形成的环缝才能施加灌浆预压的作用。通常的做法是在较119 低压力下(0.5MPa)冲洗灌浆孔，吸水量达到稳定时再逐渐提高压力使之达到开环。(3)开环后回水变清即可以进行水泥灌浆，灌浆浆液充满开环形成的环缝并在稳定压力F形成水泥结石，达到施加甜压应力的效果。灌浆时压力适当加大，从而获得较画预压应力。10.3环锚式预应力混凝土衬砌10.3.1后张预应力泪凝土衬砌分为有粘结预应力泪凝土衬砌和无粘结预应力泪凝土衬砌两类。有粘结预应力混凝土衬砌设计中，百要考虑由于摩擦引起的应力降低。早期的设计，国内外大都采用了有粘结预应力1ft凝土衬砌，并相继投入运f丁。根据我国工程实践经验，采用有粘结后张预应力技术，预埋波纹宫'堵塞现象严重，张拉时断丝和滑丝时有发生，施Tf里序复杂，结构应力不均匀，易引起1l:ê凝土裂缝。小浪底工程采用无粘结预应力技术，钢绞线分别放入充满油脂的PE套管内，并JÆ根均匀分布在隧洞衬砌内。与有粘结预应力技术相比，不仅减少了张拉前穿绞线的工序，而且可以在混凝土衬砌内形成更加均匀的环向压应力场O由于摩擦系数的减小，大大提高f甜应力的效卒且有效地减少f锚具槽附近小圆弧处的应力集中并减少了TT"f量。就XLDTT"f实践而言，采用无粘结预应力系统较原有粘结甜应力设计可节省约50%的锚具和相应的工程量。在4320束锚束张拉中仅有3股钢丝由于液压千斤顶中的下具锚夹片受力不均而断裂，断丝率仅0.0012%。总之，兀粘结fm应力混凝土衬砌具有可靠性高、经济合理，施工简便等特点，故本条提出采用预应力混凝土衬砌时，优先选用无粘结后张预应力混凝土衬砌。10.3.2----10.3.4这几条的内容是根据DLlT5057-2009有关规定及我国工程实践经验而归纳列出。10.3.5GHY水电站号|水隧洞采用有粘结后张法预应力衬砌结构，XLD工程采用无粘结后张法预应力新技术，两项工程都成功运行，为机械式后张法预应力衬砌积累了经验。对有粘结!后张式预应力衬砌中的张拉槽与预埋钢质波纹管布设，要求孔道线型准确、绑扎牢固、接头密封、布线平)1顷，待混凝土强度超过70%设计强度后进行锚索张拉，张拉完毕及时做好孔道灌浆和张拉槽囚填，严防漏浆。120 11高压钢筋混凝土岔洞11.0.1目前高压钢筋混凝土衬砌岔洞在我国已达到实用阶段，根据国内外多个高压钢筋混凝土衬砌岔润的实践经验，见表11-1，最高静压力水头为690m，主涧最大尺寸为11m，支洞最大尺寸7.4m。因此本条规定经技术经济论证，可以采用钢筋混凝土衬砌岔洞。表11-1国内部分已建水电站高压混凝土村砌岔洞工程特性表用岩特征岔管装机岔管静水于/艾j同变形序国容量设计分岔方衬砌厚最小主电站名称头内径最小埋模量号ι劫、(M水头式度(m)岩石应力(m)派(m)(GP认!)(m)(MPa)a)英Dinorwic而x300542l•69.5/J.81.0板岩400509.0国i去4x202XI•2Montezic4235.3/3.80.4/0.75斗千巳冈山山石4003014-20国52美3Hclms3x350531l•3X.2/3.50.69花岗岩350425.5国美3Xl•4BathCounty6x3503908.6/5.50.6砂页岩31527.63.4国2安5RockyMt3x280213l一斗10.7/5.8灰岩国夫l•2•6RaccoonMl4x3503101117.4砂岩270国4Northfield美74x250248l•49.45Jt麻岩200Mt国中2Xl•8GX8x3005427ï08.0/3.50.6花岗山410~4025-406.8-7.5固4巾2XI•9HZ自x3006247408.5/3.50.6花岗:b.390~1020回4中2X1•10THP币x3006日。ROO7.0/3.2。而凝灰岩500599.5-11.1国3巾2XI•11TA4x2503093708.0/4.80.8花岗右260154.87-5国2中2Xl•12TB4x3003443959.0/5.50.7斗千ιl山天J:山古38020.55.9国2121 中2Xl•花岗片13BQ4x3006408006.5/3.50.7580276.8国子〉刷、岩巾2Xl•;煤灰熔14XY4x300541.46446.5/3.80.741013.57.2-7.8国2岩11.0.3分岔段的布置、型式和尺寸，在现行行业标准《水电站压力钢管设计规范>>NB/T35056-2015ι1-1已有详细规定，故在本规范中不再重复，i安照NB/T35056-2015有关规定执行。11.0.4与高压钢筋混凝土衬砌隧洞一样，高压混凝土衬砌岔洞布置也要同时满足最小覆盖厚度准则、最小地应力准则、国岩渗透准则。根据国内外利用国岩承载相关工程的设计经验，要使围岩能够作为承担内水压力的主体，岔洞区域围岩需满足以下基本条件:(1)岩质坚硬的新鲜岩石，其变形模量不小于衬砌混凝土的弹性模量，在画|与水压力作用下，国岩径向变位较小:(2)围岩的透水性微弱，钻孔压水试验的渗透率通常小于lLu，或者通过灌浆处理后能达到小于1Lu的要求:(3)岔洞rx域无成规模的断层或大裂隙穿过，岔洞段范围内无节周密集带，裂隙不发育。(4)具有足够的岩石覆盖厚度，国岩需具有一定的初始地应力场，以抵抗水力劈裂。(5)围岩裂隙、节理或岩脉中的充填物质能够保证渗透稳定性，水力梯度小于允许值，在渗流水的作用下不产生溶出性侵蚀。勘测设计过秤中，有必要对输水线路地形地质条件、引水岔洞rx域国岩的地应力、抗渗性能j韭行测试和试验。GX二期工程上游水道在首次充水时钢筋混凝土岔洞部位发生水力劈裂，岩体节理面被画压水挤开，岔洞1'.部排水廊道底板归现多个面压渗水点，至iJ充水完成后的第6天，探洞渗水量才趋于稳定，实测总渗水量为32L1s，渗)丰计实测水头达765m，离上)车水位只差35m。