水工隧洞及壩下埋管

1、第七章第七章 水工隧洞與壩下埋管水工隧洞與壩下埋管第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第二節(jié)第二節(jié) 隧洞的進出口建筑物隧洞的進出口建筑物第三節(jié)第三節(jié) 隧洞洞身的形式及構(gòu)造隧洞洞身的形式及構(gòu)造第四節(jié)第四節(jié) 圓形有壓隧洞的襯砌計算圓形有壓隧洞的襯砌計算第五節(jié)第五節(jié) 隧洞的噴錨襯砌隧洞的噴錨襯砌第六節(jié)第六節(jié) 土石壩壩下埋管土石壩壩下埋管思思 考考 題題第一節(jié)第一節(jié) 概述概述一、水工隧洞的類型一、水工隧洞的類型水工隧洞是在山體中開鑿的一種泄水、放水建筑物，其主要作用是渲泄洪水、引水發(fā)電或灌溉、供水、航運輸水、放空水庫、排放水庫泥沙以及水利樞紐施工期導流。水工隧洞按其擔負的任務(wù)可分為：泄洪隧洞和放水隧洞。按其工作時洞

2、內(nèi)的水流狀態(tài)可分為：有壓隧洞和無壓隧洞。一般從水庫引水發(fā)電的水工隧洞是有壓的，而為泄洪、供水、排沙、導流等目的而設(shè)置的隧洞，可以是有壓的，也可以是無壓的。有壓隧洞運行時，其內(nèi)壁承受一定的內(nèi)水壓力。無壓洞內(nèi)水流具有自由水面，水面與洞頂保持一定的凈空。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述水工隧洞可以設(shè)計成有壓的，也可以設(shè)計成無壓的。即使是在同一條隧洞中，以主閘門為界，閘門前有壓，閘門后為無壓的。但是在隧洞的同一段內(nèi)，除了流速低的導流隧洞外，應(yīng)嚴禁出現(xiàn)時而有壓，時而無壓的明滿交替的流態(tài)，以免造成因此引起的震動與空蝕。 二、二、 水工隧洞的工作特點水工隧洞的工作特點1 1深式過水建筑物的特點深式過水建筑物的特點（1

3、）泄水遂洞出口流速高，單寬流量大，能量集中，消能防沖措施要求較高。（2）進口處于水下較深處，閘門承受的水壓力大，要求閘門剛度大，啟閉機容量大。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述（3)高水頭無壓泄水隧洞，容易在高速水流的作用下引起的振動及洞身空蝕破壞。（4)有壓隧洞往往承受較大的內(nèi)水壓力，要求有一定厚度的圍巖和足夠強的襯砌。2.2.地下建筑的特點地下建筑的特點（1)水工隧洞是一種地下結(jié)構(gòu)。隧洞開挖后，改變了巖體原來的平衡狀態(tài)，引起孔洞附近應(yīng)力重分布，巖體產(chǎn)生變形，嚴重的甚至發(fā)生崩塌。因此，隧洞中常需設(shè)置臨時性（施工期）支護和永久性襯砌，以確保隧洞施工期和運行期的安全。（2）與地面建筑物相比較，隧洞的斷面尺寸

4、小，施工場地狹窄，施工干擾較大；第一節(jié)第一節(jié) 概述概述（3)外水壓力是水工隧洞設(shè)計的主要荷載之一。三、水工隧洞的線路選擇和工程布置三、水工隧洞的線路選擇和工程布置1 1水工隧洞的線路選擇水工隧洞的線路選擇在洞線選擇時，應(yīng)結(jié)合隧洞的用途，根據(jù)當?shù)貙嶋H情況，綜合考慮，地質(zhì)、地形、水力學、施工、運行、樞紐總布置及對周圍環(huán)境影響等因素，通過技術(shù)經(jīng)濟比較選定。并通過多方案進行經(jīng)濟技術(shù)比較而加以確定。（1 1）地質(zhì)條件）地質(zhì)條件1）隧洞線路選擇原則上應(yīng)使洞線布置于地質(zhì)構(gòu)造簡單、巖體完整堅硬穩(wěn)定，水文地質(zhì)條件有利及施工方便的地區(qū)。盡量避開向斜、斷層、軟弱地層、第一節(jié)第一節(jié) 概述概述滑坡等不利地質(zhì)構(gòu)造。同時盡

5、量避開涌水量大、地下水位高、巖溶發(fā)育、承壓水區(qū)以及高地應(yīng)力區(qū)，以減少隧洞襯砌荷載及便于施工。2)若洞線與巖層、構(gòu)造破碎帶及主要節(jié)理面相交時，應(yīng)盡量使洞線具有較大夾角。在整體塊狀結(jié)構(gòu)的巖體中，其夾角應(yīng)不小于30，在層狀巖體中，其夾角不宜小于45。3)隧洞洞線穿過高地應(yīng)力區(qū)時，原則上應(yīng)使洞線與最大水平地應(yīng)力方向一致。4)當隧洞沿水平或傾斜巖層走向布置時，應(yīng)使洞身位于堅硬均質(zhì)不透水的巖層中。當洞身穿切不同巖體的巖層時，應(yīng)使其洞頂置于較堅硬的巖層中。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述（2 2）地形條件）地形條件1）隧洞的線路在平面上應(yīng)力求短、直，以降低工程造價和減小水頭損失，并保持良好的水流條件。若受限制而不能保

6、持直線時，隧洞應(yīng)以曲線連接，其曲率半徑不小于5倍的隧洞洞徑（或洞寬），且轉(zhuǎn)角不宜大于60。彎道的兩端應(yīng)設(shè)直線連接，其長度不宜小于5倍的洞徑（或洞寬）。2）洞線穿過溝谷時，應(yīng)根據(jù)地形、地質(zhì)、水文及施工條件進行經(jīng)濟技術(shù)比較而定其線路。3）隧洞的出口與下游河道的連接，應(yīng)盡可能的使其銜接暢順，減少對河岸的沖刷。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述（3 3）施工條件）施工條件 隧洞施工工作面小，干擾多。因此，隧洞的線路選擇應(yīng)認真考慮施工出渣通道和施工場地布置等條件。對于洞線較長的隧洞，應(yīng)考慮有適合的地點可以設(shè)置豎井、斜井或平洞（圖7-1），以便進料、出渣和通風，增加工作面，提高施工進度。此外，應(yīng)盡量少破壞自然環(huán)境，并

7、使其較易恢復，環(huán)境投資最小。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述圖7-1 豎井、平硐及斜井的位置第一節(jié)第一節(jié) 概述概述（4 4）運行管理條件）運行管理條件洞線選擇應(yīng)考慮工程的運行管理條件，應(yīng)滿足樞紐總體布置和運行的要求，應(yīng)盡量避免其在施工和運行中與樞紐中其它建筑物的相互干擾，如土石壩結(jié)合泄洪洞時，在隧洞線路選擇時，其進出口應(yīng)盡可能的離壩體一定距離，以免影響大壩正常工作。2 2隧洞的工程布置隧洞的工程布置隧洞的工程布置其主要內(nèi)容包括：進出口的布置、縱剖面的布置以及閘門的布置。隧洞布置的總體要求是必須滿足過水、水流狀態(tài)和運行的要求 ，并盡可能的降低工程造價。在修建水工隧洞時，應(yīng)根據(jù)實際情況，盡可能的考慮第一節(jié)第

