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文檔簡(jiǎn)介

第八章水工隧洞

8.1概述

一、概念

水工隧洞:為滿(mǎn)足水利水電工程各項(xiàng)任務(wù)的需要,在地面以下開(kāi)鑿的各種隧洞,稱(chēng)為水工隧洞。

二、功用

水工隧洞的功用包括:①泄洪;②滿(mǎn)足發(fā)電、灌溉、給水等的引水或輸水任務(wù);③排沙;④放空水庫(kù),用于檢修或人防等;⑤施工導(dǎo)流。

三、水工隧洞的類(lèi)型

1、按擔(dān)負(fù)的任務(wù)

取水隧洞:用于獲取灌溉、發(fā)電、工業(yè)和生活用水等所需要的水量,流速一般較低。

泄水隧洞:一般為高速水流。如泄洪、放空、排沙及導(dǎo)流隧洞等。

特殊功用的隧洞:如通航隧洞、排漂隧洞、尾水隧洞等。

★在水工隧洞設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)盡量做到一洞多用,如臨時(shí)變永久、或二洞合一等型式。(1)導(dǎo)流洞與泄洪洞結(jié)合,屬于臨時(shí)洞變永久洞改建工程。改建后一般用于無(wú)壓隧洞,進(jìn)水段多是龍?zhí)ь^式,進(jìn)口之后以?huà)佄锞€(xiàn)段、斜坡段及反弧段與較低的洞身連接。(2)泄洪洞與發(fā)電洞合一布置。即一條隧洞分為主洞和支洞。分岔角一般為30-60°。

(3)另外,還有其他任務(wù)隧洞的合一布置。

如泄洪與排水隧洞的合一;發(fā)電后的尾水隧洞與灌溉隧洞的合一。

2、按工作時(shí)水力條件的不同:可分為有壓隧洞和無(wú)壓隧洞兩大類(lèi)。

①有壓隧洞:為滿(mǎn)流情況,隧洞工作時(shí)內(nèi)壁面各個(gè)部位均作用有較大的內(nèi)水壓力,并保證洞頂?shù)臏y(cè)壓管水頭大于2m。引水發(fā)電隧洞一般為有壓。

②無(wú)壓隧洞:隧洞工作時(shí)有自由水面,又稱(chēng)明流隧洞。灌溉渠道上的輸水隧洞一般為無(wú)壓的。

★其余的隧洞可為有壓或無(wú)壓狀態(tài),或前段有壓后段無(wú)壓狀態(tài),但必須避免:

明滿(mǎn)流交替出現(xiàn)的工作狀態(tài),防振動(dòng)、空蝕及對(duì)泄流能力的影響。

3、按襯砌方式分:不襯砌隧洞,噴錨、混凝土襯砌或鋼筋混凝土襯砌等。

4、按流速分:高速(v>16m/s),低速(v<16m/s)。

四、水工隧洞的特點(diǎn)

1、水力特點(diǎn)注意深式泄水隧洞水流的空蝕,脈動(dòng)引起的建筑物振動(dòng),及出口q大造成的下游沖刷等問(wèn)題。

為此需采用適宜的防空蝕和消能措施。

2、結(jié)構(gòu)荷載特點(diǎn)。山體中進(jìn)行洞室開(kāi)挖后,導(dǎo)致圍巖變形甚至崩塌,為此常布置臨時(shí)支護(hù)和永久性襯砌,以承受山巖壓力等荷載。

山巖壓力:地下洞室開(kāi)挖并襯砌后,由于圍巖變形而作用在襯砌上的力。

影響因素包括:圍巖的強(qiáng)度、變形性能、構(gòu)造產(chǎn)狀,洞室的形狀、尺寸,洞室開(kāi)挖程序以及支護(hù)襯砌的時(shí)間等。

無(wú)壓隧洞:主要考慮空蝕和脈動(dòng)水流的影響,對(duì)易發(fā)生空蝕的部位,應(yīng)采用防蝕、抗磨材料或其他防蝕措施。

有壓隧洞:從較大的內(nèi)水壓力和防滲考慮,要求圍巖有足夠的厚度和必要的襯砌。

總之,水工隧洞必需做好襯砌,并要盡量避開(kāi)不利的地質(zhì)及水文地質(zhì)環(huán)境。

3、施工特點(diǎn):隧洞一般工作面小,洞線(xiàn)長(zhǎng),工序多,干擾大,施工條件差,工期較長(zhǎng)。故應(yīng)注意采用新的施工方法。

