1、1洞線選擇 水工隧洞洞線的選擇，是隧洞設計中的重要環節之一；我國已建隧洞工程，由于洞線布置上的不合理和施工方法上的欠妥，而發生的事故不少。其原因：一是地質資料不足；二是水力學因素。（）在洞線選擇中都非常重視遵循洞線垂直于地質構造線或與構造線保持有足夠角度的原則。一般與構造線夾角大于時基本無塌方事故；時會出現塌方；小于時大多出現塌方事故。（）層狀巖體是典型的各向異性介質。在層狀巖體中布置隧洞，洞軸線與巖層走向要有較大的夾角，碧口水電站在陡傾角較疏松的薄層千枚巖中開挖了條隧洞、條壓力管道和其他各種洞室。洞軸線與巖層的夾角時，洞壁發生嚴重外鼓和傾倒；夾角時，發生較輕微外鼓和傾倒；夾角大于時，圍巖基本

2、穩定。（）洞線布置應考慮地應力方向，例如，二灘水電站，號、號探洞三維地應力實測資料分析，最大主應力方向為北東左右，如選取北東方向為軸，北西方向為軸，軸鉛直向上，根據實測值算出這種位置的各種地應力參數，列于表中。 表可以看出，兩個水平應力分量相差很大，如果洞軸線選在軸方向，邊墻將受到小的側向壓力，若選在軸上，邊墻上將受到大的側向壓力，兩者相比，后者邊墻上單位面積所受的側向壓力，為前者的倍。據此分析，并結合考慮了地質構造線方向進行了廠區洞群布置。結果開挖施工進行順利。 隧洞埋設深度，即洞頂以上巖體的覆蓋厚度和山體岸邊一側的巖體厚度，一般統稱為圍巖的覆蓋厚度。隧洞圍巖的覆蓋厚度涉及到圍巖的穩定性、圍

3、巖的抗力及圍巖的防滲能力等。21進、出口洞段及無壓隧洞 調查了個工程的進出口，其最小覆蓋厚度均不足倍的洞徑，關鍵是采取了合理的施工程序和工程措施，其結果是減少了明挖，爭取了工期。 22有壓隧洞 ）雪山準則（如圖所示）： 對于比較陡峭的地形，側向覆蓋常起著控制作用。澳大利亞的雪山準則，。 ）挪威準則（如圖所示）： 早年，在挪威當壓力隧洞地表巖體坡度變陡時，設計者只是簡單地把所需的圍巖覆蓋厚度從靜水頭的倍增加到倍。結果導致一些工程的失敗。關于經驗系數的取值問題，宜根據圍巖情況確定。 對巖體坡角從的不同情況使用垂直向準則、雪山準則和挪威準則進行計算比較，雪山準則和挪威準則相當吻合，它隨著坡角的增加而

4、覆蓋厚度增加，垂直向準則覆蓋厚度則隨著巖體坡角的增大而減少。顯然挪威和雪山準則均更合理。國內工程推薦采用挪威準則。F=1.101.50。 高壓隧洞和岔洞雖滿足了覆蓋厚度的要求，有時在完好的巖體中仍會發生水力劈裂，所以提出對地應力和滲流穩定的要求。 由于洞線選擇不當造成重大損失的工程事例，如： 十三陵電站斜管段附近有一條多米寬的大斷層，勘探時沒發現，斜管段布置在斷層處，其走向、傾角幾乎與斷層重合，開挖導洞時發生嚴重坍方，延誤工期數月； 引青濟秦引水工程中的某段隧洞長約，有近洞段處于沖溝溝底，開挖過程中出現坍方，幾經處理后仍控制不住坍方擴大，造成地面下沉，形成直徑約、深的通天坍方漏斗，處理近半年時

5、間，造成巨大損失； 電站發電洞布置于大壩左岸，該大壩為定向爆破成壩，爆破烈度達度度，爆破促使壩址區巖體震碎，卸荷裂隙張開。年建成后經多年風化，致使原已張開的裂隙進一步風化、松馳，卸荷帶寬達。年開鑿的發電引水隧洞出口段位于卸荷帶中，年月充水出現多處滲水射流。放空檢查發現洞內巖體變形、鋼管下移，襯砌混凝土多處拉裂，岔管混凝土開裂，鋼筋外露，為此不得不另建一條發電隧洞。 碧口水電站泄洪洞方案比選時曾進行過左右岸方案比較，最后因右岸泄洪洞較長而被放棄，結果選定的左岸泄洪洞因地質構造的不利組合造成大坍方，地面坍陷面積達，坍方段長，坍方量約，工程停工處理達數年之久。 由于最小覆蓋厚度不足發生水力劈裂和滲透

