67节-溢洪道与隧洞.pptx

水布垭面板堆石坝水布垭面板堆石坝溢溢洪洪道道通通常常是是开开敞敞的的，其其宣宣泄泄能能力力与与堰堰上上水水头头的的3/23/2次次方方成成正正比比，故故超超泄泄能能力力大大；其其次次，闸闸门门承重水头压力较小，操作方便，工作安全可靠。承重水头压力较小，操作方便，工作安全可靠。二、河岸溢洪道的型式及其位置的选择（一）主要型式（1 1）正槽式正槽式（2 2）侧槽式侧槽式（3 3）竖井式竖井式（4 4）虹吸式虹吸式正槽式溢洪道：溢流堰轴线和泄槽轴线正交。正槽式溢洪道：溢流堰轴线和泄槽轴线正交。通通常常以以下下五五部部分分组组成成，即即进进水水段段、控控制制段段、泄泄槽、消能段和尾水渠。槽、消能段和尾水渠。优优点点：正正向向进进水水，结结构构简简单单，水水流流条条件件较较好好，泄泄洪洪能能力力大大，工工作作安安全全可可靠靠，施施工工管管理理维维修修方方便，因而得到广泛采用。便，因而得到广泛采用。缺缺点点：当当两两岸岸地地势势高高，且且岸岸坡坡较较陡陡时时，开开挖挖方方量往往很大。量往往很大。侧槽溢洪道：侧槽溢洪道：侧侧向向进进水水、纵纵向向泄泄流流（水水流流转转 9090弯弯）。侧侧槽槽溢溢洪洪道道通通常常也也由由五五部部分分组组成成，包包括括溢溢流流坝坝、侧侧槽槽、泄泄水水道道、出出口口消消能能等等。与与正正槽槽式式不同的只是侧槽。不同的只是侧槽。水力特点：在在坝坝长长范范围围内内，侧侧槽槽流流量量沿沿程程递递增增。水水流流自自溢溢流流堰堰进进入入侧侧槽槽后后，先先自自下下部部冲冲向向对对面面的的槽槽壁壁，再再向向上上翻翻腾腾，产产生生旋旋浪浪，同同时时在在重重力力作作用用下下逐逐步步转转向向，通通过过泄泄水水槽槽，向向下下游游渲渲泄泄，侧侧槽槽水水流流形形成成一一种种不不完完全全规规则则的的顺顺横横轴轴螺螺旋旋流流流态。流态。地质布置特点：适适用用于于水水头头较较高高，岸岸坡坡较较陡陡，岩岩石石坚坚固固而而泄泄量量较较小小的的情情况况，一一般般不不宜宜修修建建在在土基上。土基上。竖井式溢洪道：竖井式溢洪道：通通常常也也由由五五部部分分组组成成，包包括括溢溢流流喇喇叭叭口口段段、竖井、弯道段以及水平泄洪洞段。竖井、弯道段以及水平泄洪洞段。实实际际上上这这种种溢溢洪洪道道主主要要建建筑筑物物还还是是泄泄洪洪隧隧洞洞，只只是是进进口口形形式式与与一一般般泄泄洪洪洞洞有有所所不不同同。泄泄洪洪隧洞常可先作导流隧洞用。隧洞常可先作导流隧洞用。虹吸式溢洪道：虹吸式溢洪道：它它是是一一种种封封闭闭式式溢溢洪洪道道，利利用用虹虹吸吸的的作作用用泄泄水水。它的工作原理是它的工作原理是:当当水水位位略略高高于于堰堰顶顶高高程程时时，水水流流流流过过堰堰顶顶，并并与与空空气气混混合合，逐逐渐渐将将水水道道中中的的空空气气带带出出，从从而而在在其其中中形形成成真真空空，增增加加进进入入的的流流量量；当当水水流流充充满整个流道时，就成为完全的虹吸泄流。满整个流道时，就成为完全的虹吸泄流。这种溢洪道能自动溢水，适用于中小型工程。这种溢洪道能自动溢水，适用于中小型工程。（二）位置的选择应应全全面面考考虑虑地地形形、地地质质、枢枢纽纽布布置置、施施工工、运运行行条条件件，通过几个方案的技术经济比较来确定。通过几个方案的技术经济比较来确定。