1、DL/T 5195一一2004水工隧洞设计规范条文说明91 DL/T 5195 - 2004 目录3 总则.93 5 基本资料.95 6 隧洞布置.96 7 断面形状及尺寸.108 8 水力设计.113 9 结构设计基本原则.116 10 不衬砌与锚喷隧洞.118 11 混凝土和钢筋混凝土衬砌.126 12 顶应力混凝土衬砌.131 13 高压钢筋混凝土衬砌岔洞.134 14封墙体设计.137 15 灌浆、防渗和排水.139 16 观测、运行和维修.141 92 DL/T5195一一20043总则3.0.1 本标准根据GB50199（简称水工统标）的规定，对SD134一1984（简称原规范）进
2、行修订，并结合近十多年科学研究成果及工程实践经验增补了有关内容。为规范水工隧洞的设计，贯彻国家的有关政策提供了依据。3.0.4 对围岩进行稳定分析是目前围岩加国设计中的一种方法，通常采用工程类比法和块体平衡法，对软弱破碎围岩、特殊地质条件下的大跨度隧洞，还需配合有限元法分析计算。3.0.5 本标准对水工隧洞结构设计的基本规定，是根据GB50199规定的极限状态设计原则及其方法制定的。水工隧洞支护设计计算的极限状态分为承载能力极限状态和正常使用极限状态两类。极限状态表达式采用作用（荷载）标准值及其分项系数、材料性能标准值及其分项系数、设计状况系数、结构重要性系数和结构系数表示。3.0.7 本条规
3、定与原规范7.1.3条规定基本相同，补充了掘进机施工的技术要求。原规范该条文列于不衬砌与锚喷章节中。工程实践证明，开挖方法不仅对不衬砌、锚喷隧洞有影响，而且对混凝土、钢筋混凝土衬砌的隧洞也有影响，故将本条加以补充列于本标准总则中。采用钻爆法开挖时，本标准规定必须采用光面爆破。光面爆破的优点是：隧洞开挖造形好，岩面平整，起伏差小，对围岩扰动轻微，岩壁上明显的延伸较长的爆震裂隙较小。工程实践证明，岩面起伏差可控制在llcm以内，光面爆破引起的围岩松动圈深度仅为普通爆破法的11/2，一般都在几厘米到I.Om左右，93 DL/T 5195 - 2004 对围岩稳定和维护原有围岩的强度具有明显的作用。对
4、减小糙率系数，减少水头损失有利。对光面爆破的质量要求，应符合DUf5099的有关规定。94 DL/T5195一2004 5基本资料5.0.1 本条规定与原规范2且1条的规定基本相同。增加了对动能指标和生态环境资料的要求。5.0.2 本条规定与原规范2.0.2条规定基本相同。1级高压水工隧洞和高压岔洞，工程规模大，投资多，在国民经济中的重要性也高，设计依据的地质资料必须切实可靠，故应根据各设计阶段的规定，在现场进行试验，以落实设计数据，保证设计质量。5.0.3 本条规定与原规范2.0.3条规定基本相同。地质资料的重要性及条文中提出的在开工前要掌握的地质情况，是从长期工程实践的经验教训中得来的，设
5、计时应予以重视。对不同的设计阶段，可根据其要求，由粗到细，逐步摸清，达到条文中所规定的要求。5.0.4 本条规定与原规范2.0.4条规定基本相同，在开挖施工中，尤其是在工程地质、水文地质情况较复杂的洞段，应加强观测，做好地质编录，收集地质资料。随着施工开挖的进展，摸清实际地质情况，及时修改设计，保证施工安全，加快施工进度，使设计更加符合实际情况，是非常必要的，不应忽视。95 DL/T 5195 - 2004 6隧洞布置6.1一般规定6.1.1 水工隧洞洞线的选择，是隧洞设计中的重要环节之一，也是其后水力计算、结构设计的基础。选线失误，造成的事故和遗留的隐患不在少数，主要表现在：( 1)忽视地质
6、条件，造成施工期重大工程事故，或给运行期留下重大隐患。(2）选择洞线时强调洞线最短，而忽视其他方面的因素，酿成事故。我国己建隧洞工程，由于洞线布置上的不合理和施工方法上的欠妥，而发生的事故不少。其原因：一是基本资料，特别是地质资料掌握不足，造成隧洞布置失误：二是忽视水力学因素，造成不良水力条件。实践证明，布置上的缺陷是不易弥补的，因此，本条规定，隧洞布置时，应经过可能方案的技术经济比较选定。6.2洞线选择6.2.1 本条规定与原规范3.1.3条规定基本相同。(1）在洞线选择中都非常重视遵循洞线垂直于地质构造线或与构造线保持有足够角度的原则。实践证明这一原则是正确的。一般与构造线夹角大于30。时