8、一節(jié) 概述概述“一洞多用”，以降低工程造價，如采用灌溉與發(fā)電相結(jié)合的布置方式。導流與引水泄洪相結(jié)合的隧洞，由于兩者進口高程不同，導流洞進口較低，引水泄洪洞進口較高，工程竣工后，先將導流隧洞的進口封堵，并用斜管將引水隧洞的進口與主洞連接起來，工程上稱之為“龍?zhí)ь^”的型式，如圖7-2所示 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述圖7-2 劉家峽深孔無壓泄水洞 單位：m1-混凝土壩；2-巖面線；3-原地面線；4-通風洞；5-檢修門槽；6-弧形閘門第一節(jié)第一節(jié) 概述概述（1 1）隧洞進出口位置應(yīng)依據(jù)的總體規(guī)劃，結(jié)合地形、地質(zhì)條件，使水流順暢，進流均勻，出流平穩(wěn)，滿足使用功能和運行安全等方面的要求。進出口宜選在地質(zhì)構(gòu)造簡

9、單、巖體完整，風化層較淺的地區(qū)，避開不良地質(zhì)構(gòu)造和易崩塌、危崖、滑地地區(qū)。隧洞的進口高程應(yīng)根據(jù)隧洞的用途，結(jié)合實際運用要求加以確定。如發(fā)電隧洞，其進口頂部的高程應(yīng)在水庫最低工作水位以下0.51.0m；底部最小高程應(yīng)高出水庫淤沙高程1.0m以上，以防止粗顆粒泥沙進入洞中。在不影響隧洞正常使用的前提下，盡量提高隧洞的進口高程，以縮短洞長，減小主閘門的作用水頭和洞身的內(nèi)力壓力，降低造價。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述（2 2）縱剖面的布置）縱剖面的布置 隧洞的縱剖面布置主要是其縱坡的確定，有壓隧洞的縱坡主要從施工排水和放空隧洞及檢修的角度考慮，一般取i=1/2001/1000。當洞身較短時，也可以做成水平，

10、但不應(yīng)做成倒坡。無壓隧洞的縱坡應(yīng)滿足水流條件，多采用陡坡。隧洞縱坡不宜變化太多，而變坡應(yīng)盡量選在水流比較均勻穩(wěn)定的部位。（3 3）閘門在隧洞中的位置）閘門在隧洞中的位置 泄水隧洞中通常設(shè)置兩道閘門。一道工作閘門，用來調(diào)節(jié)流量或封閉孔口，要求能在動水中啟閉。一道為檢修閘門，當工作閘門或隧洞發(fā)生事故時用來擋水，檢修閘門要求能在動水中關(guān)閉，靜水中開啟。 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述工作閘門可以布置在隧洞的進口，出口或隧洞中的某一適宜位置。工作閘門布置在進口的隧洞（圖7-2），一般為無壓。為了保證洞內(nèi)為穩(wěn)定的無壓流態(tài)，門后洞頂應(yīng)距離自由水面一定凈空，并向門后不斷充分通氣。這種布置的優(yōu)點是工作閘門，檢修閘門都

11、布置于首部，便于運行管理。 工作閘門布置在出口的隧洞（圖7-3），一般為有壓。這種布置洞內(nèi)水流條件好，但工作閘門與檢修閘門分置于出、進口，不便于運行管理。工作閘門設(shè)置于洞內(nèi)時，門前為有壓段，門后為無壓段。這種布置往往是受某些條件限制所致。如地形、施工和樞紐布置上的原因。圖73 深孔有壓泄水隧洞 單位：m1-平面檢修閘門；2-弧形工作閘門；3-漸變段；4-消能段第二節(jié)第二節(jié) 隧洞的進出口建筑物隧洞的進出口建筑物一一 、進口建筑物、進口建筑物1.1.進口建筑物的型式進口建筑物的型式進口建筑物位于隧洞的最前端，按其結(jié)構(gòu)型式和布置方式可分為：豎井式、塔式、岸塔式和斜坡式等幾種。（1）豎井式 豎井式是指

12、在隧洞進口附近的山體中開挖豎井，井壁襯砌，井內(nèi)設(shè)置閘門，啟閉設(shè)備及操作室布置于井頂（如圖7-4）。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，抗震性好，穩(wěn)定性高，不受風浪水的影響，工程量小，造價較低。其不足之處是閘門前的進口段和洞身段檢修不便。豎井式一般適用于隧洞進口段巖石堅硬完整的情況。第二節(jié)第二節(jié) 隧洞的進出口建筑物隧洞的進出口建筑物圖7-4 豎井式進口建筑物（單位：m）第二節(jié)第二節(jié) 隧洞的進出口建筑物隧洞的進出口建筑物（2）塔式 如圖7-5所示，塔式進口是獨立于隧洞的進口處的鋼筋混凝土塔。閘門布置于塔底，啟閉設(shè)備及操作室布于塔（內(nèi)）頂，操作室與彼岸之間用工作橋連接。這種形式適用于岸坡較平緩，邊坡巖石破碎，覆蓋層厚

13、，不宜采用靠岸進口的情況。其優(yōu)點是：布置緊湊，閘門啟閉較為方便可靠。不足之處是受風、浪、冰、地震的影響大，穩(wěn)定性相對較差；工程造價高。塔式進口建筑物根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式的不同，可分為封閉式（圖7-5）和框架式（圖7-6）兩種。封閉式塔身橫斷面可以是矩形、圓形或多邊形。封閉式塔身可以在其不同高程處設(shè)置進水口，以適應(yīng)水庫水位的變化及取水的要求。第二節(jié)第二節(jié) 隧洞的進出口建筑物隧洞的進出口建筑物框架式進水口建筑物結(jié)構(gòu)輕便，受風浪等的作用也較小，工程量小，造價較低，但只能在低水位時進行檢修，水流流態(tài)不好，容易產(chǎn)生空蝕。因而，大型泄水隧洞采用較少。第二節(jié)第二節(jié) 隧洞的進出口建筑物隧洞的進出口建筑物圖7-5 封

14、閉式分層取水進水塔（單位：高程以m計，構(gòu)造尺寸以cm計）第二節(jié)第二節(jié) 隧洞的進出口建筑物隧洞的進出口建筑物圖7-6 框架式進口建筑物第二節(jié)第二節(jié) 隧洞的進出口建筑物隧洞的進出口建筑物（3）岸塔式 如圖7-7所示，這種形式的進口建筑物，下部緊靠岸坡，塔身穩(wěn)定性較好，甚至可以對巖坡起到一定的支撐作用，施工安裝較為方便，無需工作橋，較為經(jīng)濟。適用于岸坡較陡，巖石比較堅固穩(wěn)定的地區(qū)。第二節(jié)第二節(jié) 隧洞的進出口建筑物隧洞的進出口建筑物圖7-7 岸塔式進水口（高程：m，尺寸：cm）1-清污臺；2-固定欄污格柵；3-通氣孔；4-閘門軌道；5-錨筋第二節(jié)第二節(jié) 隧洞的進出口建筑物隧洞的進出口建筑物（4）斜坡式

15、 如圖7-8所示，是直接在岸坡上進行平整開挖并加以襯砌而成的。閘門及攔柵的軌道直接安裝在斜坡的護砌上。其優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，穩(wěn)定性好，工程量小。缺點是閘門面積大，關(guān)閉閘門不易靠自重下降。斜坡式進口一般只用于岸坡巖體條件較好的中、小型工程。第二節(jié)第二節(jié) 隧洞的進出口建筑物隧洞的進出口建筑物圖7-8 響洪甸斜坡式進水口 單位：m1-喇叭口式進水口；2-檢修閘門；3-漸變段；4-堵頭；5-通氣孔；6-貯門罩第二節(jié)第二節(jié) 隧洞的進出口建筑物隧洞的進出口建筑物2.2.進口建筑物的組成、作用及構(gòu)造進口建筑物的組成、作用及構(gòu)造 進口建筑物主要有進水口、閘室段及漸變段所組成，它主要包括：欄污柵、進水喇

