隧洞設(shè)計報告

1、守誠、求新、創(chuàng)業(yè)、修能 目錄摘要設(shè)計基本資料4任務(wù)一：隧洞總體布置5一、隧洞的作用及分類5二、隧洞的選線6三、隧洞的布置9任務(wù)二：隧洞洞身斷面設(shè)計10一、斷面形狀10二、斷面尺寸的擬定10三、進口建筑物形式11任務(wù)三:進口建筑物布置12一、進水喇叭口12二、通氣孔13三、平壓管13四、檢修門槽13任務(wù)四：龍?zhí)ь^段設(shè)計14一、拋物線設(shè)計14二、反弧段設(shè)計14三、混凝土塞15任務(wù)五：隧洞出口布置15一、漸變段15二、工作閘門室15三、消能段16任務(wù)六：隧洞細部構(gòu)造17一、分縫與止水構(gòu)造17二、灌漿布置18三、排水布置19四、摻氣槽布置19五、摻氣減蝕設(shè)施21六、隧洞鋼筋布置24總結(jié)25參考文獻27

2、設(shè)計基本資料1.淤積高程422.0m；1. 死水位429.0m；2. 最高興利水位445.0m;3. 設(shè)計洪水位450.1m，相應(yīng)泄量1320m3/s（溢洪道泄量1200 m3/s，泄洪洞流量160 m3/s）；4. 校核洪水位452.22m，相應(yīng)泄量1980m3/s（溢洪道泄量1853 m3/s，泄洪洞流量177m3/s）；5. 出口高程405m。任務(wù)一：隧洞總體布置一、隧洞的作用及分類1. 隧洞的定義: 在水利樞紐中為滿足泄洪、灌溉、發(fā)電等各項任務(wù)在巖層中開鑿而成的建筑物稱為水工隧洞。2. 隧洞的分類及作用:(1) 按用途分類 泄洪洞 配合溢洪道宣泄洪水，保證樞紐安全。 引水洞 引水發(fā)電、

3、灌溉或供水。 排沙洞 排放水庫泥沙，延長水庫的使用年限，有利于水電站的正常運行。 放空洞 在必要的情況下放空水庫，用于人防或檢修大壩。 導(dǎo)流洞 在水利樞紐的建設(shè)施工期用來施工導(dǎo)流。(2)按洞內(nèi)水流狀態(tài)分類有壓洞 隧洞工作閘門布置在隧洞出口，洞身全斷面均被水流充滿，隧洞內(nèi)壁承受較大的內(nèi)水壓力。引水發(fā)電隧洞一般是有壓隧洞。無壓洞 隧洞的工作閘門布置在隧洞的進口，水流沒有充滿全斷面，有自由水面。灌溉渠道上的隧洞一般是無壓的。一般說來，隧洞根據(jù)需要可以設(shè)計成有壓的，也可以設(shè)計成無壓的，也可設(shè)計成前段是有壓的而后段是無壓的。但應(yīng)注意的是，在同一洞段內(nèi)，應(yīng)避免出現(xiàn)時而有壓時而無壓的明滿流交替現(xiàn)象，以防止引

4、起振動、空蝕等不利流態(tài)。二、隧洞的選線隧洞的洞線應(yīng)根據(jù)隧洞的用途綜合考慮地形、地質(zhì)、水力學(xué)、施工、運行、沿線建筑物、樞紐總布置及對周圍環(huán)境的影響等因素，通過技術(shù)經(jīng)濟比較選定。在滿足樞紐總布置要求的條件下，洞線應(yīng)選擇在線路短、沿線地質(zhì)構(gòu)造簡單、巖體完整穩(wěn)定、上覆蓋層厚度適中、水文地質(zhì)條件有利及施工方便的地區(qū)。1. 地質(zhì)條件隧洞路線應(yīng)選在地質(zhì)構(gòu)造簡單、巖體完整穩(wěn)定、巖石堅硬的地區(qū)，盡量避開不利的地質(zhì)構(gòu)造，如向斜構(gòu)造、斷層及構(gòu)造破碎帶。對于有壓隧洞，隧洞應(yīng)有足夠的覆蓋厚度，當(dāng)考慮彈性抗力時，圍巖的最小覆蓋厚度不小于3倍洞徑。有壓隧洞的洞身垂直和側(cè)向覆蓋厚度應(yīng)保證圍巖不產(chǎn)生滲透失穩(wěn)和水力劈裂。根據(jù)以往