五、采用水工隧洞的條件適合采用水工隧洞的條件為:

1、山嶺起伏地區(qū)的引水式電站。

2、過(guò)水建筑物設(shè)計(jì)高程在地面以下,采用明渠挖方大不經(jīng)濟(jì)時(shí)。

3、修建明渠可能受到滑坡、塌方、泥石流、雪崩和冰凍威脅時(shí)。

4、深山峽谷中修建當(dāng)?shù)夭牧蠅螣o(wú)條件采用其他導(dǎo)流及泄洪建筑物時(shí)。

5、水電站廠(chǎng)房采用地下結(jié)構(gòu)時(shí)。

六、水工隧洞的組成:一般由進(jìn)口段、洞身段和出口段三部分組成,洞前及洞后相應(yīng)的還需布置引水渠及尾水渠,如圖8-2所示。

8.2水工隧洞的布置

一、水工隧洞的布置

1、總體布置(1)應(yīng)根據(jù)樞紐任務(wù),對(duì)泄水建筑物進(jìn)行總體規(guī)劃。確定隧洞是專(zhuān)用或一洞多用。針對(duì)不同要求,結(jié)合地形、地質(zhì)和水流條件擬定進(jìn)口位置、高程。

(2)在合理的選定洞線(xiàn)的基礎(chǔ)上,根據(jù)地形、地質(zhì)、水流條件,選定進(jìn)口段的位置及結(jié)構(gòu)形式(豎井、塔式、岸塔式、斜坡式等),確定閘門(mén)在洞口中得位置。

(3)確定洞身縱坡及洞身斷面形狀及尺寸。

(4)根據(jù)地形、地質(zhì)、尾水位等條件及建筑物之間得相互關(guān)系,選定出口得位置,底板高程及消能方式。

(5)應(yīng)考慮臨時(shí)占地、永久占地、植被破壞和恢復(fù)、施工污染、運(yùn)行期地下水位變化等對(duì)環(huán)境的影響和水土保持的要求。使自然環(huán)境較小破壞、較易恢復(fù),環(huán)境投資最小。

2、洞線(xiàn)選擇

(1)盡量避開(kāi)地質(zhì)條件不良地段。(穩(wěn)定)

(2)力求洞線(xiàn)短、直,水流平順。(工程造價(jià)和水頭損失)

(3)進(jìn)、出口位置合適。

(4)使各段洞身橫斷面都有足夠的圍巖厚度。

(5)應(yīng)兼顧施工方便。

二、閘門(mén)在隧洞中的布置

(一)引水隧洞進(jìn)水口一般位于水庫(kù)調(diào)節(jié)庫(kù)容所相應(yīng)的工作深度以下。

★工作閘門(mén)位于出口段,進(jìn)口段只設(shè)攔污柵和事故檢修閘門(mén)。進(jìn)水口洞身水輪機(jī)尾水管

(二)泄水隧洞泄水隧洞中一般布置二道閘門(mén),一為工作閘門(mén)(控制下泄流量),一為檢修閘門(mén)(或稱(chēng)事故閘門(mén))。

1、工作閘門(mén)位置:可以布置在進(jìn)口、出口或隧洞中任一適宜位置。

(1)布置在進(jìn)口:①一般為無(wú)壓隧洞??梢宰鳛楸砜?布置上相當(dāng)于用隧洞代替了岸邊溢洪道的泄槽,多屬于由導(dǎo)流洞改建的龍?zhí)ь^式)或深孔(考慮閘門(mén)檢修方便,但水力條件不好)