16、叭口、門槽、平壓管、通氣孔和漸變段等。通氣孔、漸變段的構(gòu)造詳見重力壩有關(guān)章節(jié)。(1)攔物柵 攔物柵是由縱、橫向金屬柵條組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。攔物柵布置在隧洞的進口，其作用是防止漂浮物進入隧洞。為了便于維修更換等，攔物柵通常做成活動式的。(2)進水喇叭口 喇叭口段是隧洞的首部。喇叭口的作用就是保證水流能平順的進入隧洞，避免不利的負壓和空蝕破壞，減少局部水頭損失，提高隧洞的過水能力。第二節(jié)第二節(jié) 隧洞的進出口建筑物隧洞的進出口建筑物喇叭口的橫斷面一般為矩形，順水流方向呈收縮狀，頂部常采用1/4的橢圓曲線（圖7-9），橢圓曲線方程為： (7-1) 式中： 橢圓長半軸，約等于h; 橢圓短半軸，約等于h/3。

17、邊墻曲線 可取閘門處孔口的寬度， 可取閘門處孔口寬度的1/31/5。當隧洞流速不大時，頂部也可采用圓弧曲面，其半徑要求R2D（D為洞徑）。對于無壓隧洞，檢修閘門與工作閘門之間的洞頂（如圖7-10）多采用141:6的坡度向下游壓縮，以增加進口段的壓力，防止發(fā)生空蝕。12222byaxabab第二節(jié)第二節(jié) 隧洞的進出口建筑物隧洞的進出口建筑物圖79 喇叭口形狀（a）圓弧曲線 （b）橢圓曲線第二節(jié)第二節(jié) 隧洞的進出口建筑物隧洞的進出口建筑物（3）平壓管 為了減小檢修閘門的啟門力，通常在檢修閘門與工作閘門之間設(shè)置平壓管與水庫相通（圖7-11），檢修完畢后，首先在兩道閘門中間充水，使檢修閘門前后的水壓相

18、同，保證檢修閘門在靜水中開啟。平壓管直徑主要根據(jù)充水時間，充水體積等確定。當充水量不大時，也可以采用布置在檢修門上的短管，充水時先提起門上的充水閥，待充滿后再繼續(xù)提升閘門。第二節(jié)第二節(jié) 隧洞的進出口建筑物隧洞的進出口建筑物（4）通氣孔通氣孔是向閘門后通氣的一種孔道。其主要作用是補充被高速水流帶走的空氣，防止氣蝕的破壞和閘門的振動，同時在工作閘門和檢修閘門之間充水時，通氣孔又兼作排氣孔。因此，通氣孔通常擔負著補氣，排氣的雙重任務(wù)。通氣量和泄水量與下游洞內(nèi)的流態(tài)有關(guān)，通氣孔的面積計算見第三章。第二節(jié)第二節(jié) 隧洞的進出口建筑物隧洞的進出口建筑物圖7-11 平壓管布置圖7-10 壓板式壓力進口段布置第

19、二節(jié)第二節(jié) 隧洞的進出口建筑物隧洞的進出口建筑物二、出口建筑物隧洞出口建筑物的型式與布置，主要取決于隧洞的功用及出口附近的地形、地質(zhì)條件。隧洞出口建筑物主要包括：漸變段、閘室段及消能設(shè)施。有壓隧洞出口常設(shè)有工作閘門和啟閉設(shè)施（圖7-12），閘門前設(shè)漸變段，出口之后為消能設(shè)施；無壓隧洞的出口僅設(shè)門框而不設(shè)閘門，以防止洞臉及上部巖石崩塌，洞身直接與下游消能設(shè)施相連接（圖7-13）。第二節(jié)第二節(jié) 隧洞的進出口建筑物隧洞的進出口建筑物圖7-12 有壓隧洞的出口建筑物1-鋼梯；2-混凝土塊壓重；3-啟閉機操縱室圖7-13 無壓隧洞的出口結(jié)構(gòu)第二節(jié)第二節(jié) 隧洞的進出口建筑物隧洞的進出口建筑物隧洞出口的消能

20、方式與岸邊溢洪道相似，常采用挑流消能和底流消能兩種型式。由于隧洞的出口斷面尺寸較小，單寬流量大，能量較集中，通常采取平面擴散的措施，以減小挑流鼻坎處或消力池的單寬流量。擴散度的要求與溢洪道相同。對于特別重要的工程，擴散段的布置應(yīng)由模型試驗來確定。隧洞的出口流速較大，除平面上要求適當擴散外，底部邊界布置平順光滑，以適應(yīng)高速水流的要求。一般在洞口后設(shè)一水平過渡段，然后再接不陡于14斜坡，從洞口算起的水平段長度可按下式經(jīng)驗公式擬定：第二節(jié)第二節(jié) 隧洞的進出口建筑物隧洞的進出口建筑物 （m） （7-2） 式中：出口流速 m/s； D洞徑 m。 DgvL35. 04 . 02v第三節(jié)第三節(jié) 隧洞洞身的形

21、式及構(gòu)造隧洞洞身的形式及構(gòu)造一、洞身斷面形式及尺寸影響洞身斷面形式及尺寸的因素很多，如水流條件，地質(zhì)條件，地應(yīng)力情況，施工及運用要求條件，因此，其斷面形式及尺寸應(yīng)通過技術(shù)經(jīng)濟分析來確定。 1.無壓隧洞洞身的斷面型式（1）圓拱直墻式圖7-14（d）（i）。由于其頂部為圓形，適宜于承受垂直圍巖壓，且便于開挖和襯砌。圓拱中心角一般為9001800之間。一般情況下較大跨度泄洪隧洞的中心角常采用1200左右。為了減小或消除作用在側(cè)墻上的側(cè)向圍巖壓力，也可以把直墻改做傾斜的圖7-14（e）。其缺點是圓拱受力條件不好，拱圈截面將出現(xiàn)彎矩。第三節(jié)第三節(jié) 隧洞洞身的形式及構(gòu)造隧洞洞身的形式及構(gòu)造（2）馬蹄形圖7

22、-14（f）、（h） 當巖石比較軟弱破碎，洞壁崩塌嚴重，鉛直圍巖壓力及側(cè)向圍巖壓力較大，而且底部也存在圍巖壓力時，可采用馬蹄形的斷面形式。這種型式的最大特點是受力條件好，但施工復雜。（3）圓形圖7-14（a）、（b）、（c）、（g） 當?shù)刂窏l件較差，同時又有較大的外水壓力時，可以考慮采用圓形斷面。當采用掘進機開挖施工時，也可采用圓形斷面。第三節(jié)第三節(jié) 隧洞洞身的形式及構(gòu)造隧洞洞身的形式及構(gòu)造圖714 斷面形式及襯砌類型（單位：cm）（a）-（f）單層襯砌；（g）-（i）組合式襯砌1-噴混混土；2-=16mm鋼板；3-25排水管；4-20cm鋼筋網(wǎng)噴混凝土；5-錨筋第三節(jié)第三節(jié) 隧洞洞身的形式及

23、構(gòu)造隧洞洞身的形式及構(gòu)造2.無壓隧洞的斷面尺寸無壓隧洞的斷面尺寸應(yīng)根據(jù)隧洞通過的流量，作用水頭及縱剖面布置，通過水力計算確定，其斷面尺寸同時還應(yīng)滿足施工和維修的要求。無壓隧洞的泄流能力取決于進口壓力段，其泄流能力按管流計算： (7-3) 式中 流量系數(shù)（考慮進口段局部水頭損失情況下而定）； 閘門處孔的面積； 作用水頭。ghQ2h第三節(jié)第三節(jié) 隧洞洞身的形式及構(gòu)造隧洞洞身的形式及構(gòu)造在工作閘門之后的陡坡段,可用能量方程分別求出其水面曲線。為保證洞內(nèi)為明流狀態(tài)，洞內(nèi)必須留有一定的凈空。當流速較低，通氣很好時，要求凈空面積不小于斷面面積的15%，且凈空高度不小于40cm。當流速較大時，還因考慮摻氣的

