第八章章水水工隧隧洞水工建建筑物物一、水水工隧隧洞的的類型型隧洞的的功能能隧洞的的類型型泄洪，，引水水發電電、輸輸水，，排沙沙，放放空水水庫，，施工工導流流(圖)按功能能分：：泄洪洪、引引水輸輸水、、灌溉溉供水水、放放空排排沙、、施工工導流流等隧隧洞。。按流態態分：：有壓壓隧洞洞、無無壓隧隧洞。。按襯砌砌方式式分：：不襯襯砌隧隧洞，，噴錨錨、混混凝土土襯砌砌或鋼鋼筋混混凝土土襯砌砌等。。按流速速大小小分：：高速速隧洞洞（>16m/s）,低速隧隧洞(<16m/s)8.1概述8.1概述二、水水工隧隧洞的的工作作特點點水力特特點泄水能能力與與H的1/2成正比比，超超泄能能力較較表孔孔弱。。進口位位置低低，能能預泄泄。承受的的水頭頭較高高，流流速大大，易易引起起空化化、空空蝕。。水流脈脈動會會引起起閘門門等振振動。。出口單單寬流流量大大，能能量集集中，，會造造成下下游沖沖刷。。8.1概述結構特特點施工特特點洞室開開挖后后，引引起應應力重重分布布，導導致圍圍巖變變形甚甚至崩崩塌，，為此此常布布置臨臨時支支護和和永久久性襯襯砌。。承受較較大的的內水水壓力力的隧隧洞，，要求求圍巖巖具有有足夠夠的厚厚度和和必要要的襯襯砌。。斷面小小，洞洞線長長，工工序多多，干干擾大大，施施工條條件差差，工工期較較長。。8.1概述三、水水工隧隧洞的的組成成進口段段：控制水水流，，含攔攔污柵柵、喇喇叭口口、閘閘門室室、漸漸變段段洞身段段：輸送水水流出口段段：連接消消能設設施，，無壓壓隧洞洞僅設設門框框，有有壓隧隧洞含含漸變變段和和工作作閘門門室8.1概述8.1概述8.1概述一、總總體布布置和和線路路選擇擇1總體布布置應根據據樞紐紐的任任務，，對泄泄水建建筑物物進行行總體體規劃劃。在合理理選定定洞線線的基基礎上上，根根據地地形、、地質質、水水流條條件，，選定定進口口位置置及進進口結結構形形式，，確定定閘門門在洞洞口中中的位位置。。確定洞洞身縱縱坡及及洞身身斷面面形狀狀及尺尺寸。。根據地地形、、地質質、尾尾水位位等條條件及及建筑筑物之之間的的相互互關系系，選選定出出口位位置，，底板板高程程及消消能方方式。。8.2水工隧隧洞的的布置置8.2水工隧隧洞的的布置置世界最最大規規模水水工隧隧洞--錦屏二二級水水電站站8.2水工工隧隧洞洞的的布布置置8.2水工工隧隧洞洞的的布布置置2線路路選選擇擇隧洞洞的的線線路路應應盡盡量量避避開開不不利利的的地地質質構構造造，，圍圍巖巖可可能能不不穩穩定定及及地地下下水水位位高高、、滲滲流流量量豐豐富富等等地地段段，，以以減減少少作作用用于于襯襯砌砌上上的的圍圍巖巖壓壓力力和和外外水水壓壓力力。。洞線線在在平平面面上上應應力力求求短短直直，，這這樣樣可可減減少少工工程程量量、、方方便便施施工工、、減減少少水水頭頭損損失失；；必必須須轉轉彎彎時時，，需需滿滿足足彎彎曲曲半半徑徑、、直直線線過過渡渡段段的的長長度度、、轉轉角角的的要要求求。。隧洞洞應應有有一一定定的的埋埋藏藏深深度度(圍巖巖厚厚度度)，需需滿滿足足成成洞洞條條件件。。隧洞洞的的縱縱坡坡，，應應根根據據運運用用要要求求、、上上下下游游銜銜接接、、施施工工和和檢檢修修等等因因素素綜綜合合分分析析而而定定。。8.2水工工隧隧洞洞的的布布置置對于于長長隧隧洞洞，，選選擇擇洞洞線線時時應應注注意意利利用用地地形形、、地地質質條條件件、、布布置置一一些些施施工工支支洞洞、、斜斜井井、、豎豎井井，，以以增增加加工工作作面面，，加加快快施施工工進進度度。。