1、中华人民共和国行业标准水工隧洞设计规范试行发布试行中华人民共和国水利电力部发布中华人民共和国行业标准水工隧洞设计规范试行组织编写部门水利电力部水利水电规划设计院主编部门水利电力部成都勘测设计院批准部门中华人民共和国水利电力部试行日期年月日中华人民共和国水利电力部关于试行水工隧洞设计规范的通知水电水规字第号根据国家计委关于修订设计规范的要求我部委托水利电力部成都勘测设计院会同有关设计科研和高等院校等个单位修编了水工隧洞设计规范经审定现批准该规范颁布试行与此同时停止使用年颁发的水工隧洞设计暂行规范各单位在试行过程中如有意见请告水利电力部成都勘测设计院和水利电力部水利水电规划设计院年月日目次说明第一
2、章总则第二章基本资料第三章隧洞布置第四章横断面形状及尺寸第五章水力设计第六章混凝土和钢筋混凝土衬砌第七章不衬砌与喷锚隧洞第八章灌浆防渗和排水第九章观测运行和维修附录一围岩分类表附录二高流速防蚀设计问题附录三外水荷载折减系数值选用表附录四圆形有压隧洞衬砌静力计算方法附录五圆拱直墙式隧洞衬砌静力计算方法附录六马蹄形隧洞衬砌静力计算方法附录七隧洞衬砌计算通用程序附录八喷锚衬砌设计方法附录九混凝土衬砌裂缝及其防止措施水工隧洞设计规范试行说明水利电力部规划设计管理局水电规水字第号文下达成都勘测设计院主持对水利电力部年颁发的水工隧洞设计暂行规范进行修订工作根据国家建委建发设字第号文颁发的工程建设标准规范的
3、管理办法的有关规定精神以年暂行规范为基础结合我国近年水工隧洞建设经验搜集并借鉴国外先进技术在广泛调查研究专题总结的基础上先后提出了规范讨论稿初稿以及送审稿召开了多次讨论会最后由水利水电规划设计院审定报水利电力部批准现颁发试行参加本规范编写的单位及各单位的主要人员为主编单位水电部成都勘测设计院段乐斋黄孟良刘俊芳参加编制单位水电部西北勘测设计院杨欣先水电部东北勘测设计院赵长海水电部贵阳勘测设计院郑治水电部天津勘测设计院夏广逊陕西省水电勘测设计院马耀堂水利水电科学研究院张有天清华大学水利系张受天陕西机械学院水利系戴振霖在本规范的编修过程中得到了许多单位和专家的大力支持和帮助提供了许多宝贵的资料意见和
4、具体建议特致以谢意水工隧洞设计规范试行第一章总则第条水工隧洞包括发电引水隧洞尾水隧洞灌溉和供水隧洞泄洪隧洞排沙隧洞排水隧洞施工导流隧洞等第条水工隧洞的级别标准按现行水利水电枢纽工程等级划分及设计标准山区丘陵区部分的有关规定执行本规范适用于岩体中级水工隧洞包括斜井的各个设计阶段级水工隧洞可参照使用第条水工隧洞的设计级别经过论证可予提高或降低一地质条件特别复杂水头和流速特别高以及失事后将会造成严重损失的隧洞可提高一级最高不高于级隧洞二低水头低流速失事后不致造成严重损失的隧洞可降低一级第条水工隧洞的设计应做到因地制宜技术先进经济合理安全可靠确保质量第条国内的先进设计经验应积极推广使用并不断总结提高对
5、国外先进技术凡适用且有经济效益的也应积极采用第条凡本规范中未包括的问题或由于新技术的发展使某些条文不尽适宜时设计单位得通过试验论证提出补充意见报设计审批单位批准执行并抄报本规范审批单位根据水工隧洞的工作特性凡另有专门的设计规范时尚应符合该专门规范如灌溉供水进水口等的有关规定第二章基本资料第条水工隧洞设计所需的基本资料有水文气象地形工程地质水文地质地震烈度枢纽布置与建筑物运用要求施工条件和建筑材料等基本资料应由有关专业根据各个设计阶段的深度要求提供设计人员应进行分析研究合理选用必要时与有关专业协商确定第条隧洞沿线的地质勘察工作应根据地质条件的复杂程度建筑物的级别和不同的设计阶段按照有关规范执行对
6、级的水工隧洞应根据各设计阶段的要求在现场选择有代表性的地段进行有关的试验工作如岩体的物理力学性能等第条地质资料是隧洞设计的重要依据也是施工运行安全的重要资料在开工前设计人员应掌握隧洞地区的基本地质情况一沿线的岩层性质和地质构造二沿线的水文地质情况三进出口及洞脸边坡的稳定性四有无影响建筑物或施工安全的其他重要地质现象如岩溶滑坡体有害气体等五在高地应力地区尚应了解地应力及岩爆情况第条在开工后设计人员应及时掌握隧洞各段的实际地质情况水工隧洞施工阶段的地质工作应按有关规范的要求执行应及时观测校正和补充地质资料以便核对和修改设计并为施工安全进行地质预报对地质情况特别复杂的地段可视需要在施工中用导洞超前钻