24、影響，在摻氣水面以上的凈空約為洞身斷面積的1520%；對圓拱直墻式斷面，水流波峰應(yīng)限制在直墻范圍以內(nèi)。無壓隧洞斷面的高寬比一般為1.01.5，一般非圓形斷面的尺寸（寬高）不小于1.51.8m；圓形斷面的內(nèi)徑不小于1.8m。第三節(jié)第三節(jié) 隧洞洞身的形式及構(gòu)造隧洞洞身的形式及構(gòu)造3有壓隧洞的洞身斷面型式及尺寸有壓隧洞的洞身型式一般均采用圓形斷面。若洞徑較小，外水壓力又不大，為了施工方便，也可采用無壓隧洞常用的斷面型式。有壓隧洞的斷面尺寸可按有壓管流公式進行計算。為了保證洞內(nèi)水流處于有壓流態(tài)，一般要求洞頂應(yīng)有2m以上的壓力余幅。流速越大，壓力余幅也應(yīng)加大。 二、洞身襯砌的類型和構(gòu)造襯砌是指在開挖后的

25、洞壁做一層人工護壁。襯砌的作用主要包括：阻止洞周圍巖體的變形發(fā)展，保證圍巖的穩(wěn)定；承受圍巖壓力，內(nèi)水壓力和其他荷載；防止水流，空氣，溫度和干濕變化等對圍巖的沖蝕破壞。第三節(jié)第三節(jié) 隧洞洞身的形式及構(gòu)造隧洞洞身的形式及構(gòu)造1襯砌的型式隧洞洞身襯砌按其作用可分為平整襯砌和受力襯砌兩大類。（1）平整襯砌 平整襯砌也稱抹面襯砌，其主要作用是使隧洞圍巖面光滑平整，減小糙率，防止?jié)B漏和巖面不受風化。襯砌不承受荷載。因此，襯砌常用混凝土、噴漿及漿砌石等材料做成（圖7-15）。這種襯砌適用于圍巖較好，水頭較小的隧洞。第三節(jié)第三節(jié) 隧洞洞身的形式及構(gòu)造隧洞洞身的形式及構(gòu)造圖7-15 砌石襯砌（單位：cm）第三節(jié)

26、第三節(jié) 隧洞洞身的形式及構(gòu)造隧洞洞身的形式及構(gòu)造（2）受力襯砌 受力襯砌按其結(jié)構(gòu)又可分為單層襯砌、組合襯砌、預應(yīng)力襯砌和噴錨襯砌等四種。1）單層襯砌 單層襯砌是指由混凝土、鋼筋混凝土、噴混凝土及漿砌石等做成的襯砌。如圖7-14（a）（f）所示，適用于中等地質(zhì)條件、高水頭、高流速、大跨度的情況。襯砌的厚度應(yīng)根據(jù)受力、抗?jié)B、結(jié)構(gòu)和施工要求分析確定。一般約為洞徑和跨度的1/81/12。單層整體混凝土襯砌，其厚度不宜小于20cm；單層鋼筋混凝土襯砌不宜小于25cm；雙層鋼筋的不宜小于30cm。第三節(jié)第三節(jié) 隧洞洞身的形式及構(gòu)造隧洞洞身的形式及構(gòu)造2)組合襯砌 它是由兩種或以上的襯砌型式組合而成，如圖7

27、-14（g）（i）所示。如內(nèi)層為鋼板、外層為混凝土或鋼筋混凝土；頂拱為砂漿或混凝土，邊墻為混凝土或漿砌石；頂拱為噴錨襯砌，邊墻和底板為混凝土或鋼筋混凝土襯砌。第三節(jié)第三節(jié) 隧洞洞身的形式及構(gòu)造隧洞洞身的形式及構(gòu)造圖714 斷面形式及襯砌類型（單位：cm）（a）-（f）單層襯砌；（g）-（i）組合式襯砌1-噴混混土；2-=16mm鋼板；3-25排水管；4-20cm鋼筋網(wǎng)噴混凝土；5-錨筋第三節(jié)第三節(jié) 隧洞洞身的形式及構(gòu)造隧洞洞身的形式及構(gòu)造3）預應(yīng)力襯砌（圖7-16） 預應(yīng)力襯砌多用于高水頭的圓形有壓隧洞。由于襯砌預加了壓應(yīng)力，可以抵消運行時產(chǎn)生的拉應(yīng)力，因此，可使隧洞襯砌厚度減薄，節(jié)省材料和開

28、挖量。預加應(yīng)力的方法，以壓漿式最為簡單。壓漿是用高壓將水泥砂漿或水泥漿灌注到襯砌外層的預留孔隙中，使襯砌承受預加的壓應(yīng)力。圖7-16 預應(yīng)力襯砌1-5cm水泥砂漿預壓灌獎層；2-7cm預制混凝土塊第三節(jié)第三節(jié) 隧洞洞身的形式及構(gòu)造隧洞洞身的形式及構(gòu)造2 2洞身構(gòu)造洞身構(gòu)造（1 1）襯砌的分縫與止水）襯砌的分縫與止水 洞身襯砌的分縫按其方向可分為縱縫和橫縫；按其作用可分為臨時施工縫和永久的伸縮變形縫。 縱縫平行于洞線，縱縫的位置應(yīng)根據(jù)隧洞施工的澆筑能力和隧洞襯砌的結(jié)構(gòu)型式確定。一般設(shè)在頂拱，邊墻及底板分界處或是內(nèi)力較小的部位。對于這些縱向施工縫，都需進行鑿毛或插筋處理，以加強其整體性，縫內(nèi)可設(shè)鍵

29、槽，必要時還應(yīng)加設(shè)止水片。橫縫是沿洞身斷面軸線布置。橫縫的主要作用是滿足隧洞混凝土澆筑能力；防止混凝土因干縮和溫度變化產(chǎn)生裂縫；防止因圍巖變形產(chǎn)生洞身斷裂。第三節(jié)第三節(jié) 隧洞洞身的形式及構(gòu)造隧洞洞身的形式及構(gòu)造 一般洞身橫向施工縫常與其橫向變形伸縮縫相結(jié)合，形成永久性橫縫。因此，橫縫的間距一般可采用612m。當隧洞通過斷層破碎帶或軟弱帶時，除適當加厚隧洞襯砌外，還應(yīng)設(shè)置沉陷橫縫（圖7-17）。（2 2）灌漿）灌漿 1)固結(jié)灌漿 固結(jié)灌漿的目的在于加固圍巖，提高圍巖的整體性，減小圍巖壓力，減小地下水對襯砌的壓力和滲漏。固結(jié)灌漿的參數(shù)，應(yīng)根據(jù)圍巖的地質(zhì)條件、襯砌結(jié)構(gòu)型式、圍巖的防滲和加固要求等確定