1 1、地形：、地形：利利用用枢枢纽纽附附近近合合适适的的马马鞍鞍形形垭垭口口，如如无无垭垭口口，可可利利用用中中缓的岸坡；在坡陡情况下，选用侧槽式。缓的岸坡；在坡陡情况下，选用侧槽式。2 2、地质：、地质：力力争争布布置置在在较较坚坚固固稳稳定定的的岩岩基基上上，如如土土基基应应布布置置在在挖挖方方上上，还还须须进进行行地地基基处处理理，如如岩岩基基有有断断层层，破破碎碎带带等等应应摸摸清清情情况况，采采取取合合理理的的加加固固措措施施，如如风风化化层层太太厚厚或或挖挖方方过过多会引起山坡坍塌，可考虑采用隧洞泄洪。多会引起山坡坍塌，可考虑采用隧洞泄洪。3 3、枢纽布置：、枢纽布置：溢溢洪洪道道进进口口应应位位于于水水流流顺顺畅畅处处，且且与与土土石石坝坝应应存存有有相相当当的的距距离离；如如太太近近，则则须须加加设设导导墙墙（或或加加强强临临近近坝坝坡坡的的护护坡坡），下下游游出出口口，应应与与土土石石坝坝的的坝坝脚脚及及其其它它建建筑筑物物保保持持一一定定的的距距离离，太太近近则则须须增增设设合合适的防护建筑物。适的防护建筑物。4 4、施工条件：、施工条件：开开挖挖方方量量是是较较大大的的，对对出出渣渣路路线线及及堆堆料料场场都都要要合合适适地地布布置置，尽尽可可能能利利用用开开挖挖的的土土石石方方量量来来填填筑筑土土石石坝坝，避免各建筑物施工相互干扰。避免各建筑物施工相互干扰。三、非常泄洪设施实实践践证证明明：可可能能出出现现的的最最大大洪洪水水比比设设计计中中采用的万年一遇的洪水还要大，其原因：采用的万年一遇的洪水还要大，其原因：1 1、设设计计采采用用的的万万年年一一遇遇洪洪水水是是调调查查资资料料经经过过处处理理后后得得到到的的，历历史史上上是是否否出出现现过过比比这这更大的洪水，很难说。更大的洪水，很难说。2 2、人人类类对对生生态态环环境境的的破破坏坏，尤尤其其是是乱乱砍砍滥滥伐伐森森林林，使使洪洪水水径径流流、汇汇流流的的时时间间更更短短，洪水更集中，峰值更大。洪水更集中，峰值更大。为为此此，从从工工程程安安全全和和经经济济利利益益全全面面考考虑虑，大大中中型型水水库库除除有有正正常常（主主要要）溢溢洪洪道道之之外外，加加设设非非常常（辅辅助助）溢溢洪洪道道是非常必要的。是非常必要的。由由于于这这种种特特大大洪洪水水毕毕竟竟是是极极少少出出现现的的，泄泄流流时时间间也也比比较较短短，所所以以，非非常常溢溢洪洪道道的的构构造造应应尽尽可可能能的的简简单单，以以节节省省投投资。资。一般情况:泄槽不必衬砌泄槽不必衬砌,下游不作消能设施下游不作消能设施,并允许溢洪道及其附属建筑物局部破坏，只并允许溢洪道及其附属建筑物局部破坏，只要求保证大坝安全，水库不出现重大事故。要求保证大坝安全，水库不出现重大事故。目前常用的非常溢洪设施：目前常用的非常溢洪设施：加高主副坝，提高水库蓄水能力；加高主副坝，提高水库蓄水能力；加大原溢洪道的泄量；加大原溢洪道的泄量；增设非常（泄洪）溢洪道；增设非常（泄洪）溢洪道；破副坝，保主坝。破副坝，保主坝。第七节第七节 水工隧洞水工隧洞一、水工隧洞的定义一、水工隧洞的定义水水工工隧隧洞洞是是在在山山体体中中开开凿凿的的一一种种泄泄水水、放放水水建建筑筑物物，其其主主要要作作用用是是渲渲泄泄洪洪水水、引引水水发发电电或或灌灌溉溉、供供水水、航航运运输输水水、放放空空水水库库、排排放放水水库库泥泥沙沙以以及及水水利利枢枢纽施工期导流纽施工期导流。