1、水工隧洞设计规范(试行) SD13484 修订说明 前 言 水利电力部规划设计院(79)水电规水字第7号文下达水利电力部成都勘测设计院主持进行水工隧洞设计规范的修订工作。根据国家建委(80)建发设字第8号文颁发的工程建设标准规范的管理办法中的有关规定，并参照1974年水利电力部东北勘测设计院等单位编写的“对1966年部颁水工隧洞设计暂行规范的审议意见”，通过反复的研究和与有关单位协商，组成了由水利电力部成都勘测设计院、西北勘测设计院、天津勘测设计院、东北勘测设计院、贵阳勘测设计院、陕西省水电勘测设计院、水利水电科学研究院、清华大学水利系及陕西机械学院水利系等单位参加的修订组，并于1980年12
2、月召开了第一次修订工作协调会议。会议中对修订规范的一些问题进行了详细的讨论。一致认为六十年代以来，由于大型水电站和地下工程的建设，岩石力学的发展和电子计算机的普及，水工隧洞设计理论及计算方法都得到较大的改进和提高，积累了不少的宝贵经验，故对原来颁发的规范加以修订和补充是十分必要的。但讨论中也认识到目前水工隧洞的设计理论和计算方法还不够完善，有些问题尚有待在实践的过程中，不断总结归纳，逐步地完善。因此，明确这次编修工作的原则就是在已有经验的基础上对行之有效的成功经验加以总结提高，凡尚不够成熟的理论和方法，暂不纳入规范。 根据以上意见，决定这次修订工作，以1966年水利电力部(66)水电技字第39
3、号文颁发的水工隧洞设计暂行规范为依据(以下简称“66部颁暂行规范”)，在总结运用该规范的基础上进行修订。 1981年全面开展了调查研究和资料收集工作。对于规范的修订原则、围岩分类、工程布置，水力学计算、混凝土及钢筋混凝土衬砌和喷锚衬砌等进行了调研，对于“66部颁暂行规范”使用情况也进行了调查，走访了西南、中南、华东等地区，并对全国各省市有关单位进行了函调，了解了大多数设计单位的意见和国内外的一些情况，于12月召开了第二次修订工作协调会议。在会上各单位交流了情况，并对收集到的资料进行了讨论。对一些重要的问题统一了认识，明确了以下几点： (1)水工隧洞的布置很重要，实践证明，布置上的缺陷是不易弥补
4、的，在修订规范时应强调布置这一设计环节。 (2)混凝土和钢筋混凝土衬砌，是我国常用的衬砌型式，大量已建混凝土和钢筋混凝土衬砌的水工隧洞，多运行正常，在修订的规范中，仍应列为重要内容。 (3)喷锚及不衬砌隧洞，施工简单，节省投资，工期较短，并能充分发挥围岩的承载能力。尽管对它的工作机理和设计方法，还有不同的认识，但大量的工程实践和实验研究成果证明，它是一种行之有效的衬砌型式，在规范中应予推荐。 (4)以围岩分类的型式，按照各类围岩的特征，分别提供设计所需的地质资料及其参数，是选择衬砌型式及其设计理论是一种好方法，规范中应列入。 (5)水力学问题，外水压力计算问题，地应力问题等都很重要，应做工作。
5、 (6)电子计算机在我国已普遍使用，建议把有关电算程序列入规范附录。 1982年4月召开了专题讨论会。对各单位提出的专题报告30余份进行了重点讨论。对一些重大课题，取得了基本一致的意见，也提出了一些补充修改的建议，归纳如下： 1.围岩分类问题。一部分代表(多数是地质人员)提出：由于隧洞围岩变化的复杂性，故在分类中，只能提出定性原则，对设计指出一些方向性的意见。另一部分代表(设计人员的大多数和少数地质人员)提出：围岩分类的目的，在于解决隧洞设计中的具体问题，不但需要有定性的意见，而且更需要有定量的指标，使设计工作有所遵循。在规范中应列入一个既有定性的原则，又有定量指标的围岩分类方案。但规定应灵活
6、些，指标参数适用范围可大一些，不要规定的太死。 2.外水压力问题。专题报告提出原来所提外水压力的概念不够确切，因为衬砌是透水的(除钢板衬砌外)，应称为水荷载。由于内外水的渗透，形成为场力，根据渗透场，求渗透压力，然后计算隧洞衬砌的应力。这一理论和计算方法，比以前有所进展，但受地质条件的限制，有些问题尚有待进一步加深认识，计算方法也过于复杂，建议研究补充。 3.混凝土、钢筋混凝土衬砌抗裂、限裂和开裂设计问题。从我国实践经验和实验资料证明，不管用哪种办法进行设计，都不能控制裂缝的产生和发展，设计理论和实际情况出入很大，裂缝产生的原因非常复杂，建议采取工程措施，以防裂缝的产生和发展，其计算方法，仅说
