第一篇：水工隧洞施工及运行的ANSYS模拟

水工隧洞施工及运行的ANSYS模拟

4.1 数值模拟对象 4.2 有限元建模

4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4 单元定义和材料定义 实体建模 网格划分

边界条件和初始条件

4.3 水工隧洞施工过程模拟

4.3.1 4.3.2 4.3.3 4.3.4 初始状态模拟 毛洞开挖工况模拟 毛洞支护工况模拟 计算结果查看及处理

4.4 水工隧洞运行期模拟

4.4.1 4.4.2 运行期内水压力的模拟 运行期外水压力的模拟

水工隧洞施工及运行的ANSYS模拟

由于ANSYS在水利工程中应用面广，可以广泛用于水利工程的各个专业领域中，包括水工隧洞、地下厂房、高边坡、重力坝、拱坝、截流堰等水工结构；水轮机组的动力分析；水文预测以及高速水力学等。基于对ANSYS基本操作的进一步熟悉，并建立对水工结构ANSYS分析的概念，本章以一个典型水工隧洞的开挖过程为例，简单介绍ANSYS在水利工程中的应用，并以此作为初学者的入门实例。

2.1 数值模拟对象

对于实际工程而言，对所要数值模拟对象的熟悉程度是进行有效的ANSYS建模和正确进行有限元分析的基础，熟悉的内容主要包括：研究对象地形地质条件（不同的地质分层、断层、节理、裂隙等）、地层及结构的物理力学参数（如果涉及到渗流分析或温度分析，则还需要水力学参数和热力学参数等）、纵横剖面、水文条件以及荷载条件等，以及工程的施工工法，工序安排等，从而为有限元的建模提供前提条件。

需要注意的是，作为有限元数值模拟，只是对实际工程的高度近似，换句话说，不可能达到百分之百的相同。因此，对实际工程需要进行一定的简化，否则是无法、也不可能进行数值模拟的。

隧洞内径6m，衬砌厚40cm100m100m 图4-1 水工隧道的简单实例

问题描述：以一个简单隧洞为例，隧洞内径6m，衬砌厚40cm，地层均质，隧洞进行全断面开挖，开挖后进行一次性衬砌支护。

问题抽象：从描述中可以分析，分析为平面应变问题，问题中涉及两种材料（岩石和混凝土衬砌），研究区域根据一定的规则选取为100m×100m（在后面的章节中进行介绍）矩形区域，工程分析过程分为3步，即初始状态>毛洞开挖>支护。

2.2 有限元建模

启动ANSYS Product Laucher，定义好工作目录和文件名称。建议不同的工程建立不同的工作目录，文件名称尽量取与工程名称相关且最好包含日期信息，以便日后对计算过程的回顾和再利用。如目录取为Shuigong，文件名取为Tunnel060824，如图4-2。然后运行Run（如目录不存在，则会弹出对话框提示，直接点击确定，则在相应位置新建，若已存在，则点击Browse去选取，文件名同样如此），进入ANSYS主操作界面。

图4-2 工作目录和文件名的定义 2.2.1 单元定义和材料定义

1．单元定义

从前面分析中可以看出，本次分析为平面应变问题，单元形式为平面应变单元。则单元的定义过程如下：

（1）进入前处理状态Preprocessor（在完成网格划分前都不用退出前处理器）；

（2）点击Element Type>Add/edit/delet，弹出Element Type对话框（图4-3）。

图4-3 Element Type对话框

图4-4 Element Type对话框

（3）点击增加单元按钮Add，弹出单元类型库对话框Library of Element Type（图4-4）。

（4）在左侧A框中选择Solid，对应在左侧B框中选择Quad 4node 42类型，即为平面四边形单元，单元编号默认为1，点击Ok退出，则在Element Type对话框中显示已定义的单元Plane42（图4-5）。

图4-5平面单元的选取

图4-6 已定义的平面单元Plane42（5）平面应变的定义。一般来说，Plane42默认为平面应力单元，因此需要对其进行修改。点击图4-6中选项按钮Options…，弹出对话框（图4-7），在A框K3的下拉菜单中选择Plane stain项，在B框K5项选择Integration pts，点击Ok确定，退出到图4-6状态。

图4-7平面应变的定义

（6）点击Close，完成单元定义。2．材料定义

从4.1中分析可知，整个分析中涉及到2种材料，即围岩体和衬砌混凝土（均假定为各向同性材料）。因此需在ANSYS中定义2种材料，定义过程如下：

（1）点击Material Props>Material Models，弹出材料模型行为定义框Define Material model behavior（图4-8），左侧列表中默认一种未定义参数的材料，这里定义为岩石材料，编号1。

图4-8 材料模型行为定义框

（2）双击右侧框内的Structural（结构）>Linear（线性）>Elastic（弹性）>Isotropic（各向同性），弹出对于材料1的线性各向同性材料性质的定义框（图4-9）。

图4-9 材料性质定义

（3）在EX框（弹性模量）框中输入4e9（单位为Pa），Prxy（泊松比）框中输入0.25，点击OK确定，退回图4-8状态，则左侧框中出现线性各向同性性质项（图4-10）；

图4-10 已定义的线性各向同性性质项

（4）点击图4-10右侧框中的密度项Density，弹出对话框密度定义对话框，输入2400。

图4-11 密度的定义

（5）（通过以上1-4步则定义了材料1线弹性分析所需的参数，图4-12）

图4-12 已定义的材料1参数

（6）定义材料2（混凝土衬砌）的参数。在图4-12中点击材料Material>New model（新建材料），则左侧框中出现Material Model Number 2，重复（1）～（4），定义材料2的参数为Ex=2e10，Prxy=0.167，Dens=2500。图4-13。

图4-13 材料2（衬砌混凝土）参数的定义

在图4-12中点击材料Material>Exit退出材料定义，点击保存。

通过以上步骤，则定义了所需的材料，若有更多材料，则重复以上步骤即可，需要注意的是，不同的分析（弹性分析，弹塑性分析，蠕变分析，动力分析）所需的参数是不同的。2.2.2 实体建模