②也可用于有壓隧洞,但考慮水力條件,一般僅用于V較低的施工導(dǎo)流洞。

(二)泄水隧洞

1、工作閘門(mén)位置

(2)布置在出口:用于有壓隧洞。對(duì)圍巖、襯砌及地質(zhì)條件要求比無(wú)壓隧洞高。一般在隧洞進(jìn)口設(shè)事故檢修閘門(mén)。

(3)布置在洞身某一位置

①隧洞線(xiàn)路需轉(zhuǎn)彎,常將閘門(mén)布置在洞內(nèi)轉(zhuǎn)彎段后的直線(xiàn)段上,閘門(mén)前后分別為有壓與無(wú)壓流。

②洞內(nèi)某處較出口處的地質(zhì)條件好,工作閘門(mén)布置在洞中。

2、檢修閘門(mén)

(1)一般均設(shè)在隧洞進(jìn)口,在工作閘門(mén)上游,當(dāng)工作閘門(mén)或隧洞檢修時(shí),用以擋水。

(2)隧洞出口低于下游水位時(shí)也要設(shè)檢修閘門(mén)。深水隧洞的檢修閘門(mén)一般需要能在動(dòng)水中關(guān)閉,靜水中開(kāi)啟,也稱(chēng)事故閘門(mén)。

8.3水工隧洞的進(jìn)口段

按進(jìn)水口的布置及結(jié)構(gòu)形式可分為豎井式、塔式、岸塔式和斜坡式等。

1、豎井式進(jìn)水口。在隧洞進(jìn)口附近的巖體中開(kāi)挖豎井,沿岸坡成傾斜式,井壁一般要進(jìn)行襯砌,閘門(mén)安置在豎井井底中,豎井的頂部布置啟閉機(jī)及操縱室,攔污柵設(shè)于洞外。

組成:設(shè)攔污柵的閘前漸變段,豎井,閘后漸變段。

優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,節(jié)省工作橋,不受風(fēng)浪和冰凍的影響,抗震及穩(wěn)定性好,安全可靠。

缺點(diǎn):豎井開(kāi)挖困難,門(mén)前段隧洞檢修不便。

適用:地質(zhì)條件良好,岸坡巖體完整、穩(wěn)定、堅(jiān)固,坡度適宜,易于開(kāi)挖平洞和豎井的情況。

2、塔式進(jìn)水口。岸坡較緩或地質(zhì)條件較差時(shí)用以連接隧洞,或在連接壩底埋管時(shí)使用。塔獨(dú)立于岸坡,用鋼筋混泥土建造,塔頂設(shè)操縱平臺(tái)和啟閉機(jī)室,用工作橋與岸邊或壩頂相連。塔式進(jìn)水口可一邊或四周進(jìn)水。由此可分為封閉式和框架式兩類(lèi)。

封閉式:水平截面可為圓形、矩形或多角形,可在不同高程設(shè)進(jìn)水口。運(yùn)行可靠,造價(jià)高。

框架式:工作水頭較低或根據(jù)運(yùn)用條件只需在進(jìn)口處設(shè)置一道閘門(mén)時(shí)采用。其結(jié)構(gòu)較輕,造價(jià)省,但只能在低水位時(shí)檢修??蚣苁椒忾]式

組成:閘前漸變段,塔身,閘后漸變段。優(yōu)點(diǎn):布置緊湊,可在任何水位下檢修,閘門(mén)檢修相對(duì)來(lái)說(shuō)方便可靠。缺點(diǎn):造價(jià)較高。另設(shè)工作橋,可能增加投資,需進(jìn)行穩(wěn)定驗(yàn)算。適用:當(dāng)?shù)夭牧蠅误w,或進(jìn)口處山巖地質(zhì)條件較差,岸坡又比較平緩,不宜開(kāi)鑿豎井的情況。

3、岸塔式(岸墻式)。進(jìn)水口是依靠在開(kāi)挖后洞臉巖坡上的進(jìn)水塔,塔身直立或稍有傾斜,一般要求地質(zhì)條件較好,有穩(wěn)定岸坡,位于岸坡巖體之外而又緊靠巖坡成為整體,多為傾斜式。其也可分為封閉式和框架式。

優(yōu)點(diǎn):由于塔身斜靠山坡,故易滿(mǎn)足穩(wěn)定要求,對(duì)岸坡也直到一定的支撐作用,施工、安裝、維修方便,地形、地質(zhì)條件許可時(shí)優(yōu)先選用。