5、工程經(jīng)驗，對于圍巖堅硬完整無不利構(gòu)造的巖體，有壓隧洞的洞身垂和側(cè)向覆蓋厚度不小于0.4H（H為內(nèi)水壓力水頭），無襯砌或采用錨噴襯砌時，則應(yīng)不小于1.0H。對于無壓隧洞洞身和隧洞進出口，在采取了合理的施工方法和工程措施可保證施工期及運行安全時，對垂直及側(cè)向最小覆蓋厚度不作具體規(guī)定。相鄰兩隧洞間的巖體厚度，應(yīng)根據(jù)布置需要、地質(zhì)條件、圍巖承受的內(nèi)水壓力、圍巖的應(yīng)力和變形、隧洞橫斷面尺寸和地形、施工方法和運行情況（如一洞有水臨洞無水）等因素綜合分析決定。巖體厚度不宜小于2.0倍開挖洞徑（或洞寬）；巖體較好時，巖體厚度不宜小于1.0倍開挖洞徑（或洞寬）。應(yīng)保證圍巖不產(chǎn)生滲透失穩(wěn)和水力劈裂。在高地應(yīng)力地區(qū)

6、，洞線宜與最大水平地應(yīng)力方向有較小夾角，以減少隧洞的側(cè)向圍巖壓力。經(jīng)論證必須穿過壩基、壩肩或其它建筑物基礎(chǔ)的水工隧洞，與建筑物基礎(chǔ)的圍巖應(yīng)有足夠的厚度，滿足建筑物基礎(chǔ)和隧洞對應(yīng)力、變形、穩(wěn)定和滲透的要求。不能滿足要求時，應(yīng)采取必要的工程措施，保證施工運行安全。2. 地形條件隧洞的洞線在平面上應(yīng)布置成直線，以減小工程費用和水頭損失。若需要設(shè)置彎段時，應(yīng)符合下列要求：（1） 對于流速小于20m/s無壓洞，彎道曲率半徑不應(yīng)小于5倍洞徑或洞寬，轉(zhuǎn)角不宜大于60°，對于流速小于20m/s有壓隧洞，可以適當(dāng)降低要求，但彎曲半徑不應(yīng)小于3倍洞徑或洞寬，轉(zhuǎn)角不宜大于60°。（2） 高流速無

7、壓隧洞不應(yīng)設(shè)置曲線段。高流速有壓隧洞設(shè)置去學(xué)校時，其彎道半徑和轉(zhuǎn)角最好通過試驗確定。（3） 應(yīng)在彎道首尾兩端設(shè)置直線段，其長度也不宜小于5倍洞徑或洞寬。（4） 洞身設(shè)置豎向曲線時，對于高流速隧洞（有壓或無壓），其型式和豎向曲線半徑應(yīng)通過試驗確定。對于低流速無壓隧洞的豎曲線半徑不宜小于5倍洞徑或洞寬；低流速有壓隧洞的豎曲線半徑，可以適當(dāng)降低要求。3.水流條件隧洞的進口應(yīng)力求水流順暢，減少水頭損失。重視隧洞出口水流與河流主流的相對位置，水流應(yīng)與下游河道平順銜接，與土石壩下游壩腳及其建筑物保持足夠距離，防止出現(xiàn)沖刷。4.施工條件洞線選擇應(yīng)考慮施工出渣通道及施工場地布置問題。采用掘進機及有軌運輸出渣的

8、隧洞，其彎道半徑和轉(zhuǎn)角，尚應(yīng)滿足掘進機和有軌運輸?shù)囊?。對于長隧洞，還應(yīng)注意利用地形、地質(zhì)條件布置施工支洞、斜洞、豎井，以便進料、出渣和通風(fēng)，增加總工作面，改善施工條件，加快施工進度。此外，洞線選擇應(yīng)滿足樞紐總體布置和運行要求，避免在隧洞施工和運行中對其它建筑物產(chǎn)生干擾；還應(yīng)考慮臨時占地、永久占地、植被破壞與恢復(fù)、施工污染、運行期地下水位變化等對環(huán)境的影響和水土保持的要求。宜使原自然環(huán)境較少破壞，較易恢復(fù)，環(huán)境投資最少。三、隧洞的布置1. 進水方式進口的進水方式有表孔溢流式和深水進口式兩種。表孔溢流式的進口布置方式與岸邊溢流道相似，只是用隧洞代替了泄槽，泄水時，洞內(nèi)為無壓流。這種布置形式的表孔