要考考慮慮進進出出口口與與其其它它建建筑筑物物的的關關系系對于于土土石石壩壩，，進進出出口口與與壩壩坡坡應應保保持持一一定定距距離離，，以以免免水水流流沖沖刷刷壩壩坡坡。。對于于排排沙沙洞洞，，進進口口設設在在靠靠近近電電站站進進口口的的上上游游側側，，高高程程比比電電站站進進水水口口低低，，以以使使電電站站進進口口在在其其拉拉沙沙漏漏斗斗范范圍圍內內，，為為了了保保證證電電站站進進水水口口免免受受泥泥沙沙淤淤積積威威脅脅。。泄水水隧隧洞洞的的出出口口方方向向要要與與下下游游的的河河道道銜銜接接順順暢暢，，減減輕輕對對岸岸邊邊的的沖沖刷刷。。8.2水工工隧隧洞洞的的布布置置二、、閘閘門門在在隧隧洞洞中中的的位位置置閘門門類類型型及及位位置置工作作閘閘門門：：調調節節流流量量、、封封閉閉孔孔口口，，能能在在動動水水中中啟啟閉閉①布置置在在進口口：常常為為無無壓壓洞洞,也可可是是有有壓壓洞洞②布置置在在出口口：有有壓壓洞洞③布置置在在洞洞身身某某適適宜宜位位置置檢修修閘閘門門：：檢檢修修工工作作閘閘門門或或隧隧洞洞，，動動水水關關閉閉、、靜靜水水開開啟啟①一般般位位于于進進口口②有時時需需于于出出口口設設檢檢修修門門以以擋擋下下游游水水8.2水工工隧隧洞洞的的布布置置三、、多多用用途途隧隧洞洞的的位位置置優點點泄洪洪洞洞與與導導流流洞洞合合一一布布置置一洞洞多多用用或或臨臨時時任任務務與與永永久久任任務務相相結結合合，，可可減減小小工工程程量量，，降降低低造造價價，，也也可可解解決決樞樞紐紐中中單單項項工工程程過過多多造造成成總總體體布布置置的的困困難難。。常作作成成“龍抬抬頭頭”式水頭頭高高，，流流速速大大,反弧弧及及下下游游易易遭遭空空蝕蝕破破壞壞,應做做好好體體形形設設計計,控制制施施工工質質量量，，限限制制不不平平整整度度,并選選用用適適當當的的摻摻氣氣減減蝕蝕措措施施。。8.2水工工隧隧洞洞的的布布置置泄洪洪洞洞與與發發電電洞洞合合一一布布置置存在在問問題題①洞洞內內岔岔尖尖處處的的水水流流流流態態復復雜雜，，容容易易產產生生不不利利負負壓壓和和空空蝕蝕②泄泄洪洪時時影影響響發發電電能能力力8.2水工工隧隧洞洞的的布布置置布置置形形式式①主主洞洞(干洞洞)泄洪洪、、支支洞洞(岔洞洞)發電電：：洞洞內內流流態態好好，，岔岔尖尖附附近近負負壓壓較較小小，，發發電電支支洞洞回回流流強強度度弱弱、、范范圍圍小小，，但但泄泄洪洪時時發發電電洞洞有有效效水水頭頭降降低低，，出出力力減減小小。。②支支洞洞(岔洞洞)泄洪洪、、主主洞洞(干洞洞)發電電：：相相反反分岔岔角角的的確確定定①與與水水力力條條件件、、岔岔尖尖施施工工、、岔岔尖尖結結構構強強度度有有關關。。②分分岔岔角角小小，，則則流流態態好好，，分分離離區區小小，，水水頭頭損損失失小小，，但但洞洞壁壁薄薄，，強強度度低低。。③經經驗驗分分岔岔角角：：30～60°°減少少發發電電洞洞空空蝕蝕的的有有效效措措施施①收收縮縮泄泄洪洪洞洞的的出出口口面面積積②減減少少泄泄洪洪洞洞閘閘門門開開度度。。設計計內內容容分岔岔位位置置、、洞洞徑徑比比例例、、分分岔岔角角度度、、主主支支洞洞連連接接曲曲線線、、面面積積收收縮縮比比………8.2水工工隧隧洞洞的的布布置置泄洪洪洞洞與與排排沙沙洞洞合合一一布布置置存在在問問題題①閘閘門門壓壓力力大大，，啟啟閉閉困困難難(洪水水期期開開啟啟，，水水頭頭高高)。