水工隧洞

水工隧洞

中文名稱:水工隧洞英文名稱:water tunnel,hydraulic tunnel定義1:用於輸水、引水或泄水的隧洞所屬學科:電力(一級學科);水工建築(二級學科)定義2:在山體中或地下開鑿的輸水和泄水的隧洞總稱。所屬學科:水利科技(一級學科);水工建築(二級學科);(三級學輸水建築物科)水工隧洞(hydraulic tunnel)用於輸水、引水或泄水的隧洞;在山體中或地下開鑿的過水洞。水工隧洞可用於灌溉、發電、供水、泄水、輸水、施工導流和通航。

簡介

水工隧洞可用於灌溉、發電、供水、泄水、輸水、施工導流和通航。水流在洞內具有自由水面的,稱為無壓隧洞;充滿整個斷面,使洞壁承受一定水壓力的,稱為有壓隧洞。發電隧洞一般是有壓的;灌溉、供水和泄水隧洞,可以是無壓的,也可以是有壓的;而渠道和運河上的隧洞則是無壓的。水工隧洞主要由進水口、洞身和出口段組成(發電用的引水隧洞在洞身後接壓力水管,渠道上的輸水隧洞和通航隧洞只有洞身段。閘門可設在進口、出口或洞內的適宜位置。出口設有消能防沖設施。為防止岩石坍塌和滲水等,洞身段常用錨噴(採用錨桿和噴射混凝土)或鋼筋混凝土做成臨時支護或永久性襯砌。洞身斷面可為圓形、城門洞形或馬蹄形。有壓隧洞多用圓形。進出口布置、洞線選擇以及洞身斷面的形狀和尺寸,受地形、地質、地應力、樞紐布置、運用要求和施工條件等因素所制約,需要通過技術經濟比較後確定。

分類

按其功用分為:

①引水、輸水隧洞。引水或輸水以供發電、灌溉或工業和生活之用。

②導流、泄洪隧洞。在興建水利工程時用以導流或運行時泄洪。

③尾水隧洞。排走水電站發電後的尾水。

④排沙隧洞。排沖水庫淤積的泥沙或放空庫水以備防空或檢修水工建築物之用。

以上也可概括為引水隧洞和泄水隧洞兩大類。根據受壓狀態的不同,可分為有壓隧洞和無壓隧洞。前者水流充滿全洞,且受到一定的內水壓力;後者水流不充滿全洞,在水面上保持著與大氣接觸的自由水面。

建築

一般包括進口建築物、洞身和出口建築物三個主要部分。此外,水電站廠房也可設定在地下和隧洞鄰接(圖1)。

水工隧洞簡圖水工隧洞簡圖

①進口建築物。包括進水喇叭口、閘門及其控制建築物、通氣孔道、進口漸變段(從安裝閘門地段的矩形斷面過渡到洞身斷面),作用是:進水和控制水流;保證水流平順,避免空蝕現象;儘量減少局部阻力,保證過水能力。

②洞身。隧洞的主體,其斷面形式和尺寸取決於水流條件、施工技術情況和運用要求等。有壓隧洞一般採用圓形斷面(圖2a、b),而無壓隧洞則採用圓拱直牆(圖2c、d)或曲牆形(圖2e)。隧洞斷面尺寸必須滿足設計流量的要求,有壓隧洞按管流計算,無壓隧洞按明渠流計算。為保證無壓隧洞的明流狀態,在按能量方程計算的水面曲線以上應留有一定淨空。對於高流速的無壓隧洞,還要考慮滲氣和衝擊波的影響,水面以上要另留一定的余幅面積。洞身一般要修建襯砌,用以防護岩面並減小洞壁粗糙,防止滲漏,承受圍岩壓力、內水壓力及其他荷載。襯砌類型有不承載的護面結構;混凝土、鋼筋混凝土或噴錨支護的單層襯砌;內層為鋼板,外層為混凝土或鋼筋混凝土,或由噴錨支護和現澆混凝土組合成的複合式襯砌。地質條件較好的隧洞,特別是無壓隧洞,可以不作襯砌,但要採用光面爆破開挖,以達到岩面平整的要求。

水工隧洞水工隧洞

③出口建築物。其組成和功用按隧洞類型而定。用於引水發電的有壓隧洞,其末端連線水電站的壓力水管。通常還設定有調壓室(井),當電站負荷急劇變化時,用以減輕有壓隧洞和壓力水管中的動壓現象,改善水輪機的工作條件。泄水洞口一般設有消能建築物,如出口設定擴散段以擴散水流,減小單寬流量(從洞內流出的最大流量除以水面寬度),防止對出口渠道或河床的沖刷。

水電站地下發電廠

當河谷狹窄、岸坡陡峻、布置地面發電廠有困難而地質條件較好時,可考慮設定地下發電廠,使其結構簡化,占地少;廠房的施工和運行,不受氣候的影響;廠房的主要設備安裝在地下,有利防空。但施工較複雜,運營條件也較差,而且要有良好的通風、防潮、照明等附屬設備及地下通道。

中國在水利水電建設中,已建成長度在2000米以上的隧洞近30座,長於10000米m的大型隧洞有11座。其中漁子溪一級水電站引水隧洞長8610米,馮家山灌區引水隧洞長達12600米。引灤入津工程的輸水隧洞全長為11380米。引黃入晉總乾渠上最長的隧洞單洞長54.85km。二灘水電站導流洞斷面為17.5m×23m,斷面面積為402.6㎡。三峽水利樞紐地下廠房尾水洞斷面為24m×36m,其斷面面積達876㎡。到20世紀末,世界上長度超過10km的單體隧洞近40條,其中芬蘭派延奈隧洞長達120km。

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