7、明相对安全度问题，建议在规范中明确。 1982年12月召开了第三次修订工作会议，对主编单位提出的“规范讨论稿”进行了讨论。1983年元月，主编单位又组织本院有关专业人员，对讨论稿进行了审议。两次会议都认为讨论稿的正文，附录及修订说明，概括了协作单位的意见，基本上反映了我国当前的实际情况，同意在此基础上，修改补充，形成(初稿)，再组织一次广泛的审议。 1983年6月召开了规范(初稿)讨论会，到会的代表有：设计、施工、管理、科研、大专院校、人民解放军、铁道、煤炭及城建部门等54个单位，共86人。与会代表本着实事求是，认真负责的精神，对规范(初稿)进行了讨论。代表们一致认为：规范的修订原则和指导思想
8、是正确的，规范应在总结归纳实践经验基础上修订，对已经行之有效的经验，应积极推广使用，对一时还缺乏实践经验，尚不够成熟的技术措施和方法，暂不宜纳入规范，是符合国家关于编制规范要求精神的；规范(初稿)是在调查研究，多次会议讨论，广泛征求意见，计算分析和编译资料，编写专题报告的基础上写成的，基本上体现了我国当前实际和水平。代表们建议对围岩分类、外水荷载及喷锚衬砌等方面进行必要的补充和修改；同意以此(初稿)为基础，修改后作为规范(送审稿)即第三稿上报。 1984年7月，水电部规划设计院召集有经验的专家和学者20余人，对送审稿进行了审查和修改，最后由潘家铮总工程师审定，上报水利电力部批准颁发执行。 本规
9、范正文共九章、119条，并有十个附录。 本说明是按规范正文的章、节顺序编写，但由于正文中有些条文内容比较简明，不必赘述，故说明中条文顺序不尽衔接。 在规范的修订过程中，得到了许多单位及专家们的大力支持和协助，提供了许多宝贵的资料、意见和具体的建议，特致以谢意。 水工隧洞设计规范修订组 1984年12月 第一章 总则 第1.0.1条 本条规定与“66部颁暂行规范”第1条相同。 鉴于地下厂房、地下硐库的交通洞、出线洞及通风洞等，其型状和特点，与水工隧洞近似，可参照本规范进行设计。 第1.0.2条 在进行水工隧洞设计时，应根据不同的级别、自然条件及技术条件等区别对待。大中型工程需要考虑的问题多，问题
10、比较复杂，经验教训也比较多，所以本条规定，规范适用1、2、3级隧洞。对于4、5级，可简化设计，适当降低要求，本条中指出可以参照使用。本条规定与“66部颁暂行规范”第2条相同。 第1.0.4条 大中型建筑物，不但投资大，且建成后不易扩建和改建，交付运行后必须确保正常安全运行。因此，设计应做到：因地制宜、技术先进、确保质量。 第1.0.5条 30多年以来，我国已建成了大量的水工隧洞(据不完全统计，大中型泄洪隧洞将近40条，洞径5m以上或洞长1000m以上的引水隧洞80余条)，在实践中得到了很多宝贵经验(如工程布置、设计理论及计算方法、山岩压力的概念、限裂设计及喷锚衬砌等)，应当不断总结提高，推广使
11、用。对于国外技术，经分析研究，凡符合我国情况，应积极的引用，改进和提高我国水平。 第1.0.6条 我国幅员广大，各地自然条件千差万别，水工隧洞又是建于岩体中的过水建筑物，工作条件复杂，有些问题尚待进一步实践认识，规范中不可能把所有的问题都解决。如高地应力地区、高地温地区、海拔高程在3000m以上的地区、特大直径(有压隧洞直径大于12m，无压隧洞尺寸大于16m18m)、内水压力水头大于80m及长度大于10km的隧洞等问题，我国缺乏实践经验。故本条提出遇有本规范中未能考虑到的问题(即上列问题)，应进行试验研究，由设计单位提出补充意见，报审批单位批准。 第二章 基本资料 第2.0.1条 本条规定与“
12、66部颁暂行规范”第7条基本相同。 第2.0.2条 1、2级水工隧洞，工程规模较大，投资多，在国民经济中的重要性也高，设计依据必须切实可靠，故应根据各设计阶段要求的地质资料，在现场或试验室做岩体的力学指标、渗透性、围岩应力、应变量测等试验研究，落实设计数据，以便保证设计质量。 本条规定与“66部颁暂行规范”第8条基本相同。 第2.0.3条 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，是从长期实践的经验教训中得来的，设计中必须予以重视。对不同的设计阶段，可根据其要求，由粗到细，逐步达到条文中所规定的要求。 第2.0.4条 在开挖施工期间，尤其在地质情况较复杂的洞段，应加强观测，做好地
13、质预报工作，对设计和施工都非常需要。随着施工进展，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。 第2.0.5条 工程地质资料，是分析围岩稳定，确定洞线、选择洞身型式及尺寸、衬砌型式及计算方法、施工方法及运行安全等的基本资料，大中型工程都由专业勘探队伍提供。但由于天然地质条件复杂，人们的经历认识各不相同，则对工程地质条件，所定资料和数据，尽管在同一情况下，也会有很大的差别。资料、数据不统一，则对设计、工程造价影响很大。长期以来，特别是在这次规范编修调查工作中，广大设计人员都提出希望有一个统一的标准。目前国内外，大都根据围岩特征，把围
