关于水工隧洞的布置与线路选择浅析

摘要：水工隧洞的类型为满足水利水电工程各项任务而设置的隧洞称为水工隧洞，可以配合溢洪道宣泄洪水，有时也作为主要泄洪建筑物之用。可引水发电，或为灌溉、供水和航运输水。还可排放水库泥沙，延长使用年限，有利于水电站等的正常运行。有利放空水库，用于人防或检修建筑物。并且在水利枢纽施工期用来导流。

关键词：隧洞；线路选择；洞线

中图分类号：TV554 文献标识码：A 文章编号：1674—0432（2012）—08—0213—1

1 总体布置及线路选择

1.1 总体布置

（1）水工隧洞在枢纽中的布置应根据枢纽的任务、隧洞用途、地形、地质、施工、运行等条件综合研究并经技术经济比较后方能确定。

（2）在合理选定洞线方案的基础上，根据地形、地质及水流条件，选定进口段的结构形式，确定闸门在隧洞中的布置。

（3）确定洞身纵坡及洞身断面形状和尺寸。

（4）根据地形、地质、尾水位等条件及建筑物之间的相互关系选定出口位置、高程及消能方式。

1.2 线路选择

隧洞的造价、施工难易、工程进度、运行可靠性等方面的问题与引水隧洞的线路选择有着至关重要的联系。因此，应该在勘测工作的基础上拟定不同方案，考虑各种因素，经过多方比较，优中选优来确定线路。

选择洞线的一般原则和要求

（1）隧洞的线路应尽量避开不利的地质构造、围岩可能不稳定及地下水位高、渗水量丰富的地段，以减小作用于衬砌上的围岩压力和外水压力。洞线要与岩层层面、构造破碎带和节理面有较大的交角，在整体块状结构的岩体中，其夹角不宜小于30°；在层状岩体中，特别是层间结合疏松的高倾角薄岩层，其夹角不宜小于45°。在高地应力地区，应使洞线与最大水平地应力方向尽量一致，以减小隧洞的侧向围岩压力。

（2）洞线在平面上应力求短直，这样既可减小工程费用，方便施工，且有良好的水流条件。若因地形、地质、枢纽布置等原因必须转弯时，应以曲线相连。对于低流速的隧洞，其曲率半径不宜小于5倍洞径或洞宽，转角不宜大于60°，弯道两端的直线段长度也不宜小于5倍洞径或洞宽。高流速的有压隧洞，即或转弯半径大于5倍洞径，由弯道引起的压力分布不均，有的达到弯道末端10倍洞径以外，甚至影响到出口水流不对称，流速分布不均。因此，设置弯道时其转弯半径及转角最好通过试验确定。

（3）进、出口位置合适。隧洞的进、出口在开挖过程中容易塌方且易受地震破坏，应选在覆盖层、风化层较浅，岩石比较坚固完整的地段，避开有严重的顺坡卸荷裂隙、滑坡或危岩地带。引水隧洞的进口应力求水流顺畅，避免在进口附近产生串通性或间歇性漩涡。出口位置应与调压室的布置相协调，有利于缩短压力管道的长度。

（4）隧洞应有一定的埋藏深度，包括：洞顶覆盖厚度和傍山隧洞岸边一侧的岩体厚度，统称为围岩厚度。围岩厚度涉及开挖时的成洞条件，运行中在内、外水压力作用下围岩的稳定性，结构计算的边界条件和工程造价等。对于有压隧洞，当考虑弹性抗力时，围岩厚度应不小于3倍洞径。根据以往的工程经验，对于较坚硬完整的岩体，有压隧洞的最小围岩厚度应不小于洞顶压力水头），如不加衬砌，顶部和侧向的厚度应分别不小于1.0H和1.5H。一般洞身段围岩厚度较厚，但进、出口则较薄，为增大围岩厚度而将进、出口位置向内移动会增加明挖工程量，延长施工时间。一般情况，进、出口顶部岩体厚度不宜小于1倍洞径或洞宽。

（5）隧洞的纵坡，应根据运用要求、上下游衔接、施工和检修等因素综合分析比较以后确定。无压隧洞的纵坡应大于临界坡度。有压隧洞的纵坡主要取决于进、出口高程，要求全线洞顶在最不利的条件下保持不小于2m的压力水头。有压隧洞不宜采用平坡或反坡，因其不利于检修排水。为了便于施工期的运输及检修时排除积水，有轨运输的底坡一般为3‰～5‰，但不应大于10‰；无轨运输的坡度为3‰～15‰，最大不宜超过20‰。

（6）对于长隧洞，选择洞线时还应注意利用地形、地质条件，布置一些施工支洞、斜井、竖井，以便增加工作面，有利于改善施工条件，加快施工进度。

2 闸门在隧洞中的布置

引水隧洞中一般要设置两道闸门，一道是工作闸门，用来调节流量和封闭孔口，能在动水中启闭，一道是检修闸门，设置在进口，主要目的是为了挡住进来的水，为以后的检修闸门或隧洞提供方便。当隧洞出口低于下游水位时，出口处还需设置叠梁检修门。大中型隧洞的深式进水口经常要检修闸门，看其是否能在动水中关闭，静水中顺利的开启，以满足发生事故时的需要，所以也称事故检修门。

对于有压泄水隧洞，其工作闸门通常布置在出口。这种布置的优点是：泄流时洞内流态平稳；门后通气条件好，便于部分开启；工作闸门的控制结构也较简单，管理方便；隧洞线路布置适应性强。但洞内经常承受较大的内水压力，一旦衬砌漏水，对岩坡及土石坝等建筑物的稳定将产生不利影响。实际工程中，常在进口设事故检修门，平时也可用以挡水，以免洞内长时间承受较大的内水压力。实际工程中，有时为了便于枢纽布置，减小工程量，降低造价，可能采用发电与泄洪、发电与灌溉相结合的隧洞布置方式。但必须妥善解决由于不同任务结合所带来的一些矛盾问题。

作者简介：陈洪彬（1977—），男，大专，就职于舒兰市响水水库管理处，从事水利工作；邢立军（1976—），男，大专，就职于舒兰市响水水库管理处，从事水利工作。