所谓实体建模，就是对通过创建点、线、面的方式，在ANSYS实际反映研究对象的体形特征，从而建立网格划分的基础。本实例的最终实体模型包括围岩区域、衬砌区域（开挖后要回填）、开挖区域（不回填，形成隧洞）三个区域，在实体上表现为面Area。建立面有两种方式，一是通过生成点生成线，再由线生成面，二是直接通过ANSYS工具生成面。

1．通过点、线生成面 建模过程：

或

进行（1）生成关键点

点击Modelling>Create>Keypoints>In Active Cs（通过输入坐标直接生成关键点），弹出对话框（图4-14）。其中第一行为关键点编号，不输则按顺序系统自动进行编号，第二行为三个方向坐标值，平面问题时则Z值不输。

按上述方法依次创建点（-50,-50），（50,-50），（50,50）和（-50,50），完成四个关键点的创建，则工作面出现4个关键点（图4-15）。

图4-14 关键点的创建

图4-15 已创建的关键点

（2）由点生成线

点击Modelling>Create>Lines>Lines>Straight Line（通过关键点创建直线）。弹出选点建线对话框Creat Straight Line（图4-16）。

先连接关键点1和关键2。鼠标依次点击1点和2点，则生成线1（自动按顺序编号为1），按此方法，可以连接点2和3、3和4，4和1，依次生成线2～4（图4-17）。

图4-16 创建直线对话框（3）由线生成面

点击Modeling>Create>Areas>Arbitrary>By Lines（通过线创建面）。弹出Creat Area by Lines（图4-18）。依次点击线1、2、3、4，点击OK，则形成一个矩形面（图4-19）。

图4-17 创建直线

图4-18 创建直线对话框（4）创建隧洞及衬砌

由于隧洞及衬砌为圆形/圆环形，可以通过ANSYS的工具直接创建，再通过布尔运算对圆进行操作，生成开挖区、衬砌及围岩区。具体操作如下：

点击Modeling>Create>Areas>Circle（圆形）>Solid Circle（实体圆），弹出实体圆面创建框（图4-20），图中的三个输入框中，WP X和WP Y为圆心位置（不输值时，默认圆心位置在整体坐标系的原点；若圆心位置不在整体坐标系

图4-19 创建面 原点，则需通过移动工作平面来实现圆心位置的确定）。

这里，隧洞内径为6m，外径为6.4m。在图4-20对话框中的Radius中输入6，点击Apply，创建内圆；再输入6.4，点击OK，创建外圆。（点击鼠标右键，点击Replot，可以看到三个有重复区域的面，图4-21）

图4-20 创建实体圆对话框

图4-21 创建的三个实体圆

通过上面的操作，在工作面上存在3个面Area，但三个面存在重合，因此，必须对三个面进行布尔操作，形成相互独立但边界连接的三个区域，即围岩区、衬砌区和开挖区。点击Modeling>Operate>Booleans>Overlap>Areas（对面进行叠合操作），弹出对话框（图4-22）。选择对话框中的Pick All，对所有的面进行操作，从而形成三个区域。

图4-22 对面进行Overlap对话框

面

（5）精细实体模型

图4-23 经过布尔操作的圆经过上面的操作，初步形成了实体模型，可以进行网格的自由划分，但这样获得的网格往往没有规律性，同时没有突出重点（比如在隧洞周边的网格需要密一些）等等。因此，可以对这些区域进行切割，划分为4个相同且对称的区域。具体做法是：在矩形区域的4个线/边中点创建4个关键点，连接成直线，然后用直线去切割3个面。

ANSYS操作：

A． 显示所有的线：Utility Menu>Plot>Lines； B． 在线1的中点创建关键点：

Modeling>Create>Keypoints>On Line w/Ration，对话框（图4-24），选择要创建点的线，点击Apply，弹出对话框（图4-25），在Line ratio(0-1)中输入0.5（表示中点），Keypoint Number默认，点击OK，即在创建了线1上的中点（图4-25），按此方法，创建其他3条边线上的中点关键点。

图4-24在线的中点创建关键点

C． D． 连接关键点13和15，14和16，形成2条直线（按图4-16～图 4-17的方法创建）；

显示所有的元素：Utility Menu >Plot>Multi-Plots；

E． 对3个面进行切割：

点击Modelling>Operate>Booleans>Divide>Area by Line，弹出对话框Divide Area by Line（图4-25），点击Pick All，弹出对话框，再点击Pick All，完成对面域的划分。

为了便于查看面，将面以颜色进行区分，做法为：Utility Menu >Plot Ctrls>Numbering…，弹出对话框，对图4-26中三个框选的部分按图中进行选择，点击OK，即可显示面（图4-27）。

图4-25 切割面

图4-26 以颜色显示面设置

图4-27 以颜色显示的面

通过以上操作，即完成了所有实体模型的创建。由于在上述操作过程中，可能存在一些重合的元素，必须对此进行处理。

在ANSYS中的做法是：点击Preprocessor>Numbering Ctrls>Merge Items，弹出对话框，选择框中的All（图4-28），点击OK；点击Preprocessor>Numbering Ctrls>Compress Numbers…，弹出对话框（图4-29），选择All，点击OK结束。

图4-28 消除重合的点、线、面/体

图4-29 压缩点、线、面的编号（从1开始且编号连续）

同时，为了以后便于选择，可以通过ANSYS的工具创建面的组合，形成围岩组、衬砌组和开挖区组。ANSYS的做法为：

图4-30 选择面设置 岩区域

图4-31 选择面

图4-32 选择的围A． 先只选择围岩区域：Utility Menu>Select>Entities…，弹出对话框（图4-30），按图中框选部分进行选择，点击OK；弹出对话框（图4-31），然后在工作区选择围岩区（图4-32）中的R1、R2、R3和R4，点击OK；显示面，Utility Menu>Plot>Area，即可看到所选择的区域。B． 创建组件：Utility

Menu>Select>Comp/Assembly>Create Component…，弹出对话框（图4-33），按框选部分设定，点击OK，即创建一个以ROCK命名的组件；

