【正文】 分部開挖的主要優(yōu)點(diǎn)是不一 定需要大型設(shè)備，就能。如果圍巖比較穩(wěn)定，洞線又不太長(zhǎng)，可分部開挖掘進(jìn)，貫通以后再進(jìn)行襯砌。 斷面分部開挖：將整個(gè)斷面分成 若干和塊，分層分塊開挖推進(jìn)。這種方法適用于圍巖堅(jiān)固穩(wěn)定 10~8?f ，有大型開挖襯砌設(shè)備，設(shè)備能力和斷面大小能適應(yīng)，平洞軸線不太長(zhǎng)的情況。 全斷面開挖：全斷面開挖是將平洞整個(gè)斷面一次開挖成洞。 隧洞的開挖程序 平洞長(zhǎng)施工程序的選擇，主要取決于地質(zhì)條件的好壞，斷面尺寸的大小，平洞軸線長(zhǎng)短以及施工機(jī)械化水平等因素；同時(shí)還要處理好平面平行運(yùn)動(dòng)同開挖精悍臨時(shí)支撐，平洞開挖與襯砌或支護(hù)的關(guān)系，以便各頂工作在相對(duì)狹小的工作面上有條不紊地進(jìn)行。 ⑷ 如果掘進(jìn)機(jī)出現(xiàn)故障，對(duì)工期影響很大，如果在截流前不能按時(shí)竣工，會(huì)使工期延 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 后一年。 ⑵ 導(dǎo)流隧洞較大，但洞長(zhǎng)較短，不宜采用掘進(jìn)機(jī)。 綜合 以上兩種方法的比較，依據(jù)設(shè)計(jì)資料，選用鉆孔爆破法、開挖。若掘進(jìn)機(jī)發(fā)生故障，會(huì)影響全部工程的施工。對(duì)堅(jiān)硬巖石刀具磨損很快。 ⑷ 掘進(jìn)機(jī)不能靈活適應(yīng)洞徑、洞軸線走向，地質(zhì) 條件與巖性等方面的變化。 ⑶ 但掘進(jìn)機(jī)開挖設(shè)備復(fù)雜昂貴，安裝費(fèi)工費(fèi)時(shí)。 ⑵ 在地質(zhì)條件單一，巖石硬度適宜的情況下，可以提高掘進(jìn)速度。掘進(jìn)機(jī)一般多用于平洞的全斷面開挖，對(duì)大型隧洞的開挖，也可先采用掘進(jìn)機(jī)開挖導(dǎo)洞，而后采用傳統(tǒng)的鉆爆方法開挖。 掘進(jìn)機(jī)式開挖：目前已生產(chǎn)的掘進(jìn)機(jī)大多適用于圓形斷面，地質(zhì)條件良好，巖石硬度適中、巖性變化不大的隧洞。 鉆孔爆破法開挖：一直是地下建筑物巖石開挖的主要施工方法。同時(shí)還須妥善解決施工動(dòng)力供應(yīng)、洞外交通運(yùn)輸、通風(fēng)、散煙、除塵、排水和照明等問(wèn)題。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 圖 3 圖 3 一、 上游： 81 0 0 0 9 . 8 1 0 4 . 6 1 7 1 . 6 5 1 . 7 6 1 0PN? ? ? ? ? ? 將各數(shù)值代入式（ 3 9） 式中： l,A— 堵頭長(zhǎng)度，斷面面積，其中 A=； K— 安全系數(shù)，一般取 ，本設(shè)計(jì)取 ； P— 作用水頭之推力； ? — 混凝土容重，324 mt?? F— 混凝土與巖石孔隙壓縮系數(shù)（或混凝土）的摩阻系數(shù)，一般取 ，取 ； ? — 導(dǎo)流隧洞或涵管的周長(zhǎng)， m C— 混凝土與巖石的粘結(jié)力，一般取 Pa410)205( ?? ，取 Pa510 。 1爆破石渣 2山坡土前閉氣段 3草袋黃土后閉氣段 4臨時(shí)堵頭混凝土墻 5隧洞上覆巖體 3因?qū)Я魉矶磾嗝孑^大，堵頭體積也大，為防止產(chǎn)生溫度裂縫，須分段分層澆筑，并有降溫措施。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 在選用封堵方法時(shí)，主要考慮：施工簡(jiǎn)單，造價(jià)經(jīng)濟(jì)等因素，參照已建工程 — 湖北省白蓮河工程導(dǎo)流涵管的封堵，最終決定采用定向爆破斷流，山坡土閉氣，快速筑好進(jìn)口圍堰之后，在靜水條件下立即澆筑水工混凝土搶作為臨時(shí)堵頭，繼面抽水，再澆筑隧洞的永久混凝土堵頭。 