9、進口雖有較大的超泄能力，但其泄流能力受到隧洞斷面的限制。深式進水口的隧洞可以是無壓的或有壓的。這種布置形式與重力壩上的泄水孔布置形式相似。本設(shè)計采用有壓深水進口式。2. 進出口高程由于淤積高程為422.0m,泄洪洞也有一定的排沙能力，故此次設(shè)計隧洞進口底部高程采用淤積高程422.0m。出口底部高程為405.0m。3. 出口布置對于有壓隧洞，出口斷面面積應(yīng)小于洞身斷面積，以保持洞內(nèi)有較大的正壓，若隧洞沿程體形無急劇變化，出口的斷面積宜收縮為洞身斷面的85%90%。4. 閘門布置檢修閘門設(shè)置在進口，用來擋水，以便對工作閘門或隧洞進行檢修。檢修閘門在靜水中啟閉，一些大中型隧洞的深式進水口常要求檢修閘

10、門能在動水中關(guān)閉，靜水中開啟，以滿足出現(xiàn)事故的需要，此時也稱為事故閘門。工作閘門用來調(diào)節(jié)流量和封閉孔口，要求能在動水中啟閉。工作閘門可根據(jù)需要設(shè)置在隧洞的進口、出口或洞中的某一適宜位置。5. 縱坡隧洞的坡度注意涉及到泄流能力、壓力分布、過水?dāng)嗝娲笮?、工程量、空蝕特性及工程安全，應(yīng)根據(jù)運用要求、沿線建筑物的底部高程以及施工和檢修條件等綜合分析確定。有壓洞的縱坡不宜采用平坡或反坡，一般取坡度為310，且全線洞頂保持不小于2m的壓力水頭。任務(wù)二：隧洞洞身斷面設(shè)計一、斷面形狀有壓隧洞由于內(nèi)水壓力較大，從水流條件（過水?dāng)嗝鏉裰茏钚。┘笆芰l件（受力方向?qū)ΨQ）考慮，一般均采用圓形斷面。此設(shè)計采用圓形斷面。

11、二、斷面尺寸的擬定隧洞斷面計算按管流公式： 其中 Q泄洪洞泄流量； 流量系數(shù)，取0.60.8，此處去0.8； Ac洞的斷面積； H庫水位到隧洞出口底部高差。計算結(jié)果見下表表21 斷面尺寸計算表計算工況QHAcAD設(shè)計情況1600.845.16.737.923.18校核情況1770.847.227.278.553.30此設(shè)計擬定洞身直徑D=3.30m。三、進口建筑物形式進口建筑物按其布置及結(jié)構(gòu)形式不同，可分為豎井式、塔式、岸塔式和斜坡式等。1. 豎井式優(yōu)點:結(jié)構(gòu)比較簡單，不需要工作橋，不受風(fēng)浪和冰的影響，抗震性及穩(wěn)定性好，運行比較可靠。缺點：豎井開鑿比較困難，豎井前的隧洞段經(jīng)常處于水下，檢修不變

12、。適用條件：岸坡陡、巖石堅硬。2. 塔式優(yōu)點：布置比較緊湊，閘門開啟比較方便可靠。缺點：受風(fēng)浪、冰、地震的影響大，穩(wěn)定性相對比較差，需要較長的工作橋。適用條件：岸坡巖石較差，覆蓋層較薄，不宜修建靠岸進口建筑物的情況。3. 岸塔式優(yōu)點：穩(wěn)定性較塔式的好，甚至可對巖坡有一定的支撐作用，施工安裝也比較方便，不需工作橋，比較經(jīng)濟。適用條件：適用于岸坡較陡，巖體比較堅固穩(wěn)定的情況。4. 斜坡式優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，施工、安裝方便，穩(wěn)定性好，工程量小。缺點：由于閘門傾斜，閘門不易依靠自重下降，閘門面積加大。適用條件：一般只用于中、小型工程，或只用于安裝檢修閘門的進口。此設(shè)計采用塔式。任務(wù)三:進口建筑物布置一、進