图4-33 创建组件的设置

C． 选择所有面：Utility Menu>Select>Everything；然后显示所有面：Utility Menu>Plot>Areas；

D． 按A中的方法选择衬砌区的面Area（图4-33）；并按B中的方法定义衬砌组Lining；

图4-33 选择的衬砌区的面并创建Lining组件

E． 按C、D中的方法确定开挖组件Kaiwa，图4-34。

图4-34 选择的开挖区的面并创建Kaiwa组件

查看已创建的组件可以通过以下方式进行：

Utility Menu>Select>Component Manager…，弹出对话框（图4-35），即可看到已定义的3个组件。

图4-35 已创建的组件

2．直接生成面

以上是通过面的下级元素（点和线）来逐步生成面，ANSYS中提供了直接创建面的方法。具体做法为：

Preprocessor>Modelling>Create>Area>Rectangle（四边形面）>By Dimension，弹出对话框（图4-36），输入相应的尺寸，创建的面与通过上述方法创建的面完全一样。

图4-36 直接生成面

下面的步骤同上面方法一致。点击或

进行保存。

2.2.3 网格划分

建立了经过优化的实体模型后，即可进行平面网格的划分。1．指定面的属性

在开始划分网格前，必须对面的属性（单元形式和材料号）进行指定，换句话说，在进行网格划分前，材料和单元类型必须已经定义/存在。在本问题中，隧洞开挖前，所有的面均属于岩石材料（即材料1），因此，指定所有面的属性均为Plane42单元，材料号为1。具体做法为： 点击Meshing>Mesh Attributes>All areas…，弹出对话框（图4-37），按框选部分的选择进行设定（材料号1，单元类型Plane42），点击OK，即完成了面的属性指定。

图4-37 面属性的指定

2．网格划分密度的指定

尽管可以进行自由划分，但获得的网格很难满足用户的要求，因此对于面域，可以通过指定线的划分密度（长度或数目）来对面域进行映射划分Mapped（对于3边形映射划分，三条边的数目要相同，且最好为偶数；4边形时，对边的划分数目必须相等）。

具体做法为：

A．显示所有的线：Utility Menu>Plot>Lines B．指定衬砌及开挖区内线的划分密度

点击Meshing>Meshing Tool，弹出对话框（图4-38），选择Lines>Set，弹出线选择对话框（图4-39），选择衬砌的内外圈（共8条线）以及开挖区4根线，点击OK，弹出线划分密度设定对话框（图4-40）。线密度的设定可以通过设定长度或数目来进行，这里选择数目，本模型中设定为10，点击OK。

图4-38 线密度划分对话框

线

图4-39 选择要设定的 图4-40 线密度的指定

（圆圈部分）

图4-41 衬砌厚度线衬砌厚度的确定也按上述方法，选择4条厚度方向的线，设定数目为2。

图4-42 过渡线

C．过渡线的设定

对图4-42中A、B、C、D四条线而言，由于我们关注隧洞周边，因此，网格密度要大一些，即网格以隧洞为圆心，朝外侧网格逐渐过渡，增大。具体做法为：

按B中的方法，选择这4条线，按图4-43进行设定，点击OK，完成设定。需要注意的是，由于线的方向的原因，过渡系数可能为小数，也可能为整数，操作时可先试设定，若刚好相反，则取原过渡系数的倒数，如试取5，不合适的话，则取1/5。

图4-43 过渡线数目的设定

需要说明的是，映射划分一般针对3边形或4边形（平面情况），若为5边形，则需要另外的映射方法，可按下面的规则进行设定，即把5边形的其中两边假象为一条边，则“变为”四边形，则按四边形划分规则进行设定（也就是说，假象为“一条边”的两条线的划分数目和要等于这两条线对应的一条边的划分数目，另外两边数目也要相等）。

图4-44 所有线的划分数目汇总

3．网格划分

在设定所有线的划分密度后，即可进行网格划分，划分分两种情况（先显示为面）：

A．对于3边形或四边形

点击Meshing>Meshing Tool，弹出对话框（图4-45），按图中框选进行设定，点击Mesh后，弹出面选择框（图4-46），选择开挖区和衬砌区（3边形或四边形）的面后，点击OK，工作面显示为图4-47。图4-45 划分工具

网格

A．对于5边形

图4-46 面选择框

图4-47 已划分的选择显示面Utility Menu>Plot>Area。

点击Meshing>Meshing Tool，弹出对话框（图4-48），按图中框选进行设定，点击Mesh后，弹出面选择框（图4-49），选择且只能选择其中一个面（5边形），点击OK，再选择5边形的其中4个角点（图4-50，由于假象两条线为“一条线”，因此，选择时不再选择这两条线之间的交点），即可完成5边形面的划分，图4-51。

图4-48 划分工具

图4-49 面选择框

图4-50选择点的顺序

图4-51 已划分的网格

按照上面方法划分其余3个5边形面的划分，点击Utility Menu>Plot>Elements，显示划分后的网格如图4-52。

图4-52 划分后的网格

点击或

进行保存。

点击File>Save as，在弹出的对话框中，将文件另存为Tunnel-mesh.db（用于后面的计算）。

在完成有限元网格的划分后，即完成了有限元的建模，可以进行求解。通过下面进入求解模块。

Main menu>Solution。2.2.4 边界条件和初始条件

1．边界条件

对于水工隧洞的计算区域而言，所选的区域一般进行位移边界约束，即左右为水平X法向约束，底部为铅直Y法向约束。ANSYS的做法为：

Define Loads>Apply>Structural>Displacement>On Nodes（施加在节点上），弹出节点选择对话框，选择Box窗选方式，选择左右边界的节点（图4-54），点击OK，弹出对话框（图4-55），选择X方向约束，点击OK，图4-53 节点选择框

图4-54 被选择的节点

图4-55 指定约束方向UX 左右边界

同样，窗选底部节点，指定UY约束，完成底部边界条件设定。

图4-56 被约束的图4-57 指定约束方向UY 底部边界 2．初始条件

初始条件包括初始应力状态，本问题中主要是自重应力情况，即要设定重力加速度。

Define Loads>Apply>Structural>Inertia>Gravity>Global，弹出对话框，在铅直Y方向输入9.8，点击OK，完成重力加速度的设定。

图4-58 被约束的图4-59 重力加速度的设定

点击或

进行保存。

2.3 水工隧洞施工过程模拟

在本问题，隧洞的施工模拟包括三个过程，即初始应力状态（荷载步1）→毛洞开挖（荷载步2）→毛洞支护（荷载步3）。本节中按这三个步骤进行计算模拟。（保证你处于Solution求解模式状态）