7、等手水工隧洞设计规范试行段探明情况修改设计第条在设计阶段初期可根据地质资料参照附录一围岩分类表对围岩的稳定性作出评价提供设计所需参数随着勘测阶段的升级地质勘探工作的加深对围岩分类应及时补充和修正第三章隧洞布置第一节洞线选择第条正确地选择洞线关系到围岩的整体稳定工程造价施工工期和运行安全等问题是水工隧洞设计的关键水工隧洞的线路应根据隧洞的用途综合考虑地形地质水力学施工运行沿线建筑物枢纽总布置以及对周围环境的影响等各种因素通过可能方案的技术经济比较选定第条在满足水力枢纽总布置要求的条件下洞线宜选在沿线地质构造简单岩体完整稳定岩石坚硬上覆岩层厚度大水文地质条件有利及施工方便的地区第条洞线与岩层构造断
8、裂面及主要软弱带应尽量具有较大的夹角在整体块状结构的岩体中其夹角一般不宜小于于在层状岩体中特别是层间结合疏松的高倾角薄岩层其夹角一般不宜小于高地应力地区的隧洞从围岩稳定考虑宜使洞线与最大水平地应力方向一致或尽量减小其夹角第条洞顶以上和傍山隧洞岸边一侧岩体的最小覆盖厚度应根据地质条件隧洞断面形状及尺寸施工成洞条件内水压力衬砌型式围岩渗透特性结构计算成果等因素综合分析决定一有压隧洞的进出口无压隧洞及其进出口部位在采取了合理的施工程序和工程措施可保证施工期及运行期的安全者对最小覆盖厚度不做具体规定二有压隧洞洞身部位的最小覆盖厚度一般按洞内静水压力小于洞顶以上围岩重量的要求确定第条相邻两隧洞间岩体的厚
9、度应根据布置需要围岩的受压和应力变形情况隧洞横断面尺寸施工方法和运行条件一洞有水邻洞无水等因素综合分析决定一般不宜小于二倍的洞径或洞宽岩体较好时可适当减小但不应小于一倍洞径或洞宽第条洞线穿过坝基坝肩或其他建筑物地基时建筑物与隧洞间应有足够的岩体厚度以满足结构和防渗上的要求第条洞线遇有沟谷时应根据地形地质水文及施工条件进行绕沟或跨沟方案的技术经济比较当采用跨沟方案时应合理选择跨沟位置对跨沟建筑物地基隧洞的连接部位及其洞脸山坡应加强工程措施第条洞线在平面上应尽可能布置为直线如由于布置或其它原因采用曲线时则对于低流速无压隧洞的弯曲半径不宜小于倍的洞径或洞宽转角不宜大于低流速有压隧洞可适当降低要求对于
10、高流速无压隧洞在平面上应尽量避免设置曲线段高流速有压隧洞其弯曲半径和转角宜通过试验决定在弯道的首尾应设置直线段其长度不宜小于倍洞径或洞宽第条洞身段如必须设置竖曲线时则对于高流速隧洞的竖曲线其型式和半径宜通过试验决定低流速无压隧洞的竖曲线半径一般不宜小于倍的洞径或洞宽低流速有压隧洞水工隧洞设计规范试行可适当降低要求在布置竖曲线时应考虑采用的施工方法第条洞身段的纵坡应根据运用要求上下游衔接沿线建筑物底部高程以及施工和检修条件等通过技术经济比较选定沿程纵坡不宜变化过多一般不宜设置平坡避免设置反坡第条有压隧洞全线洞顶处的最小压力在最不利的运行条件下不宜小于必须在明满流过渡条件下运行的导流隧洞不受此限制
11、第条选择较长隧洞洞线时应考虑设置施工支洞的问题支洞的数目及长度应根据沿线地形地质条件施工方法对外交通情况并有利于均衡各段隧洞的工程量及工期的要求等分析决定第二节进出口布置第条进出口布置应根据枢纽总体布置地形地质条件使水流顺畅进流均匀出流平稳有利于防淤防沙防冰防木防冲及防污等并满足过水流量及设置闸门等要求第条进出口应选在地质构造简单风化覆盖层较浅的地区应尽量避开不良地质构造和山崩危崖滑坡等地区第条对于进出口洞脸应尽量避免高边坡的开挖若无法避免时应仔细分析开挖后的稳定性并注意加固措施第条进口建筑物按进流方式分为开敞式和深水式两种深水式进口按其后接洞内流态可分为深式长管进口后接有压隧洞和深式短管进口
12、后接无压隧洞两类一开敞式进口的布置必须圆滑平顺避免在进口前产生漩涡和回流常用的结构型式为平面上呈弧形迎水面直立的弧形直立墙式和自上游起由斜卧渐变为直立的扭曲墙式前者适用于软弱地基后者适用于较好的岩石地基直立墙式的弧线曲率半径不宜过小扭曲墙式的顺水向长度不应小于闸前最大水深的两倍二对于深式长管进口宜采用顶部和两侧三向收缩具有椭圆曲线的型式孔口高宽比一般取左右侧墙椭圆曲线的短半轴应大于五分之一的孔口宽度三对于深式短管进口工作闸门与检修闸门都设在进口建筑物内工作闸门前压力段的长度一般小于倍的孔口高检修闸门前入口段的长度宜控制在倍工作闸门孔口高以内工作闸门前压力段一般要始终保持收缩型段内压力分布要尽量