②泥泥沙沙堆堆積積，，閘閘門門不不易易開開啟啟。。排沙沙洞洞進進口口高高程程低低，，可可做做施施工工導導流流用用，，完完后后改改成成泄泄洪洪排排沙沙洞洞。。8.2水工工隧隧洞洞的的布布置置8.2水工工隧隧洞洞的的布布置置一、、進進水水口口的的型型式式和和計計算算要要點點按進進水水口口的的布布置置和和結結構構型型式式分分類類豎井井式式塔式式岸塔塔式式斜坡坡式式8.3水工工隧隧洞洞進進口口段段按照照進進水水口口后后洞洞內內流流態態分分類類有壓壓進進水水口口無壓壓進進水水口口8.3水工工隧隧洞洞進進口口段段1豎井井式式布置置：：進進口口附附近近開開挖挖豎豎井井，，井井底底設設閘閘門門，，井井頂頂設設啟啟閉閉設設備備及及操操縱縱室室(Fig8-4)。優點點：：結結構構簡簡單單，，不不受受風風浪浪和和冰冰的的影影響響，，抗抗震震和和穩穩定定性性好好，，地地形形條條件件適適宜宜時時，，工工程程量量較較小小。。缺點：豎豎井開挖挖較困難難，豎井井前的洞洞段檢修修不便。。適用條件件：地質質條件好好，巖體體比較完完整豎井襯砌砌上的作作用力：：①干井(弧形閘門門)：外水壓壓力、側側向圍巖巖壓力、、溫度和和地震作作用②濕井(平板閘門門)：外水壓壓力、側側向圍巖巖壓力、、溫度和和地震作作用、內內水壓力力8.3水工隧洞洞進口段段2塔式進水水口布置：塔塔底設閘閘門，操操縱室多多設在塔塔頂，水水平截面面多為矩矩形(Fig8-2a)。缺點：受受風浪、、地震、、冰的影影響大，，穩定性性相對較較差，需需工作橋橋與庫岸岸相連。。適用條件件：岸坡坡巖石較較差，岸岸坡低緩緩，覆蓋蓋層較厚厚的情況況。作用力：：風、浪浪、冰、、地震計算要點點：塔身身是懸臂臂結構，需計算算塔身的的抗傾、、抗滑穩定定。8.3水工隧洞洞進口段段8.3水工隧洞洞進口段段8.3水工隧洞洞進口段段8.3水工隧洞洞進口段段3岸塔式布置：靠靠在開挖挖后洞臉臉巖坡上上直立或或傾斜的的進水塔塔(Fig8-5)。優點：穩穩定性比比塔式好好，施工工、安裝裝比較方方便，無無須接岸岸橋梁。。缺點：受受風浪、、冰、地地震影響響。適用條件件：岸坡坡較陡、、巖石比比較堅固固穩定的的情況8.3水工隧洞洞進口段段8.3水工隧洞洞進口段段8.3水工隧洞洞進口段段4斜坡式優點：結結構簡單單，施工工、安裝裝方便，，穩定性性好，工工程量小小。缺點：閘閘槽傾斜斜，閘門門面積加加大，關關門時不不易靠自自重下降降。適用條件件：巖坡坡完整，，地形適適宜，斜斜坡的護護砌上可可直接安安裝軌道道的情況況。一般只用用于中、、小型工程程，或只用于設設檢修閘門。5組合式8.3水工隧洞洞進口段段8.3水工隧洞洞進口段段二、進水水口的組組成部分分組成部分分進水喇叭叭口閘門室通氣孔平壓管漸變段8.3水工隧洞洞進口段段進水喇叭叭口要求①體形與與孔口水水流的形形態相適適應，使使水流平平順通過過，不致致脫壁。。②避免產產生不利利的負壓壓和空蝕蝕破壞。。③減少局局部水頭頭損失，，以提高高泄流能能力。體型頂板和邊邊墻順水水流方向向三面收縮縮。頂板和和邊墻常常用橢圓圓曲線。。8.3水工隧洞洞進口段段8.3水工隧洞洞進口段段短管式進進水口：：深式無無壓隧洞洞前的一一短壓力段段。無壓隧洞洞的壓力進口口頂板，在檢修修閘門上上游通常常是一段段傾斜的橢橢圓曲線線，以1:4~1:6的坡度向向下游收收縮,以便與檢檢修閘門門和工作作門之間間的頂板板銜接，，增加進進口段的的壓力，，防止發發生空蝕蝕。