由于在下面的分析中涉及到单元的生（开挖）或死（激活，如开挖回填、施作衬砌等），因此必须打开N－R模式，具体做法为：Analysis Type> Analysis Options（分析选项）（有时在点击Analysis Type后，不能发现Analysis Options，此时可点击Solution>Unabridged Menu，即可显示出来），弹出对话框（图4-60），选择Full N-R选项，点击OK即完成设置。

图4-60 Full N-R的设置

2.3.1 初始状态模拟

初始状态是指研究对象所在的地质区域未受人工扰动（开挖、支护等人类活动）之前就已客观存在的状态，包括自重应力场和构造应力场，其中以自重应力场为主。初始状态的求解过程为：

A．设定初始状态分析的荷载步Loadstep=1，具体做法为：

点击Analysis Type>Sol’Controls，弹出对话框（图4-61），按图中框选设定，点击OK，完成荷载步设置；

图4-61 荷载步的设置

B．求解，Solve>Current Ls，点击OK，开始求解，当出现下列界面时，证明求解成功，点击Close，完成求解。

图4-62 经过上面过程，即完成了初始状态的计算。点击或

进行保存。

2.3.2 毛洞开挖工况模拟

毛洞成洞过程实际包括两个部分，即衬砌部分和开挖后不回填部分，在本步中，衬砌和开挖区都会被挖去，在ANSYS程序中成为“杀死Kill”。具体过程为（显示界面为单元）：

A．设定初始状态分析的荷载步Loadstep=2，具体做法为： 点击Analysis Type>Sol’Controls，弹出对话框（图4-63），按图中框选设定，点击OK，完成荷载步设置；

图4-63 第2荷载步的设置

B．根据前面4.2.2中创建的三个组件，选择要开挖的衬砌区和开挖区单元。 点击Ultility Menu>Select>Component Manager，弹出下面对话框，先在下面的列表中选择Kaiwa和Lining两个组件，再点击上面的后，关闭该对话框。

按钮

图4-64  显示选择的面Ultility Menu>Plot>Areas。然后选择附着于所选面的单元。Ultility Menu>Select>Entities…，在弹出的对话框中，按下图设定后，点击OK，选择显示单元Ultility Menu>Plot>Element，如下图(图4-64)，即为本步中要开挖的单元。

图4-64 选择要开挖的单元

C．在命令行中输入Ekill,all，杀死/开挖所选的单元。

D．选择全部元素：Utilities Menu>Select>everthing；并显示右键>Replot； E．进行毛洞开挖求解Solve>Current Ls，点击OK，开始求解，当出现下列界面时，证明求解成功，点击Close，完成求解。

图4-65 求解成功

显示为单元Utilities Menu>Plot>Elements，点击2.3.3 毛洞支护工况模拟

毛洞稳定到一定状态后，即可进行衬砌施作，形成隧洞主体结构，有限元对此过程的模拟过程为（显示为单元Utilities Menu>Plot>Elements）：

A．指定荷载步Loadstep＝3；

点击Analysis Type>Sol’Controls，弹出对话框（图4-66），按图中框选设定，点击OK，完成荷载步设置；

或

进行保存。

图4-66 第3荷载步的设置

B．选择先前设定的衬砌区域/面Lining及相应附着在面上的单元；  点击Ultility Menu>Select>Component Manager，弹出下面对话框，先在下面的列表中选择Lining两个组件，再点击上面的该对话框。

按钮后，关闭

图4-64 选择衬砌区域

 显示选择的面Ultility Menu>Plot>Area。然后选择附着于所选面的单元。Ultility Menu>Select>Entities…，在弹出的对话框中，按下图设定后，点击OK，选择显示单元Ultility Menu>Plot>Element，如下图(图4-64)，即为本步中要开挖的单元。

图4-64 选择要开挖的单元

C．激活所选的衬砌单元，在命令行输入Ealive,all，激活/施作衬砌区单元；

4、由于原来的衬砌部分设定为岩石材料，因此需要改变衬砌单元材料属性为混凝土属性，具体为：选定衬砌单元，Solution>Load step opts>Other>Change mat props>Change mat num/弹出菜单，材料编号改为2：

图4-67 衬砌材料性质的改变

D．选择全部元素：Utilities Menu>Select>everthing；并显示右键>Replot； E．进行衬砌支护后的求解Solve>Current Ls，点击OK，开始求解，当出现下列界面时，证明求解成功，点击Close，完成求解。

图4-68 求解成功

显示为单元Utilities Menu>Plot>Elements，点击2.3.4 计算结果查看及处理

通过以上分析，对水工隧洞施工期围岩及衬砌结构的应力、变形规律进行了简单的数值模拟，下面就数值模拟的结果进行简单的查看与处理。首先通过以下过程进入通用后处理模块：Main Menu>General Postproc。所有的后处理操作都必须在后处理状态中。

1．计算结果的读取

首先查看计算荷载步的情况：General PostPro>Results Summary，弹出对

或

进行保存。话框。

读取方式

图4-69 计算结果汇总

图4-69 结果计算结果的读取可以通过多种方式，以By Pick为例：

点击Read Results>By Pick，弹出菜单后，选择某荷载步，点击Read（读取）→Close即可。

图4-70 通过By Pick读取结果

2．计算结果的查看

在读取某荷载步的结果后，就可以对某荷载步下的结果进行绘图或文本列表。计算结果分两种：节点解和单元解。

节点解： Plot Results>Coutour Plot（绘制等值线）>Nodal Solu（节点解）解）

List Results>Nodal Solution（列表结果）

单元解： Plot Results>Coutour Plot（绘制等值线）>Element Solu（单元 List Results>Element Solution（列表结果）

以荷载步2（毛洞开挖工况）的结果为例：

（首先对开挖掉的单元不选择显示，先选择组件，然后选择附着在上面的单元，开挖掉的单元就不显示了）

A．绘制节点位移UY 点击Plot Results>Coutour Plot>Nodal Solu，弹出的对话框中，选择Dof Solution→Y-Component of Displacement，并作相应设置后，绘出UY等值线图（如图4-71）。