缺點(diǎn):若傾斜,閘門(mén)也斜,啟門(mén)力增加,不易靠自重關(guān)閉閘門(mén)。

適用:地質(zhì)條件較好,岸坡較陡,進(jìn)口處巖石堅(jiān)固,不易挖井,可開(kāi)挖成近于直立的陡壁。

4、斜坡式。如果巖石完整、穩(wěn)定,則可稍加開(kāi)挖平整并進(jìn)行襯砌后,直接將閘門(mén)及攔污柵軌道安置在斜坡上而不設(shè)置控制塔。

優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,施工方便,穩(wěn)定性好,造價(jià)最低。

缺點(diǎn):斜坡上裝閘門(mén),關(guān)門(mén)時(shí)不易靠自重下降,啟門(mén)力大。

適用:岸坡地形地質(zhì)條件適合的中小型工程或僅安裝檢修閘門(mén)的進(jìn)水口,要求較為完整的巖坡。

5、組合式進(jìn)水口上列幾種基本進(jìn)水口形式還可根據(jù)具體地形地質(zhì)條件組合采用。如上部塔式而下部豎井。

二、進(jìn)口段的組成部分

水工隧洞進(jìn)口段包括:進(jìn)水喇叭口、閘門(mén)室、通氣孔、平壓管、漸變段等幾部分。

1、閘門(mén)前、后漸變段(同重力壩壩身泄水孔)

2、通氣孔

有壓進(jìn)水口工作閘門(mén)后應(yīng)設(shè)通氣孔。

3、平壓管(充水閥)

4、攔污柵

攔污柵作用:防止有害污物及漂浮物進(jìn)入進(jìn)水口,影響過(guò)水能力。

布置:

①平面傾斜:一般用于水電站引水隧洞。傾角一般為60-700。過(guò)水?dāng)嗝娲?,易于清污,適用于豎井式、岸墻式。

②平面直立:適用塔式,不利于清污。

③多邊形式布置。

結(jié)構(gòu):

①支承結(jié)構(gòu):金屬框架或鋼筋砼結(jié)構(gòu)。

②柵片結(jié)構(gòu):由若干柵條組成,柵片放在支承結(jié)構(gòu)的柵槽中。經(jīng)常提放(修理、清污)。每塊柵片寬度一般≯2.5m,高度≯4m;為槽鋼、角鋼或扁鋼等焊接、螺栓、連接而成格柵結(jié)構(gòu)。

③柵條結(jié)構(gòu):柵條一般厚8-12mm,寬100-200mm。

清污及檢修:定期清污(人工、機(jī)械),柵片類(lèi)似閘門(mén),可由柵槽中提起檢修及清污。

★注:攔污柵框架頂部應(yīng)高出需要清污時(shí)的相應(yīng)水庫(kù)水位。泄水隧洞一般不設(shè)攔污柵,當(dāng)要攔較大漂浮物時(shí),可視需要設(shè)梁格較大的固定式柵架。8.4水工隧洞的洞身段

一、洞身斷面形式

1、無(wú)壓隧洞的斷面形式

(1)圓拱直墻形(城門(mén)洞形):適用于地質(zhì)條件較好,垂直山巖壓力較大而無(wú)側(cè)向山巖壓力,或側(cè)向山巖壓力很小的情況。中心角多在90°-180°之間。寬高比一般為1-1.5邊墻傾斜

(2)馬蹄形(蛋形):適用于巖石比較軟弱破碎,垂直山巖壓力和側(cè)向山巖壓力均較大的情況。

(3)圓形:適用于圍巖條件差,且地下水壓力較大,掘進(jìn)機(jī)施工情況。TBM掘進(jìn)機(jī)工作過(guò)各示意圖TBM刀盤(pán)部分全長(zhǎng)100多米,鉆頭直徑8米多,隧洞的襯砌,支護(hù)可一氣呵成。

2、有壓隧洞的斷面型式一般采用圓形,在圍巖較好,內(nèi)水壓力不大時(shí),為了施工方便,也可采用無(wú)壓隧洞常用的斷面形式(城門(mén)洞形、馬蹄形等)。