7、基本无塌方事故：20。30。时会出现塌方：小于20。时大多出现塌方事故。(2）层状岩体是典型的各向异性介质。在层状岩体中布置隧洞，为保证围岩稳定和获得最大的承载能力，关键是洞轴线与岩层走向要有较大的夹角，理想的夹角是90。，但在工程实践中，理想的条件是很少能够办到的，在SD134-1984规范编修DL IT 5195 - 2004 中，曾以碧口水电站为例，对这一问题进行了调查、分析研究。碧口水电站在陡倾角较疏松的薄层千枚岩中开挖了4条隧洞、3条压力管道和其他各种洞室。洞室轴线与岩层的夹角变化幅度较大，具有一定的代表性。从这些洞室的开挖情况看，洞轴线与岩层的夹角。25。时，洞壁发生严重外鼓和倾倒
8、：夹角25。30。时，发生较轻微外鼓和倾倒：夹角大于45时，围岩基本稳定。根据上列情况，提出本条规定。(3）洞线布置应考虑地应力方向，例如，二滩水电站，2号、4号探洞三维地应力实测资料分析，最大主应力方向为北东30。左右，如选取北东30方向为x轴，北西60。方向为y轴，z轴铅直向上，根据实测值算出这种位置的各种地应力参数，列于表1中。表1NE30。方向地应力参数表测点6 x MPaf， cm MPa/1。cm2 。JCT,。cr,cry MPa/cm2 2-6-1 23.2 6.4 8.0 29 0.80 3.63 2-6-2 9.4 5.4 9.6 0.98 0.56 1.74 2-6-3
9、9.9 6.3 15.6 0.63 0.40 1.57 2-6-4 21.2 9.3 15.1 1.40 0.62 2.28 2-6-1 23.9 13.9 20.9 2.19 1.28 1.71 2-6-2 32.8 17.9 15.7 2.19 1.12 1.86 从表1中数据可以看出，两个水平应力分量都不相等，而且相差很大，如果洞轴线选在x轴方向，边墙将受到小的侧向压力，若选在y轴上，边墙上将受到大的侧向压力，两者相比，后者边墙上单位面积所受的侧向压力，为前者的1.573.63倍，显然洞轴线选在接近x轴向，边墙所受侧压较小。据此分析，并结合考虑了地质构造线方向进行了厂区洞群布置。结果开挖
10、施工进行顺利。有关专家致评价，二滩水电站厂区洞群布置是成功的。由上列分析，隧洞轴线的布置，从地质构造角度考虑，仅仅97 DL/T 5195 - 2004 遵守洞线垂直地质构造线或与地质构造线保持一定角度的原则是不很全面的，还应注意与地应力场中最大水平主应力方向的关系。6.2.3 隧洞在岩体中埋设的深度，即洞顶以上岩体的覆盖厚度和山体岸边一侧的岩体厚度，一般统称为围岩的覆盖厚度。隧洞围岩的覆盖厚度涉及到围岩的稳定性、围岩的抗力及围岩的防渗能力等。因为岩体是一种特殊的各向异性材料，其物理力学参数不仅随不同方向而变化，而且往往在有限范围内即有突然的改变。故在设计中应结合具体情况，综合分析确定。1 隧
11、洞的进、出口洞段及无压隧洞的围岩覆盖厚度。近年来在这个问题上有很大的突破，在规范的编写中调查了19个工程的进出口，其最小覆盖厚度均不足1.0倍的洞径，其中碧口水电站右岸地洪洞出口围岩覆盖厚度仅为洞宽的1/10。覆盖厚度小，洞口围岩仍能维持稳定，这里的关键是采取了合理的施工程序和工程措施，其结果是减少了明挖，争取了工期。表2部分水电站进出口围岩厚度开挖洞跨工程实例序号工程名称洞顶围岩厚度序号工程名称洞顶围岩厚度开挖洞宽开挖洞宽1 碧口右岸泄洪涧出0.1 11 花凉亭泄洪洞进、出0.5 0.7 口日2 碧口左岸泄洪洞出口0.6 12 响洪甸泄洪涧进口0.8 3 石头河泄洪洞出口0.5 13 丰满1
12、号泄洪洞出口0.6 4 乌江渡左、右泄洪0.5 14 丰满2号泄洪洞出口0.7 洞出口5 乌江渡放空洞进口0.9 15 映秀湾引水洞进口0.9 6 毛家村泄洪洞进口0.2 16 潭岭引水洞进口0.8 7 绿水河泄洪洞进、出0.6 17 古田溪三级引水洞进0.3 口口8 陆浑泄洪洞迸出口0.8 0.5 18 湖南镇引水洞进口0.7 9 新丰江泄洪洞出口0.7 19 太平哨引水洞进口0.9 10 松涛泄洪洞口0.3 98 DL/T 5195 - 2004 根据上列情况，本条提出对有压隧洞进出口段、无压隧洞及进出口洞段的围岩覆盖度不做具体的规定。2 对于有压隧洞，特别是高压隧洞，欲利用围岩的承载能力