图4-71 绘制UY位移分量等值线图

同理可以绘制UX和合位移。B．绘制节点应力向量

点击Plot Results>Coutour Plot>Nodal Solu，弹出的对话框中，选择Stress→Y-Component of Stress，并作相应设置后，绘出SY等值线图（如图4-72），可看到两侧洞壁出现最大的竖直方向压应力。

图4-72 绘制SY位移分量等值线图

同理可以绘制其它应力分量，包括第1主应力（1st Pricinpal Stress）和第3主应力（3st Pricinpal Stress）

注意：ANSYS的应力大小与方向规定和材料力学规定相同，与我们工程上的规定刚好相反，也就是说ANSYS中第1主应力实际为工程上应用的最小主应力，第3主应力实际为工程上应用的最大主应力。

若要绘制某些特定部位的计算结果，则只需选定关注区域的单元进行绘制即可。

若要对比开挖前后的变形图，则在对话框中选择变形后图形同时显示变形前边界。

图4-73 绘制变形前后对比图

3．荷载工况组合

在前面的分析中，隧洞的开挖经历了3个步骤，在每一步的分析中均包含了自重应力和自重位移，对于应力而言，我们不仅关注自重应力，同时关注开挖后的附加应力和二次应力；而对于位移，自重位移实际是不存在的（经过几百万年的稳定后，位移基本消失），因此对于开挖而言，我们更关注于附加位移，这就涉及到荷载工况之间的逻辑运算（加或减）的问题，也就是荷载工况组合。在本问题中，评价开挖引起的位移或应力时，就必须“减掉”自重位移或位移，即荷载步2要减去荷载步1；而在评价衬砌施作引起的附加应力或位移时，则必须减去开挖和自重引起的位移或应力，即荷载步3要减去荷载步2。荷载工况的定义和运算做法为：

A．定义荷载工况：General Postproc>Load Case>Creat Load Case…，弹出对话框中，选择从结果文件Results Files创建荷载工况，图4-74 定义荷载步1为荷载工况1 同理分别定义荷载步2为荷载工况2（图4-75），荷载步3为荷载工况3（图4-76）。

图4-75 定义荷载步2为荷载工况2

图4-76 定义荷载步3为荷载工况3 当要分析开挖引起的附加位移和应力或其它参量时，则要减去初始状况的位移和应力，即用荷载工况2“减去”荷载工况1，做法为：

A．读取荷载工况2（图4-77）

Load Case>Read Load Case…，在弹出的对话框中，输入2，点击OK；

图4-77 读取荷载工况

B．减去荷载工况1（图4-78）Load Case>Subtract…，图4-78 减去荷载工况

重新绘制UY方向的附加位移，则图形变为图4-79，隧洞顶部发生向下位移，而隧洞底部发生向上的回弹位移。附加的最大压应力变为图4-80，隧洞底部和顶部发生拉应力，两侧发生最大压应力。图4-79 附加竖直UY位移

4．路径操作

图4-80 附加最大主应力

对于实际工程而言，我们可能关注于应力或位移在某些区域或范围内的变化趋势，这就需要用到ANSYS的路径操作。以本问题为例，如果我们需要知道应力或围岩沿径向的变化趋势，则可按下面步骤进行操作：

A．定义路径

General Postproc>Path Operations>Define Path>By nodes（通过节点定义）…，弹出节点选择对话框，依次选择路径上的节点（图4-81），点击OK，弹出对话框（图4-81），定义路径的名称为XX，图4-81 路径的定义

B．映射数据到指定路径

Path Operations>Map Onto Path…，弹出对话框，指定需要映射的参量，如UX，UY，SX，SY，S1，S3等，如图4-82。

第二篇：第四节 水工隧洞施工

第四节 水工隧洞施工

一、隧洞的施工过程与施工特点

二、隧洞开挖

（一）★开挖方式 1． ★全断面开挖

全断面开挖——是指整个开挖断面一次钻眼爆破。适用于断面不大（不超过16m），或断面尺寸虽大，但地质条件好，山岩压力不大，不需要支撑或只需要局部简单支撑，而且机械设备比较完善的情况下采用。

2． ★导洞开挖

在待开挖的隧洞中先开挖一个小断面的洞作为先导，称为导洞，等导洞贯通后再扩大开挖出设计断面，这种方法称为导洞先进法。

（1）★下导洞开挖

适用于地质条件较好，洞线较长，地下水严重，断面不大，机械化程度不高的工程。优点：施工设施可一次铺设，出渣道路不必翻修，排水方便，扩大开挖时可利用岩石自重提高爆破效率，施工速度快。但顶部扩大时，钻眼困难。

（2）★上导洞开挖

适用于地质条件不好，地下水不严重，机械化程度不高的工程。优点：支撑简便，施工比较完全，下部扩挖时钻眼较方便。

缺点：导洞和上部石渣要翻运出洞，施工排水不便，开挖与衬砌交叉作业，施工干扰大。

（二）炮眼布置与装药量计算 1． 炮眼分类与布置

★炮眼按所起的作用不同可分为：掏槽眼、崩落眼和周边眼三种。（1）★掏槽眼

作用：增加爆破的自由面。

布置：在断面中心偏下的位置。

（2）★崩落眼

作用：崩（爆）落岩体。

2布置：大致均匀地分布在掏槽眼的外围，通常与开挖断面垂直，眼底应落在同一平面上。

（3）★周边眼

作用：控制开挖轮廓。

布置：布置在开挖断面四周，每个角上须布置角眼。2． 装药量计算

（三）装渣与运输

★常用的出渣方式有以下几种：（1）人工出渣（2）装岩机装渣

（3）装载机或短臂正向铲挖掘机装车，自卸汽车运输

（四）临时支护

★在开挖爆破后，为防止破碎岩层坍塌和个别石块跌落以确保安全，必须进行临时支护。临时支护的型式很多，根据所用的材料不同，有以下几种：

（1）木支撑（2）钢支撑

（3）预制混凝土及钢筋混凝土支撑（4）喷混凝土支护（5）锚杆支护

（五）散烟、通风、照明与排水

（六）隧洞开挖的循环作业

★一个掘进循环——是指从第一次钻眼到第二次钻眼之间的时间间隔。

用钻爆法开挖隧洞包括钻眼、装药、爆破、散烟、安全检查、出渣、临时支护等工序。

三、隧洞衬砌

四、喷锚支护

1． 喷锚支护的含义及分类

★喷锚支护——是充分利用围岩的自承能力和柔性变形的特点，有效地控制和维护围护稳定的一种新型支护型式。它利用喷锚支护结构与围岩紧密贴合起来加固和保护围岩，从而调动了天然围的承载能力，使围岩变为支护的主要成分。★喷锚支护可分为四类：