二、洞身橫斷面尺寸

非圓形斷面:長(zhǎng)×高不小于1.5m×1.8m;

圓形斷面:內(nèi)徑不小于1.8m。

城門(mén)洞形斷面:頂拱中心角一般為90°-180°,斷面高寬比一般為1-1.5,水深變化大則采用上限。

三、隧洞襯砌構(gòu)造

(一)襯砌的功用

①加固和保護(hù)圍巖,阻止圍巖變形的發(fā)展。

②承受山巖壓力、內(nèi)水壓力及其它荷載。

③防止?jié)B漏。

④保護(hù)巖石免受水流、空氣、溫度、干濕變化等的沖蝕破壞作用。

⑤減小隧洞的表面糙率,減小水頭損失。

(二)襯砌的類(lèi)型按設(shè)置目的分為抹平和受力襯砌兩類(lèi),而受力襯砌又包括單層、組合、預(yù)應(yīng)力、噴錨襯砌等。

1、抹平襯砌(平整襯砌或護(hù)面)采用砼、噴砼、漿砌石等做成的減少糙率,防止漏水、抵抗沖蝕、防止風(fēng)化等的平整護(hù)面,不承受荷載。

適用:造價(jià)低,施工方便,適用于巖石較好,水頭較低的情況。

2、單層襯砌:是用混凝土(圖8-8a)、鋼筋混凝土(圖8-8b、c、d)或漿砌石做成的承受荷載的襯砌。據(jù)經(jīng)驗(yàn),砼及鋼筋砼的厚度一般均為洞徑或洞寬的1/8-1/12,且≮25cm。

適用:中等地質(zhì)條件、斷面較大、水頭較高的情況,應(yīng)用廣泛。其中前兩種材料的單層襯砌應(yīng)用最廣泛。

3、組合襯砌不同材料組成的雙層、多層襯砌,或頂拱、邊墻及底板以不同材料構(gòu)成的襯砌。(例子見(jiàn)教材P397)

4、預(yù)應(yīng)力襯砌對(duì)砼或鋼筋砼襯砌施加預(yù)壓應(yīng)力,以抵消內(nèi)水壓力產(chǎn)生的拉應(yīng)力,克服砼抗拉強(qiáng)度低的缺點(diǎn)。

適用:作用高水頭的圓形有壓隧洞。

優(yōu)點(diǎn):可使襯砌厚度減薄,節(jié)約材料和開(kāi)挖量,還可以增強(qiáng)襯砌的抗裂性和不透水性。

缺點(diǎn):施工復(fù)雜、工序多、高壓灌漿技術(shù)要求高、工期較長(zhǎng)。

專(zhuān)題:1、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土的基本原理

混凝土的抗拉性能很差,使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)帶裂縫工作,從而使鋼筋的抗拉強(qiáng)度得不到發(fā)揮。

為避免裂縫過(guò)早出現(xiàn),充分利用高強(qiáng)度鋼筋,可在構(gòu)件承受荷載前,預(yù)先對(duì)受拉區(qū)的混凝土施加壓力,來(lái)減小或抵消使用時(shí)荷載所引起的混凝土拉應(yīng)力,從而將結(jié)構(gòu)構(gòu)件的拉應(yīng)力控制在較小范圍,甚至處于受壓狀態(tài),以推遲混凝土裂縫的出現(xiàn)和開(kāi)展,從而提高構(gòu)件的抗裂性能和剛度。

預(yù)應(yīng)力混凝土的基本原理圖

專(zhuān)題:2、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土的施工

(1)先張法:先張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋,然后澆筑混凝土的施工方法。

張拉設(shè)備工藝過(guò)程是:穿鋼筋→張拉鋼筋→澆筑砼并進(jìn)行養(yǎng)護(hù)→切斷鋼筋。先張法張拉設(shè)備(2)后張法:先澆筑混凝土,待混凝土硬化后,在構(gòu)件上直接張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋。工藝過(guò)程:澆筑砼構(gòu)件(預(yù)留孔道)并進(jìn)行養(yǎng)護(hù)→穿預(yù)應(yīng)力鋼筋→張拉鋼筋并用錨具錨固→孔道內(nèi)壓力灌漿后張法張拉設(shè)備