13、水喇叭口進水口是隧洞的首部，其體形應(yīng)與孔口水流的流態(tài)相適應(yīng)，避免產(chǎn)生不利的負(fù)壓和空蝕破壞，同時還應(yīng)盡量減小局部水頭損失，以提高泄流能力。隧洞進口常采用頂板和兩側(cè)邊墻順?biāo)鞣较蛑饾u收縮的平底矩形斷面，形成喇叭口狀。收縮曲線常采用四分之一橢圓曲線，橢圓方程為：式中: a橢圓的長半軸，對于頂板曲線，約等于閘門處的孔口高度H，對于邊墻曲線，約等于閘門處的孔口寬度B；此處a取3.3m。 b橢圓的短半軸，對于頂板曲線，可用H/3，對于邊墻曲線約為（1/31/5）B。此處b取1.1m。進水喇叭口的橢圓方程為二、通氣孔當(dāng)閘門部分開啟時，孔口處的水流流速很大，門后的空氣會被水流帶走，形成負(fù)壓區(qū)，可能會引起空蝕破

14、壞使閘門振動，危及工程的安全運行。因此，對設(shè)在泄水隧洞進口或中部的閘門之后應(yīng)設(shè)通氣孔，其作用是：在工作閘門各級開度下承擔(dān)補齊任務(wù)，補氣可以緩解門后負(fù)壓，穩(wěn)定流態(tài)，避免建筑物發(fā)生振動和空蝕破壞，同時可減小由于負(fù)壓而引起作用在閘門上的下拖力和附加水壓力：檢修時，在下放檢修閘門之后，放空洞內(nèi)水流時給予補氣；檢修完成后，需向檢修閘門和工作閘門之間充水，以便平壓來開啟檢修閘門，此時，通氣孔用以排氣。三、平壓管平衡檢修閘門前后的水壓力，減小閘門的啟門力。四、檢修門槽采用矩形收縮門槽w/d=1.61.8隧洞進口布置圖見附圖任務(wù)四：龍?zhí)ь^段設(shè)計一、拋物線設(shè)計從緩坡到陡坡的連接（如龍?zhí)ь^隧洞之斜井段首部）常采用

15、拋物線為：此處=0，所以上式可化為：式中 Vo-（1.321.40）V； V斷面起點過水?dāng)嗝嫫骄魉?。曲線段與反弧段的前點為y=tan =25°35°；此處取30°。計算結(jié)果如下表所示:表4-1 拋物線坐標(biāo) 單位：mX04812162024283236404446.188y00.10.40.91.62.53.64.96.48.11012.113.333二、反弧段設(shè)計從陡坡到緩坡（如龍?zhí)ь^隧洞之斜井末端）常以反弧段連接。反弧段半徑與該處水頭Z（庫水位與反弧末端之高差）有關(guān)。反弧半徑R=（0.770.84）Z反弧方程：(x-x0)2+(y-y0)2=R2Z=452.2

16、2-405=47.22m 則R=36.3639.66m 取R=38m可以求得反弧段圓心坐標(biāo)為（62.474，-21），則反弧方程為(x-62.474)2+(y+21)2=382為了便于施工反弧段坐標(biāo)如下表所示：表4-2 反弧段坐標(biāo) 單位：mX46.1884850525456586062.474y13.33314.13514.89415.52816.04316.44416.73616.91917三、混凝土塞龍?zhí)ь^段設(shè)計圖見附圖任務(wù)五：隧洞出口布置一、漸變段由于洞身為圓形，為了便于出口端閘門的設(shè)置，應(yīng)將圓形變成矩形，為了水流平順，在圓形和矩形之間應(yīng)設(shè)有漸變段，其長度一般不應(yīng)小于洞徑或洞寬的23倍。

17、二、工作閘門室由于隧洞內(nèi)為有壓流，出口處應(yīng)設(shè)有閘門。三、消能段隧洞的消能方式有挑流消能、底流消能、窄縫式挑坎消能、洞中突擴消能等。1.挑流消能當(dāng)隧洞出口高程高于或接近下游水位，且地形地質(zhì)條件允許時，采用擴散式挑流消能比較經(jīng)濟合理，因為它結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，國內(nèi)外泄洪、排沙隧洞廣泛采用這種消能方式。當(dāng)隧洞軸線與河道交角較小時，可采用斜向挑流鼻坎，靠河床一側(cè)鼻坎較低，使挑流主流偏向河床，減輕對河岸沖刷。2.底流消能當(dāng)隧洞出口高程接近下游水位時，也可采用擴散式底流水躍消能。底流消能具有工作可靠、消能比較充分、對下游水面波動影響范圍小的優(yōu)點，但缺點是開挖量大、施工復(fù)雜、材料用量多、造價高。3. 窄縫式