1 1 水工隧洞建设速度明显加快水工隧洞建设速度明显加快 1.11.1水工隧洞总长度明显增加水工隧洞总长度明显增加据据不不完完全全统统计计，19921992年年前前我我国国兴兴建建的的水水工工隧隧洞洞总总长长度度为为313km313km，其其中中大大于于1km1km的的隧隧洞洞6565条条，总总长长度度为为274.372km274.372km，而而19971997年年统统计计长长度度大大于于1km1km的的隧隧洞洞113113条条，总总长长608.31km608.31km，短短短短几几年年间间水水工工隧隧洞洞的的数数量量和和总总长长度度就就增增加加了一倍。了一倍。二、我国水工隧洞的建设情况二、我国水工隧洞的建设情况1.21.2城镇工业及生活供水隧洞数量和长度明显增加城镇工业及生活供水隧洞数量和长度明显增加随着改革开放，城镇工业迅速发展，城镇人口剧随着改革开放，城镇工业迅速发展，城镇人口剧增，城镇生活用水和工业用水猛增，再加上近几年我增，城镇生活用水和工业用水猛增，再加上近几年我国北方严重干旱和部分沿海城市海水倒灌，不得不兴国北方严重干旱和部分沿海城市海水倒灌，不得不兴建一系列本流域内和跨流域调水工程，如建一系列本流域内和跨流域调水工程，如8080年代初建年代初建成的引滦入津、引滦入唐工程，最近几年修建的引碧成的引滦入津、引滦入唐工程，最近几年修建的引碧入连、引松入长、引额济克、引黄入晋工程等。这些入连、引松入长、引额济克、引黄入晋工程等。这些工程往往都需要修建大量供水隧洞，仅最近几年兴建工程往往都需要修建大量供水隧洞，仅最近几年兴建的城镇工业及生活供水隧洞就有的城镇工业及生活供水隧洞就有242.7km242.7km，占隧洞总，占隧洞总数的比例由原来的数的比例由原来的4.6%4.6%增至增至22%22%，相应引水发电隧洞，相应引水发电隧洞所占比例由原来的所占比例由原来的81.6%81.6%减少到减少到64.6%64.6%。1.3 1.3 长隧洞数目明显增加长隧洞数目明显增加8080年年代代前前水水工工隧隧洞洞主主要要是是引引水水发发电电隧隧洞洞，由由于于地地形形地地质质及及技技术术水水平平和和经经济济实实力力限限制制，长长度度超超过过10km10km的的水水工工隧隧洞洞只只有有两两条条。而而近近年年来来兴兴建建的的大大于于10km10km的的水水工工隧隧洞洞有有1111条条，且且总总长长度度占占整整个个水水工工隧隧洞洞的的比比例例已已由由原原来来的的9.88%9.88%提提高高到到38.73%38.73%。8080年年代代兴兴建建的的最最长长的的水水工工隧隧洞洞为为引引大大入入秦秦的的盘盘道道岭岭隧隧洞洞，单单洞洞长长度度15.728km15.728km，而而现现在在修修建建的的引引黄黄入入晋晋总总干干和和南南干干最最长长的的隧隧洞洞单单洞洞长长度度分分别别为为54.85km54.85km和和43.339km43.339km，为盘道岭隧洞长度的，为盘道岭隧洞长度的3 3倍多。倍多。1.41.4水水工工隧隧洞洞在在整整个个工工程程中中的的比比重重明明显显增加增加一一般般水水利利和和水水电电工工程程中中，水水工工隧隧洞洞虽虽是是一一个个重重要要组组成成部部分分，但但在在总总工工程程投投资资中中所所占占的的比比重重往往往往不不大大于于20%20%。