隧洞设计报告.pdf
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1、目录 摘要 设计基本资料 . 2 任务一:隧洞总体布置 3 一、隧洞的作用及分类 3 二、隧洞的选线 4 三、隧洞的布置 7 任务二:隧洞洞身断面设计 8 一、断面形状 8 二、断面尺寸的拟定 8 三、进口建筑物形式 9 任务三 :进口建筑物布置 . 10 一、进水喇叭口 10 二、通气孔 . 11 三、平压管 . 11 四、检修门槽 11 任务四:龙抬头段设计 12 一、抛物线设计 12 二、反弧段设计 12 三、混凝土塞 13 任务五:隧洞出口布置 13 守诚、求新、创业、修能 1 一、渐变段 . 13 二、工作闸门室 14 三、消能段 . 14 任务六:隧洞细部构造 15 一、分缝与止水
2、构造 15 二、灌浆布置 16 三、排水布置 17 四、掺气槽布置 18 五、掺气减蚀设施 19 六、隧洞钢筋布置 22 总结 错误!未定义书签。 参考文献 错误!未定义书签。 守诚、求新、创业、修能 2 设计基本资料 1.淤积高程 422.0m ; 1. 死水位 429.0m ; 2. 最高兴利水位 445.0m; 3. 设计洪水位450.1m ,相应泄量1320m 3/s(溢洪道泄量 1200 m 3/s ,泄洪洞流量 160 m3/s ) ; 4. 校核洪水位452.22m ,相应泄量1980m 3/s(溢洪道泄量 1853 m 3/s ,泄洪洞流量 177m3/s) ; 5. 出口高程
3、 405m 。 守诚、求新、创业、修能 3 任务一:隧洞总体布置 一、隧洞的作用及分类 1. 隧洞的定义 : 在水利枢纽中为满足泄洪、灌溉、发电等各 项任务在岩层中开凿而成的建筑物称为水工隧洞。 2. 隧洞的分类及作用 : (1)按用途分类 泄洪洞配合溢洪道宣泄洪水,保证枢纽安全。 引水洞引水发电、灌溉或供水。 排沙洞排放水库泥沙,延长水库的使用年限,有利于水 电站的正常运行。 放空洞在必要的情况下放空水库, 用于人防或检修大坝。 导流洞在水利枢纽的建设施工期用来施工导流。 (2)按洞内水流状态分类 有压洞隧洞工作闸门布置在隧洞出口, 洞身全断面均被水流 充满, 隧洞内壁承受较大的内水压力。
4、引水发电隧洞一般是有压隧洞。 无压洞隧洞的工作闸门布置在隧洞的进口,水流没有充满全 断面,有自由水面。灌溉渠道上的隧洞一般是无压的。 一般说来, 隧洞根据需要可以设计成有压的,也可以设计成无压 守诚、求新、创业、修能 4 的,也可设计成前段是有压的而后段是无压的。但应注意的是,在同 一洞段内,应避免出现时而有压时而无压的明满流交替现象,以防止 引起振动、空蚀等不利流态。 二、隧洞的选线 隧洞的洞线应根据隧洞的用途综合考虑地形、地质、水力学、施 工、运行、沿线建筑物、枢纽总布置及对周围环境的影响等因素,通 过技术经济比较选定。 在满足枢纽总布置要求的条件下,洞线应选择 在线路短、沿线地质构造简单
5、、岩体完整稳定、上覆盖层厚度适中、 水文地质条件有利及施工方便的地区。 1. 地质条件 隧洞路线应选在地质构造简单、 岩体完整稳定、岩石坚硬的地区, 尽量避开不利的地质构造,如向斜构造、断层及构造破碎带。对于有 压隧洞,隧洞应有足够的覆盖厚度,当考虑弹性抗力时,围岩的最小 覆盖厚度不小于 3 倍洞径。有压隧洞的洞身垂直和侧向覆盖厚度应保 证围岩不产生渗透失稳和水力劈裂。根据以往工程经验, 对于围岩坚 硬完整无不利构造的岩体, 有压隧洞的洞身垂和侧向覆盖厚度不小于 0.4H (H 为内水压力水头),无衬砌或采用锚喷衬砌时,则应不小于 1.0H 。对于无压隧洞洞身和隧洞进出口,在采取了合理的施工方
6、法 和工程措施可保证施工期及运行安全时,对垂直及侧向最小覆盖厚度 不作具体规定。 相邻两隧洞间的岩体厚度,应根据布置需要、地质条件、围岩承 守诚、求新、创业、修能 5 受的内水压力、围岩的应力和变形、隧洞横断面尺寸和地形、施工方 法和运行情况(如一洞有水临洞无水)等因素综合分析决定。岩体厚 度不宜小于2.0 倍开挖洞径(或洞宽) ;岩体较好时,岩体厚度不宜 小于 1.0 倍开挖洞径(或洞宽)。应保证围岩不产生渗透失稳和水力 劈裂。 在高地应力地区, 洞线宜与最大水平地应力方向有较小夹角,以 减少隧洞的侧向围岩压力。 经论证必须穿过坝基、 坝肩或其它建筑物基础的水工隧洞,与建 筑物基础的围岩应有
