土木建筑水工隧洞一.ppt
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1、第八章 水工隧洞 1 概 述 一、水工隧洞的类型 二、水工隧洞的工作特点 三、水工隧洞的组成,一、水工隧洞的类型:分类方法:按功用分、按受力状态分。(一)按功用分:泄洪 引水:发电、灌溉、供水;航运输水。排沙 放空水库 施工导流,(二)按受压状态分:(1)有压:水力计算、管流计算 在工程布置上受力情况差别较大(2)无压:明渠流计算 运行条件上(同一条洞前段有压,后段无压)禁忌:明满流交替 危害:(1)易引起振动、空蚀。(2)影响泄流能力。具体到一个工程,究竟采用有压或无压,应通过技术、经济比较后确定。,二、水工隧洞的工作特点(1)水力特点:深式泄水孔:A 泄水能力与H1/2成正比。B 进口位置
2、低,能预泄。C 承受得水头较高,易引起空化、空蚀。D 水流脉动会引起闸门等振动。E 出口单宽流量大,能量集中会造成下游 冲刷。,(2)结构特点:A 洞室开挖后,引起应力重分布,导致围岩变形甚至崩塌,为此常布置临时支护和永久性衬砌。B 承受较大内水压力的隧洞,要求围岩具有足够的厚度和必要的衬砌。(3)施工特点:隧洞一般断面小,洞线长,工序多,干扰大,施工条件差,工期较长。三、水工隧洞的组成 进口段 洞身段 出口段,2 水工隧洞的布置 及线路选择一、总体布置及线路选择二、闸门在隧洞中的布置三、多用途隧洞的布置,一、总体布置及线路选择(1)应根据枢纽的任务,对泄水建筑物进行总体 规划。(2)在合理定
3、洞线的基础上,根据地形、地质、水流条件,选定进口的位置及进口结构形成,确定闸门在洞口中的位置。(3)确定洞身纵坡及洞身断面形状及尺寸。(4)根据地形、地质、尾水位等条件及建筑物之间 的相互关系,选定出口的位置,底板高程及 消能方式。,选线是设计中一个至关重要的问题,它关系到工程造价、施工难易、工期长短和运行可靠性等方面。选洞线的一般原则和要求为:(1)隧洞的线路应尽量避开不利的地质构造,围岩可能不稳定及地下水位高、渗流量丰富的地段,以减少作用于衬砌上的围岩压力和外水压力。(2)洞线在平面上应力求短直,这样既可以减少工程费用,减少水头损失,便于施工。必须转弯时,其直线半径不宜小于5倍洞径或洞宽,
4、转角不宜大于60o,弯道两端的直线段不宜小于5倍洞径(或洞宽)。,(3)隧洞应有一定的埋藏深度。(4)隧洞的纵坡,应根据水利条件运用要求、用途、上下游衔接、施工和检修等因素 综合分析比较后确定。(5)对于长隧洞,选择洞线时还应注意利用地形、地质条件、布置一些施工支洞、斜井、竖井,以增加工作面,加快施工进度。,(6)要考虑进出口与其它建筑物的关系:如果水库所建的坝是土石坝,则进口应距离 坝坡50M以上,出口应距离坝坡100M以上,以免 水流冲刷坝坡。排沙洞:为了保证电站进水口免受泥沙淤积威胁,故 排沙洞进口布置在靠近电站进口的上游侧,高程 比电站进水口低,以使电站进口在其拉沙漏斗 范围内。泄水隧
5、洞:出口方向要与下游的河道衔接顺畅,减轻对岸边的冲刷。,每一个初步方案均应用平面图和纵剖图来表示。平面图表示出:地形、隧洞和其它建筑物的关系,进口位置、闸门位置、施工旁洞、竖井、堆渣地点等。纵剖面图表示出:地质构造、断层破碎带以及其它地质特点,进出口及闸门置、底坡的坡率、洞底高程。,二、闸门在隧洞中的布置 泄水隧洞中一般布置工作闸门,检修闸门(或事故闸门)可以布置在进口、出口或隧洞中某一 适宜位置。(1)布置在进口:一般为无压洞 也可以是有压洞。(平时利用闸门挡水,保持洞内无水)(2)布置在出口:有压洞。,(3)布置在洞身某一位置 A 由于地形、地质、施工和枢纽布置上的原因,隧洞线路需要转弯,
6、闸门室易布置在转弯段后的直线段上。B 洞内某处较出口处的地质条件好,工作闸门布置在洞中,可以利用岩体承受闸门传输的水动力。,三、多用途隧洞的布置:一洞多用,或临时任务与永久任务相结合。这样可减小工程量,降低造价,也可解决枢纽 中单项工程过多造成布置上的困难。(一)泄洪洞与导流洞合一布置 常作成“龙抬头”式,在进口之后用抛物线段、斜坡段、反弧段与较低的洞身相连接。“龙抬头”式泄洪洞,一般水头高,流速大,反弧及下游易遭空蚀破坏。为了避免空蚀,应做好体形设计,控制施工质量。限制不平跨度,并选用适当的掺气减蚀措施。,(二)泄洪洞与发电洞合一布置 布置型式:存在问题:1、岔尖处的水流流态复杂,容易产生
7、不利负压和空蚀。2、泄洪时对发电不利。,(三)泄洪洞与排沙洞合一布置 排沙洞进口高程低,在施工期可做导流洞用。1、闸门压力大,启闭困难。(洪水期开启,水头高。)2、泥沙堆积,闸门不易开启。,3 进 口 段 一、形式及计算要点 二、进口段的组成部分(一)进水喇叭口(二)通气孔(三)拦污栅(四)渐变段、闸门室及平压管,一、形式及计算要点 按布置与结构形式分为:竖井式、塔式、岸塔式、斜式。,二、进口段的组成部分 进口段包括:进水喇叭口、闸门室、通气孔、平压管、渐变段。(一)进水喇叭口 位置:在隧洞的首部 要求:其体形与孔口水流的形态相适应,使水流平顺 通过,而不致脱壁。避免产生不利的负压合空隙破坏。
8、减少局部水头损失,以提高泄流能力。体型:常采用矩形断面,顶板和边墙顺水流方向三面收缩 平底。喇叭口的顶板和边墙常采用椭圆曲线,其方程为:,式中:a 长半轴 顶板约等于闸门处的孔口高度(H)边墙约等于闸门处的孔口宽度(B)b 短半轴 顶板:H/3 边墙:(1/31/5)B 对于重要的工程,进口曲线应通过水工模型试验确定。无压隧洞的压力进口顶板,在检修闸门上游通常是一段倾斜的椭圆曲线,以便与检修闸门和工作门之间的顶板衔接,此顶板以1:4 1:6的坡度向下游缩,以增加进口段的压力,防止发生空蚀。检修门槽前的入口段长度可控制在(0.8 1.0)倍工作闸门处的孔口高度范围内。检修门槽与工作闸门之间的顶板
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