水工隧洞

在山体中或地下开凿的过水洞。水工隧洞可用于灌溉、发电、供水、泄水、输水、施工导流和通航。水流在洞内具有自由水面的，称为无压隧洞；充满整个断面，使洞壁承受一定水压力的，称为有压隧洞。

简介

水工隧洞

发电隧洞一般是有压的；灌溉、供水和泄水隧洞，可以是无压的，也可以是有压的；而渠道和运河上的隧洞则是无压的。水工隧洞主要由进水口、洞身和出口段组成（发电用的引水隧洞在洞身后接压力水管，渠道上的输水隧洞和通航隧洞只有洞身段。闸门可设在进口、出口或洞内的适宜位置。出口设有消能防冲设施。为防止岩石坍塌和渗水等，洞身段常用锚喷（采用锚杆和喷射混凝土）或钢筋混凝土做成临时支护或永久性衬砌。洞身断面可为圆形、城门洞形或马蹄形。有压隧洞多用圆形。进出口布置、洞线选择以及洞身断面的形状和尺寸，受地形、地质、地应力、枢纽布置、运用要求和施工条件等因素所制约，需要通过技术经济比较后确定。

分类

按其功用分为：①引水、输水隧洞。引水或输水以供发电、灌溉或工业和生活之用。②导流、泄洪隧洞。在兴建水利工程时用以导流或运行时泄洪。③尾水隧洞。排走水电站发电后的尾水。④排沙隧洞。排冲水库淤积的泥沙或放空库水以备防空或检修水工建筑物之用。

以上也可概括为引水隧洞和泄水隧洞两大类。根据受压状态的不同，可分为有压隧洞和无压隧洞。前者水流充满全洞，且受到一定的内水压力；后者水流不充满全洞，在水面上保持着与大气接触的自由水面。

隧洞线路

水工隧洞是水利枢纽中的重要组成部分之一。隧洞线路必须与水利枢纽的建设任务相适应，并须根据地形、工程地质和水文地质、水文等条件选定。线路应力求短而直。当高速有压隧洞在平面上采用曲线布置时，为避免水流脱壁，产生负压和空蚀，其半径和转角应通过水工模型试验确定；而对高速无压隧洞在平面上则尽量不设曲线段。

有压隧洞的底坡取决于进出口的高程。无压隧洞的底坡应根据水力计算确定。为了自流排水，便于隧洞检修，要有一定的底坡。采用有轨运输施工的隧洞，其底坡不宜太大。

隧洞建筑物

一般包括进口建筑物、洞身和出口建筑物三个主要部分。此外，水电站厂房也可设置在地下和隧洞邻接(图1)。

①进口建筑物。包括进水喇叭口、闸门及其控制建筑物、通气孔道、进口渐变段（从安装闸门地段的矩形断面过渡到洞身断面），作用是：进水和控制水流；保证水流平顺，避免空蚀现象；尽量减少局部阻力，保证过水能力。

②洞身。隧洞的主体，其断面形式和尺寸取决于水流条件、施工技术情况和运用要求等。有压隧洞一般采用圆形断面(图2a、b)，而无压隧洞则采用圆拱直墙(图2c、d)或曲墙形(图2e)。隧洞断面尺寸必须满足设计流量的要求,有压隧洞按管流计算，无压隧洞按明渠流计算。为保证无压隧洞的明流状态，在按能量方程计算的水面曲线以上应留有一定净空。对于高流速的无压隧洞，还要考虑渗气和冲击波的影响，水面以上要另留一定的余幅面积。洞身一般要修建衬砌,用以防护岩面并减小洞壁粗糙,防止渗漏，承受围岩压力、内水压力及其他荷载。衬砌类型有不承载的护面结构；混凝土、钢筋混凝土或喷锚支护的单层衬砌；内层为钢板，外层为混凝土或钢筋混凝土，或由喷锚支护和现浇混凝土组合成的复合式衬砌。地质条件较好的隧洞，特别是无压隧洞，可以不作衬砌，但要采用光面爆破开挖，以达到岩面平整的要求。

③出口建筑物。其组成和功用按隧洞类型而定。用于引水发电的有压隧洞，其末端连接水电站的压力水管。通常还设置有调压室（井）,当电站负荷急剧变化时,用以减轻有压隧洞和压力水管中的动压现象，改善水轮机的工作条件。泄水洞口一般设有消能建筑物，如出口设置扩散段以扩散水流，减小单宽流量（从洞内流出的最大流量除以水面宽度），防止对出口渠道或河床的冲刷。

水电站地下发电厂

当河谷狭窄、岸坡陡峻、布置地面发电厂有困难而地质条件较好时，可考虑设置地下发电厂，使其结构简化,占地少；厂房的施工和运行,不受气候的影响；厂房的主要设备安装在地下，有利防空。但施工较复杂，运营条件也较差，而且要有良好的通风、防潮、照明等附属设备及地下通道。

中国在水利水电建设中，已建成长度在2000米以上的隧洞近30座，长于10000米m的大型隧洞有11座。其中渔子溪一级水电站引水隧洞长8610米,冯家山灌区引水隧洞长达12600米。引滦入津工程的输水隧洞全长为11380米。引黄入晋总干渠上最长的隧洞单洞长54.85km。二滩水电站导流洞断面为17.5m×23m，断面面积为402.6㎡。三峡水利枢纽地下厂房尾水洞断面为24m×36m，其断面面积达876㎡。到20世纪末，世界上长度超过10km的单体隧洞近40条，其中芬兰派延奈隧洞长达120km。

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