输水道放雪后检查发现，高压岔洞的主管段和各条支管1tê凝土衬砌均有不同程度的裂缝，大部分为充水后出现，呈不规则分布，小部分在充水前己出现，充水后这些裂缝的长度和宽度都有所发展。岔洞上部排水洞至高压岔管之间的岩体水力梯度为19，是厂房至岔洞之间岩体水力梯122 度的4.5倍，显然这一水力梯度过大，导致NW向构造成为通畅的排泄通道，进而造成该构造带在地质探洞冲I露处大量漏水。处理措施采用在高压常洞内进行化学灌浆，从源头封堵衬砌裂缝和国岩松弛国裂隙。经处理后，探洞漏水量由32L/s减小至5L/s，减幅达84.4%，处理效果显著。11.0.5岔洞的制筋泪凝土衬砌结构在高内水压力作用下，衬砌泪凝土将开裂，内水压力沿衬砌裂缝外渗，围岩成为承担内水压力的主体。混凝土衬刷除起到保护国岩表面、减糙和提供灌浆盖重的作用外，主要起传递荷载的作用。岔洞放空时，衬砌结构独立承担外水压力，因此岔洞结构设计的主要任务是保证岔洞洞室开挖施工期的安全和永久运行时衬砌与国岩紧密结合，防止|斗、外水压作用下衬砌掉块危及机组运行安全，因此配置适量的制筋是必要的。11.0.6条件复杂的高压混凝土岔洞，如岔洞周边存在断层破碎带、岩溶等不利地质情况，需要分析岔洞周边岩体渗流场情况，是否存在渗透稳定问题，岔洞渗水对山坡或附近建筑物的危害等等。通常要进行渗流计算和承载结构的有限元计算分析，根据计算分析成果，综合确定衬砌厚度和配筋。11.0.7为了保证岔洞的岩体稳定，充分利用国岩的自稳和承载能力，而对岔洞施工提出了该条规定。123 12掘进机隧洞设计12.0.1全断面岩石掘进机(FullFaceRockTunnelBoringMachine)简称掘进机，是一种靠旋转推进刀盘，通过盘形滚刀破碎岩石而使隧洞全断面一次成形的机器，可以集开挖、出渣和衬砌于一体。同钻;爆法开挖隧洞相比，掘进机法施工过程是连续的，具有隧道施工"士厂化"的特点，而且具有机械化程度高、快速、安全、环保、劳动强度低，对地层扰动小、i国风条件好、衬砌支护质量好及减少隧道开挖辅助工程等优点。但是，掘进机也有对地质条件的依赖性大，设备型号一经确定后开挖断面尺寸较难更改及一次性投资较大等劣势。单位成本随掘进长度的增加而降低，地质资料直接影响到掘进机的选型和施工造价，需特别关注。长隧洞Tf里通常需要对施下方法(掘进机法或钻爆法)进行分析论证，在丁其月、质量、技术风险、投资等方面进行综合比选。一般来讲，特长隧洞无法布置施工支洞，或布置支洞成本较高时，通常考虑采用掘进机施工。我国在20世纪80年代后期，随着改革开放进程的加快，水利水电工程建民开始寻|进国外先进的掘进机施丁丁技术。广í2:f:1TSQ水电站寻|水隧洞采用直径10.8m的开敞式进口掘进机开挖了部分洞段，剖深入唐工程使用直径5.8m的国产掘进机开挖了约2.7kmo进入20世纪90年代以后，水利水电工程使用掘进机开挖长隧洞得到较为普遍应用，如甘肃寻|大入秦工程、山西WJZ号|黄工程、辽宁DHF输水隧洞、四川IJPEJ水电站引水隧洞以及新疆DB隧洞等均使用了掘进机施工。其中，山西引黄入晋南干线创造了国内掘进机施工最高月进尺1821.49m的记录，JPEJ水电站引水隧洞两台直径12.4m的掘进机为国内最大直径的掘进机。H前，正在施士的吉林中部城市供水下手里、辽西北供水下手里、号|挑供水下手里、西藏PD灌溉输水洞工秤等均采用掘进机施工。表12-1国内部分水工隧洞掘进机施工工程表元成11Pl长工程名称11"1径(m)地回条件备ä(km)灰岩、彤、岩，30-50四TSQ水电站10.87.5己建MPa砂砾岩、泥岩、彤、号|大入秦30A号、38号5.3317.0已建岩，2.8-133MPa-í-l灰岩为主，60-100号|黄入背主干8号6.1312.0己建ìvfPa124 完成iFill长工程名称11iiH:f:(m)地质条件备注(km)长石石英砂岩、泥灰号|黄入晋南干线4.82-4.946.2-20.7岩、砂砾岩、煤层，己建50-100MPa石灰岩，60-100号|黄入背5标段4.8213.0MPa;泥灰岩10-20己建MPa砂质片岩、石英岩、石昆明ZJH供水工程3.662l.53己lì)k质砂岩，15-110MPa止常斑岩、泪合花岗辽宁DHF引水工程8.0319.81岩、凝灰岩25-109己建TBMIf支MPai疑灰质化l、岩、安山辽宁DHF引水工程8.0319.22岩、凝灰岩25-109己建TBM2段比1Pa凝灰岩、砂岩央砾岩、辽宁DHF引水Tf呈8.0318.49友山岩、凝机质泥岩己建TBM3段25-109MPa砂岩、炭质岩20-90新疆DB引水工程6.7619.71MPa;去山岩、流纹己建岩110-140MPa泥质粉砂冉、泥质夹砂青海号|大济徨引水工程5.9319.97岩、花岗问长岩、石共己建岩20-160MPaJPEJ水电站1号引水|施12.45.859大]里右，40-90MPa已建涧cl号TBM)JPE.I水电站3号号|水隧12.46.017大理岩，40-90MPa已建洞口号TBM)JPEJ排水;同工程7.25.769大理岩，40-90MPa己建12.0.2隧洞沿线地质构造、水文地质环挠、地层岩性、岩石条件、沿线地应力情况等是决定掘进机施工适用性的主要因素，也是掘进机选型丰11控制施工边度的主要依据。长隧洞工程由于受前期勘察工作精度和深度的限制，开挖揭示地质条件可能同实际有较大的出入，若遇到大的断层、岩洛、岩爆及地下涌水甚至暗河等不良地质地段时，对掘进机的施工影响较大，如果没有提前做好预案，将可能125 导致掘进机卡死刀盘或卡机、设备损坏甚至报废，造成巨大的经济损失并严重影响工期。与常规钻;爆施工相比，采用掘进机施工的隧洞开挖受不良地质问题的影响要大得多，所以在施工前事先掌握现场地质条件对掘进机隧洞的施工是极为重要的。