18、挑坎消能窄縫式挑坎消能為挑坎處采用收縮成窄縫的布置形式。4. 洞中擴散消能此消能方式是在有壓隧洞中設(shè)置過流斷面較小的孔板，利用水流流經(jīng)孔板時突縮和突擴造成的漩滾，在水流內(nèi)部產(chǎn)生摩擦和碰撞，消減大量能量，同時又將動能轉(zhuǎn)化為熱能隨水流帶走，從而達到降低流速，減少磨損的消能目的。此設(shè)計采用挑流鼻坎消能，其挑流鼻坎處圓弧段的角度為20°25°，此處采用25°，半徑R=（410）h0,其中h0為反弧最低點水深。根據(jù) 其中 用迭代法計算得h0=1.8m,故R=7.218m,取R=12m。隧洞出口布置圖見附圖任務(wù)六：隧洞細部構(gòu)造一、分縫與止水構(gòu)造在混凝土及鋼筋混凝土襯砌中，一般

19、設(shè)有施工縫和永久行的橫向變形縫。隧洞在穿過斷層、軟弱破碎帶以及和豎井交接處，或其他可能產(chǎn)生較大的相對變位時，襯砌需要加厚，應(yīng)設(shè)置橫向變形縫，變形縫的縫面不鑿毛，分布鋼筋也不穿過，無防滲要求的無壓洞，何不設(shè)止水，對有壓洞或有防滲要求的無壓洞，則縫內(nèi)應(yīng)設(shè)置止水及填充12cm厚的瀝青油氈或其他相應(yīng)的防滲措施。圍巖地質(zhì)條件比較均勻的洞身段只設(shè)置施工縫。根據(jù)澆筑能力和溫度收縮等因素分析確定沿洞線的澆筑分段長度，一般分段長度可采用612m，底拱和邊拱、頂拱的環(huán)向縫不得錯開。襯砌的環(huán)向施工縫需要進行鑿毛處理，或設(shè)一些插筋穿過縫面以加強整體性。縱向施工縫應(yīng)根據(jù)澆筑能力，設(shè)置在襯砌結(jié)構(gòu)拉應(yīng)力及剪應(yīng)力較小的部位，

20、對于圓形隧洞常設(shè)在中心垂直線夾角為45°處；對于城門洞型隧洞，為便于施工可設(shè)在頂拱邊墻、底板交界附近?？v向施工縫必須進行鑿毛處理，必要時縫內(nèi)可設(shè)鍵槽。二、灌漿布置隧洞灌漿分為回填灌漿和固結(jié)灌漿兩種。1、回填灌漿回填灌漿的目的是為了填充襯砌與圍巖之間的空隙，使之結(jié)合緊密，共同受力，以改善傳力條件和 減少滲漏?；靥罟酀{的范圍、孔距、排距、灌漿壓力及漿液濃度，應(yīng)根據(jù)襯砌結(jié)構(gòu)的形式、隧洞的工作條件、施工方法及隧洞開挖后斷面的裂縫情況來確定?；炷梁弯摻罨炷烈r砌的頂部必須進行回填灌漿，砌筑頂拱是，可預(yù)留灌漿管，待襯砌完成后通過預(yù)埋管鏡像灌漿，灌漿范圍一般在頂拱中心角90°120&#