14、岩分成类别，根据围岩分类，评价围岩的稳定性，确定设计所需资料和数据。近几年在我们水利水电工程建设中，也运用了这一方法。故在本规范编修中对围岩分类也进行了研究，提出了一个分类方案，列入附录一，建议参考使用。 第三章 隧洞布置 第一节 洞线选择 第3.1.1条 我国已建隧洞工程，由于布置上的不合理和施工方法上的欠妥，而发生的问题较多，据不完全统计，在117条隧洞中，由于水力学、地质、地下水、施工方法等而发生问题的有39条隧洞。其造成的原因：一是基本资料，特别是地质资料掌握不足，造成洞线选择失误；二是忽视水力因素，造成不良的水力条件；三是由于工程规划不周，造成增建隧洞，迁就工程现实，甚至设计片面强调
15、某一方面的因素，忽视全局，给工程带来隐患。由于工程布置不合理，给工程带来了不同程度的浪费和危害。实践证明，布置上的缺陷是不易弥补的，故本条规定要求重视隧洞洞线布置这一设计环节，充分掌握基本资料，特别是地质资料，通过合理分析，综合考虑。 第3.1.3条 1.对于洞轴线的选择，过去多考虑使洞线避开深切的冲沟或地质岩体的构造断裂面。因此，在洞线选择中应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的角度(一般大于30)的原则。 2.层状岩体是典型的各向异性介质。在层状岩层中布置隧洞，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，最理想的夹角为90。但在工程实践中，理
16、想的条件是很少能够碰到的，故在这次编修工作中，以碧口水电站为例，对这一问题进行了分析研究。碧口水电站在陡倾角较疏松的薄层千枚岩中开挖了四条隧洞，三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025时，洞壁发生严重外鼓和倾倒；夹角2545时，发生轻微外鼓和倾倒，夹角大于45时，围岩基本稳定。故本条中提出，在层状岩体中布置隧洞，其夹角应大于45。 3.近年来发现有很多工程的破坏，并非围岩构造形成，而是由于岩体的地应力所致。例如：浙江，长广煤矿8#井主巷道轴线方向垂直于主要的地质构造线，按以往概念，这种布置应该说是合理的，但
17、由于该岩体的水平地应力较大，且方向与地质构造线方向近似平行，所以在巷道中出现强烈的挤压变形，致使巷道断面缩小，影响正常生产。甘肃某矿西风井1300，1250及1200三个中段的巷道，通过大致相同的岩体，它们距地表的距离分别是400m，450m及500m左右。1300和1250的巷道采用马蹄型断面，用混凝土预制块衬砌，巷道的轴线方向为北西30左右，从而受到北东向的水平主应力影响很大，导致巷道严重变形破坏。而在该巷道下部的1200巷道，断面形状和衬砌方式与上面相同，因埋藏深度比上面巷道大，按理说稳定性会更差，但由于考虑了北东方向地应力的影响，把巷道轴线由北西30改为北东23，与水平地应力方向近于一
18、致，从而围岩稳定性大大改善。 二滩水电站地区，2#、4#探洞空间测点的地应力实测统计，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3-1-3中： 表3-1-3 NE30方向地应力参数表 测点 X(kg/cm2) Y(kg/cm2)Z(kg/cm2)X/Z Y/Z X/Y 2-6-1 2-6-2 2-6-3 2-6-4 4-6-1 4-6-2 232 94 99 212 239 328 64 54 63 93 139 179 80 96 156 151 109 157 2.9 0.98 0.63 1.40
19、 2.19 2.09 0.8 0.56 0.40 0.62 1.28 1.12 3.63 1.74 1.57 2.28 1.71 1.86 从表3-1-3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，边墙上将受到最大的侧压力，两者相比，后者边墙上单位面积所受的侧压力为前者的1.573.63倍，显然洞轴线选在越接近X轴向，边墙所受侧压力越小。 4.中国科学院湖北岩土所，调查了87处矿山巷道的变形破坏情况，属于侧压力破坏的占56%，属于顶部受压破坏的只占11%。这些巷道的轴向，实测与最大主应力方向的夹角，绝大多数都大于60，或