（1）锚杆支护（2）喷混凝土支护

（3）砂浆锚杆和喷混凝土联合支护

（4）砂浆锚杆、钢筋网和喷混凝土联合支护

第五节 渡槽施工

一、装配式渡槽施工

（一）构件的预制 1． 排架的预制 2． 槽身的预制

★施工程序为：立模→铺网扎筋→浇制→养护→涂料

（二）渡槽吊装

二、砌石拱渡槽施工

第七章 施工导流与排水

一、施工导流

★在河流上修建水利水电工程时，为了避免河水对施工的不利影响，需要围堰围护基坑，并将河水引向预定的泄水建筑物往下游渲泄，以确保水工建筑物在干地上进行施工，这就是施工导流。

1． 施工导流的基本方法

（1）★全段围堰法（一次断流导流）

全段围堰法——是在河床主体工程的上、下游各建一道拦河围堰，使上游来水经过预先修建的临时或永久泄水建筑物下泄，主体工程在排干的基坑中施工。

★全段围堰法按泄水建筑物类型不同可分为：明渠导流、隧洞导流、涵管导流和渡槽导流。

1）★明渠导流

①适用条件：适用于岸坡平缓或有宽广滩地的平原河道上。②布置要求： 2）★隧洞导流

①适用条件：适用于一般山区河流中，河谷狭窄，山岩坚实，适宜开挖隧洞。

②布置要求：

3）★涵管导流

①适用条件：仅适用于小流量河流导流或仅担负枯水期的导流任务。

②布置要求：

4）渡槽导流

①适用条件：适用于小流量，特殊地形的河流中的导流。

②布置要求：

（2）★分段围堰法导流（分期导流）

①适用条件：适用于河道宽阔、流量大、施工期较长的工程。

②按分期导流后期的泄水道类型，可分为：底孔导流和坝体缺口导流。2． 围堰工程

★ 围堰——是指在水利工程施工导流期间，用于围护基坑，保证水工建筑物在干地上施工的临时挡水建筑物。

（1）★对围堰的基本要求

①具有足够的稳定性、防渗性、抗冲性和强度；②构造简单，便于施工，就地取材，造价低廉；③便于维护和拆除。

（2）★围堰的分类

①按围堰与水流相对位置的不同可分为：横向围堰和纵向围堰 ②按导流期间基坑是否允许淹没可分为：过水围堰和不过水围堰

③按构造和使用的材料不同可分为：土围堰、土石围堰、草土围堰、钢板桩围堰和混凝土围堰。

（3）围堰的拆除 3． ★导流设计流量的确定

★导流设计流量是设计导流建筑物的重要依据，它是按照导流时段根据导流标准确定的。导流标准就是选定导流设计流量的标准。导流标准应严格按规定进行选择，不得任意提高或降低。

二、截流

★ 截流——在施工导流期间，截断原河流水流，迫使河水改道，最终把河水引向已建成的导流泄水建筑物下泄的过程。

★ 截流的一般施工过程是：进占、合龙、闭气和加高培厚。

1． ★截流的基本方法（1）★平堵法

——沿戗堤轴线，在龙口处设置浮桥或栈桥，用自卸汽车沿龙口全线均匀地抛投戗堤材料，逐层上升，直至戗堤露出水面。

通常用于软基河床上。

（2）★立堵法

——用自卸汽车将截流材料从龙口的一端或从两端向中间抛投进占，逐步缩窄龙口直至合龙截断水流。

适用于大流量，岩基或覆盖层较薄的岩基河床上；对于软基河床，只要护底得当，也可使用。

2． ★截流的时间及其设计流量（1）★截流时间

应选在枯水期流量小的某一时期，在条件许可的前提下尽量提前。

（2）★截流设计流量

一般选用截流时期内5%～10%频率的旬或月平均流量。

3． 截流材料

三、基坑排水

★基坑的排水工作按排水时间和性质，可分为初期排水和经常性排水。

1． 基坑初期排水

★在选定排水设备的容量时，需估算初期排水量大小，根据地质情况、工期长短、施工条件等因素来确定，可按下式估算：

QKVT ★排水时间T受基坑水位下降速度的限制。允许下降速度视围堰型式、地基特性及基坑内水深而定。水位下降太快，则围堰或基坑边坡中动水压力变化过大，容易引起塌坡；下降太慢，则影响基坑开挖时间。因此下降速度限制在0.5～1.0m/昼夜以内。

初期排水泵站的布置，有固定式和浮动式两种。

2． ★经常性排水

★经常性排水按排水方法可分为明沟排水和人工降低地下水位（或称为明式排水和暗式排水）两种。

（1）★明沟排水

（2）★人工降低地下水位法

人工降低地下水位法按排水原理可分为：1）管井法 2）井点法

第八章 施工组织与计划

一、施工组织设计概述 1． ★按阶段编制设计文件

★ 水利水电工程的设计文件，根据工程投资、技术复杂程度和重要性等，分别采用三阶段设计或两阶段设计。大、中型项目，一般采用两阶段设计，即初步设计（或扩大初步设计）和施工图设计；重大项目或特殊项目，在初步设计的基础上，增加技术设计阶段。

2． 施工组织设计的分类、任务和内容（1）★施工组织设计的分类

★施工组织设计根据编制的阶段、范围和所起的作用不同，可分为：

1）施工组织总设计 2）施工组织设计 3）施工作业计划

（2）施工组织设计的任务（3）★施工组织设计的内容

3． 施工组织设计的编制资料及编制原则

二、施工进度计划编制 1． 施工进度计划的作用

2． 编制施工进度计划的主要原则 3． ★施工进度计划的类型（1）总进度计划

（2）扩大单位工程（或单位工程）进度计划（3）施工作业计划 4． 施工进度计划的编制（1）基本资料的收集与分析（2）★施工总进度计划的编制步骤 1）列出工程项目 2）计算工程量 3）确定施工方案

