1、洞身段的形式與構(gòu)造洞身斷面形式及尺寸無壓隧洞的斷面形式及尺寸無壓隧洞多采用圓拱直墻形（城門洞）斷面圖1（d）（i）。由于這種斷面的頂部為圓拱形，適宜于承受垂直圍巖壓力，并且在施工時(shí)便于開挖和襯砌。頂拱中心角一般在90180之間，當(dāng)垂直圍巖壓力較小時(shí)，可采用較小的中心角。一般情況下，較大跨度泄水隧洞的中心角常采用120左右。斷面的高寬比一般為11.5，水深變化大時(shí)，采用較大值。在側(cè)向圍巖壓力較大時(shí)，為了減小或消除作用在邊墻上的側(cè)向圍巖壓力，也可把邊墻做成向內(nèi)傾斜狀圖1（e）。如圍巖條件較差還可以采用馬蹄形斷面圖1（f），馬蹄形斷面有上部半圓和下部三心圓或多心圓構(gòu)成，以盡量減小襯砌截面彎距。當(dāng)圍巖

2、條件差，而且又有較大的地下水壓力時(shí)，可以考慮采用圓形斷面。圖1 隧洞斷面形式及襯砌類型(單位：m)(a)(f)單層襯砌；(g)(i)組合式襯砌1噴混凝土；2=16mm鋼板；325cm排水管；420cm鋼筋網(wǎng)噴混凝土；5錨筋無壓隧洞的斷面尺寸主要根據(jù)其泄流能力要求及洞內(nèi)水面線來確定。對(duì)于表孔溢流式進(jìn)口，泄流能力按堰流計(jì)算；對(duì)于深式進(jìn)口，泄流能力取決于進(jìn)口壓力短管段，可按管流計(jì)算： (1)式中： 考慮進(jìn)口段局部水頭損失的流量系數(shù)，約為0.9； 工作閘門處的孔口面積，m2； H作用水頭，m。洞內(nèi)的水面曲線用能量方程分段求出。為了保證洞內(nèi)的穩(wěn)定無壓流狀態(tài)，水面以上應(yīng)有足夠的凈空。當(dāng)洞內(nèi)的水流流速大于1

3、520m/s時(shí)，應(yīng)考慮由于高速水流引起的摻氣和沖擊波的影響。流速較低、通氣良好的隧洞，要求水面以上凈空不小于洞身斷面面積的15%，其高度不小于40cm；流速較高的隧洞，考慮摻氣和沖擊波的影響，在摻氣升高的水面以上的凈空面積一般為洞身斷面面積的15%25%，沖擊波波峰高不應(yīng)超過城門洞形斷面的直墻范圍。在確定隧洞斷面尺寸時(shí)，還應(yīng)考慮到洞內(nèi)施工和檢查維修等對(duì)最小尺寸的要求，圓形斷面內(nèi)徑一般不小于1.8m，非圓形斷面尺寸不小于1.5m1.8m（寬高）。有壓隧洞的斷面形式及尺寸有壓隧洞由于內(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圖1（a）、（b）、（

4、c）、（g）。當(dāng)圍巖條件較好，洞徑和內(nèi)水壓力都不大時(shí)，為了施工方便，也可采用上述無壓隧洞常用的斷面形式。有壓隧洞的斷面尺寸應(yīng)根據(jù)泄流能力要求以及沿程壓坡線情況來確定。有壓隧洞的泄流能力按管流計(jì)算，公式為式（2），但流量系數(shù)為考慮隧洞沿程 阻力和局部阻力后的流量系數(shù)，而則是隧洞出口的斷面面積。在隧洞出口處應(yīng)設(shè)有壓坡段，減小隧洞出口段面積，以保證洞內(nèi)水流始終處于有壓狀態(tài)，并要求在最不利運(yùn)行條件下，洞頂應(yīng)有2m以上的壓力水頭。洞內(nèi)水流流速越大，要求壓力水頭越大，對(duì)于高流速的有壓泄水隧洞，壓力水頭可高達(dá)10m左右。洞身襯砌的類型及構(gòu)造襯砌是指沿開挖洞壁而做的人工護(hù)壁，主要作用是：阻止圍巖變形的發(fā)展，保

5、證圍巖的穩(wěn)定；根據(jù)需要，承受圍巖壓力、內(nèi)水壓力和其它荷載；防止?jié)B漏；保護(hù)圍巖免受水流、空氣、溫度、干濕變化等的沖蝕破壞作用；平整圍巖，減小表面糙率，增大過流能力；滿足環(huán)境保護(hù)的要求。襯砌的類型隧洞襯砌主要可分為以下幾種類型：1）平整襯砌（也稱護(hù)面）。用混凝土、噴混凝土和漿砌石（圖2）做成的護(hù)面，它不承受荷載，僅起到平整隧洞表面、減小糙率、防止?jié)B漏、保護(hù)巖石不受風(fēng)化的作用。平整襯砌適用于圍巖堅(jiān)固、完整，能自行保持穩(wěn)定，水頭和流速較小的情況。對(duì)于無壓隧洞，如巖石不易風(fēng)化，可只襯砌過水邊界部分。平整襯砌的厚度由構(gòu)造決定，一般混凝土或噴混凝土可采用515cm，漿砌石襯砌可采用2530cm。 圖2 砌石

