第七章水工隧洞与坝下涵管自测题
一、填空题
1.水工隧洞进口建筑物的按其布置及结构形式分为竖井式、塔式、岸塔式和斜坡式。其中塔式受风浪、冰、地震的影响大，稳定性相对较差，需要较长的工作桥。
2.水工隧洞按水流状态可分为有压隧洞、无压隧洞两种形式，无压隧洞更能适应地质条件较差的情况，但其流态复杂，所以应避免平面转弯。
3.回填灌浆是填充衬砌与围岩之间的空隙，使之结合紧密，共同受力，以改善传力条件和减少渗漏。
4.坝下涵管为了有效地防止集中渗流，在涵管1~2m的范围内用回填粘土做防渗层，这个防渗层称为涵衣。
5.无压隧洞多采用圆拱直墙形断面。
6.有压隧洞多采用圆形断面。
7.水工隧洞的纵坡的确定，主要涉及到泄流能力、压力分布、过水断面大小、工程量等，有压隧洞的纵坡由进出口高程确定，无压隧洞的纵坡由水力计算确定。
8.有压洞的工作闸门通常布置在隧洞的出口，工作闸门要求常在动水中启闭，检修闸门常在中静水启闭。
9.水工隧洞按用途可分为泄洪洞、引水洞、排沙洞、放空洞、导流洞口等。
10.坝下涵管的进口建筑物形式有分级卧管式、塔式、斜拉闸门式。
11.为防止坝下涵管产生集中渗流，常将涵管的管壁外围局部加厚，称为截水环。
12.水工隧洞出口消能方式有挑流消能；底流消能；榨缝式挑流坎消能；洞中突扩散消能
二、单项选择题
1.关于隧洞选线，不正确说法有（B）。
A、洞线要与岩层构造断裂向及主要软弱带走向有较大交角。
B、洞线应与最大水平地应力方向尽量垂直。
C、对有压隧洞，当考虑弹性抗力时，围岩的最小覆盖厚度不小于3倍洞径。
D、对低流速的隧洞，弯道曲率半径不应小于5倍洞径或洞宽。
2.工作闸门布置在（ D ）的为有压隧洞。
A、进口
B、洞身
C、中部
D、出口
3.隧洞洞身的（ C ）为不受力衬砌。
A、喷锚衬砌
B、预应力衬砌
C、平整衬砌
D、单层衬砌
4.有压隧洞的出口断面面积应（ C ）洞身断面面积。
A、大于
B、等于
C、小于
D、无法确定
5.水工隧洞的回填灌浆的目的是（ B ）。
A、加固围岩，提高围岩的整体性
B、充填衬砌与围岩之间的空隙，使之结合紧密
C、保证围岩的弹性抗力
D、减小渗漏，减小外水压力
三、判断题
1.围岩地质条件比较均一的洞身段不设施工缝。（×）
2.无压隧洞由于内水压力较大，从水流及受力条件考虑，一般用圆形断面。（×）
3.隧洞中常需要临时性支护和永久性衬砌，以承受围岩压力。（√）
4.回填灌浆的目的是加固围岩，提高围岩的整体性，减小围岩压力，保证岩石的弹性抗力。（×）
5.当围岩厚度超过1.5倍开挖洞径时，才考虑弹性抗力。（×）
6.在均匀内水压力作用下，隧洞衬砌的外边缘应力是衬砌设计控制（×）
7.当围岩完好，有压隧洞的洞径小于6米时，可只考虑内水压力。（√）
四、名词解释
1．有压隧洞
指洞内充满水，没有自由水面，断面形状一般为圆形的过水隧洞。
2．弹性抗力
当衬砌承受荷载向围岩方向变形时，会受到围岩的抵抗，这个抵抗力称之为弹性抗力。
3．围岩压力
隧洞在岩体中开挖衬砌后，围岩的变形，滑移乃至坍塌趋势受到衬砌扼阻，此时围岩作用于衬砌的力称为围岩压力。
4．单位弹性抗力系数
隧洞开挖半径为100cm时的围岩抗力系数。
5．涵洞
在土石坝枢纽中，当由于两岸地质条件或其他原因不易开挖隧洞时，采用在土石坝下埋社涵管的方式。
五．简答题
1．水工隧洞进口建筑物的形式有哪些？各适用于什么情况？
答：竖井式：在隧洞进口附近岩体比较坚固完整。
塔式：岸坡岩石较差，覆盖层较薄，不宜修建靠岩进口建筑物
岸塔式：适于岸坡较陡，岩体比较坚固稳定的情况。
斜坡式：适于较完整的岩坡。
2．水工隧洞按用途如何分类？
答：泄洪洞：配合溢洪道宣泄洪水，保证枢纽安全。
引水洞：引水发电，灌溉或洪水。
排沙洞：排放水库泥沙，延长水库使用年限。
放空洞：在必要的情况下，放空水库，用于人防或检修大坝。
导流洞：在水利枢纽的建设施工期用来施工导流。
3．什么叫隧洞的内水压力？分别写出圆形隧洞所受的均匀内水压力强度和非均匀内水压力强度计算公式并指出公式中字母的含义并画出分布图形。
答：内水压力——指作用在衬砌内壁上的水压力。
均匀：
γ——水的重度，。
H——高出衬砌内壁顶点以上的内水压力水头，m。
非均匀：
——衬砌内径，m。
θ——计算点半径与洞顶半径的夹角。
4．水工隧洞衬砌的作用是什么？衬砌有哪些种类？
答：作用：①防止围岩变形，保证围岩的稳定。
②承受围岩压力，内水压力和其他荷载
③防止渗漏。
④保护围岩免受水流，空气，温度，干湿变化等冲蚀破坏作用。
⑤平整围岩，减小表面粗糙，增大过流能力。
类型：1）平整衬砌；2）单层衬砌；3）喷锚衬砌；4）组合式衬砌；5）预应力衬砌。
5．有压隧洞内水压力如何计算？写出计算公式并指出其中字母的含义。
答：
——均匀内水压力, 。
——非均匀内水压力。
——水的重度, 。
——衬砌内半径,m。
h——高出衬砌内壁顶点以上的内水压力水头,m。
6．坝下涵管与水工隧洞相比较各有什么特点？
答：坝下涵管属于深式泄水或放水建筑物，后者是地下建筑物。
前者结构简单，施工方便，工期较短，造价也低。
后者断面小，施工场地狭乍，工序多，干扰大，工期一般较长。
7．涵管管身的细部构造有哪些？各有什么作用？
答：1）伸缩缝：为适应地基变形，管身伸缩及施工要求，防止管身在温度变化时产生横向裂缝。