20、接近于垂直。这也说明洞轴线平行，或接近平行最大主应力方向较好。 由以上工程实例分析，隧洞轴线的布置，从地质岩体角度考虑，仅仅遵守洞轴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够全面的，所以除了考虑与地质构造线的关系外，还应注意与地应力场中最大水平主应力方向的关系。 目前我们对地应力的认识还很不够，但这一问题已经开始引起人们的注意。在二滩水电站的勘测设计工作中，已进行了地应力的试验研究，并取得了一些实测的资料，有了一个可喜的开端。关于地应力的试验研究工作今后将会有更大的进展。 第3.1.4条 隧洞埋藏深度，即洞顶岩体覆盖厚度和旁山隧洞岸边一侧的岩体厚度，可统称为隧洞围岩的厚度。隧洞围岩
21、厚度涉及围岩稳定及围岩的抗力问题。由于地质条件错综复杂，受力条件大小不一，隧洞的形状、尺寸及施工方法亦不尽相同，试图对围岩的最小厚度作统一的规定是困难的。一般深埋隧洞较浅埋隧洞的稳定条件好，已建隧洞洞身一般埋藏都很深，只是在隧洞的进、出口和个别山凹处常出现围岩厚度较薄的现象。对于进、出口处的围岩厚度，有人考虑大致有25倍坍落拱高度(按普氏理论)即可；也有人认为，只要采取一些施工措施，围岩厚度不小于1.02.0倍开挖洞径就可以了；甚至有些工程把无限弹性介质内厚壁圆筒的计算条件3倍的开挖洞径也作为依据。因此，往往迫使洞口内移，位于山凹处改线，以保证围岩厚度，增加了工程量，延长了工期。近几年来，在这
22、个问题上有很大的突破，据调查20个工程的23个进、出口，其最小厚度不足1.0倍洞径(见表3-1-4)。碧口水电站右岸泄洪洞出口最小洞顶围岩厚度仅为洞宽的1/10，这样做的关键是采取了合理的施工程序和工程措施，其结果减少了明挖，争取了工期。因此，笼统规定进、出口围岩最小厚度是不恰当的。故本条不做具体规定，强调综合分析确定。 表3-1-4 部分电站(进出口洞顶围岩覆盖厚度)/(开挖洞跨)工程实例表 洞顶围岩厚度 洞顶围岩厚度 序号 工程名称 开挖洞跨序号工程名称 开挖洞跨1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 碧口右岸泄洪洞出口 碧口左岸泄洪洞出口 石头河泄洪洞出口 乌江渡左泄洪洞出口 乌江渡右
23、泄洪洞出口 乌江渡放空洞进口 毛家村泄洪洞进口 绿水河泄洪洞进出口 陆浑泄洪洞进出口 新丰江泄洪洞出口 0.1 0.6 0.5 0.5 0.5 0.9 0.2 0.6 0.80.50.7 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 松涛泄洪洞进口 花凉亭泄洪洞进出口 响洪甸泄洪洞进口 丰满1#泄洪洞出口 丰满2#泄洪洞出口 映秀湾引水洞进口 潭岭引水洞进口 古田二级引水洞进口 湖南镇引水洞进口 太平哨引水洞进口 0.3 0.50.70.8 0.6 0.7 0.9 0.8 0.3 0.7 0.9 对有压隧洞，由于有内水压力的作用，其埋设深度应较大一些。粗略的估计，多以上抬理论计算
24、。本条规定仍然沿用了上抬理论规定的最小覆盖厚度，与“66部颁暂行规范”第39条中的有关规定基本相同。由于这一问题比较复杂，建议结合具体地质情况分析确定。 第3.1.5条 确定相邻两隧洞间岩体的最小厚度是个复杂的问题，目前还没有成熟的分析方法，还没有绝对标准，只能根据地质条件、布置需要、围岩受力状况、隧洞型式及尺寸、施工方法及措施，以及运行条件等因素并参照已建工程的实践经验，分析研究决定。据统计已建工程岩体厚度大都在一倍开挖洞径以上，故本条规定“岩体的最小厚度不应小于一倍的开挖洞径”。兹将国内部分工程所留岩体厚度，列于表3-1-5供参考。 从弹性理论出发，为了使两洞围岩二次应力区不重叠，一般要求
25、两洞中心间距不小于3D(D为隧洞开挖直径)。有条件时应尽量采用较大的岩体厚度。 第3.1.6条 在选择水工隧洞线路布置时，不允许洞线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道交叉时，不允许影响水工隧洞的围岩稳定，或造成铁路隧道内发生渗漏水等现象；又如施工导流隧洞的布置，在导流时不许倒灌建筑物基坑、冲刷围堰等现象发生。另外在导流隧洞开挖爆破时，不许削弱其附近建筑物的地基，要求建筑物与隧洞间应留有足够的厚度。具体厚度，建议采用有限元方法计算分析决定。 第3.1.8条 水工隧洞的线路，原则上应尽量布置为直线，但遇有下列情况者