隧洞堵頭的設(shè)計(jì) 封堵體位置及結(jié)構(gòu)體型 導(dǎo)流泄水建筑物隧洞、涵洞、底孔完成導(dǎo)流任務(wù)后，需進(jìn)行封堵。 當(dāng)上游流量大于 4448m3／ s 為有壓流 當(dāng)上游流量介于 m3／ s與 4448m3／ s之間為半有壓流。 7） 式中： ?? — 進(jìn)口及管內(nèi)局部損失系數(shù)之和； c— 管道的謝才系數(shù)， c=； R— 水力半徑， R=； 查《水利水電工程施工設(shè)計(jì)手冊(cè)》第一卷表 2520，得 喇叭形進(jìn)口處： ?? =； 閘門槽處： ?? =； 矩形變拱門形漸變處： ?? = ?? =?? + ?? +?? =++= μ = 12181 glcd????= smQ Fc 2 4 8)( ??????????? . 二號(hào)隧洞的流態(tài)判別 (長(zhǎng) 431m) （ 1）半有壓流下限 2 ( )P c d pcQ A g d? ? ? ? ?=／ s （ 2）臨界流量 12 ( )F c F cQ A d g d d iL? ? ? ? ? ? （ 3 由于 洞內(nèi)流態(tài)還受洞長(zhǎng)，坡度等因素影響，情況比較復(fù)雜，而目前用以計(jì)算的 公式尚不夠成熟，近似計(jì)算，可以采用經(jīng)驗(yàn)值 Fc? =， FcH = Fc? d=? = （ 2）相應(yīng)的臨界流量可用有壓 流公式計(jì)算： 12 ( )F c d F cQ A g d d iL? ? ? ? ? ? （ 3 從實(shí)際的工程實(shí)踐及模型試驗(yàn)觀測(cè)到的數(shù)據(jù)值來(lái)看， Fc? 不是一個(gè)單一的數(shù)值。 半有壓流與有壓流分界點(diǎn)的上游臨界壅高比 Fc? 為： FcFc Hd?? （ 3 dA — 管道斷面面積，采用 171? 65m2 d— 管身高度，采用 d=16? 6m 。 一號(hào)隧洞的流態(tài)判別 (短 274m) 依據(jù)《水利水電施工組織設(shè)計(jì)手冊(cè)》（Ⅰ） （ 1）半有壓流下限泄流流量 pcQ 為： 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 pcQ =μ dA 2 ( )pcgd? ?? （ 3針對(duì)不同的流態(tài)有具體的水力計(jì)算方法。 1隧洞截面參數(shù) 隧洞截面 B H r S x R C 具體參數(shù) 11 16． 6 6． 2 171.65 51 7 72.0 隧洞流態(tài)的判斷 隧洞導(dǎo)流屬于管道泄流。 漸 變 段 25 30 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 隧洞的水力計(jì)算 導(dǎo)流水力計(jì)算的主要任務(wù)是計(jì)算各種導(dǎo)流泄水建筑物的泄水能力，以便確定泄水建筑物的尺寸和圍堰高程?！?7176。 由于松濤水利樞紐壩址區(qū)隧洞出口處，巖石堅(jiān)硬，隧洞的出口布置，應(yīng)保持水流的良好銜接，達(dá)到消能，防沖的目的。因此，出口型式與布置，應(yīng)同進(jìn)口及洞內(nèi)的流態(tài)成為整體考慮，并通過(guò)水工模型試驗(yàn)驗(yàn)證。 2 圖 3 3） 隧洞進(jìn)口段是由喇叭口段的矩形逐漸演變成拱門形，為了使水流連接平順，減少水力損失，漸變段長(zhǎng)度一般不小于 1～ 3 倍的洞寬，故取漸變段長(zhǎng)為 30 m。 1, 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 表 3 良好的進(jìn)口形狀，對(duì)于提高 泄流能力和防止氣蝕破壞具有明顯的效果，在閘門前設(shè)置漸變段，漸變斷的 長(zhǎng)度通常為 1～ 3倍洞寬，采用 1/4 橢圓曲線，即： 221xyab?? （ 3封閉式塔身橫斷面可以是矩形，圓形。