水工建筑物之隧洞

在水利樞紐中為滿足泄洪、灌溉、發(fā)電等各項(xiàng)任務(wù)在巖層中開鑿而成的建筑物稱為水工隧洞。

一、水工隧洞的特點(diǎn)

水工隧洞的結(jié)構(gòu)特性及工作條件，決定了它有以下三方面的特點(diǎn)。

1.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

隧洞是位于巖層中的地下建筑物，與周圍巖層密切相關(guān)。在巖層中開挖隧洞后，破壞了原有的平衡狀態(tài)，引起洞孔附近應(yīng)力重新分布，巖體產(chǎn)生新的變形，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致巖石崩塌。因此，隧洞中常需要臨時(shí)性支護(hù)和永久性襯砌，以承受圍巖壓力。圍巖除了產(chǎn)生作用在襯砌上的圍巖壓力以外，同時(shí)又具有承載能力，可以與襯砌共同承受內(nèi)水壓力等荷載。圍巖壓力與巖體承載能力的大小，主要取決于地質(zhì)條件。因此，應(yīng)做好隧洞的工程地質(zhì)勘探工作，使隧洞盡量避開軟弱巖層和不利的地質(zhì)構(gòu)造。

2.水流特點(diǎn)

樞紐中的泄水隧洞，其進(jìn)口通常位于水下較深處，屬深式泄水洞。它的泄水能力與作用水頭H的1/2次方成正比，當(dāng)H增大時(shí)，泄流量增大較慢。但深式進(jìn)口位置較低，可以提前泄水，提高水庫(kù)的利用率，故常用來配合溢洪道宣泄洪水。

由于作用在隧洞上的水頭較高，流速較大，如果隧洞在彎道、漸變段等處的體型不合適或襯砌表面不平整，都可能出現(xiàn)氣蝕而引起破壞，所以要求隧洞體型設(shè)計(jì)得當(dāng)、施工質(zhì)量良好。

泄水隧洞的水流流速高、單寬流量大、能量集中，在出口處有較強(qiáng)的沖刷能力，必須采取有效的消能防沖措施。

3.施工特點(diǎn)

隧洞是地下建筑物，與地面建筑物相比，洞身斷面小，施工場(chǎng)地狹窄，洞線長(zhǎng)，施工作業(yè)工序多、干擾大、難度也較大，工期一般較長(zhǎng)。尤其是兼有導(dǎo)流任務(wù)的隧洞，其施工進(jìn)度往往控制著整個(gè)工程的工期。因此，采用新的施工方法，改善施工條件，加快施工進(jìn)度和提高施工質(zhì)量在隧洞工程建設(shè)中需要引起足夠的重視。

二、水工隧洞的類型

1.按用途分類

(1)泄洪洞。配合溢洪道宣泄洪水，保證樞紐安全。

(2)引水洞。引水發(fā)電、灌溉或供水。

(3)排沙洞。排放水庫(kù)泥沙，延長(zhǎng)水庫(kù)的使用年限，有利于水電站的正常運(yùn)行。

(4)放空洞。在必要的情況下放空水庫(kù)里的水，用于人防或檢修大壩。

(5)導(dǎo)流洞。在水利樞紐的建設(shè)施工期用來施工導(dǎo)流。

在設(shè)計(jì)水工隧洞時(shí)，應(yīng)根據(jù)樞紐的規(guī)劃任務(wù)，盡量考慮一洞多用，以降低工程造價(jià)。如施工導(dǎo)流洞與永久隧洞相結(jié)合，樞紐中的泄洪、排沙、放空隧洞的結(jié)合等。

2.按洞內(nèi)水流狀態(tài)分類

(1)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。

(2)無(wú)壓洞。隧洞的工作閘門布置在隧洞的進(jìn)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(wú)壓的。

一般說來，隧洞根據(jù)需要可以設(shè)計(jì)成有壓的，也可以設(shè)計(jì)成無(wú)壓的，還可以設(shè)計(jì)成前段是有壓的而后段是無(wú)壓的。但應(yīng)注意的是，在同一洞段內(nèi)，應(yīng)避免出現(xiàn)時(shí)而有壓時(shí)而無(wú)壓的明滿流交替現(xiàn)象，以防止引起振動(dòng)、空蝕等不利流態(tài)。