26、可以例外： 表3-1-5 两洞间所留岩体厚度表 工程名称 岩石 衬砌型式内径(m)开挖直径(m)中心间距(m)岩壁厚度(m) 岩壁厚度开挖直径1.碧口引水洞支管段 2.碧口高压管道 3.柘溪引水洞 4.云峰引水洞 5.刘家峡引水洞 6.官厅支洞 7.白莲河支洞 8.可可托海高压管道支管 千枚岩 千枚岩 石英枚岩玢 岩 石英片岩石灰岩角砾 岩 花岗岩 花岗石 钢筋混凝土钢板 钢筋混凝土钢筋混凝土钢筋混凝土钢筋混凝土钢筋混凝土钢板 6.06.06.586 7.03.43.41.48.4 7.6 8.6 10.09.0 5.8 5.8 2.4 18 18 18 54 23 10.512 5.8 9.
27、6 10.4 9.4 44 14 4.7 6.2 3.4 1.14 1.37 1.00 4.40 1.56 0.81 1.07 1.42 (1)由于枢纽建筑物总体布置的需要； (2)为了增加施工掌子面，需要布置施工支洞或施工斜、竖井时； (3)为了要求隧洞线路，具有一定的埋设深度时； (4)为了避免在不利的工程地质条件下开挖隧洞。 若隧洞线路采用曲线布置时，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。在本规范的修订过程中，从水力学因素考虑，对一些资料进行了分析研究，了解到有压隧洞在低流速情况下，有的资料反映曲率半径等于5倍
28、洞径时，其损失系数最小。对于洞线转角，则反映转角越小，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，故建议低流速无压隧洞转弯仍然采用这一数据。低流速的有压隧洞可适当降低要求。 对于高流速无压隧洞设置平面弯道是极少的，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，洞内设置了弯道，弯道转角41，半径150m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56m；弯道末端直段40m(大于5D)，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
29、，应力求避免在平面上设置曲线段。 弯道对高流速有压隧洞影响较大，据碧口水电站左岸泄洪隧洞模型试验资料，转角5605，曲率半径80米，大于5倍洞径，在流速21m/s的情况下，弯道压力分布不均，两侧压差达4m，至弯道末端5倍洞径处，两侧压差尚有1.5m，10倍洞径处还有0.5m，孔口水流不对称，流速分布不均匀。因此，建议高流速有压隧洞弯道参数应通过模型试验选定。 本条规定，除了采用“66部颁暂行规范”中的一些规定外，又作了一些具体的补充。 第3.1.10条 在选择水工隧洞线路的纵坡时，务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
30、，它影响隧洞泄流能力、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，在平坡末端将会出现压力余幅不足。反坡不但增加水头损失，还会造成洞内淤沙积水，给维修增加了困难，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，应注意作好检修期的排水措施。 在施工方面，隧洞纵坡主要影响到施工运输和排水方式。一般缓坡隧洞便于施工运输，若考虑自流排水，其坡度又不能任意放缓。根据我国已建69条隧洞统计，有轨运输坡度一般都在35；无轨运输坡度一般都在315。根据其它有关资料，前者最大不宜超过10，后者最大不宜
31、超过20，坡度太陡会降低车辆运输效率，且无轨车辆排气量大，影响工人健康，影响施工进度。自流排水，主要适用于沿洞线自下而上的逆坡开挖，其排水量大者取5，排水量小者取3，一般均可畅流无阻。若在施工支洞下游面，即沿洞线自上而下的顺坡进行开挖，由于排水，出渣等都在逆坡上，常给施工增加了困难。 第3.1.11条 本条规定与“66部颁暂行规范”第16条中有关规定相同。 第3.1.12条 在长隧洞的施工中，为了便于施工，加快施工进度和均衡各段的工程量，必需设置一些施工支洞，根据我国当前施工水平，每个掌子面距支洞口的最大距离，大约在2000m左右，施工支洞的合理布置与主洞线路布置关系密切，故应进行技术经济比较