13、，则围岩覆盖厚度是设计中应该注意的重要问题之一。原规范3.1.4条规定一般按洞内静水压力小于洞顶以上围岩重量的要求确定。在本次规范的修改中，对此问题进行调查和专门的研究。现国际通用准则有覆盖范围的垂直向准则、雪山准则及挪威准则。1)垂直向准则（如图1所示）: CRvYR二三Fhsrw式中：CRv一围岩覆盖厚度，m:？也一岩体重度，N/m3;hs一一洞内静水压力水头，m;1知一水的重度，N/m3:F一一经验系数。-., 不衬砌压力隧洞图1压力隧洞覆盖范围的垂直向准则2）雪山准则（如图2所示）：(1) 对于比较陡峭的地形，侧向覆盖常起着控制作用。据此产生了澳大利亚的雪山准则Dannet al ,1
14、964。99 DL/T 5195 - 2004 式中：CRH=ZCRv CRv=hs执，施C阳一一水平覆盖厚度，m;CRv一一垂直覆盖厚度，m;hs一一洞内静水压力水头，m;？知一一水的重度，N/m3;施一一岩体重度，N/m3。图2不衬砌压力隧洞覆盖范围的雪山准则3）挪威准则（如图3所示）：(2) (3) 早年，在挪威当压力隧洞地表岩体坡度变陡时，设计者只是简单地把所需的围岩覆盖厚度从静水头的0.6倍增加到1.0倍。结果导致一些工程的失败。根据工程的失败情况进一步研究，从而产生了挪威准则1971。关于经验系数F的取值问题，宜根据围岩情况确定。r _ fisrwF vRM一一一YR COS 式中
15、：CRM一一岩体最小覆盖厚度（不包括全强风化厚度），m; hs一一洞内部水压力水头，m;100 (4) DL/T 5195 - 2004 ？知一一水的重度，N/m3:弘一一岩体重度，N/m3:。一一地表岩体坡角，60时取60。：F一一经验系数。图3不衬砌压力隧洞覆盖范围的挪威准则对岩体坡角从0。70。的不同情况使用垂直向准则、雪山准则和挪威准则进行计算比较，雪山准则和挪威准则相当吻合，它随着坡角的增加而覆盖厚度增加，垂直向准则覆盖厚度则随着岩体坡角的增大而减少。显然挪威和雪山准则均更合理。根据国内工程的经验，本标准推荐采用挪威准则。3 足够的覆盖范围指的是岩体有承受有压隧洞内部压力的能力。高压
16、隧洞和岔洞虽满足了覆盖厚度的要求，有时在完好的岩体中仍会发生水力劈裂，所以本条也提出对地应力和渗流稳定的要求。6.2.6 在选择水工隧洞的线路时，不允许隧洞与其附近的建筑物相互影响。如隧洞线路穿过坝基或坝肩时，不允许隧洞对坝的基础应力、浮托力等产生影响：在水工隧洞与铁路隧洞交叉时，不允许影响水工隧洞的围岩稳定，或造成铁路隧洞内发生渗漏水等现象：又如施工导流隧洞的布置，应避免在导流时冲刷围堪。另外隧洞的开挖爆破，不允许影响或削弱附近建筑物的地基，要求隧洞与建筑物间留有足够的厚度。具体厚度建议用有限元计算分析决定。当隧洞与建筑间厚度不能满足要求时，应设法避开或加大厚度，否则必须采取工程措施。101
17、 DL/T 5195 - 2004 6.2.7 洞线穿过河谷时，应根据具体地形、地质条件，进行绕沟和跨沟方案的技术经济比较确定。6.2.8 水工隧洞的线路宜布置为直线，若采用曲线布置时，弯道的缓急影响隧洞的流态、压力分布和水头损失，影响的程度取决于流速的大小。反映弯道几何特征的是洞线转角和曲率半径。在本标准的修订过程中，从水力学因素考虑，对一些资料进行了分析研究，资料显示有压隧洞在低流速情况下，曲率半径大于或等于5倍洞径时，其损失系数较小。对于洞线转角，则显示转角越小，其损失系数越小。另据工程调查，转角采用不大于60。，曲率半径不小于5倍洞径，运行中未发现异常现象。故低流速无压隧洞转弯仍然采用
18、这一数据。低流速的有压隧洞可适当降低要求。高流速无压隧洞设置平面弯道是极少的，原因是弯道内流态很差。例如我国陕西省石头河水库左岸明流泄洪洞，属导流洞改建，在设计泄量下断面余幅较大。为节约出口开挖量，适应布置要求，洞内利用了原导流洞的弯道。弯道转角41。，半径15伽1和300m，洞宽7.2m。从模型试验观测到，当流速27m/s时，断面左右最大水面差达Sm6m：弯道末端直段40m（大于SD), 这时挑坎水流仍受弯道影响而不均匀。故对于高流速的无压隧洞，应力求避免在平面上设置曲线段。弯道对高流速有压隧洞也有影响，据碧口水电站左岸泄洪隧洞模型试验资料，转角56。05，曲率半径80m，大于5倍洞径，在流
