隧洞的线路选择及工程布置

隧洞的线路选择及工程布置作者：***指导老师：***摘要：隧洞路线选择应充分重视地形、地址条件等因素，还应考虑地下水活动的影响，注意围岩的稳定条件，保证施工和运行安全。水工隧洞布置的主要内容是：根据枢纽任务，通过技术经济比较，确定是一洞专用还是合二为一，或一洞多用；选定闸门在隧洞中的位置；确定进、出口布置及进、出口高程；拟定纵剖面布置。关键字：围岩稳定，隧洞布置，闸门位置，进、出口布置。在蓄水枢纽中，为了灌溉、发电、城镇供水、泄洪、排沙、防空水库以及施工导流等目的，通过开挖而修建在岩、土体之中或埋设在土石坝坝体下面的取水及泄水建筑物，称为水工隧洞，简称隧洞。隧洞的线路选择与工程布置是隧洞设计的关键问题。我国已建成的隧洞工程实践证明，布置上所造成的缺陷是难以弥补的，故必须高度重视隧洞路线选择与工程布置。1隧洞的线路选择洞线选择关系到围堰的稳定、施工进度、工程造价、安全运行等各方面。洞线选择应根据隧洞的用途，综合考虑地形、地质、水力学、施工、运行、沿线建筑物、枢纽总布置及对周围环境的影响等因素，拟定几条洞线，通过技术经济比较选定。在洞线比较中，应充分重视地形、地质条件等因素。洞线选择的一般原则和要求如下：（1）在满足枢纽总布置要求的条件下，洞线应选在线路短、沿线地质构造简单、岩体完整稳定、上覆岩体厚度适中、水文地质条件有利及施工方便的地区。（2）地质条件是洞线选择的决定性因素，是隧洞建设成败的关键。隧洞应可能布置在坚硬、完整、稳定和地质构造简单的山体内，以充分发挥围岩的自承能力。要尽量避开大范围的软弱破碎带，严重风化区，遇水易泥化、崩解和溶解的岩体以及地下水发育和地应力过高的地段。洞线与岩层层面、构造断裂面及主要软弱带宜有较大夹角。对整体块状结构岩体及厚层并胶结紧密、岩石坚硬完整的岩体，交角不宜小于30°；对薄层岩体，特别是层间结合疏松的陡倾角薄岩层，交角不宜小于45°。隧洞通过较大地质构造（断层及其影响带、裂隙卸荷带、软弱构造、不整合带）时，造成失稳的几率较大。洞线与较大构造断裂面、主要软弱构造面的关系除夹角问题外，更重要的是分析不利地质对围堰稳定的影响程度，采取妥善的措施，防止围岩失稳的发生或扩大，保证施工和运行安全。（3）地下水易造成围岩稳定条件恶化，甚至引起局部失稳，特别是当隧洞沿线遇有断裂构造、不利构造面、软弱带、蚀变带、膨胀岩时，应充分考虑地下水活动的影响，注意围岩的稳定条件。（4）隧洞垂直和侧向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、支护（衬砌）型式、围岩渗透特性等因素综合分析决定。相邻两隧洞间的岩体最小厚度，应根据地质条件、布置要求、内水压力大小、围岩应力状态、隧洞断面形式和尺寸、施工方法和运行条件等因素，并参照已有工程经验，综合分析确定。岩体厚度不宜小于两倍的开挖洞径（或洞宽）。岩体较好时可适当减小，但不应小于一倍开挖洞径（或洞宽），并应保证运行期不发生渗透失稳和水力劈裂。（5）较长水工隧洞，特别是跨流域引水（供水）隧洞，不可避免地会遇到沟谷，是绕过还是跨越，涉及到施工、布置、运行、工期、投资等各方面的问题，应进行细致的工程比较。（6）洞线在平面上应尽可能成直线，以减少工程费用和水头损失，并取得良好的水流条件。（7）洞线选择应注意施工条件，全面考虑出渣通道和施工场地布置。对于长隧洞应在适当位置开凿竖井、平洞或斜井以增加工作面。（8）隧道上的无压输水隧洞，其洞线选择是整个输水渠道线路布置的一个组成部分，当渠道与山梁相遇时，是做隧洞还是绕线或深切，应通过方案比较确定。2隧洞的布置水工隧洞布置的主要内容是：根据枢纽任务，通过技术经济比较，确定是一洞专用还是合二为一，或一洞多用；选定闸门在隧洞中的位置；确定进、出口布置及进、出口高程；拟定纵剖面布置。2.1多用途隧洞的布置建造隧洞应考虑一洞满足多种用途的可能性，以节省投资，加快施工进度，并且方便管理。临时与永久结合或一洞多用的形式较多，常见有：利用施工导流洞改为泄洪、放空或取水洞；导流洞与发电洞相结合；发电与泄洪或发电与灌溉相结合隧洞等。临时与永久相结合的常用形式之一是，导流洞与泄洪或放空、取水洞结合。