12.0.3受掘进机施工设备灵活性的限制，掘进机隧洞洞线布置一般为直线，尽量避免隧洞转弯，多标段~多台掘进机施工的隧洞可以根据分标和分段施工情况布置成多段直线。不同型式和尺寸的掘进机有不同的转弯半径要求，因此，隧洞的转弯半径需大于选定机型所要求的最小转弯半径，目前国内外掘进机最小的转弯半径为200m-300m。为避免危险事故发生且最大限度地发挥掘进机施下的优越性能，掘进机隧洞洞线选择时，一般尽可能避开制约掘进机施工的地质区域。无法避免时，需根据该区域不良地质的分布情况确定施工方案，不良地质洞段较长时可以选择不同类型的掘进机，不良地质洞段较短时一般可以采用钻爆法开挖支护后，掘进机步进通过。12.0.4掘进机可以开挖较大坡度变化范围的隧道，以满足工程设计需要。掘进机隧洞纵坡与常规水工隧洞一样，需考虑隧洞功能、施工通风、排水要求。为避免较大洒水淹没掘进机，危及施工人员安全，掘进机一般选择JII员坡向掘进施工，便于自流排水。受运输方式的限制，近年来国外广泛使用的连续皮带输送机可以完成较大坡度条件下的渣料运输。12.0.5掘进机隧洞适用洞径为3m-12m，以5m-10m为佳。大于10m直径的掘进机，在国内外隧洞开挖丁.程也有所应用，例如加拿大SirAdamBeek号|水隧洞直径为13.9m，荷兰CroeneHart隧洞直径为14.87m，雅若江JPEJ水电站寻|水隧洞开挖直径12.4mo掘进机隧洞一般为同形断面，其断面面积能得到充分利用。同形断面非常适合输水隧洞，尤其是掘进机开挖成型的光滑岩面，不但有利于施工期隧道的通风，也使得运行期减少了水头损失。也有掘进机隧洞采用非圆形断面的，需要采用与之相对应的掘进机开挖设备施工。采用掘进机施t隧洞的开挖尺寸要根据设计横断面尺寸、支护衬砌型式和厚度、衬砌施工方式，并考虑掘进误差、围岩收敛变形和刀头磨损等国素综合确定，126 且要满足掘进机设备开挖的最小尺寸要求。掘进机施工隧洞断面尺寸还要考虑对不良地质洞段处理的灵活性，断面越小，处理的施工空间越有限。12.0.6掘进机一般分为开敞式和护盾式，护盾式又可以细分为单护盾、双护盾、三护盾。不同的型式分别具有最适应的地质条件，地质条件简单、国岩完整性好的隧洞一般采用开敞式掘进机，围岩整体性较差或泪合地层一般采用护盾式掘进机，采用预制混凝土管片衬砌的一般采用双护盾式。开敞式掘进机对于岩;爆、高压水及十分破碎的岩体如断层、破碎带、局部软岩、溶洞等可能难以应对。随着掘进机辅助功能不断完善，如拱架安装机、锚杆安装设备、挂网机构、高效的喷泪凝土系统等快速初期支护能力，超前预报及超前注浆功能等系统的采用，开敞式掘进机具有了十分完善的功能和先进的技术性能，一定意义上发展成为复合式掘进机，对国岩的适应性进一步加强。开敞式、双护盾及三护盾掘进机各项性能指标对比见表12-20表12-2开敞式、双护盾及三护盾掘进机对比表管设T丰TB孔f掘进支护掘进村砌片备程类型性能速度速度应式预费成市[J用本也质条件好时只需进行锚网喷，支护士丑据情况，可以根据不同地良据地质情况调整掘乍量小，速度快;t-li:可以进行开敞式惯，采用不同的扣陆地度，受地质和设备无f民低Iffl条件差时需要超-次泪凝陆参数，随时调整性能影响前加固，支护工作量土衬砌大，速度慢)J盘结构同开敞式采用管片TBM，可以根据不同开敞式，根据地质怕采用y片支护，支扩支护，可以双护盾同地质，采用不同:兄调整拥进j豆度，受地-仔F可主~阳L」]间速度快小进行二的掘进参数，随时陆和设备性能影响失衬砌调整民用3个护盾、2套撑朝刀盘结构同开敞式系统、2套液压推j址:由采用管片IBM，可以根据不采用管片支护，支:j:f江，3套稳定撑靴，2套支护，可以一护盾同地质，采用不同ξ行F可主R有<::F口可向速度快出;撑推进系统交替使不进行二的掘进参数，随时阳，没有换步，可以进次衬砌调整卖掘进，掘进速度快127 掘进机性能的发挥在很大程度上依赖于工程地质和水文地质条件，如岩体的裂隙等级、岩石的单轴抗压强度和韧性将决定掘进机掘进速率和工程成本:隧洞埋深、国岩的等级、涌水大小等决定掘进后的支护方法、形式及种类。掘进机设备选择与国岩单轴饱和抗压强度关系较为密切，一般的掘进机适用于单轴饱和抗压强度在200MPa以下的围岩开挖，以50MPa-150MPa为佳。12.0.7掘进机隧洞的支护设计需首先满足隧洞围岩稳定的要求，同时设计支护参数要适应掘进机施工设备能力的要求。若掘进机设备施工能力不足以一次实施设计支护措施，可以采取措施先满足洞主施工临时安全要求，再通过其余方式补充进行隧洞支护。四川雅窘江JPEJ水电站号|水隧洞Tf里采用两台12.4m开敞式掘进机开挖，隧洞沿线均处于深埋高地应JJ环境，设计支护系统锚杆长度为6-9m，掘进机自带锚杆钻机只能施工最长:3.8-4.5m锚杆。因此，在掘进机开挖掘进并施工临时支护锚杆通过后，紧跟锚杆台车施工剩余系统支护锚杆，满足洞室永久稳定要求。12.0.8掘进机隧洞衬砌结构形式可以根据掘进机选型、隧洞结构要求以及施t条件等选择模筑1Ft凝土衬砌或管片装配式泪凝土衬砌。开敞式掘进机一般采用模筑混凝土衬砌，而采用管片装配式混凝土衬砌的隧洞一般选用双护盾掘进机，隧洞掘进的同时在护盾尾部利用管片器进行预制混凝土管片安装，管片间要确保连接紧密，随后再对管片与国岩之间的间隙回填豆砾石并灌浆，可以实现掘进与衬砌同步作业，一次完成。采用预制管片的装配式结构，管片之间的连接对隧洞整体稳定性和承载能力起着非常重要的作用。因此，设计时要对管片扣装缝的型式和连接方式进行分析研究，既要便于施工，又要安全可靠。管片r8J无螺栓连接的装配式结构，实际上整体是多绞拱结构，在软弱、稳定性差的围岩中较难保证运行安全。因此，一般情况下管片采用重型装配式预制混凝土块，纵缝采用外侧限位或镖栓连按，环缝连接采用连接销的型式。