近近期期兴兴建建的的引引黄黄入入晋晋南南干干线线工工程程全全长长102.4km102.4km，其其中中隧隧洞洞98.471km98.471km，占占总总长长的的96.16%96.16%，其其投投资资占占工工程程总总费费用用的的82.79%82.79%；在在待待建建的的一一些些引引水水工工程程中中，其其隧隧洞洞投投资资所所占占的比重也呈加大趋势。的比重也呈加大趋势。2 2 我我国国水水工工隧隧洞洞建建设设规规模模已已达达国国际际先先进进水水平平我我国国已已建建的的二二滩滩水水电电站站导导流流洞洞断断面面尺尺寸寸为为17.5m23m17.5m23m，断断面面面面积积W=402.6mW=402.6m2；正正在在建建设设的的三三峡峡工工程程地地下下厂厂房房尾尾水水洞洞尺尺寸寸为为24m36m,W=876m24m36m,W=876m2 2，均均达达同同类类水水工工隧隧洞洞之之最最。正正在在建建设设的的引引黄黄入入晋晋总总干干北北干干1111洞洞，单单洞洞长长度度54.85km54.85km；计计划划修修建建的的辽辽宁宁西西水水东东调调工工程程单单洞洞长长度度83.5km83.5km，接接近近芬芬兰兰佩佩杨杨奈奈隧隧洞洞；天天荒荒坪坪抽抽水水蓄蓄能能电电站站压压力力隧隧洞洞设设计计水水头头680m680m，刘刘家家峡峡泄泄洪洪洞洞最最大大流流速速404045m/s45m/s，均均达达到到国国际际先先进进水水平。平。3 3我我国国水水工工隧隧洞洞建建设设技技术术水水平平迅迅速速提提高高，接接近近或或达到国际先进水平。达到国际先进水平。地下厂房隧洞洞室群地下厂房隧洞洞室群按按其其输输水水目目的的不不同同，水水工工隧隧洞洞可可分分为为：引引水水发发电电隧隧洞洞、灌灌溉溉供供水水隧隧洞洞、城城镇镇工工业业及及生生活活供供水水隧隧洞洞、泄泄洪隧洞、排沙隧洞、施工导流隧洞等。洪隧洞、排沙隧洞、施工导流隧洞等。按其工作时洞内的水流状态可分为：按其工作时洞内的水流状态可分为：有压隧洞有压隧洞和和无压隧洞无压隧洞。一一般般从从水水库库引引水水发发电电的的水水工工隧隧洞洞是是有有压压的的，而而为为泄泄洪洪、供供水水、排排沙沙、导导流流等等目目的的而而设设置置的的隧隧洞洞，可可以以是有压的，也可以是无压的。是有压的，也可以是无压的。有有压压隧隧洞洞运运行行时时，其其内内壁壁承承受受一一定定的的内内水水压压力力。无无压压洞洞内内水水流流具具有有自自由由水水面面，水水面面与与洞洞顶顶保保持持一一定定的的净空。净空。三、水工隧洞的分类三、水工隧洞的分类水水工工隧隧洞洞可可以以设设计计成成有有压压的的，也也可可以以设设计计成无压的。成无压的。即即使使是是在在同同一一条条隧隧洞洞中中，以以主主闸闸门门为为界界，闸闸门门前前有有压压，闸闸门门后后为为无无压压的的。但但是是在在隧隧洞洞的的同同一一段段内内，除除了了流流速速低低的的导导流流隧隧洞洞外外，应应严严禁禁出出现现时时而而有有压压，时时而而无无压压的的明明满满交交替替的的流流态态，以以免免造造成成因因此此引引起起的的震震动动与与空空蚀。蚀。四、四、水工隧洞的工作特点水工隧洞的工作特点1 1深式过水建筑物的特点深式过水建筑物的特点（1 1）泄泄水水隧隧洞洞出出口口流流速速高高，单单宽宽流流量量大大，能能量集中，消能防冲措施要求较高。