6、襯砌 (單位：cm) 圖3 錨桿支護(hù) 2）單層襯砌。用混凝土圖1（a）、鋼筋混凝土圖1（b）、（c）、（d）或漿砌石做成。單層襯砌適用于中等地質(zhì)條件，隧洞斷面較大，水頭及流速較高的情況，是我國應(yīng)用最廣的受力襯砌。由于混凝土的抗拉強(qiáng)度較低，靠增加混凝土的厚度來提高其抗彎能力是不經(jīng)濟(jì)的，因?yàn)樵谝r砌厚度增加的同時(shí)，也增加了自重，并增加巖石的開挖量，所以襯砌厚度應(yīng)在滿足要求的前提下盡量采用較小的尺寸。根據(jù)SL279-2002水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范，混凝土和單層鋼筋混凝土襯砌的厚度不宜小于25cm，雙層鋼筋混凝土襯砌的厚度不宜小于30cm，并由襯砌受力計(jì)算最終確定。襯砌所用混凝土的強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C15。3)

7、錨噴襯砌。錨噴襯砌是利用錨桿和噴混凝土加固圍巖措施的總稱，是逐漸發(fā)展起來的一項(xiàng)新型加固措施。噴混凝土不需模板，施工進(jìn)度快，能緊跟掘進(jìn)工作面施工，縮短圍巖暴露時(shí)間，使圍巖的風(fēng)化、潮解和應(yīng)力松弛等不致有大的發(fā)展。但由于噴層較薄，隨開挖巖面起伏不平，糙率較大，且大面積噴射施工質(zhì)量難以控制，在內(nèi)水壓力及水流作用下，有可能引起滲漏及沖蝕破壞。噴混凝土的厚度不宜小于8cm，最大不宜超過20 cm。混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C20。錨桿支護(hù)是用特定形式的錨桿錨定于巖石內(nèi)部，把原來不夠完整、不夠穩(wěn)定的圍巖固結(jié)成一個(gè)整體，增加圍巖的整體性和穩(wěn)定性（圖3）。4）組合式襯砌。根據(jù)開挖斷面周邊不同部位襯砌的受力特點(diǎn)

8、和運(yùn)用要求，可采用不同的襯砌材料組合而成。如內(nèi)層為鋼板、鋼筋網(wǎng)噴漿，外層為混凝土或鋼筋混凝土圖1（g）；如頂拱為混凝土，邊墻和底板采用漿砌石圖1（h）；又如頂拱和邊墻先錨噴后再進(jìn)行混凝土或鋼筋混凝土襯砌等形式。實(shí)踐證明，在軟弱、破碎的巖體中開挖隧洞，由于巖體穩(wěn)定性差，采用先錨噴，再做混凝土或鋼筋混凝土襯砌，是一種較安全、較經(jīng)濟(jì)的組合形式。5）預(yù)應(yīng)力襯砌。預(yù)應(yīng)力襯砌是對(duì)混凝土、鋼筋混凝土襯砌的外壁施加預(yù)壓應(yīng)力，以便在運(yùn)用時(shí)抵消內(nèi)水壓力產(chǎn)生的拉應(yīng)力，克服混凝土抗拉強(qiáng)度低的缺點(diǎn)，這樣不僅能減小襯砌厚度，減少隧洞開挖量，節(jié)約材料，還可以增強(qiáng)襯砌的抗裂性和不透水性。其缺點(diǎn)是工序多、施工復(fù)雜、高壓灌漿技術(shù)

9、要求高、工期較長(zhǎng)。最簡(jiǎn)單的預(yù)應(yīng)力方法是向襯砌和圍巖之間進(jìn)行壓力灌漿，使襯砌產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力。為保證灌漿效果，應(yīng)在襯砌與圍巖之間預(yù)留有23cm的空隙，灌漿漿液應(yīng)用膨脹性水泥，以防止干縮時(shí)導(dǎo)致預(yù)壓應(yīng)力降低。預(yù)應(yīng)力襯砌多用于高水頭圓形有壓隧洞。洞身襯砌類型的選擇，應(yīng)根據(jù)隧洞的任務(wù)、地質(zhì)條件、斷面尺寸、受力狀態(tài)、施工方法及運(yùn)行條件等因素，通過綜合分析技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。在進(jìn)行隧洞襯砌形式選擇時(shí)，可參考表7-2并通過工程類比研究確定。表1 隧洞襯砌形式選擇壓力狀態(tài)設(shè)計(jì)原則最小覆蓋厚度要求承擔(dān)內(nèi)水壓力能力圍 巖 分 類備注、無壓抗裂鋼筋混凝土并加防滲措施研究是否采用預(yù)應(yīng)力混凝土限裂錨噴、鋼筋混凝土鋼筋混凝土非