21、176;以內(nèi)，孔距和排距一般為26m，灌漿孔應(yīng)深入圍巖5cm以上，灌漿壓力一般為0.20.3MPa。2、固結(jié)灌漿固結(jié)灌漿的目的在于加固圍巖，挑個圍巖的整體性，減小圍巖壓力，保證巖石的彈性抗力，減小地下水對襯砌的壓力和減少滲漏。對圍巖是否需要進行固結(jié)灌漿，應(yīng)通過技術(shù)經(jīng)濟比較而定。固結(jié)灌漿參數(shù)，應(yīng)根據(jù)圍巖地質(zhì)條件、襯砌結(jié)構(gòu)形式、內(nèi)、外水壓力大小及圍巖的防滲、加固要求，通過工程類比或現(xiàn)場實驗來確定。固結(jié)灌漿孔一般深入圍巖約為隧洞半徑的1倍左右，一般排距24m，每排孔不少于6孔，做對沖布置。灌漿壓力可采用1.52.0倍的內(nèi)水壓力。固結(jié)灌漿應(yīng)在回填灌漿714小時之后進行，灌漿是應(yīng)加強觀測，以防洞壁產(chǎn)生變

22、形或破壞。三、排水布置設(shè)置排水的目的是為了降低作用在襯砌外壁的外水壓力，對于無壓隧洞襯砌，當(dāng)?shù)叵滤惠^高時，外水壓力成為襯砌的主要荷載，對襯砌結(jié)構(gòu)應(yīng)力影響很大。為此，可在洞底設(shè)縱向排水管通向下游，或在洞內(nèi)水面線以上，通過襯砌設(shè)置排水孔，將地下水直接引入洞內(nèi)。排水孔間距、排距以及孔深一般為24m。對于有壓圓形隧洞，外水壓力在襯砌設(shè)計中一般不起控制作用，可不設(shè)置排水設(shè)備。當(dāng)外水為很高，外水壓力很大，對襯砌設(shè)計起控制作用，可在襯砌底部外側(cè)設(shè)縱向排水管，通至下游，縱向排水管由無砂混凝土管或多孔缸瓦管做成。必要時，為提高排水效果，可沿洞軸線每隔68m，設(shè)一道環(huán)向排水槽，環(huán)向排水槽可用礫石鋪筑，將搜集滲水

23、匯入縱向排水管。設(shè)置排水設(shè)施時，應(yīng)避免內(nèi)水外滲。四、摻氣槽布置摻氣減蝕措施最早應(yīng)用于水力機械，在高水頭泄水工程中的應(yīng)用是在20世紀(jì)60年代開始的，美國的大古力壩(Grand Coulee Dam)泄水孔錐形管出口下游在屢次發(fā)生空蝕破壞后，設(shè)置了摻氣槽，以后沒有發(fā)生過空蝕破壞，摻氣被證明是解決空蝕破壞的最有效的途徑。國內(nèi)的第一個采用摻氣減蝕設(shè)施的是馮家山水庫的泄洪洞。目前摻氣減蝕已在溢洪道、泄洪洞、陡槽、閘下出流、豎井等高水頭大單寬流量的泄水建筑物中得到廣泛的應(yīng)用，并取得了顯著的減蝕效果和社會經(jīng)濟效益。隨著壩工技術(shù)的提高和水電建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，我國高壩建設(shè)發(fā)展迅速，壩高不僅突破了200m，而且已進

24、入300m量級，高水頭、大流量泄水建筑物不斷增多，與之相關(guān)聯(lián)的脈動、振動、空化、空蝕、沖刷、霧化等一系列高速水力學(xué)問題日益突出，受到水利工程人員的廣泛關(guān)注。隨著泄水建筑物水頭越來越高，最大泄流速度高達40m/s，有的甚至超過50m/s，水流空化數(shù)大大減小，致使泄水建筑物的某些過流部位常常發(fā)生嚴(yán)重的空蝕破壞，空蝕破壞的強度大約與水流流速的57次方成比例。空蝕不僅破壞泄流建筑物的過流表面，影響過流性能，降低泄流能力，嚴(yán)重時可導(dǎo)致泄流建筑物不能正常運行，甚至引起振動，導(dǎo)致工程破壞等。總結(jié)目前泄水建筑物運行的成功經(jīng)驗，當(dāng)過流表面的流速超過35m/s時，應(yīng)設(shè)置摻氣減蝕設(shè)施。Peterka等的試驗研究表明

