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水工隧洞知识讲座水工隧洞作为水利工程的重要组成部分，是实现水资源调配和防洪排涝的关键设施。在一场关于水工隧洞的知识讲座中，通常会涵盖其设计原理、施工技术、运行维护以及面临的挑战等方面。
设计原理
选线原则：遵循地形地质条件最优的原则，确保线路平顺。
泉州大桥及接线扩建工程招标文件（综合评标）断面形状与尺寸：根据水流速度和压力要求来确定。常见的有圆形、马蹄形等。
衬砌结构：使用钢筋混凝土或其它材料进行衬砌以增强稳定性。
施工技术
开挖方法：采用钻爆法、掘进机等不同方式，结合地质条件选择最适宜的方法。
支护措施：包括超前支护、初期支护和二次衬砌等多个环节，确保施工安全与结构稳定。
防渗处理：采取灌浆等方式，防止地下水渗透。
运行维护
定期检查隧洞的结构健康状况及防水性能。
监测水流速度与压力变化，确保隧洞正常运行。
适时进行清理和维修工作，保障长期安全稳定使用。
面临挑战
地质条件复杂多变，施工难度大。
洪水季节可能增加维护压力。
经济成本高昂，需要合理规划和管理资金使用。
总之，水工隧洞的设计与建设是一项综合性很强的工作，涉及到地质学、材料科学等多个领域知识。通过深入了解其设计原理、施工技术和运行维护等方面的知识，可以更好地应对实际工程中的挑战。
水工隧洞总体布置的重要性:我国水利水电工程建设表明，少数水工隧洞之所以发生问题多系布置上考虑不周所致。布置上的失误，轻则证件结构设计难度，或造成工期的拖延，重则迫使在施工中改变线路，或不能按预定目的运行。隧洞布置合理与否，对围岩稳定、水流条件、建设工期和工程造价有决定的影响。因此，合理的工程布置是水工隧洞设计的关键。这里以泄水隧洞（或引水发电隧洞）为研究对象。
一、水工隧洞的总体布置水工隧洞的结构组成：进口段，洞身段，出口段。
闸门的布置：对泄水隧洞来说，一般需设两道闸门，即控制泄流的工作闸门和工作闸门检修时挡水的检修闸门。 检修闸门一般位于隧洞进口处，且在工作闸门上游。工作闸门一般位于：有压隧洞：出口处；无压隧洞：进口处。 启闭：工作闸门应能在动水中启闭；检修闸门在动水中关闭，静水中开启。泄水隧洞的布置形式：表孔泄洪隧洞和深式泄水隧洞。
１、表孔泄洪隧洞的布置（1）表孔泄洪隧洞的主要方式:正堰斜井式斜洪洞。所谓表孔就是进水口位于水面附近。组成：正向溢流堰，陡坡斜井，隧洞及出口消能段。(2)正堰斜井式斜洪洞的布置 进口：选择地质、地形条件好的地方以保证洞口稳定、入流顺畅。 出口：高程受下游水位控制，除对地质地形条件有所要求外，应注意消能工的布置以利于与下游水流的衔接。
其结构组成类似于河岸正槽式溢洪道，不同之处在于泄水陡槽以封闭式代替开敞式。泄洪时闸门的斜井及隧洞中多为无压流。
2、深孔泄水隧洞的布置 组成：水下进水口，洞身和出口消能段。 根据进水口位置的不同可将进水口分为低位进水口和“龙抬头”式进水口。
二、水工隧洞的选线和定位水工隧洞的布置是其设计问题中的关键，隧洞的选线则是隧洞布置得首要问题，直接关系到施工期限，工程造价及工程运行的可靠性。影响隧洞线路选择堵塞因素很多，诸如地形、地质条件，施工条件等。设计时必须根据隧洞的用途，综合考虑地形地质、施工，枢纽总体布置及对周围环境的影响等各种因素，拟定不同方案，经技术经济比较后确定。选线原则：地质条件好，线路短，水流顺畅，与枢纽和其他建筑物互不影响，安全经济。具体要求：地质条件：洞线宜选在地质构造简单，岩体完整且稳定，其上的覆盖层厚度大（尤其对有压隧洞来说洞顶以上围岩厚度至少要大于洞顶静水压力的重量），施工方便的地段。避开破碎带，避开地下水位高、可能坍塌的不稳定岩石地形条件：平面上尽量直线布置，必须转弯时要求转弯半径不小于５倍洞径或洞宽，弯道转角不大于60°，弯段上下游直线段长度不小于５倍洞径或洞宽。无压隧洞高速流段尽量不转弯。
纵剖面上：(1)有压隧洞（引水）的进水口高程取决于发电死水位，尾水高程取决于下游最低尾水位。纵向坡度的选取考虑施工排水和防空隧洞进行检修的要求，一般为不小于0.5%－0.1%的正坡。(2)无压泄水隧洞的进口高程取决于水库要求泄放的最低水位，出口高程决定于下游最高洪水位，应避免水跃。其纵坡通过水利计算确定，多采用陡坡以防止洞内泥沙淤积。运行条件：不影响枢纽和其他建筑物的正常工作。泄水隧洞出口应与拦河坝的坝脚有一定距离，泄洪消能出口与坝脚相距200米以上，以防出洞水流冲刷坝脚。发电洞尾水则应避开或隔开枢纽建筑物泄流时可能导致的水位波动。施工开挖条件：洞线应与枢纽其他建筑物保持一定距离以免洞室开挖爆破影响建筑物基岩的稳定。长隧洞可设几个支洞以增加开挖面。