13、达到沿程平顺递减不允许出现负压且要满足过水能力的要求第条对于有压泄水隧洞的出口体形设计应注意以下几点一如隧洞沿程体形无急剧的变化出口段的断面积宜收缩为洞身断面的若沿程体形变化多洞内水流条件差收缩率宜采用对重要的隧洞工程宜进行水工模型试验验证二出口渐变段的体形应根据水流条件工作闸门型式和布置以及启闭方式决定三出口洞段的底坡宜平缓如需侧向扩散宜平顺注意与下游水流良好衔接避免使主流突然跌落第条对有压隧洞排水补气充水排气和无压隧洞水面线以上的通气及其他需要通气的地段应估算必需的通气面积并应留有余地以策安全通气面积计算方法详见闸门设计规范水工隧洞设计规范试行第三节多用途隧洞第条选择隧洞布置方案时应根据隧
14、洞的应用条件研究临时与永久相结合及一洞多用的合理性第条对于临时与永久相结合的隧洞对洞线纵坡衬砌形式进出口高程及其位置等除应满足临时过水要求外应充分考虑永久运行中的要求第条中小型水电站泄洪与发电共用一条主洞的布置时必须保证各自的运用要求和较好的水力条件即安全宣泄规定的泄洪流量保证发电隧洞的压力状态及发电时的最小水头并采取适当的措施以防机组震动和分岔附近空蚀破坏第条主支洞的分岔角度宜在范围内选取在满足布置和构造要求的条件下应尽量采用较小的分岔角度第条当泄洪发电共用一条主洞时分岔的型式需根据水头流量以及分流比来确定必要时应进行模型试验分岔后发电洞的长度不宜小于倍洞径泄洪隧洞出口断面积如主洞泄洪不宜超
15、过的泄洪洞身断面积如支洞泄洪不宜超过的支洞洞身断面积第四章横断面形状及尺寸第一节一般原则第条水工隧洞按洞内水流状态分为有压隧洞和无压隧洞按其流速大小分为低流速隧洞和高流速隧洞流速大于的为高流速由于高流速带来的掺气振动空蚀磨蚀和冲击波等问题在体形设计上应予以特别注意第条洞身的横断面形状和尺寸应根据隧洞的用途水力条件工程地质条件地应力情况衬砌工作条件施工方法等因素通过技术经济分析决定第条对于发电引水隧洞常采用有压隧洞当上游水位变化不大引用流量比较稳定时也可采用无压隧洞对于发电尾水隧洞常采用无压隧洞当下游水位变化很大为保证明流状态所需断面高度很大时也可采用有压隧洞采用有压尾水隧洞时应注意研究是否需设
16、置尾水调压井的问题第条对高流速的泄水隧洞在同一段内严禁采用明满流交替的运行方式对低流速的泄水隧洞正常情况下按明流方式运行者允许在校核洪水时段出现明满流交替的工作状态对导流隧洞经论证在设计过流条件下水流流态不致造成洞身破坏时可采用明满流交替的运行方式第二节横断面形状第条有压隧洞宜采用圆形断面若洞径和内外水压力不大也可采用更便于施工的其它断面形状无压隧洞宜采用圆拱直墙式断面圆拱中心角为当需要加大拱端推力时也可选用小于的中心角断面的高宽比应根据水力条件及地质条件选用一般为洞内水位变化较大时宜采用大的比值若地质条件较差时可选用圆形或马蹄型断面第条断面的高宽比尚应与地应力条件相适应若水平地应力大于垂直地
17、应力时可水工隧洞设计规范试行采用高度较小而宽度较大的断面若垂直地应力大于水平地应力时可采用高度较大而宽度较小的断面第条对较长的隧洞可采用多种断面形状或衬砌型式但不宜过多过密不同断面或衬砌型式之间应设置渐变段渐变段的边界应采用平缓曲线并要便于施工有压隧洞渐变段的圆锥角以采用为宜其长度不小于倍洞径或洞宽两渐变段之间的长度不宜过短高流速无压隧洞渐变段的体形应通过试验选定第三节横断面尺寸第条发电引水隧洞和尾水隧洞的横断面尺寸应根据隧洞工程费用和能量损失费用之和为最低的原则分析决定其计算方法按有关规定执行第条灌溉隧洞的横断面尺寸应根据隧洞的出口高程和灌溉设计最大流量确定第条泄洪隧洞的横断面尺寸应考虑隧洞
18、在各种可能运行条件下都能够保证规定的过水能力并通过技术经济比较决定第条导流隧洞的横断面尺寸应根据导流流量要求结合进口高程围堰的高低施工要求等因素通过技术经济比较决定第条考虑到施工的需要横断面的最小尺寸圆形断面的内径不宜小于非圆形断面的高度不宜小于宽度不宜小于第条在低流速的无压隧洞中若通气条件良好在恒定流条件下洞内水面线以上的空间不宜小于隧洞断面面积的其高度不应小于在非恒定流条件下计算中已考虑了涌波时上述数值允许适当减小对较长的隧洞和不衬砌或喷锚衬砌的隧洞上述数值可适当增加经过论证有通航或过木要求的隧洞过水断面的尺寸和水面线以上的空间弯曲半径和转角应按有关规范决定第条高流速无压隧洞的横断面尺寸宜
19、经过试验确定顶拱夹角应选较小角度并应考虑掺气的影响在掺气水面线以上的空间一般为横断面面积的当采用圆拱直墙式断面时水面线不宜超出直墙范围当水流有冲击波时应尽量将冲击波波峰限制在直墙范围内第五章水力设计第一节水力计算原则第条水力计算是水工隧洞设计中的重要环节之一必须予以重视水力计算的内容有过流能力上下游水流衔接符合有关规范要求水头损失压坡线水面线等此外还应研究掺气充水方式及其它水力现象第条水工隧洞的水头损失分沿程损失和局部损失两种应分别进行计算一沿程损失计算中选用的糙率系数值应根据施工能达到的水平运用后可能的变化及其经济效益综合分析决定二局部水头损失计算中采用的系数一般可参照水力学资料分析决定必要