25、，向水流低壓區(qū)通氣是防止空蝕的有效方法。當(dāng)水中的摻氣濃度達到C=1%2%時，即可大大減輕固體邊壁的空蝕破壞；當(dāng)摻氣濃度達到C=5%7%時，空蝕破壞可完全消失。還有一些研究表明，當(dāng)水中近壁處的摻氣濃度為C=1.5%2.5%時，混凝土試件的空蝕破壞顯著減少；當(dāng)水中近壁處的摻氣濃度達C=7%8%時，則空蝕現(xiàn)象基本消失。這是因為水中含氣量較高時，增加了水氣混合體的可壓縮性，對氣泡潰滅時所產(chǎn)生的沖擊力起緩沖作用，減輕了它的破壞能力。概括地講，摻氣減蝕的基本原理就是在泄槽高速水流區(qū)設(shè)置摻氣坎、槽，當(dāng)水流經(jīng)過摻氣設(shè)施時產(chǎn)生分離，在其下游形成摻氣空腔，在高速水流的紊動作用下，迫使大量空氣摻入水流中，對水流摻氣

26、，形成可壓縮性的水、氣混合體。當(dāng)挑射水流重新回到底板上時，水流中抉帶了大量的空氣，致使近壁水層自然摻氣。當(dāng)近壁摻氣濃度達到一定值時，在一段距離內(nèi)的泄水建筑物過流表面可減少或避免空蝕破壞。五、摻氣減蝕設(shè)施摻氣減蝕設(shè)施必須滿足的基本原則是：摻氣設(shè)施應(yīng)設(shè)置在容易產(chǎn)生空蝕部位的上游，在其運用水頭范圍內(nèi)形成并保持一個穩(wěn)定通氣空腔，同時應(yīng)該防止通氣井、槽的堵塞，以保證下游水流有足夠的摻氣濃度；應(yīng)力求保證通過摻氣設(shè)施的水流平順，避免因設(shè)置摻氣設(shè)施而惡化下游水流流態(tài)和過分抬高水面線，以及避免明流隧洞局部封頂、明槽邊墻浸水、過高的水翅沖擊其他建造物或增大沖擊動壓等水力現(xiàn)象；摻氣設(shè)施本身要有足夠的強度和工作的可靠

27、性，水舌沖擊還應(yīng)避開伸縮縫和施工縫。同時，摻氣減蝕設(shè)施的體型應(yīng)力求簡單，以便于施工并保證本身不受破壞。摻氣減蝕設(shè)施的一般工程形式，是在泄水建筑物過流面上設(shè)置摻氣槽、摻氣挑坎(在側(cè)壁上亦稱折流器)或突跌錯臺等。水流經(jīng)過這些突變處，即脫離邊壁，形成射流，射流水股下面(或側(cè)面)出現(xiàn)了空腔，通過兩側(cè)預(yù)留的突擴或預(yù)埋的通氣管，將空氣導(dǎo)入空腔.射流水股下緣在行進過程中，將擴散摻氣形成摻氣層，當(dāng)它重新回落底板或擴散至側(cè)壁時，又卷入部分空氣，致使下游近壁水層成為摻氣水流，在沿程一段距離內(nèi)可保持其摻氣濃度不小于某一防蝕有效的最低濃度值，這樣這段距離內(nèi)的過流面不致遭受空蝕破壞。在高水頭泄水建筑物的過流表面上設(shè)置摻

28、氣設(shè)施，使水流強迫摻氣以減輕或避免高速水流產(chǎn)生的空蝕破壞，是一項在國內(nèi)外水利水電工程中應(yīng)用越來越廣泛的實用技術(shù)。本世紀(jì)60年代以來，人們對強迫摻氣的研究的增多，也推動了摻氣減蝕措施的優(yōu)化研究的發(fā)展。目前，水利工程中泄水建筑物上主要應(yīng)用的基本摻氣設(shè)施體型包括以下幾種：（1）摻氣挑坎使用挑坎使水流向上挑射，脫離坎的下邊界。當(dāng)挑坎具有一定的高度時，就能在坎下形成空腔，在各級水頭和流量下均可以形成一定長度的穩(wěn)定空腔，使水流摻氣。但當(dāng)挑坎的高度過低時，水舌下底緣的反向漩滾會淹沒空腔;挑坎高度過高時，一方面射流水舌回落到底板的沖擊壓強較大，另一方面對原水面擾動較大，會抬高水面高度，在明流泄洪洞中可能造成封頂?shù)默F(xiàn)象，威脅洞身安全。加設(shè)適當(dāng)?shù)奶艨哺叨?，基本不變動原過流邊界，在新建和改建工程中都可以采用，但它對過流建筑物流態(tài)影