2）管座：防止地基不均匀沉降而导致管身断裂
3）截水环：防止集中渗流，在外围设置，以改变水流方向，增加渗径，减小渗流。
4）涵衣：防止集中渗流。
8．为什么说涵管上的土压力计算与施工方式有关？
答：管身上土压力的大小主要与填土高度，填土性质等因素有关，另外，还与基础的形成以及管道的埋设方式有关。因此，土压力的计算与施工方式有关。
9．什么是隧洞的空蚀破坏，如何避免？
答：由于高速水流的作用和隧洞边界不平整而引起洞内产生负压，进而破坏隧洞，隧洞中产生空蚀现象，具有很大的破坏力，初期只是表层的轻度剥蚀，如处理不及时，继续发展，可能蚀穿洞壁，影响正常运用。
措施：改善水流的边界条件，选用抗空蚀材料，控制闸门开度通气减蚀，掺气减蚀，加强施工质量控制。
第七章水工隧洞与坝下涵管答案 一、填空题 1.塔式；斜坡；塔式 2.有压隧洞；无压隧洞；无压隧洞；流态 3.衬砌；围岩；传力；渗漏 4.涵衣 5.圆拱直墙形 6.圆形 7.进出口高程；水力计算 8.出口；动水；静水 9.泄洪洞；引水洞 10.分级卧管式；塔式；斜拉闸门式 11.截水环 12.挑流消能；底流消能；榨缝式挑流坎消能；洞中突扩散消能 二、单项选择题
1.关于隧洞选线，不正确说法有（ B ）。 A、洞线要与岩层构造断裂向及主要软弱带走向有较大交角。 B、洞线应与最大水平地应力方向尽量垂直。 C、对有压隧洞，当考虑弹性抗力时，围岩的最小覆盖厚度不小于3倍洞 径。 D、对低流速的隧洞，弯道曲率半径不应小于5倍洞径或洞宽。 2.工作闸门布置在（ D ）的为有压隧洞。 A、进口 B、洞身 C、中部 D、出口 3.隧洞洞身的（ C ）为不受力衬砌。 A、喷锚衬砌 B、预应力衬砌 C、平整衬砌 D、单层衬砌 4.有压隧洞的出口断面面积应（ C ）洞身断面面积。 A、大于 B、等于 C、小于 D、无法确定 5.水工隧洞的回填灌浆的目的是（ B ）。 A、加固围岩，提高围岩的整体性 B、充填衬砌与围岩之间的空隙，使之结合紧密
C、保证围岩的弹性抗力 D、减小渗漏，减小外水压力 6.弹性抗力的分布范围为（ B ）（考虑洞身的对称性）。 A、0～π B、π/4～π C、π/2～π D、3π/4～π 三、判断题 1.围岩地质条件比较均一的洞身段不设施工缝。（×） 2.无压隧洞由于内水压力较大，从水流及受力条件考虑，一般用圆形断面。（×） 3.隧洞中常需要临时性支护和永久性衬砌，以承受围岩压力。（√） 4.回填灌浆的目的是加固围岩，提高围岩的整体性，减小围岩压力，保证岩石的弹性抗力。（×） 5.当围岩厚度超过1.5倍开挖洞径时，才考虑弹性抗力。（×） 6.在均匀内水压力作用下，隧洞衬砌的外边缘应力是衬砌设计控制（×） 7.当围岩完好，有压隧洞的洞径小于6米时，可只考虑内水压力。（√） 四、名词解释
水工建筑物——坝下涵管 在土石坝枢纽中，当由于两岸地质条件或其他原因，不易开挖隧洞时，可以采用在土石坝下埋设涵管的方式来满足泄水、引水的需求。 一、坝下涵管的特点 与在山岩中开挖隧洞相比，坝下涵管不需要开山凿洞，结构简单、施工方便、工期较短、造价也低，因此在中、小型工程中使用较多。同时，坝下涵管的进口通常在水下较深处，也是属于深式泄水或放水建筑物。因此，其工作特点、工程布置、进出口的形式与构造等方面与水工隧洞均有相似之处。但是，坝下涵管的管身埋设于土石坝坝下，穿坝而过，如设计施工不良或运用管理不当，极易影响土石坝的安全。 根据国内外土石坝失事资料的统计分析表明，坝下涵管的缺陷是引起土石坝失事的重要原因之一。涵管的材料与土石坝的填土是两种性质差别较大的材料，如果两者结合不好，水库中的水就会沿管壁与填土之间接触面产生集中渗流，引起管外填土的渗透变形，特别当涵管由于坝基的不均匀沉陷或连接结构等方面原因，发生断裂、漏水时，后果更加严重，甚至导致坝体的失事。因此在坝下涵管的设计、施工中必须采取适当的措施，做到管身与周围土体的紧密结合，加强管身的防渗处理，保证坝下涵管及坝体安全可靠运行。对于高坝或多地震地区的坝，应尽量避免采用坝下涵管。 二、坝下涵管的位置选择 坝下涵管的线路选择及工程布置的一般原则为经济合理、安全可靠、运行方便。在进行坝下涵管的位置选择时，主要应考虑以下几个方面的问题。 1.地质条件 应尽量将涵管设在岩基上。如不可能时，对于坝高在10m以下的涵管也可设于压缩性小、均匀而密实的土基上，但必须有充分的技术论证。涵管上部所受的外荷载沿管轴
线方向变化较大，将可能产生不均匀沉陷，而引起管身断裂，因此，必须避免将管身部分设于岩基上、部分设于土基上，以防止因地基的不均匀沉降而使得管身断裂。不得将涵管直接建在坝体填土中。在进出口的位置，要注意山坡地质的稳定性，防止山坡塌方堵塞涵管。 2.地形条件 涵管应布置在与进口高程相适应的位置，以免增加过多的挖方工程量。涵管进口高程的确定，可根据运用要求、河流泥沙情况及施工导流等因素来考虑。 3.运用条件 涵管的布置要尽量从方便运用来考虑，引水灌溉的坝下涵管最好与灌区布置在同一岸侧，如两岸均有灌区，可在两岸各设一个涵管，以免修建过河交叉建筑物。涵管不宜离溢洪道太近，以免泄水时相互干扰。 4.水流条件 涵管的轴线应为直线，且与坝轴线垂直，以使水流顺畅，并缩短管线，减小工程量，降低水头损失。当为了适应地形、地质的变化，涵管必须转弯时，轴线应以光滑曲线连接，其转弯曲率半径应大于管径的5倍。 在进行涵管布置时，应综合考虑以上条件，并注意与其他建筑物之间的相互位置关系，拟定若干方案，经过经济技术比较后加以确定。 三、坝下涵管的进出口建筑物 1.进口建筑物 坝下涵管多见于小型水库，且涵管多用于引水灌溉，因此其进口建筑物最好选择分层取水的结构形式，以便在引水灌溉时引取水库表层温度较高的清水，有利于农作物的生长。