4）初步拟定各项工程进度 5）论证施工强度

6）编制劳动力、材料和机械设备等需用量计划 7）调整修正

三、施工总体布置

1． 施工总体布置的内容和设计原则（1）★施工总体布置的内容

1）一切已有和拟建的建筑物及其他设施平面图；

2）一切为施工服务的临时性建筑物和临时设施的平面示意图，如导流建筑物、运输系统、混凝土制备系统、施工辅助企业、水电和动力供应系统、生产和生活所需房屋、安全及防火设施等。3）永久性和半永久性坐标的位置。（2）★施工总体布置设计原则 1）合理使用场地；

2）临时设施的布置，必须与工程施工的顺序和施工方法相适应，并不得妨碍永久性建筑物的施工； 3）确保施工、防火、防洪安全； 4）有利生产，便于管理。2． 施工总体布置的步骤和方法

四、大型临时设施 1． 施工辅助企业 2． 仓库 3． 施工运输

4． 水、电、风的供应

5． 行政、文化、生活等临时房屋

第九章 定额与工程概、预算

一、定额

1． ★定额的概念和性质（1）★定额的概念（2）★定额的性质 1）科学性 2）群众性 3）法令性 4）时效性 2． 定额的作用 3． ★定额的种类

（1）★按其内容和使用要求不同可分为：施工定额、预算定额、概算定额和概算指标；（2）★按其主编单位和执行范围不同可分为：全国统一定额、主管部门（委）定额、地方统一定额和企业内部定额；（3）按专业不同可分为：建筑工程定额、设备安装定额、水利水电工程定额、公路工程定额、铁路工程定额、井港工程定额、给排水工程定额等。

二、★水利水电工程的费用构成

水利水电工程按工程性质划分为建筑工程、机电安装工程、金属结构设备及安装工程、临时工程及其它费用等五部分。其费用由建筑工程费、安装工程费、设备费、其它费用和预备费构成。建筑工程费和安装工程费是水利水电工程费用的主要部分，它们由直接费、间接费、计划利润和税金组成。

1． ★直接费

直接费——是指建筑安装工程施工过程中，直接消耗在工程项目上的活劳动和物化劳动。直接费由基本直接费和其它直接费组成。

（1）★基本直接费 1）★人工费 2）★材料费

3）★施工机械使用费（2）★其它直接费 2． ★间接费 3． ★计划利润 4． ★税金 5． ★设备费 6． 其他费用 7． 临时工程费 8． 预备费

9． 工程贷款利息

三、工程概预、算的编制 1． 工程概、预算的作用

2． 工程概、预算编制的依据和步骤（1）工程概、预算编制的依据（2）★工程概、预算编制的步骤 1）熟悉施工图纸；

2）了解施工现场，做好施工组织设计；

3）根据施工图纸和施工现场情况，按项目划分列出单位工程或分部、分项工程项目，并按工程量计算规则和一定的顺序计算工程量； 4）收集、熟悉编制所需的概、预算定额；

5）确定当地工资和各种工资性津贴，建筑材料和设备的来源地、运输条件、支、运费标准、运距、取费定额等，计算出工资、材料和设备的预算价格； 6）按初步确定的施工方法，依据定额手册进行工程单价分析，求出各单位工程的分部或分项工程的单价； 7）编制建筑工程和设备安装工程概、预算表。3． 工程概、预算的具体编制（1）工程概、预算文件的组成

工程概、预算文件一般由编制说明和概、预算计算表格两部分组成。

（2）★基础单价的计算 1）人工费 2）材料预算价格 3）施工机械台班费（3）工程单价的计算

（4）建筑安装工程概、预算的编制 1）★建筑工程概、预算表的编制

① 根据设计图纸、设计说明书及相应的定额手册，列出单位工程或分部工程的工程项目； ② 按列出的工程项目计算工程量；

③ 按施工组织设计中所选择的施工方法，查采用的定额手册中的定额，进行单价分析； ④ 将所列工程项目的工程数量乖以单价，即为该工程项目的合价，各工程项目的合价进行合计，即为建筑（安装）工程费用。

2）设备及安装工程概、预算表的编制

四、竣工决算

★竣工决算——是指一个建筑安装工程通过施工活动与原设计图纸发生一定的变化，这些所谓的变化涉及到工程造价，将这些变化在工程竣工后按编制施工图预算的方法与规定，逐项进行调整计算得出的结果。

1． 竣工决算的内容及作用 2． 竣工决算的原始资料

3． 竣工决算的编制方法和编制程序（1）竣工决算的编制方法 ★编制竣工决算一般有两种方法：

1）实际与施工图差别较小的情况下，在三方审定的施工图预算的基础上，根据以上原始资料的计算，进行适当的调整。2）实际与施工图差别较大的情况下，根据竣工图、原始资料、预算定额和单位估价表及有关规定，按施工图预算的编制方法全部重新编制。

（2）竣工决算的编制程序

★竣工决算的编制分为四个程序：

1）搜集熟悉原始资料； 2）对竣工工程实地测量； 3）调整计算工程量； 4）计算工程费用。

第十章 施工管理

一、施工计划管理

1． 计划管理的性质和任务 2． 计划管理的种类

★施工企业的计划管理，按计划管理的期限不同可分为：（1）长期计划 一般以五年或更长（2）中期计划 长于一年，短于五年（3）短期计划 以年、季、月、旬为限 3． 保证计划管理实施的措施

二、工程质量管理 1． 工程质量的含义（1）工程质量的含义

★工程质量从广义上讲，包括产品质量、工序质量和工作质量。

（2）★全面质量管理的基本要求 1）贯彻“质量第一”的方针； 2）贯彻“预防为主”的方针； 3）贯彻“全面管理”的原则； 4）贯彻“科学管理”的原则。2． ★施工质量管理的PDCA循环

