水工隧洞水力计算

水工隧洞水力计算的内容，一般有:泄流能力计算、水头损失计算、绘制压坡线(有压流）、水面线的计算（无压流）。

1、泄流能力水工隧洞泄流能力计算，分有压流和无压流两种情况。

实际工程中，多半是根据用途先拟定隧洞设置高程及洞身断面和孔口尺寸,然后通过计算校核其泄流量。

若不满足要求，再修改断面或变更高程，重新计算流量，如此反复计算比较，直至满意为止。

（1）有压流的泄流能力有压流的泄流能力按公式(1）计算：02gH A Q μ= (1)式中Q —-泄流量；μ—-流量系数；A ——隧洞出口断面面积;g -—重力加速度。

g H H 2200υ+=式中 H —-出口孔口静水头;g220υ—-隧洞进口上游行近流速水头。

流量系数μ随出流条件不同而略有差异,自由出流和淹没出流分别按公式（2）和公式（3）计算：∑∑⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=222211i j i j j j A A R C gl A A ζμ （2) ∑∑⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=2222221i I I i J j A A R C gl A A A A ζμ （3)式中 A —-隧洞出口断面面积；A 2——隧洞出口下游渠道过水断面面积；ζj -—局部水头损失系数;A j ——与ζj 相应流速之断面面积；L i 、A i 、R i 、C i ——某均匀洞段之长度、面积、水力半径和谢才系数。

上述泄流能力计算公工适用于有压泄水隧洞，对发电的有压引水隧洞，其过流能力决定于机组设计流量，即流量为已知,要求确定洞径.（2)无压流的泄流能力无压泄水隧洞的洞身底坡常大于临界坡度,洞内水流呈急流状态，其泄流能力不受洞长影响,而受进口控制，若进口为深孔有压短管，仍可按公式（2）和公式（3）计算,而忽略其沿程水头损失（根号中的最后一项)。

表孔堰流进口的斜井式无压隧洞，其泄流能力由堰流公式计算:2/302H g mB Q ε= （4) 式中 ε—-侧收缩系数;m -—流量系数;B —-堰顶宽度(m ）；H 0-—包括行近流速水头g 220υ的堰顶水头。

设计引用流量Q 6.2设计水头252洞身纵坡i 0.000769231断面型式城门洞型设计糙率n 0.014洞口内设计水深h 1.61、查表法计算断面尺寸特征流量K 223.5441791h(2.67)/nK 1.120750529查表h/B 0.76计算洞宽B 2.1052631582、公式法计算断面尺寸糙率n 0.014底宽B 2.309043138圆形洞径D 2.459319187计算宽度B高度H1园拱中心角计算半拱半径实取r 2.41.6180 1.21.2洞身过水断面面积湿周X水力半径R C计算过流量Q 3.7445.520.6782608766.953213255.725770937上游渠道断面w 2侧收缩系数e 0.95流速系数f 0.95进水渠流速V0 3.1重力加速度g 9.81Z00.171392462Z1-0.318413859水损失系数0.2进口断面结构设计底宽B0水深H0边坡系数渠道流速v2211.5 1.771428571Z1-0.420044074实际降落高度取值Z10.04拦污栅宽高拦污栅无支墩51.6无压输水隧洞水力计算一、断面尺寸计算（确定隧洞断面尺寸）（矩形断面经济宽度）（二）、进口水力计算（确定进口水头损失）圆拱直墙（矩形）断面水力特征计算3、进水口水力计算1、按淹没式宽顶堰流量公式计算2、按能量方程式计算（采用矩形断面结构型式）（1）、拦污栅水头损失βs1b1аξ12.4220500900.033105134ξ2最小断面宽最小断面高流速水损失0.12.4 1.6 1.6145833330.013034397ξ3断面宽断面宽高流速水损失0.12.41.6 1.6145833330.013034397ξ4直径流速水损失0.051.82.4364460420.014840673总水头损失0.027062982设计水头损失取值0.04Z2-0.106137953水损失系数0.5出口断面结构设计底宽B0水深H0边坡系数渠道流速v22 1.50 2.066666667计算回升高度Z2-0.038961053实际回升高度取值Z20.01隧洞总长1300总水头损失Z 总1.03六合正常设计水位1283计算底板高程1281.4实取计算底板高程1281出口底板高程1280实取出口底板高程1276.5引用流量5.802经济直径 1.255525131实取直径 1.8流速V2.436446042（2）、喇叭段水头损失（3）、闸门槽水头损失1、按与进水口水头损失关系计算2、按能量方程式计算（采用梯形断面结构型式）（四）、总水头损失（二）、出口水力计算（确定出口水头回升（恢复落差计算））（4）、压力管道渐变段水头损失城口电站进口底板高程确定压力钢管的计算1.148拦污栅宽高拦污栅无支墩 1.82βs1b1аξ12.4220180900.129268295ξ2最小断面宽最小断面高流速水损失0.1 1.82 1.6116666670.012987347ξ3断面宽断面宽高流速水损失0.15 1.82 1.6116666670.019481021ξ4直径流速水损失0.05 1.82.2800419250.012996478洞径D 断面积A湿周x水力半径R 糙率n1.82.5446900495.65470.4500132720.012h v50.259929559四、最小淹没深度水头损失 1.407569386安全系数 1.5淹没深度2.111354079实取最小淹没深度5（4）、压力管道渐变段水头损失（5）、沿程水头损失三、水头损失（1）、拦污栅水头损失（2）、喇叭段水头损失（3）、闸门槽水头损失总高度H洞内水深h2.8 1.56洞内流速V 进口流速v11.655982910.922619流速0.775水损失0.00099419流速1.61166667水损失0.01678852谢才系数C洞长l1流速v5水损失72.94961500 2.280042 1.085386。