溢流坝水力计算实例
溢流坝水力计算 一、基本资料： 为了解决某区农田灌溉问题。于某河建造拦河溢流坝一座，用以抬高河中水位，引水灌溉。进行水力计算的有关资料有：设计洪水流量为550m 3／s ；坝址处河底高程为43.50m ；由灌区 高程及灌溉要求确定坝顶高程为48.00m ；为减小建坝后的壅水对上游的影响，根据坝址处河面宽度采用坝的溢流宽度B ＝60m ；溢流坝为无闸墩及闸门的单孔堰，采用上游面铅直的三弧段WES 型实用堰剖面，并设有圆弧形翼墙； 坝前水位与河道过水断面面积关系曲线，见图15.2；坝下水位与河道流量关系曲线，见图15.3；坝基土壤为中砾石；河道平均底坡;00127.0=i 河道实测平均糙率04.0=n 。
二、水力计算任务： 1．确定坝前设计洪水位； 2．确定坝身剖面尺寸； 3．绘制坝前水位与流量关系曲线； 4．坝下消能计算； 5．坝基渗流计算； 6．坝上游壅水曲线计算。 三、水力计算 1、确定坝前设计洪水位 坝前设计洪水位决定于坝顶高程及设计水头d H ，已知坝顶高程为4800m ，求出d H 后，即可 确定坝前设计洪水位。 溢流坝设计水头d H 可用堰流基本方程 (10.4)3 2 02H g mB Q ? =σε计算．因式中σε及、0 H 均与d H 有关，不能直接解出d H ，故用试算法求解。 设d H ＝2.53m ，则坝前水位＝48.00+2.53＝ 50.53m ． 按坝前水位由图15.2查得河道过水断面面积A 0＝535m 2 ，又知设计洪水流量，则 s m Q /5503 =
m g av H H m g av s m A Q v d 586.2056.053.22056.08 .9203.10.12/03.1525 5502 02 000=+=+==??==== 按设计洪水流量Q ，由图15.3查得相应坝下水位为48.17m ．下游水面超过坝顶的高度 15.0066.0586 .217 .017.000.4817.480 <== =-=H h m h s t 下游坝高 0.274.1586 .250 .450.400.4300.480 1 <== =-=H a m a 因不能完全满足实用堰自由出流条 件:故及 ,0.215.001 ≥≤H a H h s 为实用堰淹没出流。 根据0 10 H a H h t 及值由图10.17查得实用堰淹没系 数999.0=σ。因溢流坝为单孔堰，溢流孔数n ＝1；溢流宽度60==b B m 。按圆弧形翼墙由表10.4查得边墩系数7 .0=k ζ .则侧收缩系数 nb H n k 00] )1[(2.01??ε+--= 994.060 1586 .27.02.01=???-= 对于WES 型实用堰，当水头为设计水头时，流量系数502 .0==d m m 。于是可得溢流坝流量
水工隧洞与坝下管
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第七章水工隧洞与坝下涵管 第一节水工隧洞概述 水工隧洞———在水利枢纽中为满足泄洪、灌溉、发电等各项任务在岩层中开凿而成的建筑物。 一、水工隧洞的特点 （一）结构特点 在岩层中开挖隧洞后，引起洞孔附近应力重新分布，岩体产生新的变形，严重的会导致岩石崩塌。围岩除了产生作用在衬砌上的围岩压力以外，同时又具有承载能力，可以与衬砌共同承受内水压力等荷载。围岩压力与岩体承载能力的大小，主要取决于地质条件。因此，应使隧洞尽量避开软弱岩层和不利的地质构造。 （二）水流特点 枢纽中的泄水隧洞，其进口深式泄水洞。 由于作用在隧洞上的水头较高，流速较大，如果隧洞在弯道、渐变段等处的体型不合适或衬砌表面不平整，都可能出现气蚀而引起破坏，所以要求隧洞体型设计得当、施工质量良好。 泄水隧洞的水流流速高、单宽流量大、能量集中，在出口处有较强的冲刷能力，必须采取有效的消能防冲措施。 （三）施工特点 隧洞洞身断面小，施工场地狭窄，洞线长，施工作业工序多，干扰大，工期一般较长。尤其是兼有导流任务的隧洞，其施工进度往往控制着整个工程的工期。因此，加快施工进度是隧洞工程建设中需要引起足够的重视。 二、水工隧洞的类型 1.按用途分类 （1）泄洪洞：配合溢洪道宣泄洪水，保证安全。 （2）引水洞：引水发电、灌溉或供水。 （3）排沙洞：排放水库泥沙，延长水库的使用年限，有利于水电站的正常运行。 （4）放空洞：在必要的情况下放空水库。 （5）导流洞：在水利枢纽的施工期用来施工导流。 在设计水工隧洞时，应根据枢纽的规划任务，尽量考虑一洞多用，以降低工程造价。如施工导流洞与永久隧洞相结合，枢纽中的泄洪、排沙、放空隧洞的结合等。 2.按洞内水流状态分类 （1）有压洞：工作闸门布置在隧洞出口，洞身全断面被水流充满，隧洞内壁承受较大的内水压力。 （2）无压洞：工作闸门布置在隧洞的进口，水流没有充满全断面，有自由水面。 