12.0.9民隧洞工程前期地勘工作受精度和深度的影响，不可能做到全面具体，为了保证隧洞施工的安全，减少突发事故的发生，有必要在隧洞施工的过程中，对隧洞开挖前方的地质条件进行经常性的探测，做到"先探后掘"。128 掘进机施工中进行的地质预报是对现有地质资料的补充，特别是对前方可能冲I现的不良地质、国岩的自稳能力、掘进机设备的适应性等方面有一个较为准确的评估。掌握前方地质情况，及时调整掘进参数和采取有效的支护于段，确保快速掘进、安全掘进。目前，国内外在隧洞建设中使用较广泛的地质超前预报技术主要有三大类:工程地质分析预报法、钻孔探测法(直接法)和地球物理超前勘探预报法(间接法)。直接法采用于行导坑、超前钻探等手段，间接法采用TSP超前预报系统、负视速度法、高频地震反射法、水平面声波剖面法、地质雷达等物探方法。可以采用多种地质预报手段相结合的方法，提画信息解译精度。JPEJ水电站号|水隧洞施T‘面临的一个主要的地质风险就是高压大流量突涌水，两台掘进机超前地质预报主要采用BEAM系统(Bore-TunnelingElectricalAheadMonitoring),BEAM系统是当前同际上唯一的一种电法超前预报方法，是一种聚焦电流频率域的激发极化方法，其最大特点是通过外国的环状电极发射一个屏障屯流和在内部发射一个测量屯流，以便屯流聚焦进入要探测的岩体中，通过得到与岩体中孔隙有关的电能储存能力的参数的变化，预报前方岩体的完整性和含水性，实际施工中取得了良好的效果。12.0.10掘进机的优点显而易见，缺点也同样很明显，尤其是对复杂地质条件适应性去，在没有预警的情况下遭遇岩爆、地下突涌水、涌泥、岩i容等不良地质条件时所受的影响远大于传统的钻爆法。此情况下，其快速掘进的优势大大抵消，国内外的经验教训|表明掘进机事故对工期的延误可达数月甚至数年。由于地质条件的关系，在T开呈建设过程中掘进机卡机、死机后将开挖方法变更为传统钻爆法的案例屡见不鲜。对国内外截至到2005年年初的98例掘进机施T‘下程实例整理后发现:在掘进机施工中，国右大变形、突油水、岩爆以及有害气体突出是导致重大工程事故的主要工手里地质问题，尤以软岩大变形和突涌水为甚。在已发生的掘进机重大工程事故中，约有72%系这二者所号|起，其所占比例分别为37%和35%0岩爆问题不突出的主要原因是深埋隧洞的建设过程中，采用掘进机施工的并不多见，换言之，规划阶段就会针对掘进机在i苟地应力下的适用性展开深入的调查论证工作O129 对于不良地质洞段，首先要做好地质预判，识别地质风险，进而制定有针对性的预防和处理预案，并在掘进机选型阶段对设备参数及附加设备提归具体要求，比如安装超前注浆设备、锚杆钻机、钢筋网片安装器、拱架安装器等。施工过程中需重视超前地质预报的重要性，通过地质预报和机械设备的施工反馈信息进一步查明不良地质洞段的具体情况，制运具体处理措施。处理措施的拟定需兼顾施工安全和施工效率。针对危害程度不大的不良地质洞段可以采用减缓掘进机掘进速度，加强支护或采取超前预处理，如围岩破碎带、断层破碎带、小型岩i容、轻微岩爆;同段等:针对危害程度大的不良地质洞段，可以停止掘进，进行超前预加固处理并确保安全的情况下再继续掘进，如涌水、涌挝、岩溶洞段等:针对可造成掘进机毁灭性伤害或脱困困难的不良地质洞段，如强烈岩爆、大型溶洞、软岩大变形等，可以采取其它施工方式代替掘进机施工，掘进机再行步进通过。12.0.11掘进机一般由主机和后配套系统两大部分组成。掘进机设备结构复杂，零部件达数万件，重量达数千吨，整机长度一般百余米，其安装、检修及拆卸均需要足够大的场地。按照组装场地空间布置，掘进机可以分为洞内组装和洞外组装两种方式。当隧洞进出口场地开阔、经过简单改造具备形成较大组装场地的工程，一般选择洞外组装，如兰渝铁路西秦岭隧洞丰11陕西秦岭隧道采用洞外露天组装:而当隧洞进口处于峡谷或陡峭地形的情况下，或者经改造可以形成组装场，但工程成本相对较大时，一般选择洞内组装，如JPEJ1号、3号引水隧洞工程、排水洞工程以及辽宁DHF输水T开呈均采用洞内组装。掘进机在洞内组装要比在洞外组装难度大，洞内组装时，掘进机辅助洞室包括组装洞室、检修洞室和拆卸洞室等。掘进机开挖隧洞设计时，为确保掘进机安装、检修及拆卸的顺利进行，需考虑组装洞室、检修洞室和拆卸洞室等辅助洞室的布置，不同辅助洞室断面百根据掘进机的具体参数和工程实际需要进行设计。辅助洞室一般布置在主洞轴线上，其断面往往大于主洞，为满足主洞运行要求，需要采取工程措施进行处理。JPEJ水电站2台12.4m直径的掘进机均采用洞内组装的方式，每台掘进机各布置有一个组装洞圭和一个拆卸洞室，洞主断面i为城门洞型，断面i尺寸约为130 17.6rnx27rn，问个大断面洞室总长约为271rn，洞内设有支撑吊车梁等配套结构。为满足不利工况下隧洞洞顶最小负压控制的要求、改善流态和控制水头损失，满足大型洞主永久国岩稳定、结构安全需要及控制渗透稳定等方面的要求，对四个组装洞、拆卸洞进行改建，在保证过流断面面积以及上下游斜接顺畅的前提下，采取全回填泪凝土方案。此外，利用组装洞、拆卸;同部位流速相对较低的特点，将底板改建为集渣坑，用于泥沙沉积。131 13特殊岩体和不良地质洞段设计13.0.1特殊岩体和不良地质洞段是指包括断层破碎带、软弱破碎围岩、富水地层、岩爆、有害气体地层、溶洞、膨胀岩层等。由于这些岩层地质成困复杂，具有突发性，对隧洞施工、运行危害极大，仅靠常规方法难以解决，在这些国岩中修建隧洞，要采取特殊的设计和施工方法。特殊地质地段的变异条件是非常复杂的。施工前设计文件提供的地质资料和施工调查制定的措施和对策，不可能始终符合实际情况。对特殊和不良地质洞段，有些在前期设计阶段可以查明，有一定的预测预报时可以研究适宜的工程措施。大多数情况下是在施工中逐渐揭露出来的，水工隧洞设计和施工中很难避免。