7、足够的厚度,满足建筑物基础和隧洞对应力、变 形、稳定和渗透的要求。不能满足要求时,应采取必要的工程措施, 保证施工运行安全。 2. 地形条件 隧洞的洞线在平面上应布置成直线,以减小工程费用和水头损 失。若需要设置弯段时,应符合下列要求: (1) 对于流速小于 20m/s无压洞,弯道曲率半径不应小 于 5 倍洞径或洞宽,转角不宜大于60,对于流速小于 20m/s 有压隧洞,可以适当降低要求,但弯曲半径不应小于3 倍洞径 或洞宽,转角不宜大于60。 (2) 高流速无压隧洞不应设置曲线段。高流速有压隧洞 设置去学校时,其弯道半径和转角最好通过试验确定。 (3) 应在弯道首尾两端设置直线段,其长度也不
8、宜小于 5 倍洞径或洞宽。 守诚、求新、创业、修能 6 (4) 洞身设置竖向曲线时,对于高流速隧洞(有压或无 压) ,其型式和竖向曲线半径应通过试验确定。对于低流速无压 隧洞的竖曲线半径不宜小于5 倍洞径或洞宽;低流速有压隧洞 的竖曲线半径,可以适当降低要求。 3.水流条件 隧洞的进口应力求水流顺畅,减少水头损失。 重视隧洞出口水流 与河流主流的相对位置, 水流应与下游河道平顺衔接, 与土石坝下游 坝脚及其建筑物保持足够距离,防止出现冲刷。 4.施工条件 洞线选择应考虑施工出渣通道及施工场地布置问题。采用掘进机 及有轨运输出渣的隧洞, 其弯道半径和转角, 尚应满足掘进机和有轨 运输的要求。 对
9、于长隧洞,还应注意利用地形、 地质条件布置施工支洞、 斜洞、 竖井,以便进料、出渣和通风,增加总工作面,改善施工条件,加快 施工进度。 此外,洞线选择应满足枢纽总体布置和运行要求,避免在隧洞施 工和运行中对其它建筑物产生干扰;还应考虑临时占地、永久占地、 植被破坏与恢复、 施工污染、 运行期地下水位变化等对环境的影响和 水土保持的要求。宜使原自然环境较少破坏,较易恢复,环境投资最 少。 守诚、求新、创业、修能 7 三、隧洞的布置 1. 进水方式 进口的进水方式有表孔溢流式和深水进口式两种。表孔溢流式的 进口布置方式与岸边溢流道相似,只是用隧洞代替了泄槽,泄水时, 洞内为无压流。 这种布置形式的
10、表孔进口虽有较大的超泄能力,但其 泄流能力受到隧洞断面的限制。 深式进水口的隧洞可以是无压的或有 压的。这种布置形式与重力坝上的泄水孔布置形式相似。本设计采用 有压深水进口式。 2. 进出口高程 由于淤积高程为422.0m, 泄洪洞也有一定的排沙能力,故此次设计 隧洞进口底部高程采用淤积高程422.0m 。 出口底部高程为 405.0m 。 3. 出口布置 对于有压隧洞,出口断面面积应小于洞身断面积,以保持洞内有较 大的正压,若隧洞沿程体形无急剧变化, 出口的断面积宜收缩为洞身 断面的 85%90%。 4. 闸门布置 检修闸门设置在进口, 用来挡水,以便对工作闸门或隧洞进行检修。 检修闸门在静
11、水中启闭, 一些大中型隧洞的深式进水口常要求检修闸 门能在动水中关闭,静水中开启,以满足出现事故的需要,此时也称 为事故闸门。 工作闸门用来调节流量和封闭孔口,要求能在动水中启闭。工作闸 门可根据需要设置在隧洞的进口、出口或洞中的某一适宜位置。 守诚、求新、创业、修能 8 5. 纵坡 隧洞的坡度注意涉及到泄流能力、压力分布、过水断面大小、工程 量、空蚀特性及工程安全, 应根据运用要求、沿线建筑物的底部高程 以及施工和检修条件等综合分析确定。有压洞的纵坡不宜采用平坡或 反坡,一般取坡度为3 10,且全线洞顶保持不小于2m 的压力水头。 任务二:隧洞洞身断面设计 一、断面形状 有压隧洞由于内水压力