量集中，消能防冲措施要求较高。（2 2）进进口口处处于于水水下下较较深深处处，闸闸门门承承受受的的水水压压力大，要求闸门刚度大，启闭机容量大。力大，要求闸门刚度大，启闭机容量大。（3)3)高高水水头头无无压压泄泄水水隧隧洞洞，容容易易在在高高速速水水流流的的作用下引起的振动及洞身空蚀破坏。作用下引起的振动及洞身空蚀破坏。（4)4)有有压压隧隧洞洞往往往往承承受受较较大大的的内内水水压压力力，要要求求有一定厚度的围岩和足够强的衬砌。有一定厚度的围岩和足够强的衬砌。进水口示意图进水口示意图2.2.地下建筑的特点地下建筑的特点（1)1)水水工工隧隧洞洞是是一一种种地地下下结结构构。隧隧洞洞开开挖挖后后，改改变变了了岩岩体体原原来来的的平平衡衡状状态态，引引起起孔孔洞洞附附近近应应力力重重分分布布，岩岩体体产产生生变变形形，严严重重的的甚甚至至发发生生崩崩塌塌。因因此此，隧隧洞洞中中常常需需设设置置临临时时性性（施施工工期期）支支护护和和永永久性衬砌，以确保隧洞施工期和运行期的安全。久性衬砌，以确保隧洞施工期和运行期的安全。（2 2）与与地地面面建建筑筑物物相相比比较较，隧隧洞洞的的断断面面尺尺寸寸小小，施工场地狭窄，施工干扰较大；施工场地狭窄，施工干扰较大；（3)3)外水压力外水压力是水工隧洞设计的主要荷载之一。是水工隧洞设计的主要荷载之一。下弯段钢管底部凹陷下弯段钢管底部凹陷锚环焊缝开裂锚环焊缝开裂响水水电站高压埋管失稳破坏响水水电站高压埋管失稳破坏五、水工隧洞的线路选择和工程布置五、水工隧洞的线路选择和工程布置1 1、线路选择、线路选择 应尽量选择应尽量选择地形、地质条件优越的地区地形、地质条件优越的地区，与调，与调压室和厂房有良好的总体布置。有利的地形能减压室和厂房有良好的总体布置。有利的地形能减少管道长度；少管道长度；坚固、完整和覆盖层厚的岩体可更坚固、完整和覆盖层厚的岩体可更多的分担内水压力。多的分担内水压力。使埋管轴线尽量与岩层构造面垂直使埋管轴线尽量与岩层构造面垂直。避开地下水压力和涌水量很大又不易采取有效避开地下水压力和涌水量很大又不易采取有效排水措施的地段，避免外压失稳而破坏。排水措施的地段，避免外压失稳而破坏。2 2 2 2隧洞的工程布置隧洞的工程布置隧洞的工程布置隧洞的工程布置隧隧洞洞的的工工程程布布置置其其主主要要内内容容包包括括：进进出出口口的的布布置置、纵纵剖剖面面的的布布置置以以及及闸闸门门的的布布置置。隧隧洞洞布布置置的的总总体体要要求求是是必必须须满满足足过过水水、水水流流状状态态和运行的要求和运行的要求 ，并尽可能的降低工程造价。，并尽可能的降低工程造价。在在修修建建水水工工隧隧洞洞时时，应应根根据据实实际际情情况况，尽尽可可能能的的考考虑虑“一一洞洞多多用用”，以以降降低低工工程程造造价价，如采用灌溉与发电相结合的布置方式。如采用灌溉与发电相结合的布置方式。（1 1 1 1）隧洞进出口位置：隧洞进出口位置：应应依依据据的的总总体体规规划划，结结合合地地形形、地地质质条条件件，使使水水流流顺顺畅畅，进进流流均均匀匀，出出流流平平稳稳，满满足足使用功能和运行安全等方面的要求。使用功能和运行安全等方面的要求。进进出出口口宜宜选选在在地地质质构构造造简简单单、岩岩体体完完整整，风风化化层层较较浅浅的的地地区区，避避开开不不良良地地质质构构造造和和易崩塌、危崖、滑地地区。