一般说来，隧洞可以设计成有压的，也可设计成无压的，也可设计成前段是有压的而后段是无压的。但应注意的是，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，以防止引起振动、空蚀等不利流态。 第二节水工隧洞的布置和构造 一、水工隧洞的布置 （一）水工隧洞的线路选择 隧洞的路线选择关系到工程造价、施工难易、工程进度、运行可靠性等方面。影响隧洞线路选择的因素很多，如地质、地形、施工条件等。隧洞的线路选择主要考虑以下几个方面的因素：1．地质条件 隧洞路线应选在地质构造简单、岩体完整稳定、岩石坚硬的地区，尽量避开不利的地质构造，要尽量避开地下水位高、渗水严重的地段。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，对胶结紧密的厚岩层走向，其夹角不宜小于30°，对薄层以及层间连接较弱，其夹角不小于45°。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。 在隧洞的进、出口处，围岩的厚度往往较薄，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
溢流坝水力计算 一、基本资料： 为了解决某区农田灌溉问题。于某河建造拦河溢流坝一座，用以抬高河中水位，引水灌 溉。进行水力计算的有关资料有：设计洪水流量为550m 3 ／s ；坝址处河底高程为43.50m ；由灌区高程及灌溉要求确定坝顶高程为48.00m ；为减小建坝后的壅水对上游的影响，根据坝址处河面宽度采用坝的溢流宽度B ＝60m ；溢流坝为无闸墩及闸门的单孔堰，采用上游面铅直的三弧段WES 型实用堰剖面，并设有圆弧形翼墙； 坝前水位与河道过水断面面积关系曲线，见图15.2；坝下水位与河道流量关系曲线，见图15.3；坝基土壤为中砾石；河道平均底坡;00127.0=i 河道实测平均糙率04.0=n 。 二、水力计算任务： 1．确定坝前设计洪水位； 2．确定坝身剖面尺寸； 3．绘制坝前水位与流量关系曲线； 4．坝下消能计算； 5．坝基渗流计算； 6．坝上游壅水曲线计算。 三、水力计算 1、确定坝前设计洪水位 坝前设计洪水位决定于坝顶高程及设计水头d H ，已知坝顶高程为4800m ，求出d H 后，即可确定坝前设计洪水位。 溢流坝设计水头d H 可用堰流基本方程(10.4)32 02H g mB Q ? =σε 计算．因式中 图15.2 图 15.3
σε及、0H 均与d H 有关，不能直接解出d H ，故用试算法求解。 设d H ＝2.53m ，则坝前水位＝48.00+2.53＝50.53m ． 按坝前水位由图15.2查得河道过水断面面积A 0＝535m 2 ，又知设计洪水流量 ，则s m Q /5503= m g av H H m g av s m A Q v d 586.2056.053.22056.08 .9203.10.12/03.1525 5502 02 000=+=+==??==== 按设计洪水流量Q ，由图15.3查得相应坝下水位为48.17m ．下游水面超过坝顶的高度 15.0066.0586 .217 .017.000.4817.480 <== =-=H h m h s t 下游坝高 0.274.1586 .250 .450.400.4300.480 1 <== =-=H a m a 因不能完全满足实用堰自由出流条件: 故及,0.215.00 10≥≤H a H h s 为实用堰淹没出流。 根据 10H a H h t 及值由图10.17查得实用堰淹没系数999.0=σ。因溢流坝为单孔堰，溢流孔数n ＝1；溢流宽度60==b B m 。按圆弧形翼墙由表10.4查得边墩系数7.0=k ζ.则侧收缩系数 nb H n k 0 0] )1[(2.01??ε+--= 994.060 1586 .27.02.01=?? ?-= 对于WES 型实用堰，当水头为设计水头时，流量系数502.0==d m m 。于是可得溢流坝流量
第七章水工隧洞与坝下涵管自测题 一、填空题 1.水工隧洞进口建筑物的按其布置及结构形式分为竖井式、__________式、岸塔式和___________式。其中___________受风浪、冰、地震的影响大，稳定性相对较差，需要较长的工作桥。 2.水工隧洞按水流状态可分为________________、__________两种形式，___________更能适应地质条件较差的情况，但其_________复杂，所以应避免平面转弯。 3.回填灌浆是填充_______与_______之间的空隙，使之结合紧密，共同受力，以改善_______条件和减少_______。 4.坝下涵管为了有效地防止集中渗流，在涵管1~2m的范围内用回填粘土做防渗层，这个防渗层称为。 5.无压隧洞多采用断面。 6.有压隧洞多采用断面。 7.水工隧洞的纵坡的确定，主要涉及到泄流能力、压力分布、过水断面大小、工程量等，有压隧洞的纵坡由确定，无压隧洞的纵坡由________________确定。 8.有压洞的工作闸门通常布置在隧洞的，工作闸门要求常在中启闭，检修闸门常在中启闭。 9.水工隧洞按用途可分为、、排沙洞、放空洞、导流洞口等。 10.坝下涵管的进口建筑物形式有、、。 11.为防止坝下涵管产生集中渗流，常将涵管的管壁外围局部加厚，称为。