临时隧洞多为导流洞或有特殊要求的临时洞（如临时过木、过鱼、小型通航等），先期用作导流，后期用作泄洪、放空或取水的永久隧洞。这种结合形式在我国最为普遍。在布置时除应满足施工导流临时过水要求外，还应充分考虑永久运行中的要求。结合的矛盾通常是进口高程无法统一。在这种情况下，在施工期可用与主洞平段高程相同的进口来导流，完工后堵塞，再采用位置较高的进口取水，并用斜洞将进口与主洞连接起来，两者的共用段在后部。这种布置形式，人们常形象的称之为“龙抬头”。临时与永久相结合的另一常用形式是导流洞与发电洞相结合。这种结合的主要矛盾也是进口高程无法统一。若不采用“龙抬头”布置方案，则进水口底板高程将由导流要求控制，势必使引水低压洞段的设计水头提高，从而影响进水口启闭设备、检修闸门、低压洞段的运行条件和工程投资。若采用“龙抬头”方式，往往使蓄水后发电洞的工期很紧张，甚至延长总工期。此外，为满足导流和发电的不同运行要求，相结合洞的衬砌结构通常是按发电要求设计，而断面尺寸又由导流要求决定，由此往往增加隧洞的前期投资，对还贷不利。总之，必须要经过技术经济合理性论证确定。2.2闸门在隧洞中的布置水工隧洞中的闸门按其工作性质分为工作闸门、检修闸门及事故闸门。工作闸门主要用于调节流量和控制孔口，应能在动水中启闭，可以布置在进口、出口或洞中其他合适位置上。工作闸门布置在进口，隧洞一般为无压流。其优点是：工作闸门与检修闸门均在首部，运用管理方便。隧洞的工作闸门是深孔高压闸门，有平面钢闸门、弧形钢闸门和各种形式的闸阀。在我国，采用平面钢闸门较多，当孔口尺寸较大且工作水头较高时，多选用弧形闸门。各种形式的闸门多用在隧洞出口处，用于中部及进口处的较少。检修闸门是在检修主闸门或洞身时用以挡水，设于工作闸门的上游。有时根据下游水位情况，在隧洞出口处也设有叠梁检修闸门。检修闸门一般在静水中启闭。事故闸门是在工作闸门、隧洞及设备发生事故时，能在动水中关闭的闸门。当需快速关闭时，也称为快速闸门。闸门在隧洞中的位置选择，应该根据隧洞担负的任务、所选定的水流状态（有压或无压）、地形及地质条件、运用管理的要求等，通过技术经济比较后确定。2.3进、出口布置进、出口布置包括位置和形式选择，与隧洞的选择，与隧洞的选线是紧密联系、相互兼顾、同时进行的，是整个隧洞布置的重要一环。布置的一般原则是：满足枢纽总体布置的需要；根据地形、地质条件，选择适宜的位置和适宜的结构形式，便于设备的布置、安装与维护；满足使用功能和运行安全的要求，使进水、出流平顺；处理好与相邻建筑物的关系，避免相互干扰。具体应注意以下几点：（1）进、出口宜选在地质构造简单、岩体完整均一、风化较浅、覆盖厚度较大、无顺坡不利结构部位。在崩塌、冲沟、危崖、滑坡等地区不宜布置进、出口，否则工程处理量很大。（2）进、出口洞脸和两侧边坡应尽量避免高边坡开挖，因高边坡处理措施复杂，工程投资大，甚至影响工期。若是在无法避免，应分析开挖后的稳定性，并采取相应的加固措施。（3）进、出口应有必要的清坡范围，防止覆盖层、坡积物、松动岩块等在自然因素作用下滚落到进、出口，影响到进、出口正常运行。（4）出口洞段的底坡宜平缓，侧向扩散宜平顺，与下游水流应有良好衔接。由于布置或其他原因，必须采用突扩或跌落时，应经水工模型试验验证。为了不使洞身出现负压，有压泄水隧洞出口段宜采用收缩型。（5）土洞洞口地形及地质条件对洞脸及两侧边坡的稳定和工程投资影响较大，宜选在山坡稳定、土质条件较好处。不宜布置在卸荷带上。一般宜“早进洞，晚出洞”。隧洞布置应考虑临时占地、永久占地、植被破坏和回复、施工污染、运行期地下水位变化对环境的影响和水土保持的要求。参考文献：[1]水工建筑物第四版，北京：中国水利水电出版社，1982[2]水工设计手册，北京：中国水利水电出版社，1982[3]SL279-2002水工隧洞设计规范.北京：中国水利水电出版社，2003[4]SL252-2000水利水电工程等级划分及洪水标准，北京：中国水利水电出版社，2000[5]SL104-95水利工程水利计算规范[S][6]DL/T5114-2000，水利水电工程施工导流设计导则[S][7]冯国栋，土力学，北京：人民交通出版社，1986