6、失穩造成工程事例，如： 江西蔡坊電站發電引水隧洞長2770m，內徑2.1m，設計水頭108m，襯砌厚50cm單筋5根20，黑云毌花崗巖，上覆厚度14m，1995.11.16下閘蓄水，12.15日充水高壓水沿襯砌和圍巖裂隙沖出，形成泥石流，沖毀開關站，淹沒廠房。 自穩條件好，開挖后變形很快穩定的圍巖，可不計圍巖壓力。 圍巖變形（位移）基本穩定的判別標準參見國家標準和巖土工程監測手冊（中國水利水電出版社年版）。由統計規律看，一般在變形小于/時可認為基本穩定。在有長期觀測（大于個月）成果時，觀測后期全月平均小于/時認為是穩定的。 薄層狀及碎裂散體結構的圍巖，作用在襯砌上的圍巖壓力可按式（）、式（）計

7、算： 不能形成穩定拱的淺埋隧洞，宜按洞室頂拱的上覆巖體重力作用計算圍巖壓力，再根據施工所采取的支護措施予以修正。 塊狀、中厚層至厚層狀結構的圍巖，可根據圍巖中不穩定塊體的作用力來確定圍巖壓力。 采取了支護或加固措施的圍巖，根據其穩定狀況，可不計或少計圍巖壓力。 圍巖壓力除與地質條件、隧洞開挖尺寸有關外，與施工方法、支護措施、支護時間有很大關系。采用緊跟掌子面的噴射混凝土，或根據變形監測成果采取及時錨噴支護，可控制圍巖變形，即使在地質條件較差的圍巖中，也可大大減少圍巖變形造成的壓力，但是，圍巖壓力究竟減多少，目前還只能靠工程經驗和對變形監測的分析采用類比法決定。 采用掘進機開挖、光面爆破、控制爆

8、破可減少對圍巖的擾動和破壞，可增加圍巖的自承能力，使圍巖在襯砌上形成的壓力減少；可適當少計圍巖壓力。 具有流變或膨脹等特殊性質的圍巖，可能對襯砌結構產生變形壓力時，應對這種作用進行專門研究。 地應力在襯砌上產生的作用應進行專門研究。 地下水壓力是設計最關注的、也是很難準確確定的。 1外水壓力折減系數的方法 隧洞的外水壓力作用一般根據圍巖的滲透系數、巖層結構、地質構造、滲流類型、襯砌型式、補給水源、排水或出水點等條件，通過滲流計算來確定。但是，計算工作量較大，計算參數難確定，不現實。用結構力學法計算襯砌結構時需先確定作用在襯砌面上的外水壓力，然后按面力進行計算。鑒于上述原因水工建筑物荷載設計規范

9、仍選用外水壓力折減系數的方法。 外水壓力折減系數存在問題： 在工程的前期階段，隧洞尚未開挖，無法取得地下水活動狀態的資料。外水壓力折減系數e值在隧洞前期勘察中難以應用。 在隧洞施工階段，雖然可以根據地下水活動狀態判定e值，但表 中變化區間大，且上下不同級別的e值相互重疊，取值困難，不盡合理。 表中沒有闡明外水壓力與工程、水文地質條件的關系，特別是與巖體滲透性的關系，從而不利于工程地質勘察的取值。 隧洞外水壓力折減系數工程地質研究 宋岳 賈國臣 滕杰 巖體滲透性與外水壓力折減系數關系 地下水溢出狀態與外水壓力折減系數關系 當為抵御高地下水壓力而需要增加襯砌厚度時，我國的經驗是在滿足有關覆蓋厚度規

10、定的條件下，可采用排水措施降低外水壓力，但對于不良地質洞段應予以慎重對待。 對設有排水設施的水工隧洞，可根據排水效果和排水設施的可靠性，對作用在襯砌結構上的外水壓力作適當折減，其折減值可通過工程類比或滲流計算分析確定。 排水的幾種主要類型（1）在襯砌中設置排水孔 (孔徑 4cm20cm)。（2）排水廊道或排水洞，洞徑一般1.5m到3m。（3）排水幕與排水洞聯合使用， 排水幕可布置在任意方向。（4）設置輻射狀排水孔組成排水帶。多用于地下廠房及無壓隧洞。（5）設置排水盲溝， 尺寸介于排水孔和排水洞之間，常在隧洞底板下布置排水盲溝。（6） 土工織物排水， 利用土工織物透水性，在隧洞巖壁上鋪成條帶狀然

11、后澆筑襯砌，巖石滲水通過土工織物排水條帶排走。（7） 高壓鋼管貼壁式排水， 用槽鋼或角鋼或半圓鋼管點焊在壓力鋼管外緣形成排水網絡。 應注意的幾亇問題 (1) 有壓隧洞多采用圓形斷面，它有較高的抗外壓穩定的能力，所以在低壓隧洞中，很少在襯砌中設置排水孔。 (2) 有壓隧洞設置排水孔時應注意內水外滲。 (3) 為了阻止圍巖中巖屑隨水帶出，惡化圍巖，可在排水孔中設置軟式透水管。 (4) 當圍巖中軟弱面充填物有被水溶解和帶走的可能時，為保持圍巖穩定，則不允許設置排水措施。 沒有必要或沒有理由為外水壓力設計襯砌。 在施工、檢修和維修期內，必須進行隧洞排水。如果施工期的地下涌水太大，可采用灌漿減小水流量。