因此，在施下过程中要经常观察地层的变化，检查支护、衬砌的受力状态，及时排险，防止突然事故的发生。现场围岩及结构监控量测反馈，对于隧洞结构来说效果是显著的。特殊地质地段，固岩变形大，速度快，事故具有突发性，囚此，积极采取现场国岩变形量测，及时了解变形量、变形时间及空间变化规律是非常有益的。13.0.2不良地质洞段支护设计的原则是基于新奥法施工原理。实践证明，认真执行新奥法施工的各项原则，大多数情况都可以处理由地质构造引起的明塌问题。支护型式和支护时间的选择对处理不良地质洞段非常重要。采用新奥法施工时对软岩、松散岩、破碎带、膨胀岩、易泥化岩等，要求开挖后即时紧跟掌子面进行喷射混凝土一期支护，随后根据变形(位移)速率进行二期支护。一、二期支护都参与国岩的应力调整，既能降低国岩的变形边率，又使围岩逐渐形成承载拱，充分发挥国岩的白承能力。选择二期支护的刚度和时间，应该根据国岩的岩性和观测数据确定。刚度过大过多地限制了围岩变形，不利于国岩发挥白承能力，刚度过小则控制不住围岩的变形速率，易导致围岩失稳。同样，二期支护过甲伞将承受较大的围岩变形压力，甚至使二期支护本身遭到破坏;而二期支护过晚，即在国岩变形曲线的反弯点以ι;支护，则国岩已经山现松散破坏，二期支护失去了意义。总之，支护型式和支护时间的选择市根据不良地质洞段的类型、地质预测预报、施工监测成果、前一期支护的效果随时进行分析、调整，才能防止围岩夫稳的发生和扩大。132 地质预测预报是处理不良地质洞段必要的手段，也是选择施工方法、处理措施的前提，根据预测预报作好预备方案设计，并考虑、意外情况的发生，有备无患O需要支护处理的不良地质洞段，需通过工程类比和必要的计算分析选择可行的支护方案，计算分析中要留有安全裕度。尽甲-发现不良地质情况是不良地质洞段设计、施7‘的重要一环，Â旦前勘探是行之有效的于段。超前勘探一般有两种做法:其一，根据可研设计阶段的地勘成果，有针对性地进行施工前的补充勘探;其二，根据施工中临近洞段围岩冲l现的地质现象，利用导洞、专门探洞(井)、水平钻探、分段分步开挖等手段，在全断面开挖前进行勘探。支护后的围岩变形(位移)监测是检查一期支护效果，选择衬砌型式和衬砌时间或其他工程措施所必须的内容。适时衬砌是指在变形(位移)速率趋于平缓时进行衬砌，此时国岩具备了一定自承能力，衬砌结构承受较低的变形)Ji力，是最合适的衬砌时机。如果各期支护仍不能控制变形(位移)速率，此时围岩还不具备白承能力，需要立即由衬砌结构承受围岩的主动压力，以保证围岩稳定。13.0.3不良地质洞段的衬砌设计的主要问题是国岩经支护处理后承担内水压力的能力。经过支护后固岩稳定或基本稳定时，固岩的变形压力可以不计或少计:而当衬砌结构参与围岩变形应力调整时，衬砌结构就承受较大的变形压力:若围岩始终形成不了承载拱，则衬砌结构将承受全部塌落体重力。故衬砌结构设计时的荷载取值除内水压力外，还需根据变形(位移)监测成果，通过必要的计算分析和工手里类比确定外压荷载，防止出现荷载取值小，给工程安全造成隐患，或者荷载取值过大，造成投资浪费。不良地质洞段经过支护以后即使达到稳定，也不意味围岩一定具有承担内水压力能力o{且通过超前同结灌浆、超前锚杆、地面注浆、地面砂浆锚杆、化学灌浆等开挖前的加国处理，或者衬砌后进行固结灌浆处理后，提高了围右的完整忡，使国岩的变形模量有了较大提高，可以考虑国岩有一定的承担内水压力能力，但到底具有多大能力，需结合具体工程分析研究确定。需要指山的是，不能过高估计不良地质洞段国岩承担|句水压力的能力，以免为工程运行留下安全隐患。13.0.4对预测预报可能出现明塌夫稳的不良洞段，采用围岩加同措施也是Tl~中防止盯塌，特别是较大规模明塌的成功经验。开挖前的围岩加固措施，如超前133 团结灌浆、超前锚杆、超前导管、长管棚、地面砂浆锚杆、地面注浆等，对不同类型的失稳都有较好的作用。13.0.5伴有地下水活动的不良地质洞段，工程处理上难度更大。对地下水特别是高压水应该以引排为主，对水源明确、水量不大的涌水，采取截断水源的方法也是有效措施。在国岩有一应厚度时，通过灌浆来封闭泊水通道，提高围岩的抗渗性也是工程中采用的有效方法。总之，先治水是处理不良地质洞段可能出现明塌的第一环节，为后序措施的实施创造条件。13.0.6根据同内外岩爆防治的经验，岩爆地段采用钻爆法施工时，要短进尺掘进，减小药量和减少爆破频率，控制光爆效果，以减少国岩表层应力集中现象。轻微岩爆CT级)、中等岩爆(rr级)区:一般进K控制在2m~2.5m，尽可能全断面开挖，一次成形，以减少固岩应力平衡状态的破坏:经常在掌子面和洞壁喷撤水，必要时采用超前钻孔解除应力，形成局部应力释放怪，从而减少(弱)岩爆。强烈岩爆(111级)、剧烈岩爆CIV级)区:一般进尺控制在2m以|勺，必要时分两步开挖，下部可以预留1/3，以降低岩爆破坏程度;可以采取超前钻孔解除应力、松动爆破或震动爆破等方法，降低岩体应力，使能量在开挖前提前释放，必要时可以均匀、反复地向掌子面内岩体高压注水，以降低岩体的强度。岩爆地段开挖后，要及时进行挂网喷锚支护c初期支护可以采用喷射混凝土、系统锚杆丰11钢筋网，形成喷、锚、网一体的组合支护:当岩;爆烈度级别较高时，可以辅以超前锚杆、增设仰拱或格栅钢架支撑。13.0.7通过有害气体赋存区的洞段，首先要通过必要的勘察手段查明气体来源，与水下隧洞的连通情况，有害气体的类型、渗漏(诵山)浓度、赋存恒的分布，预测对施工、运行、管理人员的危害，视实际情况采取隔离、封闭、引排等措施，保证施下人员的安全。对于有超标浓度、含量洞段或经Tf里处理后仍可能影响运行安全的部位，在设计中一般需考虑本久运行问题，特别是检修期的安全，必要时进行专门设计。考虑到锚喷结构很难起到封闭或隔离有害气体的作用，故条文规定有害气体赋存怪不用锚喷结构做永久衬砌。