12、较大,从水流条件(过水断面湿周最小) 及受力条件(受力方向对称)考虑,一般均采用圆形断面。此设计采 用圆形断面。 二、断面尺寸的拟定 隧洞断面计算按管流公式:gH2AQ c 其中Q泄洪洞泄流量; 流量系数,取0.60.8,此处去 0.8; Ac洞的断面积; H库水位到隧洞出口底部高差。 计算结果见下表 表 21 断面尺寸计算表 守诚、求新、创业、修能 9 计算工况Q H Ac A D 设计情况160 0.8 45.1 6.73 7.92 3.18 校核情况177 0.8 47.22 7.27 8.55 3.30 此设计拟定洞身直径D=3.30m 。 三、进口建筑物形式 进口建筑物按其布置及结构
13、形式不同,可分为竖井式、塔式、岸 塔式和斜坡式等。 1. 竖井式 优点:结构比较简单,不需要工作桥,不受风浪和冰的影响,抗 震性及稳定性好,运行比较可靠。 缺点:竖井开凿比较困难,竖井前的隧洞段经常处于水下,检修 不变。 适用条件:岸坡陡、岩石坚硬。 2. 塔式 优点:布置比较紧凑,闸门开启比较方便可靠。 缺点:受风浪、冰、地震的影响大,稳定性相对比较差,需要较长 的工作桥。 适用条件:岸坡岩石较差,覆盖层较薄,不宜修建靠岸进口建筑物 的情况。 3. 岸塔式 优点:稳定性较塔式的好,甚至可对岩坡有一定的支撑作用,施工 守诚、求新、创业、修能 10 安装也比较方便,不需工作桥,比较经济。 适用条
14、件:适用于岸坡较陡,岩体比较坚固稳定的情况。 4. 斜坡式 优点:结构简单,施工、安装方便,稳定性好,工程量小。 缺点:由于闸门倾斜,闸门不易依靠自重下降,闸门面积加大。 适用条件:一般只用于中、小型工程,或只用于安装检修闸门的进 口。 此设计采用塔式。 任务三 :进口建筑物布置 一、进水喇叭口 进水口是隧洞的首部, 其体形应与孔口水流的流态相适应,避免 产生不利的负压和空蚀破坏, 同时还应尽量减小局部水头损失,以提 高泄流能力。 隧洞进口常采用顶板和两侧边墙顺水流方向逐渐收缩的平底矩 形断面,形成喇叭口状。收缩曲线常采用四分之一椭圆曲线,椭圆方 程为:1 2 2 2 2 b y a x 式中
15、: a椭圆的长半轴,对于顶板曲线,约等于闸门处的孔口高 度 H,对于边墙曲线,约等于闸门处的孔口宽度B;此 守诚、求新、创业、修能 11 处 a 取 3.3m 。 b椭圆的短半轴,对于顶板曲线,可用H/3 ,对于边墙曲 线约为( 1/3 1/5 )B。此处 b 取 1.1m 。 进水喇叭口的椭圆方程为1 1.13.3 2 2 2 2 yx 二、通气孔 当闸门部分开启时, 孔口处的水流流速很大, 门后的空气会被水 流带走,形成负压区,可能会引起空蚀破坏使闸门振动,危及工程的 安全运行。因此, 对设在泄水隧洞进口或中部的闸门之后应设通气孔, 其作用是:在工作闸门各级开度下承担补齐任务,补气可以缓解
16、门 后负压,稳定流态,避免建筑物发生振动和空蚀破坏,同时可减小由 于负压而引起作用在闸门上的下拖力和附加水压力:检修时,在下 放检修闸门之后,放空洞内水流时给予补气;检修完成后,需向检 修闸门和工作闸门之间充水,以便平压来开启检修闸门,此时,通气 孔用以排气。 三、平压管 平衡检修闸门前后的水压力,减小闸门的启门力。 四、检修门槽 采用矩形收缩门槽w/d=1.6 1.8 隧洞进口布置图见附图 守诚、求新、创业、修能 12 任务四:龙抬头段设计 一、抛物线设计 从缓坡到陡坡的连接 (如龙抬头隧洞之斜井段首部)常采用抛物 线为:)(tan1 v2 gx xtany 2 0 2 此处 =0 ,所以上
17、式可化为: 2 o 2 v2 gx y 式中Vo- (1.321.40)V; V断面起点过水断面平均流速。 曲线段与反弧段的前点为y =tan =25 35;此处取 30。 计算结果如下表所示 : 表 4-1 抛物线坐标单位: m X 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 46.18 8 y 0 0.1 0.4 0.9 1.6 2.5 3.6 4.9 6.4 8.1 10 12.1 13.33 3 二、反弧段设计 从陡坡到缓坡(如龙抬头隧洞之斜井末端)常以反弧段连接。反 守诚、求新、创业、修能 13 弧段半径与该处水头Z(库水位与反弧末端之高差)有关。反弧半径 R=
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