20、时可通过试验决定第条水工隧洞的过流能力应根据水流条件分别按有压隧洞及无压隧洞计算一有压隧洞按管流情况计算二无压隧洞开敞式进口按堰流情况计算深式进口按管流情况计算水工隧洞设计规范试行第条对于无压隧洞的水面线计算首先判别水面线的类别在选定控制断面后可按分段求和法或其它方法计算第条对高流速大流量水流条件复杂的水工隧洞应进行整体或局部的水工模型试验验证其水力计算和建筑物布置的合理性第二节高流速的防蚀设计第条高流速的水工隧洞应根据试验选定各部位的体形所选体形最低压力点或可疑点的初生空化数应当小于该处的水流空化数否则必须采取相应的措施空蚀可能性的判别方法见附录二第条对于高流速的水工隧洞应特别重视下列容易发
21、生空蚀的部位或区域一有压隧洞的进口闸门槽渐变段分岔处弯曲段出口及水流边壁突变的区段二无压隧洞的陡坡泄流曲线段反弧段扩散或收缩段闸墩门槽及其出口段等第条对易于发生空蚀的部位或区段可采用下列防蚀措施一选择合适的体形二控制水流边壁表面的局部不平整度其标准可按附录二决定三向水流中掺气以达防蚀目的掺气设施的型式尺寸和位置可通过局部模型试验或对比已建工程的原型观测资料决定四采用抗蚀材料常用抗蚀材料见附录二五选用合理的运行方式第条对多泥沙河流在泄水建筑物的过水部位应选用抗磨损能力较强的材料常用的抗磨材料见附录二第六章混凝土和钢筋混凝土衬砌第一节一般原则第条混凝土和钢筋混凝土衬砌的作用一平整围岩表面减少糙率二
22、防止渗漏三防止水流大气温度和湿度变化等对围岩的冲刷和破坏作用四承受围岩压力和其它各种荷载或加固围岩共同承受内外水压力和其它荷载等第条遇有下列情况可采用混凝土衬砌一围岩稳定性较好或经支护后围岩能基本稳定但抗渗性能较差二为了平整围岩表面满足水力学要求三能够满足强度抗裂或限裂的要求第条采用混凝土衬砌不能满足强度抗裂或限裂要求时应采用钢筋混凝土衬砌第条混凝土和钢筋混凝土的衬砌厚度不包括围岩超挖部分应根据强度抗渗和构造要求并结合施工方法分析决定单筋混凝土衬砌厚度不宜小于双层钢筋混凝土衬砌厚度不宜小于第条混凝土和钢筋混凝土衬砌应根据围岩条件防渗要求隧洞工作状态和工程的重要性提出抗裂或限裂的要求仅为平整围岩
23、表面而设置的衬砌可不提此要求水工隧洞设计规范试行第条若隧洞衬砌开裂后内水外渗将危及围岩和相邻建筑物的安全时应按抗裂设计否则可按限裂设计按限裂设计时最大计算裂缝宽度不应超过水质有侵蚀性时最大计算裂缝宽度不宜超过如衬砌不易满足抗裂限裂要求时可采取其它措施第条对混凝土和钢筋混凝土衬砌应根据需要提出混凝土的强度抗渗抗冻抗磨和抗侵蚀的要求其强度标号不应低于号一般采用天龄期经论证可采用后期强度第条混凝土和钢筋混凝土的性能应满足现行水工钢筋混凝土结构设计规范的有关规定第二节荷载和荷载组合第条作用于衬砌上的荷载按其作用的情况分为基本荷载和特殊荷载两类一基本荷载长期或经常作用在衬砌上的荷载如围岩压力衬砌自重包括
24、超挖回填混凝土的重量设计条件下的内水压力引水隧洞正常水位及调压井中产生最高涌浪时洞内的静水压力泄洪隧洞设计洪水位时洞内的静水压力稳定渗流情况下的地下水压力等二特殊荷载出现机遇较少的不经常作用在衬砌上的荷载如校核水位时的内水压力包括动水压力和相应的地下水压力施工荷载温度荷载灌浆压力及地震荷载等第条计算荷载应根据上列两类荷载同时存在的可能性分别组合为基本组合和特殊组合两类在衬砌计算中应采用各自最不利的组合情况并分别采用不同的安全系数其具体数值按现行水工钢筋混凝土设计规范规定取用对于受内水压力控制的圆形有压隧洞的素混凝土衬砌混凝土的抗拉安全系数可采用较水工钢筋混凝土设计规范为低的数值并按下表采用混凝
25、土的抗拉安全系数表隧洞级别荷载组合基本特殊基本特殊基本特殊混凝土达到设计抗拉强度时的安全系数第条作用在衬砌上的围岩压力应根据围岩条件埋设深度断面形状和尺寸施工方法开挖后的支撑条件衬砌浇筑时间及施工中围岩应力重分布等因素分析决定建议在分析上述因素的基础上根据不同的围岩类别采用不同的方法估算围岩松动压力一对于类围岩设计衬砌时可不计围岩的松动压力但要注意研究围岩的地应力问题二对于类围岩在隧洞开挖前建议按下式估算围岩松动压力式中岩石容重隧洞的开挖宽度均匀分布的垂直围岩松动压力在隧洞开挖后应根据补充的地质资料和实际情况用块体平衡法或有限元法分析核算可能作用于衬砌上的压力进行必要的修正三对于类围岩可按松动