30、。一般灌孔深入圍巖的深度為一倍的洞徑。灌漿孔常呈梅花形布置。灌漿孔排距一般為24m，每排不少于6孔，對稱布置。灌漿壓力為1.52.0倍的內(nèi)水壓力。見圖（718）。第三節(jié)第三節(jié) 隧洞洞身的形式及構(gòu)造隧洞洞身的形式及構(gòu)造圖7-17 伸縮變形縫（單位：cm） 1-斷層破碎帶；2-變形縫；3-瀝青油氈1-2cm；4-止水片 圖718 灌漿孔布置圖1-回填灌漿孔；2-固結(jié)灌漿孔；3-伸縮縫第三節(jié)第三節(jié) 隧洞洞身的形式及構(gòu)造隧洞洞身的形式及構(gòu)造2)回填灌漿 回填灌漿的目的在于填充襯砌與圍巖之間的空隙，保證襯砌與圍巖緊密結(jié)合，改善傳力條件及減少滲漏?；靥罟酀{多在頂拱中心角以內(nèi)布置?？拙嗪团啪嘁话銥?6m，灌

31、漿壓力常采用0.20.3Mpa，孔深應(yīng)深入圍巖5cm以上。3.防滲與排水 在外水壓力控制襯砌設(shè)計的有壓隧洞中，除應(yīng)加強圍巖的固結(jié)灌漿外，還應(yīng)采用相應(yīng)的排水措施（圖7-19）。通?？稍谒矶吹撞吭O(shè)置縱向排水管，間距為410m橫向排水槽，槽內(nèi)填放卵石，構(gòu)成縱、橫向排水系統(tǒng)。 對無壓隧洞，如外水壓力較大時，可在洞頂最高第三節(jié)第三節(jié) 隧洞洞身的形式及構(gòu)造隧洞洞身的形式及構(gòu)造水面線以上通過襯砌設(shè)置排水孔。排水孔間距、排距一般為24m，深入巖層24m。同時還可以在洞底襯砌下設(shè)置排水設(shè)施（排水管、排水溝）。圖7-19 有壓隧洞排水布置1-隧洞混凝土襯砌；2-橫向排水槽；3-縱向排水管；4-卵石第四節(jié) 圓形有壓

32、隧洞的襯砌計算一、襯砌的荷載及其組合一、襯砌的荷載及其組合 1.襯砌上荷載作用于襯砌上的荷載有：圍巖壓力、內(nèi)水壓力、外水壓力、襯砌自重、灌漿壓力、溫度荷載、施工荷載和地震力等。各荷載的計算詳見第二章。2.荷載的組合 在隧洞設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)不同情況，把各種可能同時作用的荷載進行組合，找出最不利的組合情況。作用于襯砌上的荷載分為基本荷載和特殊荷載?；竞奢d包括：襯砌自重、圍巖壓力、預應(yīng)力設(shè)計條件下的內(nèi)水壓力和外水壓力等。它是運行中經(jīng)常出現(xiàn)的主要第四節(jié) 圓形有壓隧洞的襯砌計算荷載。特殊荷載包括：校核洪水位時的內(nèi)水壓力和外水壓力、灌漿壓力、溫度荷載以及地震作用等。荷載組合必須切合實際，設(shè)計中?？紤]的荷載

33、組合有：（1）正常運用情況：圍巖壓力襯砌自重設(shè)計水位時的內(nèi)水壓力、外水壓力。（2）校核情況：圍巖壓力襯砌自重校核水位情況下的內(nèi)水壓力、外水壓力。（3）施工、檢修情況：圍巖壓力襯砌自重可能出現(xiàn)的最大外水壓力灌漿壓力施工荷載。溫度荷載、地震荷載在隧洞設(shè)計時一般不考慮。第四節(jié) 圓形有壓隧洞的襯砌計算均勻內(nèi)水壓力作用下的襯砌計算均勻內(nèi)水壓力作用下的襯砌計算1 1混凝土襯砌混凝土襯砌( (按混凝土未開裂考慮按混凝土未開裂考慮) ) 當圍巖厚度大于3倍洞徑時，且圍巖堅硬完整，按照彈性理論，應(yīng)考慮圍巖體的彈性抗力，將襯砌當作無限介質(zhì)中的厚壁圓筒進行計算。（1）圍巖彈性抗力及襯砌邊緣應(yīng)力 根據(jù)襯砌和圍巖接觸面

34、的徑向變位相容條件，可求出內(nèi)水壓力P作用下圍巖的彈性抗力P0，然后按軸對稱內(nèi)外受力的彈性厚壁圓筒公式計算襯砌應(yīng)力。圖7-20所示，彈性抗力及襯砌邊緣應(yīng)力可用下式計算：第四節(jié) 圓形有壓隧洞的襯砌計算 彈性抗力： （7-4） 襯砌內(nèi)緣砌向應(yīng)力： (7-5) 襯砌外緣切向應(yīng)力： (7-6) 式中 A彈性特征因素； t襯砌外半徑與內(nèi)半徑之比； Eh混凝土的彈性模量； 混凝土的泊桑比； p均勻內(nèi)水壓力； K0、P0圍巖的單位彈性抗力；彈性抗力 、 襯砌內(nèi)、外表面的應(yīng)力 (KN/2); pAAp110pAtAti22pAtA20100)21)(1 (01. 0)1 (01. 0KEKEAhh0i第四節(jié) 圓

35、形有壓隧洞的襯砌計算當圍巖太差或施工質(zhì)量難以保證時，不考慮彈性抗力。但內(nèi)外表面應(yīng)力仍可按公式(7-5)和(7-6)進行計算。 圖7-20 均勻內(nèi)水壓力應(yīng)力計算圖 第四節(jié) 圓形有壓隧洞的襯砌計算（2）混凝土襯砌厚度的計算 對于、類圍巖中的圓形有壓隧洞，且直徑小于6m，襯砌計算只考慮均勻內(nèi)水壓力。由于 ，控制襯砌厚度的是內(nèi)表面應(yīng)力 ，令 等于混凝土允許拉應(yīng)力 ， 使 （h為襯砌厚度），將上述值代入公式(7-5)，經(jīng)整理得： (7-7) 為了不使混凝土襯砌過厚，對堅固巖體的混凝土襯砌，一般限制水頭不超過20m，否則宜采用鋼筋混凝土襯砌。0iiiLiirhrrt101ppArhLLi第四節(jié) 圓形有壓隧

36、洞的襯砌計算由于公式（7-22）只考慮均勻的內(nèi)水壓力，故要求其不得小于結(jié)構(gòu)的最小厚度，對于素混凝土結(jié)構(gòu)的最小厚度為20。由公式（7-22）還可以看出，當混凝土的泊桑比取1/6， 時，A將出現(xiàn)負值；又當 時，公式（7-22）根號內(nèi)也為負數(shù)。此時，我們可作如下進行處理：當 ， 時 ，可直接按公式（7-7）計算襯砌厚度，但取值不得小于結(jié)構(gòu)的最小值；86. 07601. 00hEKLp1pL86.001.00hEK第四節(jié) 圓形有壓隧洞的襯砌計算當 ， 時，襯砌采用結(jié)構(gòu)的最小厚度；當 ， 時，則應(yīng)提高襯砌混凝土的強度等級；當 ， 時，則應(yīng)降低襯砌混凝土強度等級。（3）混凝土襯砌的應(yīng)力校核 當僅考慮均勻內(nèi)

37、水壓力作用計算襯砌厚度時，其內(nèi)、外表面應(yīng)力可按公式（7-5）和（7-6）進行計算，所求得的 , 均應(yīng)不大于允許應(yīng)力 ;當襯砌計算考慮內(nèi)水壓力和其它荷載時，則襯砌內(nèi)、外表面應(yīng)力應(yīng)按下式進行校核：1pL86. 001. 00hEK1pL86. 001. 00hEK1pL86.001.00hEKi0L第四節(jié) 圓形有壓隧洞的襯砌計算 （7-8） （7-9）式中 M、N除內(nèi)水壓力以外的其它荷載產(chǎn)生的彎矩和軸力和。其符號是使襯砌內(nèi)表面受拉應(yīng)力時彎矩為正，使襯砌斷面受壓時的軸力為正。 F襯砌橫截面的面積； W襯砌橫截面的抗彎模量。LiFNWMpAtAt22LFNWMpAtA201第四節(jié) 圓形有壓隧洞的襯砌計

