1、2一、水工隧洞概念一、水工隧洞概念在地基内开挖而成,四周被围岩包围起来的水工建筑物。二、功能二、功能1.泄洪;2.发电、灌溉、给水等所需的引水; 3.检修或其他原因需要放空水库 ;4.排沙;5.施工导流3三、类型三、类型1、按功能分:泄洪、泄水、引水、输水、放空、排砂、施工导流。2、按流态分:有压和无压。3、按衬砌方式分:不衬砌隧洞,喷锚、混凝土衬砌或钢筋混凝土衬砌等。4、按流速分:高速(16m/s),低速(25cm。 单层:单层:用砼、钢筋混凝土或浆砌石做成。 组合式:组合式:根据衬砌的不同受力特点和运用要求,用不同材料组成的双层、多层衬砌。 预应力:预应力:在施工中预施环向压应力,运行时衬
2、砌可承受由巨大内水压力引起的环向拉应力。适用于高水头圆洞。喷锚支护: 新奥法(NATM)的表现形式.喷混凝土支护和锚杆支护.(三)衬砌构造沿开挖洞壁做成的人工护壁。1、衬砌的作用(1)阻止围岩变形发展,保证其稳定;(2)加固围岩承受围岩压力、内水压力和其他荷载;(3)防止渗漏;(4)保护岩石免受水流、空气、温度、干湿变化等侵蚀破坏;(5)平整围岩,减小表面糙率。31隧洞断面形式及衬隧洞断面形式及衬砌类型砌类型 ( ( 单位:单位:cm)cm)(a)(a)(f)(f)单层衬单层衬砌;砌;(g)(g)(i)(i)组合式组合式衬砌;衬砌;(k)(k)(l)(l)预应力预应力衬砌衬砌323、衬砌的分缝
3、和止水(1)整体式衬砌在施工中要分段分块浇筑,需设横、纵向工作缝(图);跳仓浇筑. 陆浑水库泄洪洞衬砌施工分缝 单位:m 衬砌的纵向施工缝 33(2)永久横向伸缩缝:沉陷变形伸缩缝和温度变形伸缩缝(图)。 伸缩沉陷缝 单位:m344、灌浆、防渗和排水(1)灌浆:回填灌浆和固结灌浆。回填灌浆:填充衬砌与围岩之间的空隙,使之紧密结合以改善传力条件,减小渗漏。 一般施工中在衬砌顶拱部分时预留灌浆孔(图)。范围:顶拱90120之间,孔矩和排矩2 6米,灌浆压力一般为0.2 0.5MPa. 固结灌浆:为了加固围岩,提高围岩的强度和整体性,减小山岩压力,保证岩石的弹性抗力,减小地下水对衬砌的压力和减少渗漏
4、而做。 由于其一般在衬砌后进行,故还可起预压作用。 孔深:一倍隧洞半径,梅花形,间矩2 4米。 灌浆压力:1.5 2.0倍内水压力,一般0.31.0MPa. 灌浆孔布置图 35(2)防渗与排水 当地下水位较高时外水压力将会成为主要荷载,因此防渗排水设施不可缺少. 对无压洞:当外水压力较大时,可在洞内最高水面线以上通过衬砌来设置排水孔(图). 对有压洞: 在洞底部设置纵向排水管和横向排水沟,间矩6 8米.无压隧洞排水布置图 36一、出口段结构体型1、有压:出口处设闸门,因此设闸室,用以布置闸门及相应的启闭设备,门前设渐变段,门后接消能设施。2、无压:出口处无闸门,因此其型式相对简单,仅设门框,以
5、防洞脸及其上部岩体崩塌,洞身直接与消能设施相连。37二、消能方式1、挑流消能2、扩散水跃消能3、洞内消能38一、水工隧洞的荷载组合基本荷载与特殊荷载)正常运用情况围岩压力+衬砌自重+设计洪水时的内、外水压力)施工、检修情况围岩压力+衬砌自重+可能最大的外水压力)非常运用情况围岩压力+衬砌自重+校核洪水时的内、外水压力39二、衬砌上的荷载计算二、衬砌上的荷载计算、围岩压力:垂直围岩压力;侧向围岩压力;底部上挤力402、弹性抗力: 当衬砌受力变形后,变形方向指向围岩,就产生弹性抗力。*考虑弹性抗力的条件:(1)围岩没有不利的断层或裂隙;(2)围岩厚度大于洞中内水压力的0.4倍;(3)围岩厚度大于3
6、倍洞径;(4)围岩与衬砌之间的间隙被完好填充,接触紧密.弹性抗力的计算: 其中, k为岩石抗力系数, 为围岩变形.3.水荷载(1)内水压力:有压:压坡线。 无压:洞内水深。 (2)外水压力:指作用在衬砌外壁上的地下水压力,其值取决于洞外地下水位线的高低和外水压力,折减系数的大小。41三、三、 隧洞衬砌的结构计算隧洞衬砌的结构计算 衬砌的计算包括确定衬砌厚度,配筋,校核衬砌强度等计算方法计算方法:(1)结构力学方法:以衬砌为计算方法,只能求到衬砌的应力,得不到围岩的应力;(2)弹性力学方法:以隧洞整体为计算对象。要求围岩满足均匀各向同性无限弹性体,圆洞,均匀内压力要求。(3)有限元方法:能够对任
7、何复杂的岩体结构中的隧洞进行线性或非线性分析,成为最有效的方法。42一、铅直断面为圆形的洞室衬砌结构计算一、铅直断面为圆形的洞室衬砌结构计算 内水压力是主要荷载,同时应谨慎而充分地考虑弹性抗力。1、均匀内水压力作用下的圆形洞室衬砌内力计算 先根据管外璧与围岩接触面之间的变形相容条件求出弹性抗力,再用轴对称受力圆管的弹性理论计算衬砌的内力;2、弹性抗力作用下的圆形洞室衬砌内力计算 分别计算各种荷载产生的内力,按不同的荷载组合进行迭加,进行强度校核和配筋。43二、无压隧洞的衬砌结构计算二、无压隧洞的衬砌结构计算1. 荷载:围岩压力,衬砌自重,内水压力,弹性抗力,摩擦力等。(围岩压力、外水压力是主要荷载)2. 设计荷载组合: (1)不考虑弹性抗力: 垂直山岩压力+侧向山岩压力+衬砌自重; (2)考虑弹性抗力: 垂直山岩压力+弹性抗力+岩石弹性抗力产生的摩擦力+衬砌重;