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(kāi)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)。
(一)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
隧洞是位于巖層中的地下建筑物,與周?chē)鷰r層密切相關(guān)。在巖層中開(kāi)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?chē)鷰r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(kāi)軟弱巖層和不利的地質(zhì)構(gòu)造。
(二)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(lái)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。
(三)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
按用途分類
泄洪洞—— 配合溢洪道宣泄洪水,保證樞紐安全
引水洞—— 引水發(fā)電、灌溉或供水
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
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
導(dǎo)流洞—— 在水利樞紐的建設(shè)施工期用來(lái)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。
按洞內(nèi)水流狀態(tài)分類
有壓洞—— 隧洞工作閘門(mén)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。
無(wú)壓洞—— 隧洞的工作閘門(mén)布置在隧洞的進(jìn)口,水流沒(méi)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(shuō)來(lái),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)。