12.水工隧洞出口消能方式有、、、。 二、单项选择题 1．关于隧洞选线，不正确说法有（）。 A、洞线要与岩层构造断裂向及主要软弱带走向有较大交角。 B、洞线应与最大水平地应力方向尽量垂直。 C、对有压隧洞，当考虑弹性抗力时，围岩的最小覆盖厚度不小于3倍洞径。 D、对低流速的隧洞，弯道曲率半径不应小于5倍洞径或洞宽。 2．工作闸门布置在（）的为有压隧洞。 A、进口 B、洞身 C、中部 D、出口 3.隧洞洞身的（）为不受力衬砌。 A、喷锚衬砌 B、预应力衬砌 C、平整衬砌 D、单层衬砌 4.有压隧洞的出口断面面积应（）洞身断面面积。 A、大于 B、等于 C、小于 D、无法确定 5.水工隧洞的回填灌浆的目的是（）。 A、加固围岩，提高围岩的整体性 B、充填衬砌与围岩之间的空隙，使之结合紧密
第八章渠系建筑物自测题 一、填空题 1. 渠系建筑物的类型较多，按其作用可以分为以下六类：建筑物、建筑物、落差建筑 物、建筑物、冲沙和沉沙建筑物以及量水建筑物等。 2. 渠道系统，一般由级固定渠道所组成。各自的作用不同，其中：渠为输水 渠道，渠为配水渠道。 3. 渠道设计的任务，是在给定的设计流量之后，选择渠道的、确定渠道以及渠道。 4. 渠道的设计要求较多，如：①有足够的输水能力，以满足的需要；②有足够的水位，以满 足的要求；③有适宜的流速，以满足的需要；等等。 5. 渠道纵断面设计，主要内容是确定六条线：即①地面高程线、②、③最高水位线、 ④、⑤最低水位线和⑥。 6. 有坝取水枢纽，是指河道水量、但水位、不能满足要求，或引水量较 大，无坝引水不满足要求的情况。 7. 无坝引水枢纽中，引水角一般为300～500，引水角越小，水流条件越、冲刷越、渠首的 布置也就越。 8. 渡槽，是指渠道跨越河、沟、渠、路或洼地时修建的过水桥，一般由、和等 部分组成。 9. 渡槽的适用条件，一般是所跨越的河渠相对高差，河道的岸坡，洪水流 量的情况。 10. 渡槽根据支撑结构的情况可分为：以及两大类。 11. 梁式渡槽，根据其支承点位置的不同，可分为：式、式和式三种形式。 12. 双悬臂式梁式渡槽，按照其悬臂的长度不同，可以分为式和式两种形式，其 中式的跨中弯矩为零，底板受压，抗渗较为有利。 13. 拱式渡槽，根据主拱圈的结构形式（支撑结构特点），分为式渡槽、式渡槽 和式渡槽。 14. 渡槽的水力计算方法是：当槽身长度L≥（15～20）（H为槽内水深），其流态属于流， 流量公式为______ ______；当L＜（15～20）H时，其流量按公式计算。 15. 梁式渡槽槽身纵向结构计算时，一般按情况设计；横向结构计算时，一般沿方向 取单位长度，按问题设计。 16. 梁式渡槽的支撑形式，有槽墩式、排架式两种。对于后者，主要包括：、、A字 形排架、和组合式排架等。 17. 渡槽的基础形式较多，按照结构和受力特点，一般分为、、以及沉井基 础等。 18. 桥面是直接承受各种荷载的部分，桥面的构造主要包括：行车道板、、、 变形缝等。
中小型水库坝下排水涵管除险加固设计重点 1 排水涵管运行现状 我国在20世纪50-70年代修建了大量的中小型水库，大坝坝型多采用土石坝，排水建筑物大多采用坝下涵管。受当时经济技术条件的制约和影响，往往在缺乏规范的设计图纸和专业施工单位的情况下，工程仓促上马，造成工程施工质量差，致使大多数涵管存在渗漏或其他问题，影响大坝的正常运行。 导致涵管渗漏的主要原因有：涵管基础地质条件差，不均匀沉陷导致涵管损坏；坝体施工质量差，坝内涵管与大坝防渗体结合不严密，造成沿涵管外壁的接触渗漏冲刷或坝体变形导致涵管损坏；涵管砌筑质量差引起破裂漏水；进水口闸门或防渗结构损坏引起渗漏等。 由于原设计施工资料严重缺失，且涵管深埋在坝下，涵管病害问题是否存在或严重程度难以查明，病害问题一旦发展则对大坝威胁极大，处理起来难度也很大，故涵管病害被称为“大坝心脏病”。 坝下排水涵管除险加固设计首先要查明涵管存在的问题，管壁外侧是否存在接触渗漏问题，涵管是否有裂缝、断裂等结构性问题，管内漏水要分清是进口闸门漏水还是坝体渗水汇入管内等情况，针对不同的问题，设计应提出相应的处理措施。通常的处理方法分为两钟：①对结构没有大问题的老涵管，进行加固和防渗处理时，多采用进口开挖后重新回填黏土夯实防渗、修补涵管内外侧壁与涵管内衬钢管或塑料管、涵管外侧灌浆和增设截水环等方法。②对于结构破坏严重，或坝中断裂错位的小管径涵管，则须封堵或挖除老涵管，重新修建放水建筑物，一般采用挖除并新建涵管、新建虹吸管或有条件时新开隧洞等处理方法。笔者在进行一些设计复核工作时，发现很多涵管加固设计不合理，现将多年设计工作的经验加以总结，供设计人员参考。 2 防止涵管接触渗漏设计要点 有些水库坝下涵管虽经多年运行，没有出现大的结构性问题，主要原因是进口闸门及启闭设施运行多年后锈蚀老化。这样的涵管处理应以维修加固为主。对于渗漏情况并不严重的涵管可以不作防渗处理，而是将涵管出口处开挖后做好反滤，保证工程大坝渗透稳定。进口闸口及启闭设施一般需要改造更新处理。接触渗漏比较严重时，需在上游侧或坝顶位置采取截渗措施。 2.1 充填灌浆处理 由于原涵管两侧回填土不密实或不均匀沉降等原因，造成水库蓄水后在涵管外周边易形成渗漏通道，在长期集中渗流情况下，涵管外围接触面会形成空洞。