第三节水工隧洞的进口段
一、表孔泄洪隧洞的进口类似于正槽溢洪道的进口堰型选择
流溪河水电站泄洪洞进口 单位：m
二、深孔水工隧洞的进口1、基本结构形式按其布置和结构型式不同，分为：竖井式,塔式,岸塔式,斜坡式,组合式竖井式进水口：（图）组成：闸前渐变段，竖井，闸后渐变段。优点：结构简单，节省工作桥,不受风浪和冰的影响，抗震及稳定性好。缺点：竖井开挖困难，检修门前一段隧洞检修不便。适用：河岸岩石坚固,开凿竖井无塌方危险。
竖井式进水口 单位:m
塔式进水口：组成：闸前渐变段，塔身，闸后渐变段。优点：为独立悬臂结构，布置紧凑,闸门检修相对来说方便。缺点：另设工作桥，可能增加投资，需进行稳定验算。适用：进口处岸坡低缓,覆盖层较厚,山岩破碎,不宜开凿竖井。类型：框架式塔和封闭式塔。
框架式塔式进水口 单位：m
岸塔式进水口：优点：稳定性比塔式好，造价比塔式省，施工方便,地形、地质条件许可时优先选用。缺点：若倾斜,闸门也斜,启门力增加,不易靠自重关闭闸门.适用：进口处岩石坚固，可开挖成近于直立的陡壁时。
岸塔式进水口 单位:m
斜坡式进水口：优点：结构简单，施工方便，稳定性好，造价最低。缺点：斜坡上装闸门，关门时不易靠自重下降，需另加关门力。适用：较为完整的岩坡。
响洪甸泄洪洞斜坡式进水口 单位：m
组合式进水口 单位：m
闸后渐变段的长度以洞身直径或洞高的1.5～2.0倍为宜.
（2）通气孔:补气和排气.（3）平压管（图）（4）拦污栅
一、断面尺寸及衬砌构造断面尺寸由水力计算得到。水力计算包括泄流能力，水头损失，压坡线（有压流），水面线（无压流）。断面形式：与水流条件、工程地址条件和施工条件等有关。
（一）有压隧洞断面形态与过水能力：圆形圆形断面的优点：流态好，受力条件好，过水能力强。洞身过水面积： w—洞身过水面积，Q—最大设计流量，—兼计沿程与局部阻力的流量系数，H—计算断面的作用水头。有压引水隧洞洞内水流流速低，以减小水头损失，保证发电所需的能量；有压泄洪隧洞洞内水流流速高，以便让洪水尽快下泄。
（二）无压隧洞断面形态及过水能力：城门洞形、马蹄型或圆形城门洞形断面的优点：适宜于承受垂直山岩压力，也便于开挖和衬砌。城门洞形断面的缺点：拱圈受力较差。为了减小或消除作用在侧墙上的侧向围岩压力，可把直墙改为斜墙，变成马蹄形断面。
2、型式按设置目的分为抹平衬砌和受力衬砌两类。（1）抹平衬砌 用砼、喷浆及浆砌石做成的护面。不承受荷载（2）受力衬砌：单层，组合，预应力，喷锚等,一般衬砌（单层）厚度为1/8～1/12洞径且>25cm。单层：用砼、钢筋混凝土或浆砌石做成。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：在施工中预施环向压应力，运行时衬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。
隧洞断面形式及衬砌类型 (单位：cm)(a)～(f)—单层衬砌；(g)～(i)—组合式衬砌；(k)～(l)—预应力衬砌
3、衬砌的分缝和止水（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
（2）永久横向伸缩缝：沉陷变形伸缩缝和温度变形伸缩缝（图）。
4、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90º～120º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而做。 由于其一般在衬砌后进行职工住宅楼工程施工阶段监理交底，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0.3～1.0MPa.
（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.
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，以防洞脸及其上部岩体崩塌，洞身直接与消能设施相连。
二、消能方式1、挑流消能2、扩散水跃消能3、洞内消能
第六节隧洞衬砌的结构计算
一、水工隧洞的荷载组合 基本荷载与特殊荷载 １）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 ２）施工、检修情况围岩压力+衬砌自重+可能最大的外水压力 ３）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
管理人员职责标准二、衬砌上的荷载计算１、围岩压力：垂直围岩压力；侧向围岩压力；底部上挤力