19、速21m/s的情况下，弯道压力分布不均，两侧压差达4m,至弯道后直段上5倍洞径处，两侧压差尚有1.5m,10倍洞径处还有0.5m，至孔口水流仍不对称，流速分布亦不均匀。故对高流速有压隧洞也应注意弯道问题，但要求可比无压洞适当降低。6.2.10 在选择水工隧洞线路的纵坡时，使选取的纵坡应满足水力条件、运行和维修的要求，并应考虑施工的方便。在水力条件方面，隧洞坡度主要涉及到无压流的计算，它影响隧洞泄流能力、102 DL/T 5195一2004 压力分布、过水断面、工程量、空蚀特性和工程安全。关于压力分布，特别在陡坡段反映较为敏感，对高流速无压隧洞极为不利。在有压隧洞中若有平坡或反坡，在平、反坡末端
20、将有可能会出现压力余幅不足。此外反坡还会造成洞内淤沙积水，给维修增加困难。故本条规定在洞身段内不宜设置平坡，避免设置反坡。出口段如设置反坡时，应注意做好检修期的排水措施。6.2.12 在长隧洞中为了便于施工，加快施工进度和均衡各段的工程量，必须设一些施工支洞。根据我国施工情况调查，每个掌子面距支洞口的最大距离，大约控制在2000m左右。施工支洞的合理布置与主洞线路布置关系密切，故本条强调应进行技术经济比较确定。6.3进出口布置6.3.1、6.3.2、6.3.3及6.3.5进出口布置系隧洞工程的二个主要组成部分，在布置中应重视以下几个方面：1 满足洞口的主要功能：1)在电站各种功能、各种运行水位
21、下，必须满足过水流量的要求。2）在水道系统、发电厂房发生事故或检修时，可及时下闸截断水流。3）应具有拦截泥沙和污物的功能。2 一般应考虑的地形条件：1)洞口地段地形要陡，地面坡度最好要大些。2）正地形较负地形好，山体雄厚较山体单薄好，山沟里较沟口好，但般不宜在冲沟处布设洞口，因为该处除常有地面径流汇集外，也常为构造破碎的软弱地带。3）洞口段应尽量垂直地形等高线，交角不宜小于30。103 DL/T 5195 - 2004 4）洞口选在悬崖陡壁下，要特别注意风化、卸荷作用所造成岩体的拥塌，以及坡面的危石处理。5）当在地形陡、边坡高的地区布设洞口时，一般应尽量不削坡或少削坡，必要时可作人工洞口先行进
22、洞，以保证边坡的稳定。根据当前先进的支护水平，在町、V类围岩中，可以超前对岩体加固然后进洞，贯彻“早进晚出”的原则，避免开挖高边坡，破坏原生坡度和地表植被。3 一般考虑的地质条件：1）洞口应布置在岩体新鲜、完整、出露完好，且有足够厚度的陡坡地段。2）岩体产状对洞口边坡稳定影响较大，反倾向的岩体对洞口稳定有利，可不考虑倾角大小。顺倾向岩体的洞口，若倾角在2075之间时，易产生沿软弱结构面滑动。3）岩脉、破碎带、岩体风化破碎地段，一般不宜布设洞口。4）洞口应避开不良物理地质现象的地段，如滑坡、崩塌、危石、乱石堆、泥石流及岩溶等。根据上列条件，提出了标准的有关条文。6.3.6 水工隧洞的进口种类。按
23、其用途可分为发电、灌溉、供水、泄洪、排沙、放空及施工导流等：按其工作性质，可归纳为引水及泄水两类：按其水流形态，又可分为开敞式和深水式两种。鉴于已建进水口，在水力学上出现的问题较多，故本条采用按水流形态进行分类。1 开敞式进水口，多用于拦河闸（坝）拦截引用河道径流的隧洞工程。进口后直接连接明流隧洞，或后接一段明渠再与隧洞衔接。开敞式进水口的布置，除保证各种情况下的必要引用流量，104 DL/T 5195 - 2004 以及拦污等般要求外，由于水库、水文等的特点，进水口必须设置有效的防沙、排沙措施，除在布置上应选取有利的地形条件，如将进水口布置在河弯的凹侧，或利用横向环流原理设置一些导流设施外，
24、通常在进口段都设置有冲沙闸、拦iJ;坎、沉沙池、冲沙道等水工建筑物。为了减少进口损失，避免在进口前产生插在涡和回流，布置上必须圆滑平顺。2 深式短管进水口后接明流隧洞，这时水头损失主要考虑压力洞段的形状阻力，其沿程损失忽略不计。工作闸门前的压力洞段是由入口段、事故检修门槽和压坡段三部分组成。3 深式长管进水口，这种型式的进水口用于泄洪隧洞，有些布置是从进口到出口皆为有压流的单一式，有些在平面弯道以前为有压流，其后为明流的混合式，两者的布置要求基本相同。已建引水式电站大都采用这种布置，基本上都是三面收缩的进水口，上唇和侧墙大多采用椭圆曲线，少数为圆曲线。进口顶板应在水库最低运行水位以下，井有一定