为使坝体与涵管接合紧密，确保坝体安全，可采用充填灌浆处理涵管外周边的空隙。 充填灌浆适用于处理性质和范围都已确定的局部隐患，进行充填灌浆设计首先要确定涵管的位置和涵管外侧空洞或裂隙的范围，根据涵管缺陷情况确定孔位布置、灌浆压力、浆液材料及浓度等设计指标。孔位间排距一般取1-1.5m，孔深至涵底以下1m，灌浆压力不大于0.05MPa，以免劈裂坝体形成新的缺陷。为确保灌浆效果，要求每孔复灌3次以上，每次复灌间歇时间不少于5d。灌浆材料可采用灌黏土水泥浆，水泥用量为干料量的5%-30%。 需要强调的是，充填灌浆处理大坝防渗是不可行的，由于原坝体细颗粒较多，渗透系数本身就不大，充填灌浆要求的灌浆压力又很小，浆液在坝体内不能有效扩散，孔与孔之间不能搭接形成防渗幕墙，起不到防渗的作用。所以一般老的坝体存在的压实度不够、渗透系数较大等问题不能用充填灌浆处理。 2.2 倒挂并增设截水环 对于沿管壁接触渗漏问题比较严重的，应进行截渗处理，可在管壁外侧增设截水环防渗。由于涵管深埋坝下，明挖处理费工费时且风险较大，截水环可采用倒挂井的施工方法开挖。倒挂井是在坝顶浇筑混凝土锁梁，梁下修建混凝土的倒挂井，逐层向下开挖、立模、浇筑混凝土倒挂井壁，挖至涵管基岩后清除风化岩石、凿毛清洗干净，浇筑防渗墙截水环截渗。倒挂井采用人工开挖，技术简单，不需要大型设备和专业施工力量，施工方便，不受水库洪水影响，可减少土石方开挖量，降低工程成本，缩短建设周期。 倒挂井设计的要点首先是根据地质情况确定井深及井圈的大小和组数，然后确定锁口梁的结构及尺寸，锁口梁可以保证井口稳定，并且井圈的重量也主要由锁口梁承担，故锁口纵横梁应按简支梁设计并配筋。倒挂井垂直开挖要靠井壁支护，并壁一节一节自上而下施工并预埋钢筋，上一段支护稳定后开挖下一段，然后浇注下一段的井壁混凝土，下一节井壁倒挂在上一节井壁上维持稳定。由于井圈不是封闭的圆圈，横向支撑必不可少，支撑可采用方木或型钢焊制，一般每层设置3道横
第七章水工隧洞与坝下涵管 复习要点：类型和特点 类型：水流状态、用途 特点：、结构特点、水流特点、施工特点 新课重点： 选线的一般原则： 隧洞进出口布置：进水方式：开敞式和深水式（有压和无压）：出口断面收缩，洞顶压坡 纵坡：不宜用平坡和负坡，一般3‰－10‰ 闸门布置：工作闸门进口出口洞中适当位置动启动闭 多用途隧洞布置 泄导结合，龙抬头方式 泄电结合 电灌合一洞： §6－2水工隧洞的选线与总体布置 一、隧洞选线 选线的一般原则： 影响因素多，要进行经济分析比较确定 1、地质条件 （1）应使轴线与层面的走向交成较大的夹角（θ≦45°）,轴线垂直走向优于平行，倾角陡立最好，形成自然拱。当岩层倾斜时，向开挖面倾斜比背向开挖面倾斜好。当通过皱褶轴部时，易形成梯形棱柱体
造成洞顶塌方。 （2）覆盖厚度 考虑弹性抗力（不利岩体构造）：≥3Φ 不考虑弹性抗力：不衬砌≥1H,衬砌≥0.4H 进出口：≥1Φ 2、地形条件 （1）纵向布置 短而直，R≥5B或Φ，α≤60°，过渡直线段L≥5B或Φ。 （2）进出口位置合适：进出口水流应平顺对称，避免产生涡流，防止水流的冲刷。进出口岩石要坚硬、完整。 3、水流条件 进出口水流平顺、直，与其他建筑物要有足够的距离 4、施工条件 考虑施工方便：一洞多用，布置施工支洞、斜洞、竖井以便分段施工
二、隧洞的整体布置 （一）隧洞进出口布置 1、进水方式：开敞式和深水式（有压和无压） 开敞式：进口（溢流堰）斜洞洞身 洞内为无压流状态 深式：进口洞身 洞内可以是无压的或有压的。注意保持进口曲线的连续性，不应 在进口曲线上设闸门槽和通气孔等。
四川汶川抗震救灾 科技快报（四十） 中国水科院 2008年5月24日土石坝坝下涵管震害分析与处理修复措施 1．震害表现 涵管震害表现形式主要有管身裂缝、折裂、漏水，启闭设备倾斜、断裂，进出口翼墙及消力池裂缝和坍陷等。 （1）管身裂缝 分纵、横向的局部或贯穿性裂缝。局部裂缝一般不漏水，而贯穿性裂缝，常有漏水现象。 （2）管身断裂 坝下涵管受震后沿伸缩缝拉开、沿浆砌块石砌筑缝拉断，甚至预制钢筋混凝土管和铸铁管的薄弱部位被拉断。 （3）涵管漏水 坝下涵管受震后，常伴随断裂或裂缝产生漏水，常见的漏水是穿管壁的横向漏水。此外，有的压力涵管经地震后产生管内向坝体漏水，然后再沿管壁外漏出坝外。这种漏水称为纵向漏水，对工程危害较大。 （4）启闭塔和交通桥断裂及倾斜 启闭设备和交通桥一般是较高的暴露建筑物，地震后容易产生断
裂及倾斜等震害。即使是烈度较低的地区，这类震害有时也会产生。 （5）进出口翼墙和消力池裂缝及沉陷 2．震害处理修复 地震后坝内涵管如产生震害，必须及时处理和修复，否则将影响坝体的安全。对于震害较严重无法修复的涵管，则须废弃旧管，另建新管。另建新管的方法，如开挖坝体重建、打隧洞、“顶管”等，不论采用哪一种方式，对旧管都要做彻底的处理，即予以挖除或堵塞严实，不能留在坝内成为隐患。 （1）涵管断裂加固 涵管断裂的加固处理，主要是地基加固和加强管身结构强度。 （2）地基加固 对于坝较低，断裂发生在管口附近的，可直接开挖坝体进行翻修。在岩基与土基交接地段，主要是提高土基承载能力，减少沉陷，可清除表土、松土、淤泥，开挖到坚实土层，均匀夯压后，再分层（每层25～30厘米）回填夯实三合土，当回填到离相邻的岩石面1米左右，再用混凝土砌至及岩石齐平，若管身周围均回填三合土同样采用分层回填夯实。当坚实土层很深，则需根据土层性质换土或打桩，提高土的压实性，再按前述方法回填三合土。对于就地浇注管径较大的涵管，可在管内钻孔灌浆充填基础。对于断裂发生在涵管中部，坝又较高，全部挖开不经济，可在管内进行基础钻孔压力灌浆处理。有条件的也可在洞内局部挖开处理，最后回填灌浆。 （3）加强管身结构强度