易崩塌、危崖、滑地地区。隧洞的进口高程：隧洞的进口高程：应应根根据据隧隧洞洞的的用用途途，结结合合实实际际运运用用要要求求加加以以确定。确定。如如发发电电隧隧洞洞，其其进进口口顶顶部部的的高高程程应应在在水水库库最最低低工工作作水水位位以以下下0.50.51.0m1.0m；底底部部最最小小高高程程应应高高出出水水库库淤淤沙沙高高程程1.0m1.0m以以上上，以以防防止止粗粗颗颗粒粒泥沙进入洞中。泥沙进入洞中。在在不不影影响响隧隧洞洞正正常常使使用用的的前前提提下下，尽尽量量提提高高隧隧洞洞的的进进口口高高程程，以以缩缩短短洞洞长长，减减小小主主闸闸门门的作用水头和洞身的内力压力，降低造价。的作用水头和洞身的内力压力，降低造价。（2 2 2 2）纵剖面的布置）纵剖面的布置）纵剖面的布置）纵剖面的布置 隧隧洞洞的的纵纵剖剖面面布布置置主主要要是是其其纵纵坡坡的的确确定定，有有压压隧隧洞洞的的纵纵坡坡主主要要从从施施工工排排水水和和放放空空隧隧洞洞及及检检修修的的角角度度考考虑虑，一一般般取取i=1/200i=1/2001/10001/1000。当当洞洞身身较较短短时时，也也可可以以做做成成水水平平。无无压压隧隧洞洞的的纵纵坡坡应应满满足足水水流流条条件件，多多采采用用陡陡坡坡。隧隧洞洞纵纵坡坡不不宜宜变变化化太太多多，而而变变坡坡应应尽尽量量选选在在水水流比较均匀稳定的部位。流比较均匀稳定的部位。（3 3）闸门在隧洞中的位置）闸门在隧洞中的位置 泄泄水水隧隧洞洞中中通通常常设设置置两两道道闸闸门门。一一道道工工作作闸闸门门，用用来来调调节节流流量量或或封封闭闭孔孔口口，要要求求能能在在动动水水中中启启闭闭。一一道道为为检检修修闸闸门门，当当工工作作闸闸门门或或隧隧洞洞发发生生事事故故时时用用来来挡挡水水，检检修修闸闸门门要要求求能能在在动动水中关闭，静水中开启。水中关闭，静水中开启。进水口示意图进水口示意图四、洞身断面形式及尺寸四、洞身断面形式及尺寸影影响响洞洞身身断断面面形形式式及及尺尺寸寸的的因因素素很很多多，如如水水流流条条件件，地地质质条条件件，地地应应力力情情况况，施施工工及及运运用用要要求求条条件件，因因此此，其其断断面面形形式式及及尺尺寸寸应应通通过过技技术术经济分析来确定。经济分析来确定。1.1.无压隧洞洞身的断面型式无压隧洞洞身的断面型式（1 1）圆圆拱拱直直墙墙式式。由由于于其其顶顶部部为为圆圆形形，适适宜宜于于承承受受垂垂直直围围岩岩压压力力，且且便便于于开开挖挖和和衬衬砌砌。圆圆拱拱中中心心角角一一般般为为90900 01801800 0之之间间。一一般般情情况况下下较较大大跨度泄洪隧洞的中心角常采用跨度泄洪隧洞的中心角常采用1201200 0左右。左右。（2 2）马马蹄蹄形形:当当岩岩石石比比较较软软弱弱破破碎碎，洞洞壁壁崩崩塌塌严严重重，铅铅直直围围岩岩压压力力及及侧侧向向围围岩岩压压力力较较大大，而而且且底底部部也也存存在在围围岩岩压压力力时时，可可采采用用马马蹄蹄形形的的断断面面形形式式。这这种种型型式的最大特点是受力条件好，但施工复杂。式的最大特点是受力条件好，但施工复杂。（3 3）圆圆形形:当当地地质质条条件件较较差差，同同时时又又有有较较大大的的外外水水压压力力时时，可可以以考考虑虑采采用用圆圆形形断断面面。