12、 襯砌設計應能承受一定比例的外水壓力，因為排水無法將壓力減小到零，而且排水管存在被堵塞的可能性。采用適當的排水措施后，設計外水壓力可采用低于25%的全部壓力或相當于三倍洞徑的水柱高度。張有天隧洞設計三原則(1) 隧洞的外水荷載是作用于地下水位以下整個空間的滲流場力(2) 應按滲流荷載增量理論分析隧洞應力(3) 襯砌與圍巖有條件地聯合作用 1.由于有強滲透的含水層、裂隙水、強地表水補給，造成圍巖穩定條件惡化，引起局部失穩： 電站炭質頁巖段隧洞，施工中遇到地下水，巖體軟化，圍巖失穩，冒頂大坍方。 2. 因排水失效導致襯砌破壞 美國TaumSank壓力隧洞，設計水頭263m，鋼襯直徑5.6m，運行四

13、年后檢查發現鋼襯壓屈，進一步檢查發現外排水系統被碳酸鹽類物質堵塞，外水壓力使鋼襯壓屈所致。 3. 因施工質量差在放水時受外水壓力作用襯砌破壞 羊卓湖抽水蓄能電站，位于海拔4000m以上的青藏高原，引水隧洞長5889m，D=2.5m，混凝土襯砌0.30.5m，深埋（50450m）于淺變質巖中，放水速度較快，發現上水平段混凝土襯砌開裂脫落，混凝土蜂窩麻面，內混模板、雜物，鋼筋未綁扎，最后將2.7km混凝土襯砌段全改為鋼襯。 4.因內水外滲受外水壓力作用襯砌破壞 劉家峽1#機組引水發電隧洞， 砼裂縫形成內水外滲，高壓水沿著鋼管與圍巖間的縫隙作用在鋼管上，使鋼管變形、壓屈，形成鼓包，變形失穩。 Bat

14、h Countny抽水蓄能電站，二條平行的混凝土襯砌隧洞和壓力鋼管，設計水頭395m，洞徑5m。1985年建成，當1#隧洞充水試驗時，由于混凝土襯砌開裂，內水外滲，使2#壓力鋼管鋼板襯砌壓屈。 對有地表水強補給的沖溝，一是容易造成圍巖失穩，二是施工期外水內滲，工程上處理很困難，運行期的外水壓力可能較大。 根據防滲要求，隧洞襯砌結構設計可分為抗裂、限裂和不限制裂縫寬度設計。 () 圍巖抗滲能力差，內水外滲造成的危害，應提出嚴格的防滲要求； () 圍巖具有抗滲能力，內水外滲可能造成不良地質段的局部失穩，宜提出一般防滲要求； () 圍巖具有較好的抗滲性，內水外滲不存在滲透失穩和環境破壞問題，可不提出

15、防滲要求。 不襯砌與錨噴支護的設計，一般宜按工程類比法，對于直徑（跨度）大于的隧洞，尚應輔以理論計算和監控量測。 、類圍巖，隧洞的直徑（跨度）不大于時宜不支護，時宜采用噴混凝土支護，大于的隧洞，宜采用錨噴聯合支護，遇有局部不穩定塊體時，應采用錨桿加固。 、類圍巖可采用錨噴、掛網或鋼排架等聯合支護，類圍巖必要時應進行襯砌。 不襯砌隧洞，必要時可設置不承載（平整）混凝土襯砌。 2. 混凝土和鋼筋混凝土襯砌 對于防滲要求較高的隧洞，鋼筋混凝土襯砌難以滿足防滲要求，采用預應力混凝土襯砌。 (1) 壓漿式預應力混凝土襯砌 用灌漿方法來產生預應力的混凝土襯砌，我國白山工程； (2) 環錨式預應力混凝土襯砌

16、 用機械方法產生預應力 環錨式襯砌分有黏結后張預應力和無黏結后張預應力，小浪底工程采用了后張法無黏結預應力混凝土襯砌，清江隔河巖和天生橋采用后張法有黏結預應力襯砌。 有黏結預應力，必須考慮由于摩擦引起的應力降低，早期的設計，國內外大都采用了有黏結預應力混凝土襯砌，并相繼投入運行。 有黏結后張預應力技術，預埋波紋管堵塞現象嚴重，張拉時斷絲和滑絲時有發生，施工程序復雜，結構應力不均勻，易引起混凝土裂縫。 無黏結預應力技術，鋼絞線分別放入充滿油脂的套管內，并逐根均勻分布在隧洞襯砌內。 由于摩擦系數的減小，提高了預應力的效率，減少了錨具槽附近的應力集中和節省了工程量。小浪底工程實踐，采用無黏結預應力較原有黏結預應力可節省約的錨具和相應的工程量。 無黏結預應力混凝土襯砌具有