任务一 拦河溢流坝水力计算实例 1. 设计洪水流量为511 6 2. 坝址处河底高程为4 3.50m 884 3. 由灌区高程及灌溉要求确定坝顶高程为48.00m 885.5 4. 为减少建坝后的壅水对上游的影响，根据坝址处河面宽度采用坝的溢流宽度B=60m 15 5. 溢流坝为无闸墩及闸门的单孔堰，采用上游面铅直的三圆弧段WES 型实用堰剖面，并设有圆弧形翼墙： 6. 坝前水位与河道过水断面面积关系曲线，见图1： 7. 坝下水位与河道过水断面面积关系曲线，见图1； 8. 坝基土壤为中砾石； 9. 河道平均低坡i=0.00127 0.037 10.河道实测平均糙率n=0.00127： 40045050048.0 48.549.049.550.050.5 51.0 10020030040050044.0 44.545.045.546.046.547.047.548.048.5河道过水断面面积(m/s) 坝前水位（m ) 坝下水位（m ) 河道流量（m/s) 3 水力计算任务：
1. 确定坝前设计水位： 2. 绘制坝前水位与流量关系曲线： 3. 坝前消能计算： 分析1，确定坝前的设计洪水位： 一，根据题意可知，坝前设计洪水位取决与坝顶高程及设计水头H d ，已知坝顶高程为48.00mm,求出H d 即可确定坝前设计洪水位。 溢流坝设计水头H d 用堰流的基本公式Q=?εσB g 2H 230 计算：因式中H 0， ε，及?均与H d 有关，不能直接求出H d ，故用试算法求解。 设H d =2.41m,则坝前水位=48.00+2.41=50.41m 按坝前水位由图一可以查的河道过水断面的面积A 0=500m 3,又知道设计洪水流量Q=511m 3/s. 则V 0= 0A Q =500 511=1.02m/s g av 22 =0.053m H 0= H d +g av 22 =2.41+0.053=2.46m 按设计洪水流量Q,由图二，查的相应坝下水位47.8m ，下游水面没有超过坝顶高度： H T =47.8-4.80=-0.2m: A 1=48-43.5=4.5m A 1/ H 0=4.5/2.463=1.83<2.0: H T / H 0=-0.2/2.463<0.15可以判断为淹没出流： 根据公式ε=1-0.2)([[][ εη?+*-1 n NB H 0] 代入数值可知ε=1-0.2*0.7*2.46/60=0.994
2坝下塑料涵管应用与设计 2.1工程布置 坝下塑料涵管也由进水口、管身和控制室三部分组成。在我省已建的工程中控制室大部分设在坝体的下游坡面。我们认为这种布置方式不利于坝体的安全性，根据水工建筑物“上止下排”的原则，控制室最好放于坝体的上游坡面。从调查的情况看，控制室内大部分采用铸铁闸阀，大部分漏水问题，操作不便，其规格受到一定限制，价格也昂贵。我们认为控制室最好采用铸铁闸门，由于铸铁闸门止水效果好，方便管理，其投资也只相当于铸铁闸阀价格的20%~30%，且规格不受限制。现已有部分工程改用铸铁闸门。 2.2埋管方式及基槽的开挖 管道埋设一般有上埋式和沟埋式两种形式。由于塑料管是柔性管材，其本身的刚度难抵管上土的压力，采用沟埋式所产生的土拱效应有利于塑料涵管的结构受力，所以选用沟埋式最为合适。坝下塑料涵管基槽的开挖，由马斯墩公式和斯潘格勒公式可知基槽越窄，管基支撑角越大，其计算的土压力和管变形量越小。因此，为安全起见，其基槽尽可能窄，管基支撑角尽可能大。 2.3管路连接及塑料管穿墙止水硬质聚氯乙稀管大部分为RR型承插连接，利用配套的橡胶圈止水，止水效果好，其连接一般人工可完成。塑料管与控制室混凝土墙的连接止水是关键技术，现在运行的工程此处止水效果都不好，我们能过多种方案比较，认为采用可动式穿墙防水技术为最佳。此项技术可查阅有关水工书籍。
2.4回填要求 基槽和地埋沟开后利用水准仪进行量测，符合要求后再下管填土，回填土的要求应符合施工设计要求，回填土每层应小于25cm，夯实后再回填，管周各部位的夯实程度要求可参照下图。 按道路路基要求的密实度。坝下应用塑料管，其承受外压的能力是管材本身刚度和回填土反作用力的组合，回填土是限制管材变形的一个重要因素，随着回填土的反作用横量的不同，管材承受外压的能力也不同。北京水科院在低压管道应用研究中试验证明:当管材变形相同时，其承受外压的能力随回填土密度的增大而显著提高;当外荷载相同时，管子的变形量随回填土密度增大而显著减小。 3坝下塑料涵管输水能力 坝下塑料涵管输水能力可采用有压泄水道短管自由出流公式计算，为了说明坝下应用塑料涵管的输水可满足一定面积的灌水能力以及便