檢修門槽槽前的入口段長長度可控制在在(0.8~1.0）倍工作閘門門處的孔孔口高度度范圍內內。檢修修門槽與與工作閘閘門之間的頂頂板也應布置置成壓坡坡段，目目的在于于收縮斷斷面，進進一步改改善進口口的壓力力分布和和水流流流態。雙孔進水水口：進水短短管中間間布置中隔墩，現很少少用。通氣孔位置①設在泄泄水隧洞洞進口或或中部的的工作閘閘門之后后。②設在檢檢修門和和工作門門之間。。作用①工作閘閘門在各各級開度度情況下下補氣。。②檢修放放空時補補氣。③檢修完完畢后，，工作閘閘門和檢檢修門之之間充水水平壓時時：排氣氣。補氣的作作用：降降低門后后負壓，，穩定流流態，避避免振動動和空蝕蝕。8.3水工隧洞洞進口段段通氣孔布布置注意意事項通氣孔的的進口必必須與閘閘門啟閉閉機室分分開，因因為進口口處氣流流速度度大，以以免在補補氣、排排氣時，，影響工工作人員員的安全全。孔管應力力求減少少轉彎、、突變，，以減少少阻力。。攔污柵泄洪隧洞洞一般不不設攔污污柵，發發電引水水洞需設設攔污柵柵。8.3水工隧洞洞進口段段一、洞身身斷面形形式(圖)1無壓隧洞洞斷面形形式城門洞形形(圓拱直墻墻)優點：適適宜承受受鉛直圍圍巖壓力力，便于于開挖和和襯砌，，應用較較廣。適用：垂垂直山巖巖壓力較較大，而而無側向向山巖壓壓力或側側向山巖巖壓力很很小的情情況。馬蹄形：：適用于于巖石比比較軟弱弱破碎，，垂直山山巖壓力力和側向向山巖壓壓力均較較大的情情況圓形：適適用圍巖巖條件較較差，且且外水壓壓力較大大，掘進進機施工工。8.4水工隧洞洞洞身段段2有壓隧洞洞的斷面面型式一般采用用圓形水流條件件和受力力條件均均有利圓形為最最佳水力力斷面也可用無無壓隧洞洞常用的的斷面形形式在圍巖較較好,內水壓力力不大時時,為了施工工方便。。8.4水工隧洞洞洞身段段二、洞身身斷面尺尺寸尺寸確定定的原則則和方法法根據運用用要求、、泄流量量、作用用水頭及及縱斷面面布置，，通過必必要的水水力計算算及水工工模型試試驗確定定。有壓隧洞洞的水力力計算計算內容容：①泄泄流能力力②②沿程壓壓坡線(測壓管水水頭線)泄流能力力：按管管流計算算沿程壓坡坡線：按按能量方方程分段段推求。。流量系數數隧洞出口口斷面面面積作用水頭頭8.4水工隧洞洞洞身段段無壓隧洞洞的水力力計算計算內容容：①泄泄流能力力②洞洞內水面面線③③高速時時需研究究摻氣、、沖擊波波、空蝕蝕問題泄流能力力：深孔孔按管流流計算，，表孔按按堰流計計算洞內水面面線：按按能量方方程分段段推求洞頂凈空空：為保保證屬無無壓隧洞洞，要求求洞頂應應有一定定凈空洞身尺寸寸的其他他要求應考慮施施工和檢檢查維修修等方面面的需要要非圓形斷斷面不小小于1.5m×1.8m(高)圓形斷面面內徑不不小于1.8m8.4水工隧洞洞洞身段段三、洞身身襯砌y1襯砌的功功用阻止圍巖巖變形的的發展，，保證圍圍巖穩定定承受圍巖巖壓力、、內水壓壓力及其其它荷載載防止滲漏漏保護巖石石免受水水流、空空氣、溫溫度、干干濕變化化等的沖沖蝕破壞壞減小隧洞洞的表面面糙率等等8.4水工隧洞洞洞身段段2襯砌的類類型平整襯砌砌(護面、抹抹平襯砌砌)作用：不不承受作作用力，，僅起減減小糙率率、防止止滲漏和和風化的的作用適用：圍圍巖較好好，可自自行穩定定，水頭頭、流速速較低的的情況材料：混混凝土、、漿砌石石、噴混混凝土等等單層襯砌砌組合式襯襯砌8.4水工隧洞洞洞身段段3襯砌分縫縫分縫的原原因混凝土的的干縮和和溫度應應力可能能產生裂裂縫不均勻沉沉降產生生裂縫施工分塊塊分段澆澆筑施工縫(臨時)橫向：一一般與伸伸縮縫、、沉降縫縫重合縱向：設設在頂拱拱、邊墻墻及底板板分界處處或內力力較小部部位沉降縫(永久)通過斷層層破碎帶帶或軟弱弱帶洞身與進進口漸變變段等接接頭處伸縮縫(永久)8.4水工隧洞洞洞身段段4灌漿（圖）回填灌漿漿目的：為為了充填填襯砌與與圍巖之之間的空空隙，使使之緊密密結合，，共同工工作，改改善傳力力條件和和減少滲滲漏。