当当采采用用掘掘进进机机开挖施工时，也可采用圆形断面。开挖施工时，也可采用圆形断面。马蹄形隧洞马蹄形隧洞圆形隧洞圆形隧洞圆拱直墙式隧洞圆拱直墙式隧洞2.2.无压隧洞的断面尺寸无压隧洞的断面尺寸无压隧洞的断面尺寸应根据隧洞通过的流量，作用无压隧洞的断面尺寸应根据隧洞通过的流量，作用水头及纵剖面布置，通过水力计算确定，其断面尺水头及纵剖面布置，通过水力计算确定，其断面尺寸同时还应满足施工和维修的要求。寸同时还应满足施工和维修的要求。无压隧洞的泄流能力取决于进口压力段，其泄流能无压隧洞的泄流能力取决于进口压力段，其泄流能力按管流计算：力按管流计算：式中式中 流量系数（考虑进口段局部水头损失流量系数（考虑进口段局部水头损失情况下而定）；情况下而定）；闸门处孔的面积；闸门处孔的面积；作用水头。作用水头。3 3有压隧洞的洞身断面型式及尺寸有压隧洞的洞身断面型式及尺寸有压隧洞的洞身型式一般均采用有压隧洞的洞身型式一般均采用圆形断面圆形断面。若。若洞径较小，外水压力又不大，为了施工方便，洞径较小，外水压力又不大，为了施工方便，也可采用无压隧洞常用的断面型式。也可采用无压隧洞常用的断面型式。有压隧洞的断面尺寸可按有压管流公式进行计有压隧洞的断面尺寸可按有压管流公式进行计算。为了保证洞内水流处于有压流态，一般要算。为了保证洞内水流处于有压流态，一般要求洞顶应有求洞顶应有2m2m以上的压力余幅。流速越大，压以上的压力余幅。流速越大，压力余幅也应加大。力余幅也应加大。二、二、二、二、洞身洞身支护方式支护方式支护方式支护方式刚性支护：刚性支护：钢钢筋筋混混凝凝土土衬衬砌砌是是一一种种刚刚性性支支护护，主主要要用用于于拱拱顶顶衬衬砌砌，以以承承受受上上部部的的山山岩岩压压力力，当当岩岩体体破破碎碎，沿沿裂裂隙隙有有地地下下水水出出现现时时，亦亦可可做做边边墙墙衬衬砌砌。由由于于施施工工程程序序和和施施工工条条件件的的限限制制，刚刚性性衬衬砌砌往往往往要要在在洞洞室室开开挖挖完完成成后后方方可可进进行行，同同时时由由于于衬衬砌砌与与岩岩石石不不能能紧紧密密结结合合，衬衬砌砌完完工工以以后后，岩岩体体仍仍在在变变形形，因因而使衬砌被动地承受较大的山岩压力。而使衬砌被动地承受较大的山岩压力。刚性支护刚性支护柔性支护：柔性支护：喷锚支护是一种柔性支护，就是及时地向围岩喷锚支护是一种柔性支护，就是及时地向围岩表面高压快速地喷上一层薄而具有柔性的钢筋表面高压快速地喷上一层薄而具有柔性的钢筋网混凝土，并埋设一定数量的锚杆或锚索，使网混凝土，并埋设一定数量的锚杆或锚索，使洞四周的围岩形成自承拱来承担由于岩石开挖洞四周的围岩形成自承拱来承担由于岩石开挖后而重新形成的应力。后而重新形成的应力。复合支护：先柔性支护，后二次刚性支护。复合支护：先柔性支护，后二次刚性支护。喷锚支护示意图喷锚支护示意图柔性支护柔性支护三、喷锚支护的特点三、喷锚支护的特点特点：特点：1 1）及时性）及时性洞室开挖后，喷锚支护立即提供支护抗力，使洞周洞室开挖后，喷锚支护立即提供支护抗力，使洞周的岩面上立即获得支护的径向抗力，围岩的应力状的岩面上立即获得支护的径向抗力，围岩的应力状态从二维转为三维，提高了围岩的围压效应。态从二维转为三维，提高了围岩的围压效应。2 2）粘结性）粘结性在岩面上，喷射混凝土提供了粘接力和抗剪力，使在岩面上，喷射混凝土提供了粘接力和抗剪力，使被裂缝分裂的岩块联合起来，保持镶嵌作用，防止被裂缝分裂的岩块联合起来，保持镶嵌作用，防止岩块的移动。