26、介质平衡理论估算围岩压力四当采用喷锚支护或钢支撑加固围岩使围岩已达稳定时内衬砌混凝土或钢筋混凝土层可少计或不计围岩压力水工隧洞设计规范试行第条对于不能形成稳定拱的浅埋隧洞围岩的松动压力应采用等于隧洞拱顶以上覆盖的总重量第条围岩的物理力学指标应力求符合实际合理选用对级无压隧洞及级有压隧洞的技施设计阶段应根据现场试验资料和工程类比分析决定在开挖过程中如发现所选用的数据与实际情况不符时应及时修正第条确定地下水压力时应先根据水文地质条件和工程布置并考虑工程投入运用后可能引起的地下水位变化等因素分析确定地下水位线地下水压力实际上是在渗流过程中渗透水作用在围岩和衬砌中的体积力有条件时可通过渗流分析决定相应
27、的水荷载对一般水文地质条件较简单的隧洞可采用地下水位线以下的水柱高乘以相应的折减系数的方法估算作用在衬砌外缘的地下水压力折减系数可按附录三选用对于无压隧洞应考虑设置排水的办法减少地下水压力对于地质条件水文地质条件复杂的隧洞应进行专门的研究第条施工荷载应根据施工检修过程中的机械作用力等决定第条温度变化混凝土干缩和膨胀所产生的应力及灌浆压力等对衬砌的影响主要宜通过施工措施及构造措施解决对于高地温地区产生的温度应力应进行专门的研究第条设计隧洞洞身时可不考虑地震荷载对隧洞的进出口部位考虑地震荷载时按现行水工建筑物抗震设计规范的有关规定执行第三节衬砌计算第条隧洞衬砌计算按各设计阶段的要求根据衬砌结构特点
28、荷载作用形式围岩和施工条件等可选用结构力学方法弹性力学方法及有限单元方法进行分析对于类围岩中的隧洞宜采用有限单元法或弹性力学方法计算对于类围岩中的隧洞宜采用结构力学方法计算对于类围岩中的隧洞可视围岩的条件和所能取得的基本资料选用合适的计算方法一般如围岩稳定性较好有较强的自承能力衬砌目的主要用来加固围岩者或者隧洞跨度较大围岩很不均匀者宜采用有限单元法分析否则宜采用结构力学方法第条对无压隧洞的衬砌如按结构力学方法计算可根据具体情况参照附录五六七进行计算第条在相对均质和稳定围岩中的圆形有压隧洞当埋设深度大于三倍开挖直径衬砌受均匀内水压力时可将衬砌视作无限弹性介质中的厚壁圆筒进行计算参照附录四七当隧洞
29、的埋设深度小于三倍开挖直径时是否和如何考虑围岩抗力须经论证在其他荷载作用下应根据衬砌变形情况考虑围岩抗力的作用按结构力学方法或有限单元方法计算第条衬砌按结构力学方法计算时围岩抗力的大小和分布可根据实测变形数据工程类比或理论公式分析决定第条隧洞衬砌承受明显的不对称荷载时宜根据产生偏压的地质地形等条件进行专门研究第条混凝土和钢筋混凝土衬砌的强度计算按现行水工钢筋混凝土结构设计规范的有关规定进行水工隧洞设计规范试行第四节衬砌的分缝第条混凝土和钢筋混凝土衬砌在地质条件明显变化处如通过较大的断层软弱破碎带等部位和井硐等交会处或其他可能产生较大相对变位处应设置变形缝并采取相应的防渗措施围岩地质条件比较均一
30、的洞身段只设置施工缝第条沿洞线的浇筑分段长度应根据浇筑能力和温度收缩等因素分析决定一般可采用底拱和边顶拱的环向缝不得错开第条对无压隧洞衬砌的环向施工缝如无防渗要求时一般分布筋可不穿过缝面混凝土可不凿毛处理也不设止水对有压隧洞和有防渗要求的无压隧洞衬砌的环向施工缝应根据具体情况采取必要的接缝处理措施第条对于衬砌中的纵向施工缝必须进行凿毛处理并应设置在衬砌结构拉应力及剪应力较小的部位当施工上需要先衬砌顶拱时对于拱座反缝缝面应进行妥善处理第条钢筋混凝土衬砌和钢板衬护的连接应有一定搭接长度按水头大小决定最少不小于并在钢板衬护上设置阻水环或其它防渗措施对内水压力较高的有压隧洞应研究在钢筋混凝土衬砌末端设
31、置阻水帷幕和排水设施的必要性第七章不衬砌与喷锚隧洞第一节不衬砌隧洞第条位于完整坚硬渗透性小的岩体中的隧洞当洞内水流不致冲刷破坏岩石并内水外渗不致影响相邻建筑物围岩和山坡的稳定时通过技术经济分析可不作衬砌对导流隧洞应优先研究不衬砌的可能性第条不衬砌隧洞的进出口和有特殊要求的洞段应采用适当的加固措施第条对不衬砌隧洞的开挖如采用钻爆法施工时必须采用光面爆破的方法对光面爆破的质量要求为一径向超挖值和开挖岩面的起伏差均应小于二炮孔痕迹应在开挖轮廓面上均匀分布炮孔痕迹保存率不应少于炮孔痕迹保存率是残留有孔痕的炮孔个数与周边炮孔总数之比的百分数三围岩中不得有明显可见的爆震裂隙四不应有欠挖第条不衬砌隧洞的底部