10、限裂不襯砌、混凝土、錨噴錨噴、鋼筋混凝土有壓抗裂滿足具備預(yù)應(yīng)力混凝土、鋼筋混凝土并加防滲措施預(yù)應(yīng)力混凝土、鋼板鋼筋混凝土并加防滲措施宜在低壓洞使用不具備預(yù)應(yīng)力混凝土、鋼板局部不滿足預(yù)應(yīng)力混凝土、鋼板限裂滿足具備錨噴、鋼筋混凝土鋼筋混凝土錨噴宜在低壓洞使用不具備鋼筋混凝土局部不滿足鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土非限裂滿足具備不襯砌、混凝土、錨噴、鋼筋混凝土錨噴、鋼筋混凝土不襯砌隧洞宜在、類圍巖使用不具備鋼筋混凝土局部不滿足鋼筋混凝土當(dāng)圍巖堅(jiān)硬、完整、裂隙少、穩(wěn)定性好且抗風(fēng)化性能好時(shí)，對(duì)于流速低、流量較小的隧洞，可以不加襯砌。不襯砌的有壓隧洞，其內(nèi)水壓力應(yīng)小于地應(yīng)力的最小主應(yīng)力，以保證圍巖穩(wěn)定。由于不襯

11、砌隧洞的糙率大，泄放同樣流量就要增大開挖斷面，因此，是否采用不襯砌隧洞應(yīng)經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較之后確定。襯砌的分縫與止水在混凝土及鋼筋混凝土襯砌中，一般設(shè)有施工工作縫和永久性的橫向變形縫。隧洞在穿過斷層、軟弱破碎帶以及和豎井交接處，或其它可能產(chǎn)生較大的相對(duì)變位時(shí)，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，可不設(shè)止水，對(duì)有壓洞或有防滲要求的無壓洞，則縫內(nèi)應(yīng)設(shè)止水片及充填12cm厚的瀝青油氈或其它相應(yīng)的防滲措施（圖4）。圖4 伸縮變形縫(單位：m)1斷層破碎帶；2沉陷縫；3瀝青油毛氈后12cm；4止水片或止水帶圍巖地質(zhì)條件比較均一的洞身段只設(shè)施工縫。根據(jù)澆

12、筑能力和溫度收縮等因素分析確定沿洞線的澆筑分段長(zhǎng)度，一般分段長(zhǎng)度可采用612m，底拱和邊拱、頂拱的環(huán)向縫不得錯(cuò)開。襯砌的環(huán)向施工縫需要進(jìn)行鑿毛處理，或設(shè)一些插筋穿過縫面以加強(qiáng)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，對(duì)于圓形隧洞常設(shè)在與中心垂直線夾角為45處（圖5）；對(duì)于城門洞形隧洞，為便于施工可設(shè)在頂拱、邊墻、底板交界附近。縱向施工縫必須進(jìn)行鑿毛處理，必要時(shí)縫內(nèi)可設(shè)鍵槽。圖5 縱向施工縫(單位：m)1插筋；2分布鋼筋；3止水片；4縱向施工縫；5受力筋灌漿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

13、，共同受力，以改善傳力條件和減少滲漏。回填灌漿的范圍、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。混凝土和鋼筋混凝土襯砌的頂部必須進(jìn)行回填灌漿，砌筑頂拱時(shí)，可預(yù)留灌漿管，待襯砌完成后通過預(yù)埋管進(jìn)行灌漿（圖6）,灌漿范圍一般在頂拱中心角90120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。圖6 灌漿孔布置1回填灌漿孔；2固結(jié)灌漿孔；3伸縮縫2）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，保證巖石的彈性抗力，減小地下水對(duì)襯砌的壓力和減少滲漏。對(duì)圍巖是否需要進(jìn)

14、行固結(jié)灌漿，應(yīng)通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)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)、外水壓力大小以及圍巖的防滲、加固要求，通過工程類比或現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)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，每排不少于6孔，做對(duì)稱布置（圖7-18）。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(shí)之后進(jìn)行，灌漿時(shí)應(yīng)加強(qiáng)觀測(cè)，以防洞壁產(chǎn)生變形或破壞。排水設(shè)置排水的目的是為了降低作用在襯砌外壁上的外水壓力。對(duì)于無壓隧洞襯砌，當(dāng)?shù)叵滤惠^高時(shí)，外水壓力成為襯砌的主要荷載，對(duì)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)（圖7）。排水孔間距、排距以及孔深一般為24m。圖7 無壓隧洞排水布置1徑向排水孔；2縱向排水