(三)襯砌的分縫

1、施工工作縫(臨時(shí)縫):一般設(shè)有橫向(垂直水流方向)、縱向施工工作縫。

★注:為防止由于混凝土凝固收縮產(chǎn)生裂縫,分段澆筑的順序通常是跳倉(cāng)澆筑法。陸渾水庫(kù)泄洪洞襯砌施工分縫(單位:m)

2、永久橫向伸縮縫

(1)設(shè)置部位

①地質(zhì)條件變化處。

②襯砌結(jié)構(gòu)變化處(接頭處)。(2)設(shè)置目的:防止水平位移及不均勻沉陷造成襯砌破裂。伸縮沉陷縫(單位:m)厚度突變

3、永久橫向溫度伸縮縫防止混凝土干縮和溫度應(yīng)力而產(chǎn)生的裂縫。其比臨時(shí)工作縫施工難度高,效果值得懷疑,決定是否選用應(yīng)慎重。

★實(shí)際施工中:橫向施工縫、沉降縫、伸縮縫,盡量結(jié)合在一起。

(四)灌漿

1、回填灌漿目的:為了充填襯砌與圍巖之間的空隙,使之緊密結(jié)合,共同工作,改善傳力條件和減少滲漏。

施工方法:在頂拱部位預(yù)留灌漿管,在襯砌完成后,通過(guò)預(yù)埋管進(jìn)行灌漿。

灌漿范圍:一般在頂拱中心角900~1200以?xún)?nèi)。

孔距、排距:一般2~6m(深入巖體5cm以上)。

壓力:見(jiàn)書(shū)。

2、固結(jié)灌漿

目的:在于加固圍巖,減少滲漏。

范圍:整個(gè)斷面。一般深入圍巖2~5m,對(duì)于圍巖條件差的地段或直徑較大的隧洞達(dá)6~10m。

孔距、排距:2~4m,每排不宜少于6孔,作對(duì)稱(chēng)布置??拙嗉s為1倍隧洞半徑,布置成梅花形。

壓力:一般為1.5~2.0倍內(nèi)水壓力。

★注:①灌漿時(shí)應(yīng)加強(qiáng)觀(guān)測(cè),防止洞壁產(chǎn)生變形或破壞。②二種灌漿孔通常分排間隔排列。

③固結(jié)灌漿應(yīng)在回填灌漿7-14天之后進(jìn)行。

當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件良好,圍巖透水性較低,可不進(jìn)行灌漿。

(五)排水

作用:降低作用在襯砌上的外水壓力。

(1)無(wú)壓洞:外水壓力較大時(shí),設(shè)置排水(徑向、縱向)。

①?gòu)较蚺潘椎目拙嗪团啪?-4m,孔深2-4m,一般在洞內(nèi)水面以上設(shè)置。當(dāng)無(wú)壓隧洞邊墻很高時(shí),也可在邊墻背后水面高程以下設(shè)置暗的環(huán)向及縱向排水系統(tǒng)。另洞內(nèi)水面以下也可設(shè)置排水孔,主要用于隧洞放空時(shí)排水。

②縱向排水設(shè)在襯砌底部。

(2)有壓洞:

①一般只需加強(qiáng)固節(jié)灌漿(防滲),不設(shè)排水。

②確有必要設(shè)置排水時(shí),也只能采用環(huán)向、縱向排水暗管。

環(huán)向排水:可用礫石鋪成,每隔6-8m設(shè)一道,收集的滲水匯集后由襯砌下部的縱向排水暗管(例如無(wú)砂混凝土管)排向下游。

8.5水工隧洞的出口段及消能設(shè)施

一、有壓隧洞的出口段

有壓隧洞出口處常設(shè)閘門(mén),因此設(shè)閘室。門(mén)前設(shè)漸變段,門(mén)后接消能設(shè)施。

★其出口斷面應(yīng)做成逐漸收縮的壓坡形式,但應(yīng)注意不能影響泄流能力。坡度一般為1:20。

二、無(wú)壓隧洞出口段出口處無(wú)閘門(mén),僅設(shè)門(mén)框,以防洞臉及其上部巖體崩塌,出口構(gòu)造主要是消能設(shè)施。

三、隧洞出口消能方式

1、挑流噴消能:應(yīng)優(yōu)先選用挑流消能,因其比較經(jīng)濟(jì)合理,用于有壓及無(wú)壓隧洞。出口可收縮或擴(kuò)散

2、底流消能:應(yīng)用較多。可采用擴(kuò)散后的底流水躍消能。水流出洞后與擴(kuò)散連接段,水平向可采用1:6-1:8,垂直向宜采用水流質(zhì)點(diǎn)的拋物線(xiàn)與消力池連接。

