水工隧洞及坝下涵管课件.ppt

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1、第七章水工隧洞与坝下涵管7.3水工隧洞各组成部分的形式及构造进口段水工隧洞的组成洞身段出口段7.3.1进水口的形式及构造一、进口建筑物的形式按其布置及结构形式的不同，隧洞的进口建筑物的型式主要有：竖井式、塔式、岸塔式及斜坡式等几种。（1）竖井式如图7-5所示，它是在隧洞进口附近的岩体中开凿的竖井，井壁用混凝土或钢筋混凝土加以衬砌。井底设置闸门，井顶布置启闭设备及操纵室。其优点是结构比较简单，节省了工作桥，且不受风浪的影响，受冰冻、地震的影响也比较小，运行比较安全可靠。但竖井的开凿比较困难，且闸门前的进口段和洞身段经常处于水

2、下，检修不便。当隧洞进口段岩石坚固，开凿竖井无塌方危险时多采用这种型式。（2）塔式塔式进口建筑物是独立于隧洞的进口处而不依靠山坡的钢筋混凝土塔。塔底部设置闸门控制流量，塔顶设置操纵室和启闭机等设备，用工作桥与岸坡连接。这种进口建筑物的优点是布置比较紧凑，闸门启闭比较方便可靠。经常用于进口处岸坡低缓、岩石比较破碎，覆盖层较厚，不宜开凿竖井的情况。这种进口建筑物的缺点是：需要设置工作桥，造价较高；塔身受风浪及地震的影响较大，稳定性相对差些；在北方寒冷地区，塔身还受冰压力的作用。塔的结构形式可分为封闭式和框架式两种。封闭式塔的横

3、断面形式为矩形或圆形。矩形断面结构简单，施工方便。而圆形断面的受力较好，故工程中圆形断面使用较多。塔的内径或净宽由闸门的宽度决定。塔宽厚度一般为0.3m~0.5m，可以做成上下等厚的，也可以根据荷载的变化，做成上薄下厚的，以节省材料。用于引水灌溉的隧洞，为了满足农作物对水的要求，可以在封闭的塔身上沿不同的高程设置进水口。以便引取上层温度较高的清水，形成塔式分层取水。与封闭式结构不同，框架式结构具有结构轻便，受风浪作用小，节省材料，造价较低的优点，但闸门只能在低水位时进行维护检修，不太方便。另外，水流的流态也不好，容易产生空

4、蚀。通常框架式结构只使用于作用水头较低的情况，大型泄水隧洞采用较少。（3）岸塔式若隧洞进口处的岸坡较陡且岩石较坚硬完整，可以将控制塔斜靠在洞口的岩坡上（图7-7）。这种型式的进口建筑物，塔身稳定性较好，且对岸坡也起到了一定的支撑作用，施工安装也比较方便，无需工作桥，比较经济。但闸门是倾斜的，不仅面积大，启门力大，而且不易靠自重关闭。若岸坡岩石完整、稳定，可将岸坡平整。直接将闸门、拦污栅的轨道安装在斜坡的护砌上，做成斜坡式进口建筑物，则更为经济。7.3.2洞身断面形式及构造一、洞身的横截面形式及尺寸隧洞洞身的横截面形状和尺寸

5、，应根据隧洞的功能、水利条件；隧洞穿过的岩层的工程地质条件、地应力情况、衬砌工作条件和施工方法等因素，通过技术经济分析来决定。1、无压隧洞洞身的断面形式及尺寸无压隧洞的断面形状多采用圆拱直墙式（也称城门洞型）。若地质条件较差，可选用圆形或马蹄形断面。（1）无压隧洞洞身的断面形式：1）圆拱直墙式（图7-8），由于这种断面的顶部为圆形；适宜于承受垂直山岩压力，且便于开挖和衬砌。圆拱中心角一般在90°～180°之间，当垂直山岩压力较小和需要加大拱端推力时，也可选用较小的中心角。一般情况下，较大跨度泄洪隧洞的中心角采用120°左右

6、。圆拱的主要缺点是拱圈受力条件较差，拱圈截面要承受弯距，为了改善拱顶受力情况，拱顶中心线可选择与荷载压力线基本接近的三心拱。有时为了减少或消除作用在侧墙上的侧向围岩压力，也可以把直墙改做成倾斜状。2）马蹄形（图7-8），马蹄形断面由上部半圆和下部三心圆或多心圆构成，以尽量减少截面弯距。当岩面比较破碎，垂直向和侧面围岩压力比较大，且懂底也存在围岩压力时，采用马蹄形断面较为适宜。其特点是受力较好，但施工复杂。3）圆形（图7-8），当岩层地质条件较差，隧洞周边围岩压力较大，又有较大的地下水压力时，可以考虑采用圆形断面。用掘进机开

7、挖或在土体中用环壁法施工时，也应采用圆形断面。（2）无压隧洞的断面尺寸，主要根据通过的流量确定，但应满足施工和维修的要求，如有通航要求时，还应满足通航要求。确定断面尺寸，先要进行水力计算。在恒定流情况下，首先判断属于长洞或短洞，然后分别不同情况计算洞内水深。再根据流速的大小，在水面以上留一定的净空据以得出过流所要求的断面。为了保证洞内为明流状态，洞内水面线必须留有一定的净空。在恒定流情况下，当流速较底，通气良好时，要求空面积不小于断面面积的15﹪，且净空高度不小于40cm。当流速较高时，还应考虑掺气的影响，在掺气水面以上的

8、净空面积约为洞身断面面积的15﹪～20﹪，对于圆拱直墙式断面，过流引起的冲击波波峰还应限制在直墙范围之内。隧洞断面的高宽比一般为1.0～1.5，洞内水位变化大时，宜采用大的比值。同时应考虑施工和检查维修的需要，一般非圆形断面尺寸变化较大时，宜采用大的比值。同时应考虑施工和检查维修的需要，一般非圆形断面尺