做法：在在頂拱部部位預留留灌漿管管，在襯襯砌完成成后，通通過預埋埋管進行行灌漿。。固結灌漿漿目的：加加固圍巖巖，提高高圍巖整整體性，，減小圍圍巖壓力力，保證證巖石的的彈性抗抗力，減減小滲漏漏。范圍：整整個斷面面。時機：固固結灌漿漿在回填填灌漿7～14天后進行行，并與與回填灌灌漿孔錯錯開布置置。8.4水工隧洞洞洞身段段5排水作用：降降低作用用在襯砌砌上的外外水壓力力有壓圓形形隧洞的的外水壓壓力一般般不控制制襯砌設設計外水壓力力對城門門洞形無無壓隧洞洞襯砌的的結構應應力影響響較大，，可設置置縱向排排水管和和徑向排排水管。。8.4水工隧洞洞洞身段段一、出口口段的體體形2無壓洞1有壓洞出口僅設設有門框框(以防洞臉臉及上部部巖石崩崩塌)常設工作作閘門、、啟閉機機室、閘閘門前有有漸變段段(洞圓門方方)，出門之之后為消消能設施施。自由出流流的有壓壓洞,因主流跌跌落,出口前段段洞頂常常出現負負壓。出口收縮縮，減小小負壓頂板、側側墻三面面收縮，，底板水水平，下下接一段段沒有突突擴的水水平渠槽槽（圖8-3）出口應采采用正方方形或接接近正方方形8.5出口段及及消能設設施二、消能能設施主要消能能方式挑流消能能：應用用最廣底流消能能：洞內突擴擴消能：：新型消消能方式式洞內旋流流消能特點基本與與溢洪洪道消消能相相似，，只是是隧洞洞出口口寬度度小，，單寬寬流量量大，，能量量集中中，所所以出出口設設置擴擴散段段以擴擴散水水流，，減小小單寬寬流量量。8.5出口段段及消消能設設施挑流消消能適用：：出口口高程程高于于或接接近于于下游游水位位，且且地形形、地地質條條件允允許時時。注意：：盡量量不要要沖刷刷對岸岸。形式：：斜切式式挑流流鼻坎坎、橫向向擴散散挑坎坎、收縮式式窄縫縫挑坎坎。底流消消能：：適用用于出出口高高程接接近于于下游游水位位的情情況(Fig8-16)洞內突突擴消消能：：常見見于將將導流流洞改改建為為泄洪洪洞、、流速速很高高的情情況況(Fig8-17)8.5出口段段及消消能設設施洞內旋旋流消消能8.5出口段段及消消能設設施洞內旋旋流消消能沙牌水水電站站旋流流豎井井消能能布置置圖8.6高速泄泄水隧隧洞的的脈動動壓力力與空空蝕一、脈脈動壓壓力、、空化化、空空蝕二、減減蝕措措施體形優優化設設計：：進口口、門門槽、、漸變變段、、彎道道、岔岔洞、、出口口等控制邊邊界的的不平平整度度人工摻摻氣、、通氣氣：摻摻氣槽槽、挑挑坎、、跌坎坎等摻摻氣措措施選用抗抗空蝕蝕材料料：高高標號號混凝凝土、、鋼纖纖維混混凝土土、鋼鋼鐵砂砂混凝凝土，，鋼板板等。。美國黃黃尾泄泄洪隧隧洞摻摻氣槽槽布置置圖8.6高速泄泄水隧隧洞的的脈動動壓力力與空空蝕石頭河河水庫庫泄洪洪隧洞洞摻氣氣槽布布置圖圖8.6高速泄泄水隧隧洞的的脈動動壓力力與空空蝕8.6高速泄泄水隧隧洞的的脈動動壓力力與空空蝕8.6高速泄泄水隧隧洞的的脈動動壓力力與空空蝕巖石的的變形形特性性與破破壞形形式8.7水工地地下洞洞室的的圍巖巖穩定定性8.7水工地地下洞洞室的的圍巖巖穩定定性一、巖巖體初初始應應力y定義上覆巖巖體的的重力力地殼構構造運運動成巖過過程中中的物物理、、溫度度作用用、地地形影影響地下水水及地地震作作用洞室開開挖前前巖體體本身身所具具有的的應力力，也也叫地地應力力。