32、应用混凝土抹平第条不衬砌的发电引水隧洞应设置集石坑其位置容积深度和数目可根据洞段的长度地质条件水力条件等以及清理方便与否研究决定第条对不衬砌隧洞首先应从地质条件分析围岩的稳定性重要洞段宜采用有限单元法并以工程类比法分析判断第二节喷锚衬砌和组合式衬砌第条位于较完整坚硬但抗风化能力及抗渗性能较差的岩体中且内水外渗不致恶化的围岩造成不良后果的隧洞洞段通过技术经济分析可采用喷锚衬砌水工隧洞设计规范试行第条对于喷锚衬砌可根据围岩条件隧洞工作特点喷锚衬砌的作用和要求选用下列类型一喷混凝土衬砌二喷混凝土与锚杆组合式衬砌三喷混凝土锚杆与钢筋网组合式衬砌四喷锚与混凝土或钢筋混凝土组合式衬砌第条喷锚衬砌的允许流速
33、一般不宜大于对于导流隧洞经论证可以适当提高喷层与围岩的粘结强度在类及类以上围岩中不宜小于第条对于均匀各向同性围岩中承受内外水压力作用的圆形隧洞喷混凝土层中的应力可按附录八估算处于复杂地质条件下的非圆形隧洞可按有限单元法估算第条喷混凝土衬砌厚度一般不应小于最大不宜超过第条喷混凝土的力学指标应符合下列要求一抗压强度不宜低于二抗拉强度不宜低于三抗渗标号不宜低于第条对于稳定性较差的围岩宜采用喷混凝土与锚杆组合式衬砌加固遇有局部不稳定岩块可采用悬吊式的砂浆锚杆加固锚杆应垂直岩面布置锚入稳定围岩的长度一般为倍锚杆直径锚杆直径可根据附录八估算决定但不宜小于对于整体稳定性较差的围岩宜采用系统锚杆系统锚杆和喷混
34、凝土的设计可参照附录八进行锚杆直径不宜小于长度一般为并应遵守下列规定一应尽量垂直于主结构面布置当主结构面不明显时可与洞周边轮廓线垂直二在围岩表面上的位置宜呈梅花形排列三锚杆间距一般不宜大于其长度的二分之一对不良围岩应不大于第条对于构造裂隙发育的围岩宜采用喷混凝土锚杆与钢筋网组合式衬砌对钢筋网的布置应符合下列规定一钢筋网纵向钢筋直径一般为环向钢筋直径一般为二网格间距为三钢筋网的喷混凝土保护层厚度不应小于四钢筋网与锚杆的连接宜用焊接法固定五钢筋网的交叉点应绑扎牢固建议隔点相焊隔点相绑第条喷锚衬砌隧洞其开挖方法及质量要求同第条喷混凝土后洞壁相邻表面的起伏差应控制在以内第条在不良围岩中的洞段可采用喷锚
35、与混凝土或钢筋混凝土组合式衬砌对组合式衬砌的设计应遵守下列原则一喷锚衬砌可按附录八估算并结合工程类比决定设计参数二喷锚衬砌如与临时支护结合时宜紧跟开挖面进行并应进行施工期的安全监测必要时根据监测结果修改设计参数三内衬混凝土或钢筋混凝土衬砌设计按第六章规定进行计算中可不计或少计围岩松动压力水工隧洞设计规范试行第条应认真做好喷混凝土与底拱混凝土衬砌的接缝处理第条喷锚隧洞的进出口部位闸室前后应采用混凝土或钢筋混凝土衬砌其长度根据具体条件决定一般不应小于倍洞径或洞宽第八章灌浆防渗和排水第一节灌浆第条混凝土钢筋混凝土衬砌的顶部必须进行回填灌浆第条回填灌浆的范围孔距排距灌浆压力及浆液浓度等应根据衬砌结构的
36、型式隧洞的工作条件及施工方法等分析决定回填灌浆的范围一般在顶拱中心角以内孔距和排距一般为灌浆压力一般为灌浆孔应深入围岩以上第条回填灌浆形成的水泥结石应满足设计要求第条对于是否需要进行围岩的固结灌浆应通过技术经济比较决定固结灌浆的参数可通过工程类比或现场试验决定一般排距为每排不宜少于孔作对称布置深入围岩的孔深约为倍隧洞半径灌浆压力为倍的内水压力第条灌浆材料应根据围岩工程地质水文地质和隧洞的工作条件等选定当地下水具有侵蚀性时应采用抗侵蚀作用的水泥第二节防渗和排水第条隧洞的防渗和排水设计应根据隧洞沿线围岩的工程地质水文地质设计条件针对具体情况综合分析选用堵如衬砌灌浆截如设置防渗帷幕排如排水孔和排水廊
37、道等措施以改善衬砌结构和围岩的工作条件第条在无压隧洞中可设置排水孔排水孔的间距排距孔深等根据水文地质条件分析决定一般间距排距各为孔深约深入岩层第条对于外水压力控制衬砌设计的有压隧洞宜研究设置排水措施以减低外水压力强度但应注意避免内水外渗第条对于不衬砌和喷锚衬砌隧洞在有压隧洞的出口部位类围岩的洞段洞顶以上围岩覆盖厚度小于倍内水压力水头处傍山岸边一侧围岩厚度小于倍内水压力水头处应采取必要的防渗措施并应注意围岩及山坡的失稳问题第九章观测运行和维修第一节观测第条要重视观测设计与施工及时进行观测和资料整理观测设计说明书应交运行单位立卷归档并持续进行观测和资料整理第条凡符合下列情况之一的水工隧洞在有代表性