13.0.8岩溶对隧洞工程的影响主要表现在雪穴、地下水、洞穴充填物及明塌、洞]页地表塌陷四个方面。当隧洞穿越岩溶地段时，设计处理比较复杂。较大溶洞可能在前期设计阶段通过地勘有所掌握，但中小型溶洞大多是施工中不断揭露出134 来的，同内处理方法上也多种多样。根据己有工程较成功的处理经验，列出处理原则如下，供设计人员参考。(1)对溶洞中的地下水，包括充填物中的地下水，一般采取以排为主，截、培、防结合的综合处理措施。许多工程实践说明，略斯特地厌的地下水往往连通很广，很难查洁，即使暂时截堵效果明显，也往往出现新的出水点，易给7开呈自有隐患。故要视具体情况以排为主，综合处理。(2)从提高围岩整体性考虑，凡可以用回填方法处理的溶洞，均可以采用|口|填混凝土、|口|填灌浆、固结灌浆或其他|口|填方式进行处理。这样既可提高围岩的稳定性，又可避免|与水外渗或外水|与渗造成新的透水通道，避免溶洞的扩大和失稳。(3)大型溶洞既有溶洞本身的稳定问题，也有对水工隧洞的影响问题，既涉及施工期安全，也涉及运行期的安全。较大溶洞工程处理比较困难，地下水、溶洞本身、运行要求、施工方法等方面需要全面考虑，是个综合处理问题，需通过技术经济比较确定。13.0.9具有流变'性的国岩本身是较软岩和软岩，其主要特点是变形时间长、变形速率大，往往运行期仍有变形发生，一旦控制不好，固岩就会失稳。处理流变性围岩关键是搞清此类围岩的时效性和变形过程中的应力应变关系，这样才能在衬砌结构设计时选择合适的衬砌结构和|选择适宜的衬砌时间，不给运行留下隐患。膨胀岩大体可分为两类，一是遇水膨胀，二是在i[臼空面七风化性膨胀。不论哪种，都要通过必要的物理力学试验，查清岩体的矿物成份、膨胀原因、膨胀率、膨胀压力，为预留膨胀量和选择衬砌型式提供依据。上述流变性国岩和膨胀性国岩的共同问题，是根据具体工秤特点选择合适的支护方式，确定是否需要封闭断面，包括掌子面，封闭的时间和方式，确定与之适应的衬砌型式、膨胀岩的预留变形量及衬砌的施工时间。我国对这两种围岩的设计经验还积累不多，设计、施工、运行人员要不断总结，为今后积累资料。13.0.10对一些在内水外渗时易产生较大变形和渗透失稳的较特殊地质洞段，考虑到地质参数不易准确确定，一旦出现事故可能造成难以处理的后果，从安全角度考虑，结构安全级别可以提高一级。135 13.0.11条文中特别强调不良地质洞段的同填灌浆、固结灌浆、防水排水、止水设计以及施工监测和安全监测，需引起设计、施工、运行人员的重视。实践经验表明不良地质洞段处理得好，水工隧洞就基本成功一半，正常洞段设计、施工是精益求精的问题，而不良地质洞段是关系到水工隧洞实施能否成功的关键问题。136 14封堵体设计14.1一般规定14.1.1---14.1.2根据我国几十年来的水电建设经验，大部分隧洞主洞封墙体是水工结构的组成部分，均设在地质条件较好的洞段，其级别按永久建筑物设计。施工支洞的封墙体按其功能，主要由运行情况决定。引水发电洞和泄洪洞等永久建筑物的施工支洞封堵体主要充当围岩作用，需要按永久建筑物设计。导流隧洞的施t支洞封堵体主要起临时挡水作用，一般按临时建筑物设计。14.1.3封培体作为水工建筑物的组成部分，对其进行合理选型是各个设计阶段的任务之一。封堵体的型式以同柱形、1契形周年多，但也有个别工程选用了工程量相对较小的板壳形封堵休。一般来讲，对于设计水头较高或断面较大的工程，由于承受水推力较大，可以选用受力条件较好的模式封堵体，其超载能力很强。LYX和ETT~呈导流泪封堵体的地质力学模型试验表明，当水压达到6到7倍设计水头时，封堵体周边才出现塑性破坏。14.1.4当洞轴线穿过圳体防渗帷幕线时，其封堵体要设置在防渗帷幕线上，与帷幕共同成为防渗整体。考虑到封墙体断面扩挖时，隧洞开挖施工对洞周围岩和已完成的帷幕灌浆会造成一定的损伤，所以要进行补强帷幕灌浆。当利用导流泪改建成泄洪洞、放空洞等水T隧洞时，其封1者体一般与水丁.隧洞相结合布置，可以节省工程量并缩短工期。14.2设计计算14.2.2封堵体一般都为混凝土实体结构，按承载能力极限状态进行设计。14.2.4目前柱状封堵体抗泪'稳定计算吏要有两种较简单的计算方法，一种是对封堵体基础面进行剪摩稳定计算，计算时计入基础面的摩擦力和除顶部以外的混凝土与围岩间的粘聚力。侧面有效接触面面积根据接触面条件、有无接触灌浆及施工质量等具体情况确定。不同工轩的封堵体tJL泪'稳定计算时，侧面接触面有效面积系数取值也不尽相同，如GHY水电站工程导流洞临时封堵体侧向接触面有效面积系数取0.3，SBY水电站工程导流洞封堵体侧向接触面有效面积系数取0.8，QS水rß站T开呈导流泪封堵体侧向接触面有效面积系数取0.8;另一种是对封堵体底部及两侧j韭行抗冲切计算。第一种计算方法概念清晰，受JJ明确，公式涵盖f荷载、断面形状尺寸、封堵体与国岩间的凝聚力、摩擦系数等诸多因素，在实际工作中多采用该方法，故木规范推荐该方法。137 14.2.5本条为新增加条文。越来越多的工程经验表明，封堵体设计时如果只考虑抗滑稳定，往往导致封墙体长度过短。国内一些工程，水工隧洞封堵体末端处多发生渗漏，长期发展影响工程安全。故封墙体长度要考虑是否满足渗透稳定要求。根据工程经验，封堵体国岩容许的绕渗水力梯度，1-11类硬质固岩一般不大于10-15，III类围岩一般不大于5-10。对于町、V类围岩，封堵体类布置时要尽量避开。14.2.6对于高压隧洞的封墙体结构，一般还采用有限元法进行计算，通过计算掌握封堵体及国岩的应力变化规律。直接与水库库水接触的封堵体，属于挡水建筑物的一部分，对其周边的渗流情况也要进行有限元计算，分析封堵体及周边围岩渗漏情况。14.3构造要求14.3.1主要同的是尽量不破坏岩体、简化施工、加快进度。14.3.2封墙体抗滑稳定计算时，一般都不考虑铀筋的作用。