38、算2 2雙層配筋的鋼筋混凝土襯砌（按混凝土未出現(xiàn)裂雙層配筋的鋼筋混凝土襯砌（按混凝土未出現(xiàn)裂縫情況）縫情況）（1）對、類圍巖中的隧洞，當直徑小于6m時，只計均勻內(nèi)水壓作用。1）襯砌厚度計算 襯砌厚度仍按公式（7-8）計算，但要將鋼筋混凝土中混凝土允許軸拉應(yīng)力替代混凝土的允許軸拉應(yīng)力強度（式7-11），如果算得的值為負值或小于結(jié)構(gòu)的最小厚度時，則采用結(jié)構(gòu)的最小厚度。鋼筋混凝土襯砌厚： （710） 1ppArhghghi第四節(jié) 圓形有壓隧洞的襯砌計算式中 鋼筋結(jié)構(gòu)中混凝土的允許軸向拉應(yīng)力， = ， 為混凝土的設(shè)計抗裂強度， 為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗裂安全系數(shù)。2）鋼筋布置 襯砌中的鋼筋按對稱布置，

39、鋼筋面積可按結(jié)構(gòu)最小配筋率配置。 圖 721 雙層鋼筋混凝土襯砌斷面圖ghghffKRfRfK第四節(jié) 圓形有壓隧洞的襯砌計算3）混凝土應(yīng)力校核 由于內(nèi)水壓力作用，襯砌內(nèi)、外表面的應(yīng)力可按下式計算： （711）式中 包括鋼筋面積在內(nèi)的襯砌橫截面折算面積； ( 7-12 ) )()(.2020ghiirtArrArrpFF)(1.200ghirArrApFF0ffEEFFihgr第四節(jié) 圓形有壓隧洞的襯砌計算 鋼筋的彈性模量； 混凝土的彈性橫量； 襯砌的內(nèi)層鋼筋面積； o襯砌的外層鋼筋面積。 （2）對于非、類圍巖，或洞徑大于6m，則按內(nèi)水壓力和其它荷載共同作用計算。1）襯砌厚度 隧洞的襯砌厚度不得

40、小于按公式(7-24)所計算的值。2）內(nèi)水壓力產(chǎn)生的軸向力 由于內(nèi)水壓力作用，在襯砌中產(chǎn)生的軸向拉力按下式計算: （713）gEhEifArrAprrpNiiP200)(1第四節(jié) 圓形有壓隧洞的襯砌計算式中 在內(nèi)水壓力作用下，每米洞長的襯砌中產(chǎn)生的軸向拉力。3）配筋計算 雙層鋼筋混凝土內(nèi)、鋼筋的橫截面面積可按下式計算： （714） （715）式中 N、M除內(nèi)水壓力以外的其他荷載產(chǎn)生的軸向力和彎矩的總和，其符號規(guī)定同前. 鋼筋允許應(yīng)力， ，為鋼筋的設(shè)計強度； 為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強度安全系數(shù)；pN)( 22)()(00ahMahNNfgpi)( 22)()(00ahMahNNfgpiggggK

41、RgRgK第四節(jié) 圓形有壓隧洞的襯砌計算 h0襯砌的有效厚度； 內(nèi)外鋼筋的保護層厚度。4）混凝土應(yīng)力校核 鋼筋混凝襯砌，其襯砌中混凝土的應(yīng)力校核可按下式計算： (7-16) (7-17)式中 考慮鋼筋面積在內(nèi)的襯砌折算抗彎截面模量。a65. 0)()(.2020ghriiriFNWMArrArrpFF65. 0)(1.200ghrirFNWMArrApFFrW第四節(jié) 圓形有壓隧洞的襯砌計算3 3雙層配筋的鋼筋混凝土襯砌（按混凝土襯砌出現(xiàn)雙層配筋的鋼筋混凝土襯砌（按混凝土襯砌出現(xiàn)裂縫情況）裂縫情況）（1）對、類圍巖，當直徑D6m時，襯砌計算還應(yīng)考慮其它荷載的共同作用，其襯砌厚度按構(gòu)造要求確定。在

42、內(nèi)水壓力Np的作用下，鋼筋斷面面積可按公式(7-33)計算，并采用對稱配筋。在其它荷載作用下，襯砌內(nèi)、外圈鋼筋橫截面面積可按下式計算： (7-21) (7-22) 襯砌內(nèi)、外圈鋼筋橫截面積應(yīng)為內(nèi)水壓力、其它荷載共同作用下鋼筋面積之和，而且其截面面積不得小于結(jié)構(gòu)的最小配筋率。)( 22(00ahMahNfgi)( 22)(000ahMahNfg第四節(jié) 圓形有壓隧洞的襯砌計算內(nèi)、外圈鋼筋應(yīng)力可按下式校核： (7-23) (7-24) 式中符號意義同前。)(22)(01. 0)(01. 0)10001. 0(00000000gigiiigigifahMahNEKrrrffmKrfEpr)(22)(0

43、1. 0)(01. 01)01. 0(000000020ggiiiigigfahMahNErKrrffrmfEpr第四節(jié) 圓形有壓隧洞的襯砌計算三、受圍巖壓力及其它荷載作用下的襯砌內(nèi)力計算三、受圍巖壓力及其它荷載作用下的襯砌內(nèi)力計算 圓形有壓隧洞的襯砌不僅承受均勻內(nèi)水壓力作用，同時還要承受圍巖壓力、襯砌自重等荷載作用。將各荷載單獨作用產(chǎn)生的內(nèi)力求和后，計算相應(yīng)截面的應(yīng)力然后與均勻內(nèi)水壓力產(chǎn)生的應(yīng)力疊加。1.1.考慮彈性抗力時的內(nèi)力計算考慮彈性抗力時的內(nèi)力計算 對于、類圍巖的巖，對襯砌具有彈性抗力。彈性抗力作用在中心角為2700的部分襯砌上，如圖7-22所示，抗力方向為徑向，其分布的變化規(guī)律常假

44、定為： 當 時， (7-25 ) 242cosaaKK第四節(jié) 圓形有壓隧洞的襯砌計算當 時， （7-26） 式中 為計算截面與過洞頂鉛直線的夾角； 、 分別表示抗力圖上水平軸和鉛直軸處的彈性抗力值。 為了計算方便，給出以下基本假定：荷載對稱于頂拱垂直中心線；垂直和側(cè)向的圍巖壓均勻分布；襯砌自重沿襯砌中心線均勻分布；隧洞滿水而無水頭時，水壓力的作用方向及外水壓力的作用方向均為徑向；計算中不計襯砌與圍巖之間的摩擦力。利用結(jié)構(gòu)力學法，求出各荷載單獨 作圖7-22 襯砌承受的彈性抗力圖用下的內(nèi)力。 22cos2sinbaKKKaKbK第四節(jié) 圓形有壓隧洞的襯砌計算1）鉛直圍巖壓力作用下的內(nèi)力計算 假定

45、圍巖壓力均勻分布如圖7-23（a）所示，各斷面上的彎矩和軸向力按下式計算： (7-27) (7-28)式中 M、N分別為計算斷面上的彎矩和軸向力； q垂直圍巖壓力強度；其中)1 (CnBAqre)1 (FnEDqrNe;06416. 013KbrrEJnerre2第四節(jié) 圓形有壓隧洞的襯砌計算、 分別為襯砌的外半徑、內(nèi)半徑和平均半徑，m； K圍巖彈性抗力系數(shù)； b計算采用的襯砌寬度，取b=1m； E襯砌材料的彈性橫量； J計算斷面的慣性矩，m4。 A、B、C、D、E和F為內(nèi)力計算系數(shù)，與斷面與垂直線的夾角有關(guān)，各系數(shù)值可查有關(guān)書籍和文獻。2)襯砌自重作用下的內(nèi)力計算 假定襯砌為等厚度，其作用力