38、的洞段应设置原型观测一级水工隧洞二特大直径特大压力或特大流速流速达的水工隧洞三通过不良地质的洞段水工隧洞设计规范试行四采用新技术的洞段第条隧洞的观测项目有洞内观测和洞外观测两类一洞内观测主要是观测洞内流态和建筑物及围岩的工作状态包括水力学和结构力学的观测如流量流速水面线沿程和局部水头损失掺气量围岩变形情况围岩压力外水压力温度变化衬砌结构的应力和应变等二洞外观测主要是观测洞外的工作状态包括进出口建筑物地表及山坡的变化情况如沉陷位移震动地下水位的变化及渗漏情况等第条观测仪器的布置应结合水力学条件工程地质特征及设计的目的等选定埋设的部位应便于检修并尽量减少施工安装的困难观测仪器和电缆的埋设应采取必要
39、的保护措施避免遭受损坏影响观测效果第二节运行和维修第条为了充分发挥工程效益和保证工程安全设计单位应根据工程运用要求结合自然条件建筑物设计条件和试验研究资料等提出水工隧洞的运行要求如运行水位泄放流量和闸门控制设备的启闭方式等第条拟定运行要求时应为检修创造条件使隧洞能够定期放空便于检修第条设计应考虑工程管理和维修条件如根据需要设置进人孔利用部分施工支洞作交通洞设置爬梯检修起重挂钩洞内里程标志以及相应于洞内重要洞段的洞外标志等水工隧洞设计规范试行附录一围岩分类表围岩类别围岩主要工程地质特征类别名称岩体特性结构面及其组合状态地下水状态稳定整体结构或大块状结构的坚硬岩体新鲜或微风化受地质构造影响轻微节理
40、裂隙不发育间距大于米延伸短多闭合无或偶有单薄软弱结构面宽度小于无夹泥充填层状岩为巨厚层厚层层间结合良好结构面起伏粗糙咬合无充填结构面无不稳定组合层状岩与洞轴线正交洞壁干燥或潮湿或有微弱渗水不影响围岩自身稳定无塌落掉高地应力地基本稳定块状结构的坚硬岩体新鲜或微风化受地质构造影响一般节理裂隙较发育但连续性不强间距裂隙微张或局部张开稍有夹泥充填有少量小型断层等软弱带宽度小于结构面粗糙少有充填结构面组合基本稳定或局部有人字形或梯形不稳定组合地下水活动微弱沿裂隙渗水滴水除软弱带外一般不影响围岩稳定有超挖掉较长时间中厚层状的中硬岩受地质构造影响轻微裂隙不发育间距大于多闭合层间结合基本良好无软弱夹层同上层状
41、岩或软弱结构面与洞轴线夹角大于稳定性差碎裂结构或镶嵌结构坚硬岩体呈微风化或弱风化受地质构造影响严重节理裂隙发育间距为多张开或局部张开有夹泥充填连续性差软弱结构面多结构面多平直光滑有泥充填有方形梯形尖拱形不稳定组合块状结构或层状结构的中硬岩呈微风化或弱风化受地质构造影响一般裂隙较发育间距多微张或局部张开有少量夹泥充填中厚层或软硬互层有少量软弱夹层层间结合差同上层状岩与软弱结构面与洞轴线夹角一般大于层状结构软岩多属微风化受地质构造影响轻微裂隙不发育多闭合局部微张有泥模厚层或中厚层偶夹薄层其层间结合一般地下水活动显著有大量滴水线状流水或喷水对软弱岩体稳定影响严重毛洞稳定以洞顶局部能力有时有稳定软岩具
42、流自稳能力差不稳定碎裂状结构或层状碎裂结构的破碎硬岩体或中硬岩体呈弱强风化受地质构造影响严重节理裂隙发育间距宽张或局部有开缝有夹泥充填连续性较好软弱结构面多断层等软弱带宽薄层状结构或层状碎裂结构的软岩弱风化受地质构造影响一般裂隙较发育间距多张开有泥中厚层或薄层有软弱夹层层面结合差结构面多平直光滑或起伏平滑夹泥较厚带有尖拱形槽形圆拱形不稳定体层状岩或软弱结构面与洞轴线夹角小于或平行地下水活动强烈并有一定渗透压力有小量涌水严重影响岩体强度和抗冲刷能力毛洞稳定常发生顶拱明显围岩极不稳定散体结构石质围岩呈强全风化受地质构造影响很严重节理裂隙密集有较厚泥质充填多为含泥碎裂结构状态挤压强烈的大断层宽度大于
43、裂隙杂乱密集非粘性的松散土层砂卵砾石碎石等结构面及其组合杂乱并多有粘土充填地下水活动剧烈渗透压力较大岩体无抗冲刷能力毛洞稳定态是边顶拱为参考附录水工隧洞设计规范试行附录二高流速防蚀设计问题一空蚀可能性的判别空蚀的产生与水流内绝对压力降低至与水的汽化压力接近的程度有关一般引用一个无量纲参数空化数作为衡量水流发生空蚀可能性大小的指标水流空化数值按下式计算式中计算断面处的压力水柱计算断面处的大气压压力水柱相应水温下水的气化压力水柱计算断面的断面平均流速水头不同水温时水的汽化压力水柱按附表采用附表水温与水的汽化压力水柱关系表水温当水流流经的边壁几何形状或称体形一定时就有一个空化的临界初始发生点这时的水
