水工建筑物——水工隧洞(教案)

'第七章水工遂洞•目的：1.了解水工隧洞的作用和工作特点。2.泄水隧洞的组成及其作用；泄水隧洞的线路选择，进口建筑物的型式选择；洞身断而型式及尺寸选择；出口建筑物及下游消能。3.掌握作用在隧洞衬砌上的荷载（包括山岩压力、围岩的弹性抗力、内水压力、外水压力、衬砌口重）的计算方法；隧洞的荷载组合。圆形有压隧洞衬砌内力计算。•重^点：1.水匚隧洞的作用和工作特点。2.水丁•隧洞的总体布置。3.隧洞衬砌上的荷载的计算方法；隧洞的荷载组合。圆形有压隧洞衬砌内力计算。•难点：1.水工隧洞的工作特点。2.进口建筑物的型式选择；水工隧洞的衬砌型式、作用及类型。3.圆形有压隧洞衬砌内力计算。•章节学习内容：1.水工隧洞的类型和工作特点。2.泄水隧洞的组成及其作川；闸门在泄水隧洞中的布置。3.泄水隧洞的线路选择，从剖面布宜及平面布宜。4.进口建筑物的型式选择；洞身断面型式及尺寸选择；出口建筑物及下游消能。5.作用在隧洞衬砌上的荷载（包括山岩压力、围岩的弹性抗力、内水压力、外水压力、衬砌自垂）；荷载组合。6.水工隧洞的衬砌型式、作川及类型，圆形有压隧洞衬彻内力计算。•学习要点：1.水工遂洞的类型及工作特点2.泄水遂洞的布置、类型和构造3.遂洞衬砌上的荷载及衬砌结构计算第一节水工遂洞的类型及工作特点一、水工隧洞与涵洞水工隧洞在山休中开凿的一种水流通道。涵洞在地下埋设的、或填土下面的输水洞。二、作用①配合溢洪道泄放洪水，也可以作为主要的泄水建筑物。②引水：发电、灌溉、供水。③排放水库泥砂，延长水库寿命，冇利于水电站正常运行。④防空水库，以利建筑物检修。⑤施工导流。可一洞多用，泄洪和发电；两洞合一，导流一泄洪三、工作特点①运用条件「在水下工作，工作可靠性差，检修困难、闸门承受的水压力较大。②水流条件多为深水进口,Q=f（Hl/2）主耍作为辅助泄洪设丿施，用于预泄洪水； 高速水流易在洞内产生空蚀破坏，对体形设计要求高；单宽流量大，消能困难。①结构方而作为地下结构，开挖后破坏了原冇的岩体平衡，引起应力重分布，作用荷载冇：山岩压力，使得洞内需要临时性支护、永久性衬砌。衬砌：在洞内建筑一个保护层，增加起稳定性。外水压力，是无压遂洞性的控制荷载。内水压力，是有压遂洞的控制性荷载。因此衬砌需要足够的厚度及强度，保证围岩的稳定性。②施工方面：工期长、场地狭窄、施工工序多。施工进度往往影响整个工程工期。③功能方面：运用灵活。第二节泄水遂洞的布置、类型和构造一、布置及选线遂洞路线选择是设计屮的关键，它关系到遂洞的造价、施工的难易、工程进度、运行可靠性等方面的问题。遂洞选线的原则和要求为：(1)遂洞路线应尽量避开不利的地质构造、围岩不稳定及地下水位较高的地段，以减小作用在遂洞衬砌上的围岩压力和外水压力。(2)遂洞在平面上应力求短而直。若必须转弯时，转弯半径不宜小于5倍的洞径或洞宽，转角不宜大于600,弯道两端的直线段也不宜小于5倍的洞径或洞宽。(3)遂洞应有一定的埋深，有压遂洞的围岩厚度不应小于3倍的洞径或0.4倍的压力水头。(4)遂洞的纵坡，应根据水力条件、运行要求、上下游衔接、施工和检修等因素综合比较确定。利用地形地质条件，布置一•些施工支洞、竖井、以便增加施工作业而，改善施工条件。二、类型按水流状态，遂洞可分为：有压洞：引水发电的遂洞一般为有压洞。无压洞：泄洪、排放水库泥砂、施工导流等用途的遂洞一般为无压洞。有压洞和无压洞的比较：①在工程布置方面：无压洞：进口要求对称、平顺，严防水流喷射封顶；平而转弯使水流生产横向比降；纵向变坡，采用适当的反弧段、抛物线连接。第三节总体布置一、隧洞的组成：①进口段位于遂洞进口部位，用以控制水流、包括拦污栅、进水喇叭口、闸室及渐变段。②遂洞洞身段用以输送水流，一般需要衬砌。③出口建筑物用以连接消能设沌。无压遂洞的出口设冇门框，冇压遂洞的出口般冇渐变段及工作闸门家。二、进口建筑物的布置形式：竖井式，在进口附近的山体中开挖建成；塔式，在山坡前的水库屮建造封闭式混凝十塔；岸塔式，沿岸坡建造封闭式混凝土塔。如图①进口喇叭口段 作用：使水流平顺，减少水头损失，控制负圧生产。体型：符合流线型。进口曲线：上唇曲线为1/4椭圆，长轴a二孔口高度，短轴a”=（l/3〜l/2）a两侧曲线为1/4椭圆，长轴a”=孔宽度，短轴b"=a*"/4下唇曲线为1/4椭圆，或1/4圆①通气孔作用：有压洞，关闭工作门，向两闸门间充水时，向孔外排气；无压洞，向明流段充气。位置：检修闸门后的最高点，以保证充气的可靠性。②平压管作用：由水库向两闸门间充水，减少检修闸门的启门力。③拦污栅作用：阻止较人的漂浮物进入遂洞。④压坡段作用：在泄水孔出口应受缩断面，改善出口压力分布，以保证洞内为满流状态。压坡段顶部坡率一般采用1：4~1：6Z间，其长度一般3m~6m。三、洞身段1.洞身段的断面形式洞身段的断面形式取决于水流流态、地质条件、丿施工条件及运行要求等。1）无压遂洞的断面形式一般采用鬪拱直墙形（城门洞形）；围岩条件较差时，将边墙做成倾斜的，称为马蹄形；围岩条件较差，又有较大的外水压力时，可釆用圆形。2）有压遂洞的断面形式圆形遂洞断而的水流条件和受力条件较为有利，因此有压遂洞的断而形式一般采用圆形。2.洞身的衬砌1）衬砌的作用限制围岩变形，承受围岩压力等荷载，达到安全、稳定的冃的。防止渗透等白然现象对围岩的破坏。平整围岩表面，减少糙率，增大输水流虽。2）衬砌的类型平整衬砌平整围岩表面，不承受作用力，只减少衬砌表面糙率；单层衬彻由混凝土、钢筋混凝土或浆砌石做成，承受作丿IJ力，减少衬砌表面糙率；组合衬砌内层为钢板、钢筋网喷降，外层为混凝土、钢筋混凝土。3.龙抬头隧洞的纵向布置龙抬头（流洞与泄水洞的结合）遂洞的纵向布置射流抛物线，K:为防止负压而采用的安全系数，K=1.2〜1.6V:其始断面的流速；3:射流抛物线与起点的水平夹角。斜坡段反弧段，R=（7.5~10）洞径。四、出口建筑物有压洞：设置闸室及工作闸门，与下游消能设施连接。无压洞：出口洞顶加一道门框一洞脸，防止上部岩体倒塌，并与下游消能设施连接。'