25、的淹没水深。合理的淹没深度应在最低水位运行时进口不产生漏斗状游涡，以免吸入空气、引起振动、减少流量、降低水轮机出力。在设计短管进水口时，应能满足防空蚀和出流流态好等要求。由于进口压力洞段较短，检修门槽宽，故孔口流态对进口地形和孔口体形反应十分敏感，若进口来流不平顺、不对称，或体型曲线稍不合理，就会使孔口水流紊乱，以致造成出口水流飞溅，检修门槽中水流剧烈跳动，以及在进口顶板末端形成负压区等不利的水力现象。故这类进水口对地形条件和孔口体形轮廓要求十分严格，如进口地形较复杂，应通过模型试验验证。6.3.7 根据抽水蓄能电站洞口的进流与出流方式，其型式一般分为侧式（卧式）与井式（立式）两种。侧式洞口为
26、目前国内采用的主要型式，由于多布置在岸边，故所需隧洞相对较短。其水流沿水平方向或与水平方向有一定的105 DL/T 5195 - 2004 夹角流动。进流般比较平顺，出流则易发生流速分布不均甚至出现顶部负流速。侧式洞口有地面式、地下式，也有半地面半地下式的。从水力学方面要求，对其体型设计，要求进水时要逐渐收缩，出流时逐渐扩散，全断面上流速均匀，不发生回流、脱离。为了改善弯道带来的流速分布不均现象，隧洞中的弯道与洞口之间应有足够长的直线距离（整流距离），同时应尽量减小转折角、加大转弯半径，或将弯道做成渐缩型。存在平面转弯时，整流距离以不小于隧洞直径为宜：立面弯段对出流在平面上的对称性影响较小，整
27、流距离可相对较短。井式洞口可分为盖板式、开敞式。目前多采用盖板式。盖板式的组成为：扩散段，该段由盖板、径向分流墩、底板及喇叭口组成，根据流量的大小，用径向分流墩在圆周方向分成数个孔口，该段是井式洞口设计的关键之一：坚井段，它是扩散段与弯段间的连接段，一般应有适当的高度：弯段，这也是井式洞口设计的关键之一，进流时它将水流输入水道内，出流时将水流输入坚井段，经扩散段流入上库：盖板式洞口的其他组成部分主要为隧洞段、闸门段、渐变段、闸门启闭机排架及启闭机房，这些建筑物与侧式洞口完全相同。开敞式除无扩散段的盖板外，其余与盖板式相同。6.3.8 该条规定是根据水力学试验及已建工程经验归纳编写的。6.3.9
28、 这里所指通气问题与掺气减蚀不同。其目的有两点：为适应无压隧洞中，高速水流水面的自然掺气和水面以上余幅中的空气随水流被带至洞外的需要：在有压隧洞中，排水时需补气，充水时需排气。如果通气设施安排不当，在无压隧洞内将造成流态不稳。在有压隧洞内，当洞内气压积聚达一定程度时，可能会出现爆炸性的喷发，因而影响结构和周围人员的安全。故当通气考虑不周，不仅要破坏正常泄流，而且会在切可能的通道内抽气，影响闸门启闭机室或其他交通廊道等的正常操作活动，106 DL/T 5195 - 2004 同时会增加作用在结构上的意外荷载。为减少通气时的阻力损失，布置通气管路时应尽量减少突变、弯头等。通气孔应自成系统，且与人孔
29、、物孔、交通洞、井、闸门启闭机室等隔开，以保证值班工作人员的正常操作活动。在通气孔的进气口附近，应设网罩和拦栅等防护设施，以保护周围行人免受强大气流吸力的伤害。总之，通气设施是隧洞中不可缺少的重要组成部分，过去由于缺乏经验，对通气问题估计不足而造成各种事故的工程实例还不少，今后应该重视。6.4多用途隧洞6.4.1 为了紧凑枢纽布置，减少枢纽的单项工程，降低造价，加快施工进度，特提出本条规定。不同用途的隧洞，其特点及要求各不相同，合而为一必然会产生矛盾，故洞多用隧洞的布置，应根据工程地质条件，施工方法，通过试验研究并进行技术经济比较确定。6.4.2、6.4.3、6.4.4不同用途的隧洞，其要求和
30、特点各不相同，如利用导流隧洞改建为泄洪隧洞时，应注意研究高流速、防蚀抗磨和防渗问题，故在这几条中明确提出应根据工程的具体条件及其可能性研究临时与永久相结合应该研究解决的问题。6.4.5 由于地形地质条件的限制，近年来我国有许多利用导流洞改建为泄洪洞的工程。在泄洪隧洞消能方式上采用了多种形式，例如，重庆鱼跳水利枢纽，由于地形条件的限制，采用了地面开启式溢洪道和地下泄洪隧洞联合地洪，在其建筑物的末端，溢洪道和泄洪洞重叠布置，泄洪时二者水流在空中碰撞消能，减少了对下游的冲刷；再如小浪底水利枢纽，由于消力池处的地形地质条件限制，研究采用了泄洪洞孔板消能，运行效果很好：沙牌、冶勒、仁中海工程均采用璇流坚