通常盡量減少明挖，避免開挖高邊坡，不僅有利于縮短工期，在經(jīng)濟(jì)上也是合理的。因?yàn)闆](méi)有通航、放木等要求，河中含沙量大，最大約為 5kg/ m3,考慮到泥沙的淤積，進(jìn)口高程選在枯水位以下 1 m，即 4181=417 m 對(duì)于無(wú)壓隧洞的底坡取決于進(jìn)口高程，為了自流排水，便于檢 修，底坡應(yīng)于 2‰，為了便于開挖出渣河襯砌施工，有軌運(yùn)輸?shù)乃矶吹灼乱诵∮?1%.經(jīng)綜合分析考慮，本設(shè)計(jì)采用底坡為 4‰ 。 1，根據(jù)幾何關(guān)系可得 : 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 考慮到隧洞襯砌等實(shí)際情況，需 要適當(dāng)加大隧洞的開挖面積，故取 L=11m,H= 拱高 f=,孔高 h=R/2+H=。 1） 將 Q=5130 m3／ s ， V=18 m3／（ s 本設(shè)計(jì)采用全年擋水圍堰，其設(shè)計(jì)流量為 5130 m3／ s ，取隧洞單位面積的過(guò)水流量為 18 m3／（ s 初步擬定拱形斷面尺寸：頂拱圓心角取為 120176。 隧洞經(jīng)濟(jì)斷面分析，雖 然不能作為選擇斷面的唯一依據(jù)，但從整體的趨勢(shì)來(lái)看，在圍堰高度允許的前提下，盡量減小隧洞斷面是經(jīng)濟(jì)的。 經(jīng)濟(jì)合理的隧洞尺寸應(yīng)體現(xiàn)在以下的幾個(gè)方面 |： ⑴ 盡量發(fā)揮隧洞效益的同時(shí)，務(wù)使圍堰能在一個(gè)枯水期內(nèi)建成，并保證圍堰的安全和技術(shù)可靠性； ⑵ 洞內(nèi)的流速一般不超過(guò)允許流速； ⑶ 滿足通航、放木要求等綜合利用的要求； ⑷ 方便施工； ⑸ 滿足中后期施工度汛要求。 但由于隧洞開挖及襯砌單價(jià)高，圍堰的單價(jià)低，比較的結(jié)果往往是小隧洞配高圍堰的造價(jià)最低。在流量一定情況下，隧洞的經(jīng)濟(jì)斷面的選擇，需要擬定幾個(gè)隧洞尺寸，計(jì)算相應(yīng)的圍堰高度，并計(jì)算不同斷面尺寸隧洞與圍堰的工程量造價(jià)。再根據(jù)其壩址處的地質(zhì)條件，隧洞內(nèi)水流條件一般為無(wú)壓流，洞身斷面形式采用拱門型。 m2） 之間?！?180176。調(diào)整高寬比還有利于圍巖的穩(wěn)定。 常用的隧洞斷面形式有圓形、馬蹄形、拱門形等，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、水利條件（有壓、 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 無(wú)壓、水頭的大小）、截流和通航要求、方便施工等經(jīng)過(guò)技術(shù)比較確定。 在一般情況下，都按壓力流設(shè)計(jì)，也有少數(shù)設(shè)計(jì)成明流。即使前期導(dǎo)流按明流設(shè)計(jì)，中、后期施工渡汛也可能成為壓力流。 隧洞的斷面形式與尺寸 隧洞的斷面形式與尺寸的選擇，應(yīng)首先考慮隧洞的工作狀態(tài)。 一岸布置時(shí)，兩隧洞之間的最小間距一般不小于 3 倍洞寬，大斷面隧洞也有不到 3倍洞寬的，需根據(jù)地質(zhì)條件、施工方法、襯砌措施等具體分析。隧洞最大斷面尺寸取決于地質(zhì)條件、施工方法、及技術(shù)水平，一般憑經(jīng)驗(yàn)綜合分析確定。 采用兩條或多條隧洞時(shí)，如無(wú)特殊要求，以相同的斷面尺寸為宜，以利施工。 ⑶ 因隧洞斷面過(guò)大，后期下閘封堵困難。 ⑴ 雖地質(zhì)條件允許開挖大斷面隧洞，而施工設(shè)備及技術(shù)水平不相適應(yīng)，或因大斷面隧洞支護(hù)不經(jīng)濟(jì)，而小隧洞可以簡(jiǎn)化支護(hù)。同時(shí)為便于組織施工，節(jié)省人力物力，免修大型施工橋，將兩條隧洞布置在一岸。若布置在右岸，需挖明渠，使沖溝中的積水引入河道，同時(shí)為防止圍堰的沖刷，需要設(shè)擋水設(shè)施，增加施工難度和施工經(jīng)費(fèi)。 ⑼ 當(dāng)導(dǎo)流隧洞與永久隧洞結(jié)合時(shí)，其布置還應(yīng)滿足永久建筑物的要求。局部地段（如通過(guò)沖溝，埡口時(shí)）的最小埋深一般不小于 3倍洞徑。對(duì)于無(wú)壓隧洞，加大底坡可增大泄水能力，應(yīng)設(shè)計(jì)成陡坡為好，對(duì)于有通航放木要求的河道，底坡不宜過(guò)大，宜設(shè)計(jì)成緩坡。如果高程過(guò)低，可能造成泥沙淤積或門檻磨損，影響封堵閘門沉放，對(duì)施工出渣 、排水也不利。 ⑹ 進(jìn)出口高程選擇，需考慮：截流，通航，放木要求封堵條件，泥沙淤積或磨損，方便施工等。從地形上看，一般選擇在坡度較陡，巖石出露的位置為好，避免明挖過(guò)大，進(jìn)洞困難。避開 不利地質(zhì)構(gòu)造。洞線方向與巖層走向盡量呈正交，交角一般不小于 45176。進(jìn)、出口距圍堰堰腳應(yīng)有一定的安全距離，一般不應(yīng)小于 10 ～ 20m。為宜，進(jìn)口段交角視具體情況可適當(dāng)放寬。曲線段首尾均應(yīng)保持直線段 連接，直線段長(zhǎng)度不小于 5 倍洞寬為宜。 ⑵ 當(dāng)洞線必須轉(zhuǎn)彎時(shí)，應(yīng)盡量避免急轉(zhuǎn)，其彎曲半徑一般不小于 5 倍洞寬轉(zhuǎn)角不宜大于 60176。當(dāng)壩址位于河灣地段時(shí)，宜將隧洞布置在凸岸，成直線布置。樞紐水工建筑物的布置及是否與永久建筑物結(jié)合等。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 3 隧洞設(shè)計(jì) 導(dǎo)流隧洞的布置 導(dǎo)流隧洞路線的選擇與布置原則 本設(shè)計(jì)采用隧洞導(dǎo)流，但隧洞的選擇與合理 布置，對(duì)減少工程量，降低造價(jià)，方便施工，縮短工期等關(guān)系很大。 綜合考慮比較，初步擬訂隧動(dòng)導(dǎo)流方式總體上是可行的，且優(yōu)于其他導(dǎo)流方案。經(jīng)計(jì)算，松濤水利樞紐壩址所在地河谷狀系數(shù)η =3,故適宜采用隧洞導(dǎo)流。以壩長(zhǎng)與壩高的比值η =L／ H，表示河谷形狀系數(shù)。 壩址河谷及兩岸的變質(zhì)巖主要由云母石英片巖和角閃巖組成，石質(zhì)堅(jiān)硬，相當(dāng)于 16級(jí)巖石分類中的第 X級(jí)巖石，在巖石地質(zhì)條件上具備了開挖隧洞的條件。因此，在準(zhǔn)備期內(nèi)完成 明渠的施工難度較大，截流工期的保證率較低。主要因?yàn)閴沃诽幍膱嚎谔幱诟叱梯^高處（處于 520m 以上，高出河床 10m 以上，不適合初期導(dǎo)流）開挖量大，雖然明渠導(dǎo)流費(fèi)用較隧洞導(dǎo)流方案低，但明渠導(dǎo)流準(zhǔn)備期開挖量大，地面施工干擾大，工期風(fēng)險(xiǎn)難以估計(jì)，隱含風(fēng)險(xiǎn)大。 松濤水利樞紐選定壩址位于峽谷尾部，距峽 谷出口約 公里，壩址河床兩岸山坡陡峻，成 V 字形，河床的寬度較窄，故不宜采用分段圍堰導(dǎo)流。 1 壩址多年流量統(tǒng)計(jì)表（單位： m3／ s） 20 年一遇 月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 全年 月最大流量 430 371 615 1070 1816 3570 4210 4030 4610 3010 1520 701 5130 月平均流量 327 338 432