形成巖巖體初初始應應力的的因素素8.7水工地地下洞洞室的的圍巖巖穩定定性初始應應力場場鉛直應應力：：水平應應力：：j1應力解解除法法：通通過切切槽或或鉆孔孔解除除應力力而測測得巖巖石的的應變變以推推求其其初始始應力力。應力恢恢復法法：巖巖體中中的應應力解解除后后，通通過施施加壓壓力，，使巖巖體恢恢復到到原來來的狀狀態，，以求求得巖巖體在在應力力解除除前的的應力力值。。巖體初初始應應力的的測量量初始應應力的的危害害及措措施巖爆錨桿、、噴混混凝土土、預預鉆排排孔法法巖體初初始應應力的的構成成自重應應力構造應應力8.7水工地地下洞洞室的的圍巖巖穩定定性8.7水工地地下洞洞室的的圍巖巖穩定定性二、圍圍巖的的應力力集中中應力重重分布布圍巖：：洞室開開挖后后產生生應力力重分分布的的這部部分巖巖體應力調調整范范圍圍巖應應力計計算方方法應力重重分布布在洞洞室周周邊最最為顯顯著，，遠離離洞壁壁，影影響減減小；；應力重重分布布與初初始應應力狀狀態，，洞室室的斷斷面形形狀和和尺寸寸，巖巖體的的結構構和性性質有有關。。彈性理理論、、有限限元8.7水工地地下洞洞室的的圍巖巖穩定定性三、圍圍巖穩穩定分分析圍巖穩穩定的的關鍵鍵因素素低應力力區，，具有有自重重塌滑滑的特特征高應力力區，，圍巖巖強烈烈擠壓壓、塑塑性變變形、、產生生巖爆爆等現現象洞軸線線與最最大水水平主主應力力方向向垂直直時易易發生生變形形和失失穩初始應應力鉛鉛直分分量較較大時時，宜宜采用用高寬寬比較較大的的具有有頂拱拱的斷斷面初始應應力水水平分分量較較大時時，宜宜采用用高寬寬比較較小的的近似似橢圓圓的斷斷面8.7水工地地下洞洞室的的圍巖巖穩定定性開挖時時的應應力重重分布布圍巖強強度:節理、、巖體體特性性分析內內容結合地地質條條件及及其力力學性性質，，初始始應力力，施施工方方法等等，初初選隧隧洞斷斷面、、軸線線，采采用彈彈性理理論公公式或或有限限元計計算圍圍巖壓壓力。。如圍巖巖壓力力超過過巖體體的彈彈性極極限，，可按按彈塑塑性理理論計計算塑塑性區區的應應力，，確定定塑性性區的的范圍圍，判判斷穩穩定性性。對洞室室周邊邊可能能出露露的危危石，，按塊塊體平平衡法法進行行分析析。現場量量測：：主要要測量量一些些選定定點的的位移移，或或點與與點之之間的的相對對位移移，畫畫出位位移~時間關關系曲曲線，，如位位移超超過““允許位位移量量”或位位移曲曲線突然變變陡，表明明圍巖巖將要要失穩穩，據據此采采用支支護措措施。。8.7水工地地下洞洞室的的圍巖巖穩定定性一、作作用在在襯砌砌上的的荷載載圍巖壓壓力(山巖壓壓力)內水壓壓力外水壓壓力襯砌自自重灌漿壓壓力溫度作作用地震作作用8.8水工隧隧洞襯襯砌的的荷載載及荷荷載組組合（一））圍巖巖壓力力概念：：是隧隧洞開開挖后后圍巖巖變形形或塌塌落作作用在在支護護上的的壓力力。