岩块的移动。3 3）柔性）柔性有控制的使围岩的塑性区适当的发展，从而减少有控制的使围岩的塑性区适当的发展，从而减少支护上来自围岩的荷载。支护上来自围岩的荷载。4 4）深入性）深入性锚杆深入岩块，把破碎的岩块锚固起来，提高岩锚杆深入岩块，把破碎的岩块锚固起来，提高岩体的抗剪强度。在锚杆穿透岩体的范围内，能保体的抗剪强度。在锚杆穿透岩体的范围内，能保持岩块之间镶嵌和咬合作用，有利于围岩稳定。持岩块之间镶嵌和咬合作用，有利于围岩稳定。5 5）密封性）密封性喷喷射射混混凝凝土土能能阻阻止止地地下下水水从从地地层层中中流流出出，防防止止结结构构面面内内填填充充物物质质的的流流失失，保保持持岩岩块块间间的的摩摩擦擦力力，增加岩层抗剪强度，有利于围岩稳定。增加岩层抗剪强度，有利于围岩稳定。6 6）灵活性）灵活性锚锚杆杆支支护护的的类类型型、参参数数及及锚锚固固方方式式、支支护护时时间间和和步步骤骤都都可可随随洞洞室室围围岩岩的的特特性性而而改改变变，灵灵活活的的进进行行调整，使其充分发挥作用。调整，使其充分发挥作用。1 1）充分利用提高围岩自身承载能力充分利用提高围岩自身承载能力 2 2）改善围岩应力状况改善围岩应力状况四、锚杆的工作原理四、锚杆的工作原理4 4、锚杆作用机制：三种联合工作机制：、锚杆作用机制：三种联合工作机制：1 1）悬吊作用）悬吊作用块状岩体。块状岩体。在在锚锚杆杆作作用用下下，在在顶顶拱拱将将崩崩塌塌的的岩岩块块在在锚锚杆杆作作用用下下，被被悬悬吊吊在在稳稳定定的的岩岩体体中中，提提高高了了局局部部岩岩块块之之间的抗拉强度；间的抗拉强度；2 2）销钉作用）销钉作用块状岩体、层状岩体。块状岩体、层状岩体。处于洞室边墙上并具有结构面的岩块，在处于洞室边墙上并具有结构面的岩块，在锚杆穿透后，提高了结构面上的抗剪强度锚杆穿透后，提高了结构面上的抗剪强度和粘结力，起到阻止岩块沿结构面下滑的和粘结力，起到阻止岩块沿结构面下滑的销钉作用；销钉作用；3 3）承载拱作用）承载拱作用层状岩体、破碎岩体。层状岩体、破碎岩体。将岩层组合起来，成为锚杆与岩层联合作将岩层组合起来，成为锚杆与岩层联合作用的组合拱，起支承作用。用的组合拱，起支承作用。1 1）锚杆形式：）锚杆形式：点锚固：膨胀式锚杆。一头是锚头，利用胀点锚固：膨胀式锚杆。一头是锚头，利用胀壳受力后膨胀而固定在岩体内；壳受力后膨胀而固定在岩体内；全长锚固：全长粘结的砂浆锚杆。全长锚固：全长粘结的砂浆锚杆。2 2）有限元中锚杆的模拟：）有限元中锚杆的模拟：杆单元杆单元梁单元梁单元 （与周围一定范围一起组成梁等）（与周围一定范围一起组成梁等）五、锚杆受力特点五、锚杆受力特点3 3）有限元中模拟不充分的原因：）有限元中模拟不充分的原因：A A、联联合合作作用用时时，岩岩体体的的范范围围选选择择和和力力学学特特性提高的模拟不能准确模拟。性提高的模拟不能准确模拟。B B、在在岩岩体体失失稳稳时时，锚锚杆杆作作用用才才能能充充分分显显示示。而而计计算算岩岩体体的的应应变变软软化化在在数数值值计计算算还还未未很很好好解决。解决。C C、在在有有限限元元计计算算中中，受受计计算算机机和和工工时时的的限限制，对锚杆的数目的模拟简化。制，对锚杆的数目的模拟简化。