◎摻氣減蝕措施(P404)工人在邊壁設(shè)置挑起、突跌、突擴(kuò)等體形結(jié)構(gòu)物,使急流通過(guò)時(shí)產(chǎn)生脫離和低壓腔,此低壓腔處設(shè)有與大氣連通的通氣孔。

3、洞中突擴(kuò)消能在有壓隧洞中分段造成出流突然擴(kuò)散,與其周?chē)w之間形成大量漩渦、摻混而消能。有縮有放的一些結(jié)構(gòu),如P400圖8-17。

4、洞內(nèi)旋流消能

在隧洞內(nèi)設(shè)置造旋設(shè)施,使水流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn),利用水流離心力增加過(guò)流壁面壓強(qiáng),防止過(guò)流壁面空蝕破壞。

8.8水工隧洞襯砌的荷載及荷載組合

一、荷載1、圍巖壓力2、圍巖的彈性抗力

圍巖的單位抗力系數(shù)K0:半徑為100cm的孔口,受均勻內(nèi)壓時(shí),孔周發(fā)生1cm的徑向位移時(shí)的均勻內(nèi)壓值。可由工程經(jīng)驗(yàn)或試驗(yàn)的方法得出:K0=Ed/100(1+μd)Ed與μd為圍巖的彈模和泊松比,可由試驗(yàn)得出,無(wú)論是室內(nèi)還是現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)都應(yīng)注意試驗(yàn)結(jié)果的局限性。3、內(nèi)水壓力

主要針對(duì)有壓隧洞,由洞頂以上的水頭產(chǎn)生的力均勻內(nèi)水壓γh和無(wú)水頭洞內(nèi)滿(mǎn)水壓(洞頂0,洞底γd)值組合而成。

4、外水壓:常將地下水位線(xiàn)以下的水柱H乘以折減系數(shù)β表示。即γHβ。5、襯砌自重:襯砌容重乘以其厚度。

6、灌漿壓力7、地震及溫度作用二、荷載組合

正常運(yùn)用情況為基本組合,用以設(shè)計(jì)襯砌厚、材料標(biāo)號(hào)和配筋量。其他情況作為校核。

8.9水工隧洞襯砌計(jì)算與支護(hù)設(shè)計(jì)

各種襯砌的厚度計(jì)算公式見(jiàn)P418---。

※※新奧法和噴錨支護(hù)P437

一、新奧法

即新奧地利隧道施工方法的簡(jiǎn)稱(chēng),原文是NewAustrianTunnellingMethod,簡(jiǎn)稱(chēng)NATM。

它是以既有隧道工程經(jīng)驗(yàn)和巖體力學(xué)的理論為基礎(chǔ),將錨桿和噴射混凝土組合在一起作為主要支護(hù)手段的一種施工方法。

※※新奧法和噴錨支護(hù)P437

二、噴錨支護(hù)是利用錨桿和噴混凝土進(jìn)行圍巖加固的總稱(chēng)。兩者可單獨(dú)使用,也可聯(lián)合使用,還可附加鋼筋網(wǎng)。噴錨支護(hù)是配合新奧法發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新型支護(hù)。