1影響圍圍巖壓壓力的的因素素圍巖的的地質質條件件和力力學特特征初始應應力地下水水隧洞的的走向向，埋埋深和和幾何何形狀狀開挖方方法襯護時時間、、襯護護形式式8.8水工隧隧洞襯襯砌的的荷載載及荷荷載組組合假定鉛直圍圍巖壓壓力的的強度度q：塌落高高度巖石容容重洞室寬寬度巖石的的堅固固系數數2圍巖壓壓力的的計算算方法法塌落拱拱法計計算圍圍巖壓壓力8.8水工隧隧洞襯襯砌的的荷載載及荷荷載組組合《水工隧隧洞設設計規規范》建議采采用的的方法法自穩條條件好好，開開挖后后變形形很快快穩定定的圍圍巖,不計圍圍巖壓壓力；；薄層狀狀及碎碎裂散散體結結構的的圍巖巖，圍圍巖壓壓力的的強度度為：：圍巖系系數法法計算算圍巖巖壓力力8.8水工隧隧洞襯襯砌的的荷載載及荷荷載組組合彈塑性性理論論法計計算圍圍巖壓壓力圓洞采采用修修正的的芬諾公公式(圖)支護或或襯砌砌對圍圍巖的的反力力，即即圍巖巖壓力力pi越小，，R越大，，塑性性區就就越大大R=r0時，pi最大8.8水工隧隧洞襯襯砌的的荷載載及荷荷載組組合圍巖壓壓力計計算方方法的的選擇擇不考慮慮圍巖巖壓力力：地地質好好，開開挖不不大，，能自自行穩穩定的的巖體體塊體平平衡法法估計計：具具明顯顯結構構斷裂裂或裂裂隙切切割的的巖體體圍巖壓壓力系系數法法：洞洞室開開挖前前，估估算圍圍巖壓壓力塌落拱拱法：：松軟軟破碎碎的巖巖體現場實實測：：重要要而圍圍巖條條件復復雜的的巖體體8.8水工隧隧洞襯襯砌的的荷載載及荷荷載組組合（二）圍巖巖的彈性抗抗力概念彈性抗力可可減小襯砌砌內力，對對襯砌是有有利的。彈性抗力的的大小和性性質與工程程地質條件件有密切的的關系：堅堅固完整的的巖石，彈彈性抗力大大；圍巖軟軟弱、破碎碎等，彈性性抗力小，，甚至不能能利用。為了減少山山巖壓力，，有效地利利用彈性抗抗力，常對對圍巖進行行灌漿加固固，并填實實襯砌與圍圍巖間的空空隙，以保保證襯砌與與圍巖緊密密相接。圍巖彈性抗抗力的計算算8.8水工隧洞襯襯砌的荷載載及荷載組組合（三）內水水壓力和外外水壓力內水壓力無壓隧洞：：算出洞內內的水面曲曲線，即可可確定內水水壓力。有壓隧洞：內內水壓力=全全水頭+水擊擊引起的壓力力增值。內水壓力＝均勻內水壓力力+無水頭滿滿水壓力(Fig8-28)外水壓力滲流場知，則則外水壓力知知。如無防滲設施施，隧洞進口口水位為庫水水位，出口為為0，其間用直線線連接。如天然地下水水位比庫水為為高,則應采用天然然地下水面線線,不過需乘以折折減系數8.8水工隧洞襯砌砌的荷載及荷荷載組合（四）襯砌自自重回填灌漿壓力力按徑向均勻勻分布在中心心角90范圍內,屬臨時荷載,常不考慮固結灌漿壓力力按徑向均勻勻分布在整個個斷面周圍，，相當于外水水壓力，需考考慮回填灌漿壓力力0.2～0.3MPa，固結灌漿壓壓力0.3～1.0MPa單位面積自重重：作用位置：均均勻作用在襯襯砌厚度的平平均線上（五）灌漿壓壓力8.8水工隧洞襯砌砌的荷載及荷荷載組合（六）溫度和和地震荷載采取適當的措措施控制水化化熱,一般不計溫度度荷載；在寒寒冷地區可作作適當考慮。。隧洞埋在地下下深處,與圍巖緊密結結合的襯砌,地震對其影響響很小，洞身身設計時一般般不予考慮。。但當隧洞通通過設計烈度度高于8度，特別是地地基較弱，圍圍巖破碎和節節理發育地區區,則應進行抗震震計算。對隧隧洞進出口建建筑物,應按規定進行行抗震設計。。8.8水工隧洞襯砌砌的荷載及荷荷載組合正常運用情況況：圍巖壓力＋襯襯砌自重＋宣宣泄設計洪水水的內水壓力力＋外水壓力力施工、檢修情情況圍巖壓力＋襯襯砌自重＋可可能出現的最最大外水壓力力非常運用情況況圍巖壓力＋襯襯砌自重＋宣宣泄校核洪水水的內水壓力力＋外水壓力力正常運用情況況、非常運用用情況可能還還有一些組合合，如溫度、、灌漿、地震震、彈性抗力力等是否考慮慮，視具體情情況而定正常運用情況況為基本組合合，其余為特特殊組合二、荷載組合合8.8水工隧洞襯砌砌的荷載及荷荷載組合計算目的計算方法核算在設計規規定的荷載組組合條件下襯襯砌的強度結構力學法將圍巖與襯砌砌分開，按文文克爾假定考考慮圍巖的彈彈性抗力、襯襯砌上承受各各項有關荷載載，然后按超靜定結構解算襯砌內力力。