44、流空化数叫做初生空化数初生空化数是衡量某种体形空化特性的重要指标一个体形的初生空化数应通过在减压箱或高速循环水洞中进行的模型试验来测定如果在实际工程运用中可能出现的最小水流空化数大于这一体形的初生空化数说明不会发生空蚀但若小于初生空化数就有发生空蚀的可能设计时应做到使应使隧洞各个部分的体形具有尽可能小的初生空化数并宜适当考虑缩尺效应的影响二水流边壁表面局部不平整度的控制这里不平整是指水流边壁表面的孤立突体或凹陷例如混凝土施工时留下来的接缝错台模板印痕钢筋头混凝土残渣或局部混凝土脱皮和剥落时留下的坑穴局部放线不准或模板走样造成的凹凸面以及其它突体跌坎等高速水流经过这些不平整体时将出现局部绕流和分
45、离致使压力降低而可能造成空蚀因此在施工时必须严格控制表面不平整度并进行适当的处理具体的控制标准建议如下在平直段突起或跌落的最大允许高度应视流速大小而定如附表所示附表流速与不平整体最大允许高度关系表流速不平整体最大允许高度在允许高度范围内的所有不平整体应一律进行缓坡处理按附表要求的坡度磨平但在反弧及其它具有潜在危险性的洞段当流速大于时除对不平整体进行磨平外还应同时采用其它防蚀措施确定不平整度的控制标准时应充分考虑其它方面的条件如体形结构材料和可能连续工作历时等防止按条条生搬硬套三掺气减蚀当隧洞中通过的流速大于时沿水流边壁加设掺气设施以向水流中掺气而达到水工隧洞设计规范试行减蚀目的工程实践证明加设
46、掺气设施是有效经济可靠的方法为此在选择掺气设施布置时应满足下列要求附表不平整体的磨平规格表水流空化数垂直水流的磨平坡度平行水流的磨平坡度能提供足够的空气以达到必需的掺气浓度在它能覆盖的保护范围内一般最小应不低于和良好的气泡分布状态对水流流态无明显的不利影响附近的水层底面或空腔内不出现破坏性负压设施本身有足够的强度和工作可靠性目前常用的掺气设施有三种布置型式即槽式挑坎式和跌坎式又称突扩式这些布置型式都在设施后的水层底部形成一定长度的空腔利用空腔中的低压通过连接的通气孔将外界空气自动吸入并与水流掺混后随之下移详见掺气设施布置型式图附图掺气设施布置型式图在明流泄水隧洞中如无特殊需要最好避免在侧墙上设
47、置通气槽挑坎或跌坎掺气设施应包括与外界连接送气的通气孔通气孔工作时孔内最大风速最好不超过一般掺气设施能覆盖的保护范围的长度大约为必要时可在沿程设置多道掺气设施掺气设施应放在预计容易发生空蚀的地方如流速高壁面压力变化无常和水流空化数低的部位有关掺气设施的具体型式尺寸和安放位置可参照大比例尺局部模型试验结果加以确定模型流速应达四抗蚀耐磨材料抗空蚀和耐磨损对材料的共同要求是材料应具有应变能力高表面光滑吸能性好抗冲击能力大抗拉强度高抗疲劳的耐久性长以及抗裂性强等但就耐磨损而言硬度高就非常重要兹将在工程中已采用过的主要抗蚀耐磨材料介绍于下一高标号混凝土在一般情况下混凝土的抗蚀能力随其标号的提高而增加但大
48、于号时其抗蚀能力的提高已趋于平缓因此在通过的流速小于的水工隧洞以采用号的混凝土为宜当有专门防蚀要求时应考虑选用大于号的高标号混凝土试验表明采用高标号水泥提高混凝土中水泥结石的强度和采用高强优质砂能改善混凝土的抗空蚀性能采用碎石较卵石好粗骨料粒径一般不宜大于水灰比最好不大于混凝土的塌落高度不超过二钢丝纤维混凝土钢丝纤维混凝土是在普通混凝土拌和时加入一定数量的短钢丝而成工艺程序与普通混凝土相同由于掺入了钢丝纤维大大改善并提高了混凝土的韧性和抗冲击性能其抗蚀耐磨能力有时可超过同标号普通混凝土的一倍以上一般采用的高强钢丝直径约长几十每立方米混凝土的钢丝纤维用量约为三浸渍混凝土水工隧洞设计规范试行这是以
49、普通混凝土或钢丝纤维混凝土表面注入单分子化合物后聚后而成浸渍后的混凝土改变了原混凝土的性质大大提高了它的抗蚀耐磨和抗冲击能力但由于浸渍聚合工艺过程较为复杂将给施工增加一定困难四环氧砂浆环氧砂浆是由环氧树脂和砂子按一定要求拌和而成它具有较高的强度指标均质性好表面粗糙度小等特点韧性和抗冲击性能亦高该种材料与上述材料相比环氧砂浆的抗蚀耐磨性能最好主要缺点是造价高有毒性而且与混凝土面的连接工艺比较复杂因此这种材料目前还没有得到广泛的使用五辉绿岩铸石板它是以辉绿岩为原材料在工厂拓模加工制造的目前常用的大部分是几十见方的板块以粘结剂粘结铺砌在混凝土结构的表面上它具有较高的硬度指标是一种较好的耐磨材料但必须注意保证粘结牢靠接缝平整否则就不能发挥其应有的作用六钢板钢板具有成型容易修补方便的优点其抗蚀能力较普通混凝土强但钢板的耐磨性能较差因此在体形变化复杂估计容易引起空蚀的地方均可采用钢板镶护必要时可使用不锈钢因它具有更高的抗蚀能力典型的钢板破坏形态有两种一种是磨损穿孔另一种是开裂撕卷二者又互有联系因此使用时必须确保焊缝质量与混凝土连接的质量以及钢板起始终止处与混凝土面的拼接质量七其它材料如硬木花岗岩等材料在工程