31、井消能，目前溪洛渡工程也在研究泄洪洞内采用前在流坚井消能的方式。消能方式，各具有其特点，故本条规定采用时必须结合其特点和要求，进行试验论证。107 DL/T 5195 - 2004 7 断面形状及尺寸7.1一般规定7.1.1 高压隧洞对于围岩稳定、防渗及水力劈裂等问题要求较高，在岩体的覆盖厚度及其他措施设计方面应予以特别注意：高流速带来的空蚀、磨蚀和冲击波等问题，在体形设计、材料应用上，是不可忽视的。近年来由于对围岩认识的提高，在工程实践中隧洞承受的压力愈来愈高。国外有内压水头达lOOOm的有压隧洞采用不衬砌的实例。国内也有600m700m的地下岔洞采用钢筋混凝土衬砌代替钢板衬砌的实例。从抗裂
32、设计的观点，衬砌混凝土的允许拉应力小于等于内水压力（p）时，不论衬砌厚度多大，均无法承受内压力，据此p约在50m60m时可满足Jp的要求，另根据工程实践，1伽1左右的洞径，内水压力水头不小于80m时，衬砌中布设钢筋过多，钢筋间距特密，浇筑泪凝土非常困难，质量不易保证。据国内外统计资料分析，高、低压界限大都采用8臼nlOOm，本标准规定采用lOOm。关于高、低流速的界限问题，早期国外规范规定为1归血，我国1966暂行规范中提出流速在1伽山以上时即有掺气现象。在低压情况下，过水流速大于（1620)mis时就有可能发生空蚀，如取(1620)mis，当体形选择合适，也杳可能避免发生壁蚀，据此资料，又请
33、专家咨询，在原规范中取(1620)mis 作为高、低流速的分界。本次规范修订过程中，收集了近年来的资料表明小于2伽血流速的隧洞发生蚀的实例较少，大于2臼n/s流速的隧洞大多杳空蚀破坏情况，故本标准对高、低流速界限的108 DL/T5195 - 2004 规定为2伽n/s。7.1.3 7 .1.4 总是希望水工隧洞内的水流保持一种型式，不变的流态。即有压流或无压流。如果隧洞内出现明满流交替，且时间较长时，一般将出现空蚀、造成磨损和产生较大的动水压力，这对隧洞的过流能力、洞壁的受力状况、隧洞及其周围建筑物将产生不利影响。从国内外已建隧洞工程的运行情况看，由于发生明满流交替造成的危害实例不少，如，印
34、度巴克拉坝右岸导流隧洞在施工期发生了明满流交替，水流冲毁了闸门控制室及底部隔墙等处，造成厂房被冲，10人死亡，损失37.5万英磅。在国内，如盐锅峡导流底孔，在水头31.08m时，发生明满流转换，将3m厚的混凝土墩洞穿，对工程造成严重影响。但国内也有少数隧洞如乌江渡、石头河等工程的导流隧洞，曾发生过明满流过渡的工作情况，也未导致破坏。据上列情况，形成本条规定。7.2横断面形状7 .2.1 7.2.2 圆形断面水力学条件好，衬砌受力均匀，不易产生应力集中，且计算简单。但衬砌施工不便。高内、外水压力的隧洞都宜优先选用圆断面。若内、外水压力不大，拐角处产生的应力集中也不大时，为便于运输出渣，亦可采用圆
35、拱直墙式断面。在外压力较大，地质条件较差的洞段（如N、V类围岩），为了避免局部应力集中，采用圆形或马蹄形断面较好。无压隧洞一般都采用圆拱直墙式断面，便于施工。在隧洞的轴线选择中，如果由于某种原因洞轴线不能与最大主应力方向平行或接近平行时，也可改变隧洞的断面几何形状或者控制其开挖顺序，以达到围岩自身的稳定。隧洞围岩的稳定，是围岩应力重分布与围岩强度之间相对关系的反映，当围岩应力大于围岩的屈服强度时，围岩就要发生塑性变形，当围岩应力大于围岩的极限强度时，围岩就要发生破坏。109 DL/T5195一2004为了保持围岩的稳定性，则必须调整和控制围岩应力重分布与围岩强度之间的关系。但围岩的强度性能是客