大型复杂隧洞衬砌外水压力计算方法探讨摘要：科学合理选择隧洞衬砌外水压力计算方法，有利于准确进行预测分析，从而采取有效措施，保证地下洞室及厂房等建筑物的渗透安全。

本文介绍了几种方法的工作流程、方案针对性，结合调研、实验观察取得的数据，陈述研究之后新发现，剖析其不理想的局部存在问题。

1外水压力计算比选由来已久，水利水电工程方面就针对水压力进行较多研究分析，已经制订相关的设计规范。

大型复杂隧洞衬砌外水压力计算方法主要有四种：（1）折减系数法；（2）解析法；（3）半解析法法；（4）渗流与应力耦合分析法。

1.1折减系数法《水工隧洞设计规范》规定：地下水压力实际上是一种体积力，表现为在渗流过程中渗透水作用在围岩和衬砌中。

对水文地质条件较简单隧洞，可用隧洞沿线地下水位线以下的水柱高乘以相应折减系数，估算作用在衬砌外缘地下水压力，据隧洞的设计规范，外水压力可按从地下水位到隧洞轴线的静水压，再乘以折减的系数β。

有学者建议在规范确定折减系数基础上提出改进方法，认为规范建议的单一外水压力的折减系数法，有以下缺点：（1）让设计人员，很难作出选择的，是β值的变幅很大；（2）β值，制定是据常规的混凝土衬砌且是有裂缝条件下。

对有些工程，要求混凝土的衬砌的透水性极小，从而建议值就不能再适用；（3）实际情况下，由于地形、地质条件的不同，初始的渗流场中某一點水压力，并不等于该处的地下水位的静水压力。

因此，学者们提出，外水压力的修正系数方法。

规范中的折减系数方法确定外水压力不太好把握，特别是提到“隧洞沿线地下水位”，但并没有明确地下水状态是潜水、层间水、还是上层滞水；也没说明白是勘探过程中初见水位，还是最终稳定水位、是分层水位、还是混合水位等，且没有考虑防渗和排水廊道以及排水孔对水位影响[1]。