32、。在选择施工支洞时，还应结合考虑施工期，支洞对其附近建筑物的不利影响，及设置检修孔的布置问题。在以往的设计中，多忽视了这一问题，故在本规范中增加了这条内容。 第二节 进、出口布置 第3.2.1条 本条规定与“66部颁暂行规范”第20条中有关规定相同。 第3.2.23.2.3条 地形、地质条件的好坏，对进、出口布置的成败影响很大。建议在进、出口布置中，应考虑以下地形条件： (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，但一般不宜在冲沟或溪流的源头布设进口，因为这些地方除常有地面径流汇集外，也常为构造破碎的软弱地带； (3)进、出口段应
33、尽量垂直地形等高线，交角不宜小于30； (4)洞口选在悬崖陡壁下，要特别注意风化，卸荷作用致使岩体产生崩塌，以及危石处理的难易； (5)当在地形陡，坡度高的地区选择洞口时，一般应尽量不削坡或少削坡，必要时可作人工洞口先行进洞，以保证边坡的稳定。 对于进、出口位置的选择，应注意以下地质条件： (1)进、出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。顺倾向岩体洞口，若倾角在2075之间时，易产生沿软弱结构面滑动； (3)岩脉、断层、破碎带、岩体软弱及风化破碎厉害的地段一般不宜选作洞口； (4)进、
34、出口应避开不良的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。 第3.2.4条 水工隧洞的进水口种类繁多。按其用途可分为发电、灌溉、供水、泄洪、排沙、放空以及施工导流等。按其工作性质，可归纳为引水或泄水两类，而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。进口后或直接连接明流隧洞，或后接一段明渠再与隧洞衔接。有些径流式引水电站，如渔子溪一级和小江等，虽属淹没式进口，但按其取水方式，工作性质，以及其布置要求等与明式进水口基本相同，故这类进水口也可
35、归属于开敞式一类。 开敞式进水口的布置要求，除保证各种情况下的必要引用流量，以及拦污等一般要求外，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，以防有害泥沙进入隧洞。为了防止泥沙进入隧洞，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，通常在进口段都设置有冲沙闸、拦沙坎、沉沙池、冲沙道等水工建筑物。 为了减少进口损失，避免在进口前产生漩涡和回流，则要求布置上必须圆滑平顺。 我国已建这类进水口型式以西南地区较多，兹列于表3-2-2供参考： 表3-2-2 开敞式发电引水进水口工程实例表 序号 水电站名称装机容量(万kW) 引用流量(m
36、3/s) 进口坎上最低水头(m) 进口后的衔接型式 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 宝泉山 映秀湾 华 安 船场二级 南桠河二级南桠河三级渔子溪一级盐水沟 小 江 西洱河二级西洱河四级1.80 13.5 6.0 2.5 1.45 12.0 16.0 14.4 14.4 5.0 5.0 10.3 240.0 160.0 25.0 18.6 54.0 69.2 29.0 29.0 13.7 54.8 8.6 6.57.5 5.0 6.5 3.20 4.510.5 5.0 5.7 5.9 7.7 7.4 无压隧洞 无压隧洞 明渠后接隧洞 明渠后接隧洞 明渠后接隧洞 高低坎明渠后接隧洞
37、低压隧洞 低压隧洞 低压隧洞 低压隧洞 低压隧洞 2.深式长管进水口，一般工作闸门前压力洞段的长度大于34倍洞径或洞高，水力计算考虑其局部阻力和沿程阻力的影响。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，基本上都是三向收缩的进水口，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，并有一定的淹没水深。合理的淹没深度应在最低水位运行时进口不产生漏斗状漩涡，以免吸入空气、引起振动、减少流量、降低水轮机出力。 漩涡的形成，主要与进口地形，进水