36、观存在的，难以对它调整，只能调整围岩应力。而围岩应力主要取决于岩体地应力状态和隧洞的断面形状和尺寸，这两者中地应力又是客观存在的。因此，唯一可以调整的只是隧洞的断面形状和几何尺寸。故在特定的地应力场中，选择个合理的断面形状和几何尺寸，对于降低围岩应力集中，改善围岩受力条件，保持围岩稳定，具有重要的意义。这就是说可以用调整隧洞横断面的高宽比，来改善围岩的受力。如果用HIv（H一水平地应力：v一垂直地应力）来表示岩体中地应力比值系数，并根据值的大小把地应力场划分为Ar:O、O1和1三种类型，当隧洞轴线平行于两水平地应力轴线之一时，由理论计算，模型试验可知，如在1的地应力场中，即水平地应力大的地应力
37、场中，各种断面形状的宽度可以选得大一些，而高度可以低一些。反之，在0的地应力场中，即垂直地应力大的地应力场中，宽度要尽量小一些，而高度要大一些。因此在选择断面形状时，应注意与地应力场相适应的关系。据此列出本条规定。7.2.3 水工隧洞中，在不同断面之间应设置渐变段。渐变段一般分扩散段与收缩段两种型式。当扩散段前后两端断面的面积比一定时，扩散长度增加，就可减少其扩散角，因此就减少了水流与洞壁分离的程度，这样由于水流与洞壁分离造成水流紊乱而引起的局部水头损失可大大降低，故扩散段的圆锥角越小越好。相反，在收缩段，水流始终充满整个洞段，水流不会与洞壁分离，在断面比不变情况下，增加收缩段长度，对局部水头
38、损失的影响较小，尤其在收缩角较小的情况下，其影响更小。渐变段的角度，据调查，美国垦务局规定最大收缩或扩散角限制不大于r左右。我们在修编工作中，对不同的角度，用可能收集到的方法，进行了水头损失比较计算，从计算结果看，当110 DL/T5195一2004 角度在6。100范围内时，水头损失系数小。据调查，我国对渐变段一般采用直线规律变化的布置，将边界的最大收缩率或扩散率限制在1: 8以内，其长度以洞身直径或涧高的1.52.0倍为宜，由工程运用情况看，效果很好。分析上列情况，本标准中选用有压隧洞圆锥角控制在6。10。为宜，渐变段长度不直小于1.52.0倍的洞径（或洞宽）。在长隧洞中，若采用了多种断面
39、或衬砌型式，每种断面或衬砌型式的洞段要有一定的长度，不同断面或衬砌型式间的接头渐变段不宜过多，否则会加大隧洞的局部水头损失。7.3横断面尺寸7 .3.1 水工隧洞的直径选择，是由动能经济比较决定。在同样地质条件和过水流量一定的情况下，洞径小而流速大，则水头损失就大，电站出力减小：反之洞径大而流速小，则水头损失少，电站出力相应较大，故选择合适洞径应经过经济比较确定。7.3.5 隧洞横断面的最小尺寸，圆形断面的直径由原规范规定的1.8m，提高为2.0m；非圆形断面的高度由原规范规定的1.8m提高为2.0m，宽度由l.5m提高为1.8m，这是根据我国生活水平的提高，人们的健康水平的改善，人的身体增高
40、，根据有关方面的统计，对隧洞的最小尺寸进行了修改。7.3.6 7.3.7 本条规定与原规范4.3.6、4.3.7相同。隧洞按无压明流工作状态设计时，为了防止发生满流工作状态，水面以上需留有足够的空间余幅，它可以根据掺气水深标准确定，也可根据清水水深标准确定。1 据了解，目前最大允许清水水深，有三种规定：1)洞高的85%。2）洞高的7/8o3）过水断面占隧洞断面的85%。1)、3）两种都引用于以往的几次规范中。111 DL/T 5195 - 2004 2 掺气后水面线以上的余幅问题：1)洞高的15%25%。2）隧洞断面积的15%25%。如，美国一般采用0.15洞高，法国一般采用0.2洞高，日本一
41、般采用Aw!A0=3147/8CAw为设计洪水流量的过水断面积，Ao为隧洞断面积）。根据上列资料，并据调查情况，本次规范的编修中仍然采用了原规范的规定。112 DL/T5195一2004 8水力设计8.1水力计算原则8.1 .1 本条规定水力计算的内容与原规范规定基本相同，由于本标准增加了抽水蓄能电站输水洞的内容，故在本条中增加了水力过液过程计算。8.1.2 在水工隧洞水力学计算中，水头损失计算是一个重要问题，尤其在多种衬砌型式的长隧洞中更为突出。水头损失包括两部分，即沿程损失和局部损失，其关键问题是如何确定不同衬砌型式的糙率系数及各种类型的局部损失系数，可按附录C采用。在不衬砌或喷混凝土支护