46、分布如圖7-26（b）所示。erirr第四節(jié) 圓形有壓隧洞的襯砌計算圖7-23 圓形隧洞襯砌上的荷載及其彈性抗力分布示意圖（a）鉛直圍巖壓力；（b）襯砌自重；（c）側(cè)向圍巖壓力；（d）水重第四節(jié) 圓形有壓隧洞的襯砌計算各斷面的彎矩和軸向力按下式計算： (7-29) (7-30)式中 g單位面積襯砌的自重，其它符號意義同前。A1、B1、C1和D1均為內(nèi)力計算系數(shù)，其值的大小與斷面和垂直線的夾角有關(guān)系。 )(112nBAgr)(11nDCgrN第四節(jié) 圓形有壓隧洞的襯砌計算3)非均勻內(nèi)水作用下的內(nèi)力計算 水壓力徑向作用于襯砌上，其值由零(頂拱)起逐漸增加到2 (洞底)，各斷面的彎矩和軸向力按下式計

47、算： (7-31) (7-32)式中 水的容量，其它符號意義同前。 A2、 B2、 C2和D2為內(nèi)力計算系數(shù)，斷面與垂直線的夾角不同，各系數(shù)的取值也不一樣，各系數(shù)的取值可查有關(guān)書籍和文獻。)( 222nBArri)(222nDCrNi第四節(jié) 圓形有壓隧洞的襯砌計算4)外水壓力作用下的內(nèi)力計算在無內(nèi)水壓力組合的情況下，當襯砌所受的浮力小于鉛直圍巖壓力及襯砌自重之和，即 時，斷面的彎矩和軸向力可按下列公式計算。 (7-33) (7-34)式中 均勻外水壓力水頭，即計算水位線在拱頂以上的高度，其余符號意義同前。 計算內(nèi)力系數(shù) 值查有關(guān)書籍和文獻。當 時，襯砌內(nèi)力計算應(yīng)按不考慮彈性抗力的公式計算。 )

48、(22grqrrrewe)(222nBArrMeewerhnDCrN)(222wh2222DCBA和、)(22grqrrrewe第四節(jié) 圓形有壓隧洞的襯砌計算 當荷載組合中包括內(nèi)水壓時，均勻外水壓力一般與均勻內(nèi)水壓力先進行迭加，然后進行襯砌的內(nèi)力計算。通常在荷載迭加后，襯砌的變形指向圍巖，彈性抗力為正。此時，計算外水壓力作用下襯砌的內(nèi)力不受 條件的限制 。 5)灌漿壓力作用下的內(nèi)力計算 由于灌漿壓力作用范圍及分布情況復雜，通常只計算由回填灌漿壓力所引起的內(nèi)力。回填灌漿孔一般布置在隧洞的頂拱部份，布置范圍大致在 之間，灌漿壓力垂直作用于襯砌上。假定灌漿壓力為P2，均勻分布于頂部 的范圍內(nèi)( 為

49、或 )，如圖7-24所示，其內(nèi)力計算公式如下： )(22grqrrrewe006030243第四節(jié) 圓形有壓隧洞的襯砌計算 (7-35) (7-36)式中 回填灌漿壓力，其余符號意義同前。 內(nèi)力系數(shù) 的大小可查有關(guān)書籍和文獻。圖7-24 灌漿壓力及巖石彈性抗力分rrnBApe)(332ernDCpN)(3322p3333DCBA和、第四節(jié) 圓形有壓隧洞的襯砌計算2 2不考慮彈性抗力時襯砌的內(nèi)力計算不考慮彈性抗力時襯砌的內(nèi)力計算 對為、類圍巖，比較軟弱，特別是后兩種，不僅不能考慮圍巖的彈性抗力作用，而且尚需計入側(cè)向圍巖壓力的影響。不考慮彈性抗力時，應(yīng)考慮與鉛直荷載相應(yīng)的地基反力，假定地基反力按余

50、弦曲線分布，且作用在襯砌的下半圓上，如圖7-25所示。 反力強度在豎軸處最大，其值為R，其余部分為 。地基反力值，可由作用在襯砌上的全部荷載與全部的地基反力的平衡條件來確定，其方向與圍巖變化的方向相反。當?shù)鼗戳Φ拇笮。较蚝头植家?guī)律確定后，便可用結(jié)構(gòu)力學的方法求出在各種荷載單獨作用下襯砌的內(nèi)力的大小。 襯砌在圍巖鉛直壓力，圍巖側(cè)向壓力，襯砌自重，cosR第四節(jié) 圓形有壓隧洞的襯砌計算無水頭洞內(nèi)滿水壓力和外水壓力作用下的內(nèi)力計算公式詳見表7-3，相關(guān)內(nèi)力系數(shù)可查有關(guān)書籍和文獻。圖7-25 荷載及反力分布圖（a）鉛直山巖壓力；（b）襯砌自重；（c）側(cè)向山巖壓力；（d）水重第四節(jié) 圓形有壓隧洞的襯

51、砌計算表7-3中，當外水壓力與圍巖鉛直壓力及襯砌自重組合時，表中： (7-37)當外水壓力與襯砌自重相組合時，表7-3中的按下式計算： (7-38)weerrqrrg2)(2werrrg22第四節(jié) 圓形有壓隧洞的襯砌計算表7-3不同荷載作用下襯砌的內(nèi)力計算表序號荷載名稱斷面彎矩（M）斷面軸向力（N）1 圍巖鉛直壓力qre(A3+B3)qre(c3+D3)2 圍巖側(cè)向壓力ereA4ereC43 襯砌自重gr2A5grC54 無水頭洞內(nèi)滿水壓力wri2rA6wri2C65外水當wre22(qre+rg) -wre2rA6-wre2C6+whwre壓力當wre22(qre+rg)wre2rA6(1-

52、2)wre2C7(1-)-wre2C6+whwre 注：1e圍巖有效側(cè)向壓力強度; 2hw均勻外水壓力的計算高度； 3=2-re/第四節(jié) 圓形有壓隧洞的襯砌計算 上面介紹了圓形有壓隧洞的襯砌設(shè)計和配筋計算，至于其它斷面形式的隧洞或無壓隧洞的襯砌設(shè)計和配筋計算詳見水工隧洞設(shè)計規(guī)范。第五節(jié)第五節(jié) 隧洞的噴錨襯砌隧洞的噴錨襯砌一、概述 噴錨襯砌，它是噴混凝土襯砌，噴混凝土與錨桿組合式襯砌，噴混凝土，錨桿與鋼筋網(wǎng)組合式襯砌等幾種襯砌形式的統(tǒng)稱，如圖7-26所示。1、噴錨襯砌的工作原理 隧洞開挖前，巖體是保持平衡的，隧洞開挖后，原來巖層的平衡狀態(tài)即遭到破壞，洞室附近的應(yīng)力重新分配，造成環(huán)向集中應(yīng)力，并使