第七章水工隧洞和坝下涵管 第一节水工隧洞概述 水工隧洞———在水利枢纽中为满足泄洪、灌溉、发电等各项任务在岩层中开凿而成的建筑物。 一、水工隧洞的特点 （一）结构特点 在岩层中开挖隧洞后，引起洞孔附近应力重新分布，岩体产生新的变形，严重的会导致岩石崩塌。围岩除了产生作用在衬砌上的围岩压力以外，同时又具有承载能力，可以和衬砌共同承受内水压力等荷载。围岩压力和岩体承载能力的大小，主要取决于地质条件。因此，应使隧洞尽量避开软弱岩层和不利的地质构造。 （二）水流特点 枢纽中的泄水隧洞，其进口深式泄水洞。 由于作用在隧洞上的水头较高，流速较大，如果隧洞在弯道、渐变段等处的体型不合适或衬砌表面不平整，都可能出现气蚀而引起破坏，所以要求隧洞体型设计得当、施工质量良好。 泄水隧洞的水流流速高、单宽流量大、能量集中，在出口处有较强的冲刷能力，必须采取有效的消能防冲措施。 （三）施工特点 隧洞洞身断面小，施工场地狭窄，洞线长，施工作业工序多，干扰大，工期一般较长。尤其是兼有导流任务的隧洞，其施工进度往往控制着整个工程的工期。因此，加快施工进度是隧洞工程建设中需要引起足够的重视。 二、水工隧洞的类型 1.按用途分类 （1）泄洪洞：配合溢洪道宣泄洪水，保证安全。 （2）引水洞：引水发电、灌溉或供水。 （3）排沙洞：排放水库泥沙，延长水库的使用年限，有利于水电站的正常运行。 （4）放空洞：在必要的情况下放空水库。 （5）导流洞：在水利枢纽的施工期用来施工导流。 在设计水工隧洞时，应根据枢纽的规划任务，尽量考虑一洞多用，以降低工程造价。如施工导流洞和永久隧洞相结合，枢纽中的泄洪、排沙、放空隧洞的结合等。 2.按洞内水流状态分类 （1）有压洞：工作闸门布置在隧洞出口，洞身全断面被水流充满，隧洞内壁承受较大的内水压力。 （2）无压洞：工作闸门布置在隧洞的进口，水流没有充满全断面，有自由水面。 一般说来，隧洞可以设计成有压的，也可设计成无压的，也可设计成前段是有压的而后段是无压的。但应注意的是，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，以防止引起振动、空蚀等不利流态。 第二节水工隧洞的布置和构造 一、水工隧洞的布置 （一）水工隧洞的线路选择 隧洞的路线选择关系到工程造价、施工难易、工程进度、运行可靠性等方面。影响隧洞线路选择的因素很多，如地质、地形、施工条件等。隧洞的线路选择主要考虑以下几个方面的因素：1．地质条件 隧洞路线应选在地质构造简单、岩体完整稳定、岩石坚硬的地区，尽量避开不利的地质构造，要尽量避开地下水位高、渗水严重的地段。洞线要和岩层、构造断裂面及主要软弱带走向有较大的交角，对胶结紧密的厚岩层走向，其夹角不宜小于30°，对薄层以及层间连接较弱，其夹角不小于45°。在高地应力地区，洞线应和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。 在隧洞的进、出口处，围岩的厚度往往较薄，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 隧洞的路线在平面上应尽量短而直。如因地形、地质、枢纽布置等原因需要转弯时，对于低流速的隧
水工建筑物之坝下涵管 标签：水工建筑物坝下涵管土石坝枢纽进口建筑物小型水电库 在土石坝枢纽中，当由于两岸地质条件或其他原因，不易开挖隧洞时，可以采用在土石坝下埋设涵管的方式来满足泄水、引水的需求。 一、坝下涵管的特点 与在山岩中开挖隧洞相比，坝下涵管不需要开山凿洞，结构简单、施工方便、工期较短、造价也低，因此在中、小型工程中使用较多。同时，坝下涵管的进口通常在水下较深处，也是属于深式泄水或放水建筑物。因此，其工作特点、工程布置、进出口的形式与构造等方面与水工隧洞均有相似之处。但是，坝下涵管的管身埋设于土石坝坝下，穿坝而过，如设计施工不良或运用管理不当，极易影响土石坝的安全。根据国内外土石坝失事资料的统计分析表明，坝下涵管的缺陷是引起土石坝失事的重要原因之一。涵管的材料与土石坝的填土是两种性质差别较大的材料，如果两者结合不好，水库中的水就会沿管壁与填土之间接触面产生集中渗流，引起管外填土的渗透变形，特别当涵管由于坝基的不均匀沉陷或连接结构等方面原因，发生断裂、漏水时，后果更加严重，甚至导致坝体的失事。因此在坝下涵管的设计、施工中必须采取适当的措施，做到管身与周围土体的紧密结合，加强管身的防渗处理，保证坝下涵管及坝体安全可靠运行。对于高坝或多地震地区的坝，应尽量避免采用坝下涵管。 二、坝下涵管的位置选择
坝下涵管的线路选择及工程布置的一般原则为经济合理、安全可靠、运行方便。在进行坝下涵管的位置选择时，主要应考虑以下几个方面的问题。 1.地质条件 应尽量将涵管设在岩基上。如不可能时，对于坝高在10m以下的涵管也可设于压缩性小、均匀而密实的土基上，但必须有充分的技术论证。涵管上部所受的外荷载沿管轴线方向变化较大，将可能产生不均匀沉陷，而引起管身断裂，因此，必须避免将管身部分设于岩基上、部分设于土基上，以防止因地基的不均匀沉降而使得管身断裂。不得将涵管直接建在坝体填土中。在进出口的位置，要注意山坡地质的稳定性，防止山坡塌方堵塞涵管。 2.地形条件 涵管应布置在与进口高程相适应的位置，以免增加过多的挖方工程量。涵管进口高程的确定，可根据运用要求、河流泥沙情况及施工导流等因素来考虑。 3.运用条件 涵管的布置要尽量从方便运用来考虑，引水灌溉的坝下涵管最好与灌区布置在同一岸侧，如两岸均有灌区，可在两岸各设一个涵管，以免修建过河交叉建筑物。涵管不宜离溢洪道太近，以免泄水时相互干扰。 4.水流条件