42、的隧洞中，常常遇到局部衬砌，尤其在底板采用混凝土衬砌就更普遍，这样原隧洞的糙率系数n值就相应降低了，设这糙率系数为综合糙率系数，综合糙率系数no值推荐按下列公式计算。n，划式中：no一一综合糙率系数：n1一一不衬砌糙率系数：n2一一混凝土衬砌糙率系数：S1一一不衬砌周边长：S2一一混凝土衬砌周边长。(5) 8.1.4 水面线的计算方法很多，经调查分析，分段求和法较为简单，实际工作中采用者也较多，故本条推荐采用该方法，但也113 DL/T 5195 - 2004 不排斥应用其他方法。8.1.5 本条规定是根据工程实践而列出的，其规定与原规范5.1.5条相同。8.2 高流速过水边界的防蚀设计8.2
43、.1 3雪化是高流速隧洞设计中的一个经常遇到的问题。从己建高流速泄洪隧洞发生事故的实例中分析，由于空化破坏的占大多数，因此，在高流速隧洞中如何防止或减轻空化引起的破坏，具有重要意义，应按本条规定进行判别计算。本条中提出的空蚀现象，其概念为：空化是液体特有的一种现象，当由于各种原因使水流流体中某一点的压力降低到水的蒸汽压力时，水流内部便出现蒸汽空泡，这样形成的空泡称为“空穴”。含有空穴的水流称为“空穴流”。空泡随水流移动至下游压力较高的地区，由于周围水体的压缩，空泡溃灭，空泡的发生和溃灭过程称“空化现象”。如空化现象发生在水流的边壁附近，由于空泡横灭时释放巨大能量并直接轰击边壁表面，在长时间的强
44、烈高频冲击下，最终会使边壁遭受破坏，这就是“空化”。所以空化是产生空蚀的前提，而空化的产生又与水流内绝对压力降低至与水的蒸汽压力接近的程度有关。一般引用一个无因次参数一一空化系数作为衡量水流发生壁化可能性大小的指标。8.2.2 在易于发生空蚀部位或区域，建议采用下列防蚀、减蚀措施：1 体形是指水流边壁轮廓的造型，设计合理的体形需满足阻力小、磨损少、免空蚀以及不出现有害的水流形态等条件。为了防蚀所设计的体形，其初生空化系数应当越小越好，应小于在实际工程运用中可能出现的最小水流空化系数。2 空蚀现象与隧洞表面不平整度有关，施工时如果不注意使水流边壁的表面光滑平整，在高速水流作用下，将可能产生局部全
45、蚀，甚至可以进一步发展扩大。过去有不少由于空蚀破坏的114 DL/T5195 - 2004 泄水建筑物，多是由局部表面不平整引起的。从一些调查资料中看出，当水流边壁表面有显著急剧凹凸不平，部墓大于Cl520)mis 时，就有可能发生空蚀。3 对防蚀采用的一些措施，目前常用的有掺气减蚀，衬砌采用防蚀、抗磨材料等。若采用以收缩出口断面积的方法，来消除有压洞内可能的空蚀破坏时，一般应经由水工模型试验确定，在洞内可疑或有潜在危险的地段，使其水流空化系数大于该处的初生空化系数，并留有足够的余地。8.2.3 一般在高速水流作用下的泄水建筑物，其过水边壁应选用防蚀能力较强的材料。多泥沙河流应考虑采用抗磨损的
46、材料。有些还需考虑采用抗冲击的材料。有关抗蚀、抗磨材料在附录D中己作介绍。115 DL/T 5195 - 2004 9 结构设计基本原则9.0.1 9.0.4 这几条的内容均系按GB50199的规定给出的。对支护的计算和验算内容与原规范基本相同，设计时应根据不同设计状况，考虑不同的加固体系及相应的作用（荷载）效应组合，进行一种或二种极限状态设计。9.0.5 9.0.6 计算中的各分项系数是根据结构功能函数中基本变量的统计参数和概率分布类型，经可靠度分析，并结合工程经验确定的。对缺乏统计资料的部分，则凭工程经验确定。( 1)结构重要性系数，是用来考虑水工隧洞的重要性和失事后果，分别采用不同的结构
47、重要性系数，该值由GB50199规定。(2）设计状况系数，是用来反映不同设计状况应有不同的目标可靠指标，对应于持久状况、短暂状况、偶然状况，应分别取用不同的设计状况系数，取值与DL!f5057一致。(3）作用（荷载）分项系数，是用来考虑作用（荷载）对其标准值的不利变异，有超载系数的概念，其值由DL5077或DL!f5057给出。(4）材料性能分项系数，是用来反映材料实际强度对所采用的材料强度标准值的不利变异，其值取用于DL厅5057。(5）结构系数，是用来反映作用（荷载）效应计算模式的不定性和抗力计算模式的不定性，并考虑上述作用（荷载）分项系数和材料强度分项系数未能反映的其他不定性。1)利用厚壁圆筒公式计算时的结构系数，是在各种不同材料尺寸和不同作用（荷载）效应组合下，同时考虑到地下工程的复杂性和作用（荷载）的