38、口的几何线型、流速以及淹没深度有关。关于无漩涡临界深度Skp，以往多用gvSkp2=公式计算，由于该公式仅考虑流速因素，不够全面，近来人们建议采用下式计算： 21cvdskp=式中 v孔口流速； d闸门孔口高度； c系数，决定于流速和d/的大小，一般取c=0.550.73，对于对称进水口取小值，侧面进水取大值； g重力加速度； 门槽宽度。 在我国已建的几个大型引水式电站中，实际采用的c值如下：碧口死水位时为0.95，极限死水位为0.55；湖南镇为0.96；安砂0.78；太平哨0.78；云蜂0.74；柘溪0.62。红林水电站在实际运行中，当孔口以上水头达8.0m时，c=1.01，产生立轴漩涡；黄
39、坛口水电站当孔口以上运行水头为12.0m时，c=1.72，仍产生立轴漩涡。后两个电站主要是进水口布置使来流不顺所致。从统计资料分析：在38个水电站中，s/d1.0的电站为22个，占58%。在一般情况下，当孔口高度d5.0m，若s/d=1.0，则c值将大于0.60。也就是说，目前国内已建的大、中型水电站有半数以上取c值大于0.60(s为孔口以上最低运行水头)。 关于进水口的淹没深度，除与进水口布置有关外，还与引水隧洞的长短，洞身线路的布置型式，水头高低，电站容量大小及其在系统中的作用，低水位时电站运行调度状况，以及枢纽的综合效益等多种因素有关。一般说来，对于大型发电枢纽，或经常处于低水位运行的中
40、型电站枢纽，根据以往的设计和运行经验，进口最低淹没水深以不小于一倍孔口高度为宜。对于一些兼有灌溉、给水等综合效益的中、小电站枢纽，视具体运行条件可适当降低。 3.深式短管进水口，系指工作闸门前压力洞段的长度等于、小于3倍洞径或洞高，其后又接明流隧洞，这时水头损失主要考虑压力洞段的形状阻力，其沿程损失可忽略不计。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。 在设计短管进水口时，应能满足防空蚀、泄流能力大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型反应十分敏感，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，以致道成出口
41、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。故这类进水口对进口地形条件和孔口体型轮廓要求十分严格，如进口地形较复杂，应通过模型试验验证。 关于孔口体形，我国已积累了大量的科研和设计成果，一些工程已经长期考验，体形设计已臻成熟。兹将已建部分工程进口体形参数列于表3-2-3供参考： 根据设计经验，通常取椭圆长轴a等于检修闸门孔口高度，一般b=a/3；孔口收缩系数(检修门孔口断面/进口孔口断面)0.60.62；椭圆曲线末端斜率不陡于5.21。 第3.2.5条 本条规定系根据水力学试验及已建工程经验归纳编写的。 第3.2.6条 这里所指的通气问题与掺气减蚀不同，其目
42、的有两点：1)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；2)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。在有压隧洞当排气不足，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完全。故当通气考虑不周，不仅要破坏正常泄流，而且会在一切可能的通道内抽气，影响闸门启闭机室或其它交通廊道等的正常操作活动，同时会增加作用在结构上的意外荷载。所以在通气孔的设计中，常常根据最大需气量，孔内限制风速和闸门后紧靠闸门下游的最高位置上。有压隧洞中的通气孔断面积应大于洞内充水或排水孔口的过水断面积，
43、否则容易造成通气孔喷水或其它事故。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，且与入孔、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，应设网罩和拦污栅等防护设施，也可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。 表3-2-3 部分工程进口体形参数实例表 序号 工程名称 上唇曲线型式 曲线方程 xayb22221+=轴向顶压板坡度 全开泄量系数 备注 1 陆浑 椭圆 xy2222731+=水平0