53、巖體向臨空面產(chǎn)生位移。當圍巖應(yīng)力小于其彈性極限強度時，巖體處于穩(wěn)定狀態(tài)；當洞壁一定范圍內(nèi)圍巖應(yīng)力超過極限強度時，該范圍內(nèi)的巖體將呈塑性狀態(tài)，形成塑性區(qū)或松弛區(qū)，在此區(qū)范圍之外，圍巖仍為彈性體。由于塑性的影響，在洞壁處應(yīng)力減小，而在深處應(yīng)力增大。第五節(jié)第五節(jié) 隧洞的噴錨襯砌隧洞的噴錨襯砌因此，可以認為塑性區(qū)形成了一個承重圈，以承受周圍巖體的壓力。如果巖層壓力過大，使承重圈內(nèi)的應(yīng)力超過破壞強度或產(chǎn)生過大的變形，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。在巖體變形過程中，噴錨襯砌能及時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

54、砌與圍巖緊密聯(lián)合，它具有一定的柔性，能與巖體共同變形，襯砌所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較要小得多。2、噴錨襯砌設(shè)計要點及特點（1）噴混凝土襯砌噴混凝土襯砌圖7-26（a）是通過噴射機械，在洞室第五節(jié)第五節(jié) 隧洞的噴錨襯砌隧洞的噴錨襯砌開挖后將摻有速凝劑和按一定比例配合的混凝土干拌混合物送至噴頭與水混合后，以高速噴射到巖面，凝結(jié)硬化而成的一種襯砌。這種襯砌具有以下特點：第五節(jié)第五節(jié) 隧洞的噴錨襯砌隧洞的噴錨襯砌圖7-26 噴錨襯砌類型（a）噴混混土襯砌；（b）噴混凝土與錨桿組合式襯砌；（c）噴混凝土與鋼筋網(wǎng)組合式襯砌；（d）噴混凝土、錨桿與鋼筋網(wǎng)組合式

55、襯砌1-噴混凝土；2-鋼筋網(wǎng)；3-錨桿；4-澆混凝土第五節(jié)第五節(jié) 隧洞的噴錨襯砌隧洞的噴錨襯砌1)不需要立模，襯砌隨隧洞掘進而進行，既可減少施工工序，又能提高施工效率。2)在高壓噴射作用下，襯砌能與圍巖緊密粘結(jié)并共同作用，改善襯砌受力條件。3)在噴射壓力作用下，混凝土不僅可填充洞壁坑洼，同時砂漿能滲入節(jié)理，裂縫中，膠結(jié)松動的巖塊，加固圍巖。4)能使圍巖迅速與大氣隔離，避免或者緩和圍巖風化、潮解而引起的巖體松動和剝落，并同時堵塞滲漏通道。5)噴混凝土襯砌能夠分別與錨桿或鋼筋網(wǎng)結(jié)合使用，并可以任意調(diào)整掌握其厚度。噴混凝土襯砌的厚度與隧洞圍巖的地質(zhì)條件、隧洞的運行條件有關(guān)。（第五節(jié)第五節(jié) 隧洞的噴錨

56、襯砌隧洞的噴錨襯砌2）噴混凝土與錨桿組合式襯砌如圖7-26（b）所示，它是按一定的距離、方向和深度打孔插入錨桿，注入砂漿固定，或以機械加載錨固，再噴混凝土面而形成的組合襯砌。它一般適用于地質(zhì)條件較差的圍巖。為了及時進行噴錨，除一般情況下可先錨后噴外，當?shù)刭|(zhì)條件不良時，宜采用噴錨噴的施工程序。如遇有局部不穩(wěn)定巖塊，可采用懸吊式的砂漿錨桿加固。錨桿應(yīng)垂直巖面布置，錨入穩(wěn)定圍巖的長度一般為4050倍錨桿直徑，通常采用錨桿長度為1.52.9m ，最小長度不宜小于1.0m 。錨桿間距不宜大于其長度的1/2，一般為0.5m1.0m。錨桿直徑按GB50086-2001的規(guī)定計算，但不宜小于16mm。第五節(jié)第

57、五節(jié) 隧洞的噴錨襯砌隧洞的噴錨襯砌如圖7-25（d）所示，對于構(gòu)造、裂隙發(fā)育的圍巖，可以采用噴錨加鋼筋網(wǎng)組合襯砌型式。它可以在全斷面上使用，也可以只在隧洞頂部使用。在更軟弱的巖體中，使用噴錨襯砌后再澆混凝土或鋼筋混凝土，形成較堅強的襯砌。在設(shè)計內(nèi)層襯砌時可不計或少計圍巖松動壓力。 第五節(jié)第五節(jié) 隧洞的噴錨襯砌隧洞的噴錨襯砌圖7-25 荷載及反力分布圖（a）鉛直山巖壓力；（b）襯砌自重；（c）側(cè)向山巖壓力；（d）水重第六節(jié)第六節(jié) 土石壩壩下埋管土石壩壩下埋管 在蓄水樞紐中，為了城市供水、灌溉、放空水庫、施工導流以及排沙等目的，通常在土壩或土石壩下面埋設(shè)洞形或管形的建筑物，這類建筑物稱壩下埋管，又

58、稱壩下涵管，如圖7-27所示。 與隧洞相比，壩下埋管施工方便，構(gòu)造簡單，通常工期短、造價也低，但施工時與土石壩相互干擾大。因此，在我國中小型土壩或堆石壩樞紐工程中，使用比較普遍。與水工隧洞類似，壩下埋管也屬深式泄水或放水建筑物，其進口通常在水下較深處，其工作特點、工程布置、進出口建筑物的形式、構(gòu)造等許多方面與水工隧洞有相同之處。 由于壩下埋管置于壩下，穿壩而過，它的破壞直接威脅著大壩的安全，所以在高水頭、大流量、基礎(chǔ)差的情況下，其安全性低。據(jù)國內(nèi)外土石壩失事的第六節(jié)第六節(jié) 土石壩壩下埋管土石壩壩下埋管 調(diào)查資料分析，壩下埋管的缺陷是引起土石壩失事的重要原因之一。圖圖7-27 7-27 壩下涵管

59、示意圖壩下涵管示意圖1-1-進口；進口；2-2-洞身；洞身；3-3-出口消能段；出口消能段；4-4-八字墻；八字墻；5-5-截滲環(huán)；截滲環(huán)；6-6-自閉臺；自閉臺；7-7-工作橋；工作橋；8-8-土石壩土石壩第六節(jié)第六節(jié) 土石壩壩下埋管土石壩壩下埋管 因此，在壩下埋管設(shè)計、施工中必須采取適當?shù)拇胧?，加強管身的防滲、管身與壩體的結(jié)合，以保證埋管和壩體的安全。 壩下埋管也屬于深埋式的地下建筑物，管道上有較大的填土壓力和外水壓力，而且維修、擴建都十分困難。因此，在設(shè)計中必須認真考慮各種可能的運用情況，合理確定結(jié)構(gòu)的型式和斷面尺寸。一、壩下埋管的線路選擇及工程布置一、壩下埋管的線路選擇及工程布置 壩下

60、埋管的線路選擇與工程布置的一般原則：經(jīng)濟合理，安全可靠，運行方便。在進行埋管線路選擇及布置時，應(yīng)綜合考慮埋管的用途與作用、工程地質(zhì)、地形條件、水力條件等因素，進行多方案經(jīng)濟技術(shù)分析比較確定。 第六節(jié)第六節(jié) 土石壩壩下埋管土石壩壩下埋管 在具體線路選擇及工程布置時，主要應(yīng)從以下幾方面進行考慮。 (1)地形、地質(zhì)條件 在平面上埋管的軸線應(yīng)盡可能地與壩軸線垂直，而且直線布置，這樣管道水流條件較好。但有時為了適應(yīng)地形條件和利用巖石基礎(chǔ)，也可稍有彎曲。但彎曲段應(yīng)以光滑曲線連接，其曲率半徑不得小于5倍的洞徑。 為了減少沿埋管軸線不均勻沉陷，埋管應(yīng)盡可能地建在巖石地基或均勻土基上。一定要避免將管身一部分放在