设置铀筋的主要目的是为了使封堵体与国岩接触紧密，增加封堵体的安全储备。14.3.3对封堵休周边进行回填灌浆、国结灌浆、接缝及接触灌浆是确保封堵休安全运行的重要手段。一般来讲，封堵体顶部必须进行囚填灌浆，以保证顶部不自空腔。国结灌浆主要针对III类围岩以下或防渗要求高的洞段。封堵体酋部的高压深孔国结灌浆主要适宜于水头较高且裂隙发育的洞段。导对L洞堵头、直接承受库水压力的交通洞堵头等需要在封堵体两侧进行接缝和接触灌浆，低水头的施工支洞墙头可以不进行接触灌浆，但在计算封墙体长度时要对两侧接触面面积进行折减。接缝和接触灌浆要求在混凝土达到稳定温度后进行。封堵体内设置灌浆廊道，可以方便灌浆施工，对保证封培体周边灌浆施工质量有利。14.3.5针对封墙体与主洞衬砌结构的连接处理，一般要求先进行主洞混凝土衬砌，衬砌H才沿支;同方向设置不小于2m的延伸长度，再进行封墙体的施工，这样封堵体前的衬砌结构就形成一种防渗面板，对控制渗~frt有帮助。有些工程由于施工原因，需要在主洞衬砌上预留施工通道，即先进行封堵体施工，再浇筑混凝土衬砌七的通道缺口，这就要求在缺口处设置可靠止水，并使新老混凝土浇筑密实，防止渗漏。138 14.3.7主要目的是改善水流条件，减小局部水头损失，提高导流洞的过流能力O后期封堵时，根据运行情况对回填混凝土进行处理，然后浇筑封堵混凝土。139 15灌浆和防渗排水15.1灌浆15.1.1一般而言，泪凝土衬砌顶部由于重力作用，最容易山现缝隙甚至雪腔。对于承受内水压力的隧洞衬砌与国岩之间的缝隙和空腔，要求进行同填灌浆，才能将作用于衬砌七的内水压力传递到围岩七，发挥围岩的承载作用，改善衬砌的受力条件。否则将悲化衬砌结构的设计条件，对衬砌结构是危险的。15.1.2根据Tl~实践经验，因填灌浆范围一般在顶拱900~1200之间，孔距和排距一般为2m~4mo灌浆孔深入国岩深度，原规范规定为0.1m，查阅美国陆军工程兵闭的标准为0.6m，要求比国内规定的高。考虑一般隧洞的允许超控值为15cm左右，为f充分钻透衬刷，保证回填灌浆效果，回填灌浆入岩深度本次修订适当加深至0.3m。据近期一些Ti:皇事故资料，发现在边底拱处也有空腔现象，因此，其古部位是否要进行回填灌浆，要视衬刷混凝土洗筑质量确定。15.1.3隧洞衬砌设计中，国岩提供的抗力是由灌浆日形成的水泥结石来传递的，如果水泥结石松软，就不能传递抗力，势必产生较大的变形，{吏衬由j破坏。一般要求水泥结石的弹性模量大于围岩的变形模量，才能保证水泥结石能够起到传递抗力的作用。15.1.4要使固岩成为承载和防渗主体，对隧洞特别是有压隧洞国岩采用系统时结灌浆是一项重要措施，对围岩稳定、防渗，保证隧洞安全运行、延长隧洞使用年限起着显著作用。隧洞;爆破开挖产生的一定范围的松动圈、岩体内部裂隙和孔隙，以及局部的不良地质构造等均对高压隧洞的国岩承载不利。为f加固国岩、封闭隧洞周边岩体裂隙，提高隧洞固岩的整体性和jJL变形能力，增强国岩jJL~多能力和长期稳在渗透比降，就需要对高压隧洞围岩近行高压同结灌浆，从而减少内水外渗，防止隧洞及相邻水工建筑物发生水力渗透破坏。原规范中建议画压岔洞处固结灌浆的压力可以取岔洞处静水头的1.2倍，在实际工程中，可以根据具体情况调整。如岔洞制:位地应JJ较高，但节理裂|搜较发白，建议采用较高的灌浆压力，{B.最大不超过静水头的1.5倍;如岔洞部位承担的内水压力较高，围岩完整但最小地应力富裕不大，接近最小地应力的灌浆压力易发牛岩体劈裂，i瞿浆压力要慎重选择。囚此建议灌浆压力采用岔洞部位最大动水压力，但以小于国岩初始应力场的最小主应力为宜。140 15.1.5目前广泛应用于灌浆工程的材料是普通硅酸盐水泥，但使用火山灰质硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥也还不少。工程实践证明，后两种水泥的后加填料易分离，结石不具备强度，浓度稀于1:1的浆液尤其如此。囚此，建议当地下水具有侵蚀性时，可以针对水的侵蚀性质，J.在国抗酸水泥等特种水泥，不得采用火山灰质硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥。15.2防渗和排水15.2.1渗透水流具有破坏作用，设计需要对隧洞全线的工程地质条件、水文地质条件进行全面分析，以确定防渗和排水的合理措施。常用的措施包括堵截水，即采用回填、灌浆等措施封墙渗水通道，截断集中渗水点等:或在不影响工程安全的前提下进行排水，通过排水孔、排水自沟(管)及排水;同等措施，将有害渗水集中排出，减轻渗水对建筑物的危害。一般工程多采用堵排相结合的工程措施。15.2.2有压隧洞多采用圆形断面，具有较高的抗外压稳寇的能力，因此在低压隧洞1-1-1，很少设置排水措施来减小外水压力。但当外水压力是控制性作用时，同时隧洞埋深满足本规范第4.1.4条规定时，可以在防渗国以外设置排水廊道，或在隧洞衬砌中打排水孔以减少夕|、水压力，效果较好井节省投资。排水孔不能太深，以免形成渗漏通道。向外水压力洞段采用深国结浅排水是比较i国行的做法。15.2.3有压隧洞设置排水孔时，为了阻止围岩中岩屑随水带出，恶化围岩，可以在排水孔中设置软式透水管或包裹反滤上工布的排水管。不良地质洞段固岩中软弱面充填物有被水溶解和带走的可能，为保持围岩稳定，则不允许设置排水措施。141 16安全监测16.1一般规定16.1.2-16.1.4几十年来我国建成了大量水工隧洞，在各方面都得到了许多宝贵经验。但在修订本规范进行调查过程中，感到可供应用的原型观测成果仍然较少，其原因是多方面的。有的隧洞工程虽布置有观测设备，但对埋设的仪器和线路保护不当，致使工程完工后，因线路故障或设备损失而)G法进行观测:有的没有组织好观测T11卡;有的积累了大量原始观测纪录，但没有进行整理分析，归纳总结。