有限元法：將將圍巖與襯砌砌視為整體8.9水工隧洞的襯襯砌計算與支支護設計一、圓形有壓壓隧洞的襯砌砌計算求出各種荷載載單獨作用下下襯砌中的內內力，然后根根據荷載組合合進行迭加。。（一）均勻內內水壓力作用用下的內力計計算計算原理當圍巖厚度大大于3倍洞徑時，將將襯砌視為無無限彈性介質質中的厚壁圓管，根據襯砌和和圍巖接觸面面的徑向變位相容容的條件，求出以內水水壓力p所表示的彈性性抗力，再利利用軸對稱受受力圓管的彈彈性力學厚壁壁管公式計算算襯砌的抗力力p0。8.9水工隧洞的襯襯砌計算與支支護設計內力計算內水壓力p和彈性抗力p0作用下，襯砌砌外緣re處的變位ue的計算當開挖的洞壁壁作用有p0時，襯砌外緣緣re處的變位ue的計算二者的變位應相等襯砌內外邊緣的應應力的計算襯砌內部應力力根據內、外外邊緣應力按按直線分布。。8.9水工隧洞的襯襯砌計算與支支護設計僅考慮均勻內內水壓力的襯襯砌計算計算前提：圍圍巖厚度>3倍洞徑；堅固固系數fk>6；鉛直圍巖壓壓力很小；洞洞徑<6m。混凝土襯砌鋼筋混凝土襯襯砌8.9水工隧洞的襯襯砌計算與支支護設計三、無壓隧洞洞的襯砌計算算㈠頂拱襯砌計算算計算方法：假假定拱座彈性性固結于巖石石上，認為拱拱座垂直于地地基面的變位位與法向應力力成正比，按按超靜定拱進進行內力計算算。8.9水工隧洞的襯襯砌計算與支支護設計㈡城門洞形和馬馬蹄形襯砌計計算將襯砌由邊墻墻和底板的結結合處分成兩兩部分：直墻拱(城門洞型)或曲墻拱(馬蹄型)＋底板。在計算中要要考慮它們之之間的彈性連連結作用，并并將底板視為為彈性地基上上的梁，采用用結構力學超超靜定結構進進行內力計算算。8.9水工隧洞的襯襯砌計算與支支護設計四、漸變段的的襯砌計算⑴由于漸變段不不長，工程設設計中常只進進行首尾兩個個斷面（矩形形和圓形）的的設計，中間間的漸變段斷斷面采用內插插法以簡化計計算。⑵計算中是否否考慮彈性抗抗力,應視漸變段處處的圍巖厚度度、強度、灌灌漿等因素而而定⑶不考慮彈性性抗力時，按按結構力學方方法進行計算算。⑷當結構及荷荷載均對稱于于通過形心的的縱、橫軸時時,取結構四分之一計算,切口剪力為零零,軸力可由平衡衡條件求出，，彎矩可由由最小功能原原理確定。其其它內力便可可求。⑸當荷載只對對稱于縱軸時時，可于襯砌砌頂部中點切開，用彈性中心心法求解。8.9水工隧洞的襯襯砌計算與支支護設計六、新奧法和和噴錨支護8.9水工隧洞的襯襯砌計算與支支護設計新奧法：是應應用巖體力學學理論，以維維護和利用圍圍巖的自承能能力為基點，，采用錨桿和和噴射混凝土土為主要支護護手段，及時時的進行支護護，控制圍巖巖的變形和松松弛，使圍巖巖成為支護體體系的組成部部分，并通過過對圍巖和支支護的量測、、監控來指導導隧道施工和和地下工程設設計施工的方方法和原則。。可扼要地概括括為“少擾動、早噴噴錨、快封閉閉、勤測量”噴錨支護是噴噴混凝土、設設置錨桿或聯聯合使用噴混混凝土與錨桿桿支護的總總稱，有時還還加鋼筋網，，是配合新奧法（NATM）發展起來的的一種新興支支護。優點能及時支護充充分發揮圍巖巖的自承作用用；節省三材，降降低造價，減減輕