1.2解析法可以假定围岩为均质、各向同性弹塑性体，则作用初始应力视为静水压力状态。

根据围岩模型，运用达西（Darcy）定律可以导出作用在衬砌及灌浆加固圈区域内间隙水压力[2]。

隧洞水力计算范文隧洞水力计算主要涉及到隧洞内水流的压力和流量的计算。

隧洞作为水工结构，其内部的水流对结构的安全和稳定性有着重要的影响。

因此，需要对隧洞内的水力进行计算和分析，以确定水流对结构的影响，并采取相应的措施保证结构的安全。

1.隧洞内水流的压力计算：隧洞内的水流受到重力的作用，会产生一定的压力。

根据达西公式，可以计算出水流的压力。

达西公式表示为P=γh+½γv^2，其中P为水流的压力，γ为水的密度，h为水流的压力高度，v为水流的速度。

通过测量隧洞内的压力和水流速度，可以计算出水流的压力。

2.隧洞内水流的流量计算：水流的流量是指单位时间内通过隧洞截面的水量。

可以通过测量水流的速度和截面积，计算出水流的流量。

水流的速度可以通过流速计测量，截面积可以通过测量隧洞的尺寸来获得。

根据流量的计算结果，可以判断隧洞内的水流是否过大，从而采取相应的排水措施。

3.隧洞内的水力分析：根据水流的压力和流量的计算结果，可以对隧洞内的水力进行分析。

通过分析水流的压力分布和流量变化，可以确定水流对隧洞结构的影响程度。

如果水流对结构产生过大的压力或者流量过大，会导致结构的破坏或者安全隐患。

因此，需要对水流的水力进行分析，并采取相应的措施保证结构的安全。

4.隧洞内的防洪设计：对于水流较大的隧洞，需要进行防洪设计。

防洪设计包括流量计算、排洪能力计算和设计洪水位的确定。

通过对流量的计算和分析，可以确定隧洞的排洪能力。

根据排洪能力和设计洪水位的要求，可以确定隧洞的截面尺寸和排水设施的设计。

综上所述，隧洞水力计算是对隧洞内水流的压力和流量进行计算和分析的过程。

通过水力计算，可以评估水流对结构的影响，从而确定相应的防护措施，保证隧洞结构的安全和稳定。

隧洞水力计算需要考虑多个因素，如水流的压力、流量、速度和结构的安全要求等。

因此，需要进行详细的测量和分析，以获得准确的计算结果。

隧洞设计方法黑龙江农垦林业职业技术学院隧洞设计方法一、概述在水利枢纽中为满足泄洪、灌溉、发电等任务而设置的隧洞称为水工隧洞。

水工隧洞按洞内水流状态分为有压洞和无压洞。

一般隧洞可设成有压，也可设成无压，或设成前段有压而后段无压。

但在同一洞段内，应避免出现时而有压时而无压的明满流交替现象，以防止不利流态。

在设计水工隧洞时，应根据枢纽的规划任务，尽量一洞多用，以降低工程造价。

如导流洞与永久隧洞相结合，泄洪、排沙、放空隧洞的结合等。

二、水工隧洞的线路选择隧洞选线关系到工程造价、施工难易、工程进度、运行可靠性等。

影响因素多，如地质、地形、施工条件等。

因此，应综合考虑，进行技术比较后加以选定。

1.地质条件隧洞路线应选在地质构造简单、岩体完整坚硬的地区，尽量避开不利地质构造，尽量避开地下水位高、渗水严重地段，以减少隧洞衬砌上的外水压力。

洞线要与岩层、构造断裂面及主要软弱带走向有较大的交角。

在高地应力地区，洞线应与最大水平地应力方向尽量一致，以减少隧洞的侧向围岩压力。

隧洞应有足够的覆盖厚度，对于有压隧洞，当考虑弹性抗力时，围岩的最小覆盖厚度不小于3倍洞径。

根据以往工程经验，对于围岩坚硬完整无不利构造的岩体，有压隧洞的最小覆盖厚度不小于0.4H（H为压力水头），如不加衬砌，则应不小于1.0H。

在隧洞进、出口处，围岩厚度往往较薄，应根据地质、施工、结构等因素综合分析确定，一般情况下，进、出口顶部的岩体厚度不宜小于1倍的洞径或洞宽。

2.地形条件洞线应尽量短直，如因地形、地质、等原因需要转弯时，对于低流速的隧洞弯道曲率半径不应小于5倍洞径或洞宽，转弯转角不宜大于60°，弯道两端的直线段长度也不宜小于5倍的洞径或洞宽。

高流速的隧洞设弯道时，最好通过试验确定。

3.水流条件隧洞进口应力求水流顺畅，出口水流应与下游河道平顺衔接，与土石坝下游坝脚及其建筑物保持足够距离，防止出现冲刷。

4.施工条件洞线选择应考虑施工出渣通道及施工场地布置问题。