44、 0.82 上唇末端有负压2 恒山 椭圆 xy222246 2181+=0.511约16 0.90 3 岳城 椭圆 xy2222751+=水平0 0.88 出口水流喷射4 刘家峡 椭圆 xy222210 41+=水平14 0.89 运行情况良好5 碧口 椭圆 xy222212 41+=水平14 0.89 运行情况良好6 石头河 椭圆 xy2222621+=水平145 0.89 进口有漩涡出口水流喷射 7 乌江渡右泄 椭圆 xy2222721+=.水平14 0.92 8 乌江渡左泄 椭圆 xy2222721+=.水平14 0.92 第三节 多用途隧洞 第3.3.1条 鉴于枢纽布置紧凑，减少枢纽的
45、单项工程，对降低造价，加快施工进度，有着显著的效益，本条规定与“66部颁暂行规范”第19条基本相同。 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，故一洞多用隧洞的布置，应根据工程具体条件，通过试验研究并进行技术经济比较确定。 第3.3.3条 泄洪与发电相结合的隧洞，其布置型式，一般中、小型工程在一定条件下(泄洪期短或不作为经常泄洪用，发电容量不大)采用的较多。我国在50年代及60年代前期采用的发电与泄洪相结合的隧洞，有西大洋、大伙房、南湾、岗南等。从已建工程情况及试验资料来看，若采取主洞泄洪，支洞发电，改善分岔段体型，泄洪洞出口适当收缩等措施，能够减少泄洪对发电的影响。但对大
46、型工程泄洪流量大，泄洪时间长，洞线较短，对发电要求严格的电站不宜采用这种布置型式。 第3.3.4条 在布置主、支洞时，应选择合适的分岔角。从水力学方面看，分岔角越小，则流态越好；岔管处水流分离区小，水头损失亦小。但从结构上看，过小的分岔角使岔尖过窄，二洞间岩壁较薄，对结构强度不利，目前已建工程中分岔角在3060之间，绝大部分小于50，设计时应在满足布置和结构要求的条件下，尽量采用较小的分岔角。 第3.3.5条 在主洞与支洞分岔的部位，由于边界的突然变化及水流本身的惯性作用，引起水流紊乱，流态比较复杂。从一些工程的模型试验中表明，在单独泄洪时，水流最紊乱。当采用主洞发电、支洞泄洪的型式，在单独泄
47、洪时，在发电主洞内形成长约10倍主洞径的动水区，其后为静长区。因此，要求分岔后发电主洞长度不宜小于10倍主洞的洞径。若采用主洞泄洪、支洞发电的型式，单独泄洪时，从试验中看出，流态与主洞发电基本相同，但由于发电支洞静水顶撞较轻，回流强度较弱，其动水区长度也减小了，故要求分岔后发电支洞长度不宜小于10倍支洞的洞径。由此可见，采用主洞泄洪、支洞发电的布置形式，分岔段水流流态相对较好。 别外，将泄洪洞出口收缩，是提高洞内及岔尖压力的一种有效措施。从目前有限的资料中可得出一个概念，在目前技术条件下，如体型基本合理，为防止岔尖空蚀，主洞泄洪时，0.85；支洞泄洪时，0.7较为合适 =泄洪洞出口断面积洞身断
48、面积第四章 横断面型式及尺寸 第一节 一般原则 第4.1.1条 本条涉及到高、低流速的界限问题。1963年苏联水工隧洞设计规范规定流速大于10m/s的为高流速。我国1966年规范修编说明中提出，流速大约在10m/s以上时即有掺气现象，黄河盐锅峡水电站导流泄水底孔进水口顶部，在1960年过洪后出现了极为严重的空蚀破坏，实测进水口断面平均流速还不到15m/s(当然破坏还有其它原因)。据调查，在低压情况下，过水流速大于1420m/s时就有可能发生空蚀。 根据以上资料分析，现考虑选取1620m/s作为高、低流速的分界，当大于16m/s的流速时即应慎重，设计时需辅以必要的试验论证。 第4.1.2条 本条
49、规定与“66部颁暂行规范”第23条相同。 第4.1.3条 对水工隧洞内的水流状态，总是希望呈现一种型式即有压流或无压流。如果遂洞内出现明满流交替，一般将要出现振动、空蚀、磨损和动水压力等作用，这对隧洞的过流能力、洞壁的受力状态、隧洞周围建筑物等都会产生不利影响。从国内、外已建隧洞工程的运行情况来看，由于发生明满流交替而造成的危害实例还不少，如：印度巴克拉坝右岸导流隧洞在施工期间发生明满流交替，冲毁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ib。在国内，如盐锅峡异流底孔，在工作水头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。但国内也有少数的隧洞如乌江渡、石头河等工程的导流隧洞，虽曾发生明满流过渡的工作情况，也未导致破坏。 根据以上资料和调查的反映，提出了本条的规定。 第二节 横断面形状 第4.2.1条 本条规定与“66部颁暂行规范”第24条相同。 第4.2.2条 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，也可以改变隧洞的断面几何形状或者控制其开挖顺序