三、噴錨襯砌的工作原理

隧洞開(kāi)挖→巖層平衡狀態(tài)破壞,洞壁一定塑性區(qū)范圍內(nèi)形成了一個(gè)承重圈。此時(shí)山巖壓力繼續(xù)增加→巖體將產(chǎn)生裂縫、滑移、掉塊以至大面積坍塌,從而失去穩(wěn)定。在巖體變形過(guò)程中,噴錨襯砌能及時(shí)將圍巖予以封閉加固,給予其一定的反力,阻止其變形的發(fā)展,可以發(fā)揮圍巖的自承能力,保持圍巖的穩(wěn)定。噴錨襯砌與圍巖緊密聯(lián)合,它具有一定的柔性,襯砌承受的載荷僅為抑制圍巖繼續(xù)變形所產(chǎn)生的壓力,這種變形壓力與松散壓力相比要小得多。

四、噴錨支護(hù)的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用

優(yōu)點(diǎn):適用各種巖層條件,使用靈活,施工速度快,噴砼厚度也遠(yuǎn)<常規(guī)砼襯砌厚度,可大大節(jié)省工程量,降低造價(jià),縮短工期,與常用襯砌比較有支護(hù)快、頂部緊帖、柔性大等特點(diǎn)。

缺點(diǎn):表面不夠光滑,糙率大,尤其當(dāng)開(kāi)挖施工中超、欠挖較大時(shí)更難由混凝土填平。

應(yīng)用:

a.施工期臨時(shí)支護(hù)及導(dǎo)流隧洞等臨時(shí)工程。

b.永久性工程:無(wú)壓隧洞的頂部部分、有壓隧洞的低水頭、低流速部分。

五、噴錨支護(hù)的類(lèi)型

1、噴混凝土支護(hù)噴混凝土支護(hù)與圍巖共同工作,改善支護(hù)工作條件,也加固了圍巖。噴混凝土能緊跟掘進(jìn)工作面施工,縮短了圍巖的暴露時(shí)間,使圍巖的風(fēng)化、潮解和應(yīng)力松馳等不致有大的發(fā)展,堵塞滲水通道。

噴砼的作用為:

●充填巖體表面張開(kāi)的裂隙,使圍巖結(jié)成整體。

●填補(bǔ)不平整表面,緩和應(yīng)力集中。

●保護(hù)巖體表面,堵塞滲水通道,阻止巖塊松動(dòng)和被侵蝕。

2、錨桿支護(hù)(節(jié)理發(fā)育的圍巖常采用)錨桿支護(hù)是有特定形式的錨桿錨固于巖石內(nèi)部,把原來(lái)不夠完整的圍巖固結(jié)起來(lái),從而增加圍巖的整體性和穩(wěn)定性。

錨桿作用:懸吊作用、組合(銷(xiāo)釘)作用、固結(jié)(承拱)作用。錨桿三種作用機(jī)制是綜合發(fā)生的。

3、噴混凝土+錨桿支護(hù)用于強(qiáng)度不高或完整性很差的巖層。

4、噴混凝土+錨桿+鋼筋網(wǎng)支護(hù)對(duì)于軟弱的不良地質(zhì)巖層的噴錨支護(hù)中,一般加設(shè)鋼筋網(wǎng)以承受拉應(yīng)力,提高噴混凝土層的強(qiáng)度,并減少溫度裂縫。

六、噴錨支護(hù)的設(shè)計(jì)

工程經(jīng)驗(yàn)類(lèi)比法更常用,見(jiàn)表8-10。

(一)噴砼的厚度d計(jì)算設(shè)計(jì)理論較多,教材公式為:r1Rmax彈性區(qū)塑性區(qū)洞室

α-剪切面與隧洞斷面垂直中心線(xiàn)的夾角,一般20~30°。

Pi-支護(hù)上的徑向壓力,見(jiàn)P423式8--14。

引入一:按粘結(jié)破壞(撕開(kāi))(噴砼情況)

R粘-噴砼計(jì)算粘結(jié)強(qiáng)度;l-危石邊長(zhǎng)Kr-危石彈性抗力系數(shù),由圍巖彈模及泊松比計(jì)算得出,見(jiàn)P424;E-噴混砼的彈模;G——危石重量;引入二:按“沖切”破壞(噴錨情況)τB-噴砼抗剪強(qiáng)度K-安全系數(shù),一般取1.5

(二)噴砼的施工

撬除危石,清洗巖面,然后噴一層厚約1cm的小水灰比的水泥漿或厚約2-3cm的富水泥砼。噴

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