原型观测资料反映了运行期的实际工作状态，对运行管理、预报事故、及时检修、充分发挥工程效益、检验设计成果、总结经验、不断提高设计水平，都有着十分重要的意义。住|此，需结合工程特点和|功能要求，精心拟定观测项R丰11布置埋设仪器设备。各有关部门都要重视观测设备的埋设，并把观测作为隧洞工程的设计、施丁丁和运行管理的重要任务之一未完成。16.2监测项目和要求16.2.2在支护设计中，应用监控量测的数据进行支护设计，是锚喷支护设计的重要方法之一。监测资料可以反映各种白然因素和人为因素对隧洞工程的影响O通过对监测资料的分析，可以评价围岩稳定状态，[解工程地质、水文地质变化趋势，检验支护参数是否合理，也是进一步优化设计和保证施下安全的重要依据。近年来我国工程施工监控量测受到普遍重视，近期建设的大中型水利水电工程几乎都开展了监控量测设计下作O由于V类国岩地质条件复杂，围岩稳定程度差，支护对围岩有害变形制约作用明显，采用监控设计法进行设计支护效果更为突出，所以在不良田岩，大洞室的地F工程中，采用监控量测更为重要。《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范>>GB50086-2015对监控量测法设计及施工进行了详细规定。其中表7.3.10给出了隧洞、洞室周边允许相对收敛值，是在收集了同内实测资料基础上，由煤炭、冶金、铁道、水电、同防等部门通过统计分析提出的。通过工程实践，证明实用性较强。142 17运行和维修17.0.1'"-'17.0.2为保证隧洞工程安全运行，发挥工程效益，需要结合观测所得资料和运行中工秤损伤情况，及时对工和进行维修。设计要考虑工秤投入运行后的维修工作，为工程运行管理和维修工作创造条件。设计要会同运行管理部门结合自然条件、隧洞设计条件及试验研究资料等，制定隧洞运行方案，如确定运行水位、1世放流量和闸阀控制设备的启闭方式等。拟在为了隧洞初期充水运行安全和全面维修而是期放空全面检查的方案。17.0.3发电隧洞内的地下渗水量大小与充水方案的设计直接相关。充水流量要考虑隧洞内渗水量，不足部分可以通过进口闸(阀)1丁控制补充。根据隧洞长度、断面尺寸、渗水量等，计算j韭口闸(阀)门控制的充水流量。17.0.4-17.0.6发电隧洞初次充水是对设计状况的初次检验，隧洞衬砌结构及国岩受力需要一段时间的调整，围岩渗流场的变化也需要给现场观测囱够时间。工程实践证明若充水历时控制不当，稳定时间不够，可能造成衬砌结构和国岩的较大渗漏或破坏，以致山现安全险情。压力隧洞充水一般采用分级加压进行，分级数一般根据隧洞承受内水压力总水头、围岩条件、隧洞断面及衬砌型式等凶素确定。高水头、大直径压力隧洞的充水需要进行专门设计。对于高水头隧洞，要严格控制充水水压变化速率，分水头段逐级进行充水，待稳压并经实H才监测确认后，方可继续进行充水。国内已建高水头电站，THP抽水蓄能电站上游寻|水系统最大静水头约600m，充水分7级迦行，第1~5级充水水压变化速率为10m/h，第6、7级充水水压变化速率降为5m/h，充水稳、压时间为第1~3级48h，第4~7级72hoXLD水电站引水系统最大静水头约240m，充水分6级进行，各级充水水)丰变化速率均为10m/h，充水稳定时间为第1~5级24h，第6级稳定48h。表17-1列归了国内外较高水头电站充水水压变化率、分级稳、压时间等参数。表17-1已建水电站发电隧洞充水水压变化率分级水头电站静水稳斥时水压变化水电站名称高度(m)1备注头Cm)[同Ch)率级犁(THP60050-100/748-725~~1Orr叶1抽水苔能电站PSH400100/448-725~10m/h抽水蓄能电站号|水式电站，设置上游J认r61915~80/1124-483.5m/h调压室143 集中式开发电站，首部PBG18915~50/648-725~10m/h式厂房。GD13515~50/412-48lOm/h同上XLD24135~50/624-4810rn/h同|工JPYJ25040/624-4810rn/h同1-.引水式电站，上游设置厄瓜多尔ccs61850-100/924-485~1Orn/h调节水库根据以上工程实例，本次修编提出了充水分级水头高度、充水水压变化率、稳压时间等供设计者参考。需要指出的是，各工程地质条件、布置条件及使用条件差异较大，充水参数需要结合具体工程条件进行分析后确定。17.0.7充水、稳压过程中出现的异常情况包括:输水隧洞、调压宝、压力管道等建筑物沿线地坡渗漏、变形、失稳:探洞、施丁伞支洞堵头或洞室围岩渗漏量大;地下厂房排水廊道或上下游墙渗漏量大，压力钢管、尾水管变形、渗漏等。17.0.8水电站运行过程中，定期对发电隧洞进行放空检查、维修，是为了满足水电站正常安全运行的需要，更好地发挥工程的效益。17.0.9控制合押牛的隧洞放雪水压变化率，可以避免因放水过快在洞周形成超过设计外水压力的外水压力，从而造成发电隧洞衬砌结构的破坏，或造成压力管道制衬段的抗外压夫稳。控制高压隧洞的内外水压差，以确保隧洞安全c根据国内外经验，钢筋混凝土隧洞放空水压变化速率一般控制在2m/h~4m/ho如THP抽水蓄能电站，七游引水道第二阶段采用每50m一级进行放空，水位下降速率2m/h，每一级放空完成后稳压24小时。PSH抽水蓄能电站，上游引水道放空水位下降速率3m/h，同时要求隧洞内外水头差不大于100m水头。17.0.10为了方便隧洞投入运行后的日常工程管理和放空检修，设计应该根据维修、管理的工作需要，结合工程布置条件，设置交通洞、进人孔，预埋钢筋爬梯、检修起重挂钩等。在设计这些维修工程结构和设备时，要重视维修人员和维修所需物资运输的安全囚素，结合工程长期运行囚素，考虑较大的设计安全余幅，以保证工轩和维修工作的安全。144