施工质量管理是一门新的学科，大致经历了三个阶段：

1）质量检查阶段 2）统计质量管理阶段 3）全面质量管理阶段

3． 实现全面质量管理的主要环节 4． ★全面质量管理的统计方法

质量管理中常用的统计方法有：

5． 工程验收工作

（1）工程验收前的准备工作（2）工程交工验收的组织工作 1）交工验收的依据 2）交工验收的程序

三、施工安全管理

1． 施工安全工作的重要性 2． 施工安全制度

3． ★工伤事故的统计与分析

工伤事故按人身伤亡的程度分为死亡、重伤、轻伤三种。在调查处理过程中，要做到“三不放过”，即：

1）事故原因不清楚不放过

2）事故的责任者和职工未受到教育不放过 3）防范措施不落实不放过

第三篇：水工隧洞回填灌浆施工技术总结

水工隧洞回填灌浆施工技术总结

【摘 要】 水工隧洞回填灌浆施工，隧洞回填灌浆施工方法、工艺流程、受力情况及特殊情况的处理方法。

【关键词】

水工隧洞 施工方案 回填灌浆 补救措施

1、工程概况

青海省湟水北干渠扶贫灌溉一期工程位于湟水流域(黄河一级支流)湟水河北岸，地理位置介于东经103°30′～102°48′，北纬36°20′～37°12′,是一项以乡镇农牧业和农业灌溉为主兼顾生态建设用水的大（2）型水利工程。我公司施工的隧洞位于平均海拔为2970m的互助县曹家村，全长1548.1米，断面尺寸为2.8m×3.05m，衬砌砼标号为C20，水位比降1/1200。隧洞表层为15-41m的黄土，其下为冲击砂砾石层，厚度大于20m，结构中密-密实，为强透水层，允许承载力[R]=0.5-0.65Mpa,洞线处在黄土与砂砾石的接触面上，成洞条件极差，采用边开挖边支护边衬砌，为防止因渗漏产生接触流失，从而造成隧洞破坏，必须采取严格的防渗措施，另外处于高压下的隧洞洞内各种缺陷对于结构的受力极为不利，为弥补这一缺陷，采用回填灌浆以提高围岩承载力，改善围岩和混凝土的受力条件。

2、回填灌浆施工

2.1、概述

隧洞侧墙与顶拱完成后，顶拱砼与拱顶围岩出现空隙，采用回填灌浆填充，灌浆按圆拱30 º、60º和顶拱的三个一字排列，排距1m。

2.2、施工方案

回填灌浆在衬砌砼达70%设计强度后进行，施工时严格按照设计要求进行，孔深、孔距、排距进行定位测量、钻孔、灌浆。

2.3、回填灌浆

回填灌浆主要用于隧洞混凝土衬砌层的背后，尤其在分布有断层、岩溶洞穴的地方，由于施工困难，多会遗留下较大空隙，为使混凝土层与围岩紧密结合，改善受力条件，有针对性的对较大空隙进行灌浆。

隧洞混凝土施工中由于采用的是先浇筑底部1/4，再浇筑上部混凝土的工序，因此底部和两侧的混凝土相对比较密实，而顶部的混凝土由于自重的原因，始终和上部隧洞岩石形成一定的空隙，无法结合紧密。因此也是回填灌浆主要解决的问题。

3、隧洞灌浆工程施工方法 3.1、钻孔

钻孔前先根据设计，标出孔位，按顺序统一标号，用YT-28型凿岩机钻孔，孔径不小于38mm,孔深进入岩石10cm，如有报废，则用C20砼砂浆填实。

3.2、灌浆分区、分序

顶拱回填灌浆分成区段进行，每区段长度不宜大于3个衬砌段。回填灌浆采用预埋管注浆法，施工由较低的一段开始，向较高的一段推进。同一区段内的同一次序孔可全部或部分钻出后，再进行灌浆。灌浆分一序孔和二序孔两个序孔进行，二序孔包括顶孔。一序孔灌浆结束48小时后进行二序孔灌浆。低处孔灌浆时，高处孔可用于排气、排水。当高处孔排出浓浆后，可将低处孔堵塞，改从高处孔灌浆，依次类推直至结束。同时做好灌浆记录以作为停灌的依据。

3.3、回填灌浆施工工艺流程

测定灌浆孔位置（衬砌时按要求预埋的钢管）→钻孔→检查洗孔→灌浆→质量检查→补灌→验收封孔。回填灌浆采用风钻从预埋管中钻孔，孔应深入围岩10cm，并测记砼厚度和空腔尺寸。

3.4、灌浆设备和压力

回填灌浆为纯压式灌浆，纯压式灌浆是指浆液进入孔液后不能再返回灌浆来，除被底层空隙吸收以外，剩余的便留在孔中。采用QZJ-50型注浆泵灌注水泥浆，注浆管采用高压胶管，注浆泵灌浆管管口端设压力表控制灌浆压力，灌浆压力为0.3-0.5Mpa，在设计压力下灌浆孔停止吸浆后，延续灌注10min，即可结束该孔的灌浆。

3.5、灌浆材料制备

回填灌浆采用42.5#普通硅酸盐水泥，一序孔灌注水灰比为0.5（0.6）：1的水泥浆，二序孔灌注水灰比为1:1和0.5（0.6）：1两个比级的水泥浆。因施工不便或其他原因造成较大空腔和空隙部位用水泥砂浆或高流态混泥土灌注，水泥砂浆的掺砂量不宜大于水泥重量的200%。

3.6、质量检查、封孔

回填灌浆质量检查在该部分结束7天或28天后进行，检查孔布置在顶拱中心线、脱空较大、串浆孔集中以及灌浆情况有异常的部位。

质量检查孔采用钻孔灌浆法，钻孔成型后，向孔内注入水灰比为2:1的水泥浆液，在规定压力下，初始10分钟内注入量不超过10升，则认为合格。检查数量为灌浆孔总数的5%。

灌浆孔灌浆结束和检查孔检查结束后，顶孔和有泛浆孔必须采用闭浆、待凝等措施，然后用压力灌浆封孔，其它孔使用水泥砂浆人工封堵，孔口压光抹平，水泥砂浆标号和混凝土标号相同。

3.7、特殊情况处理

在回填灌浆之前，将砼衬砌的施工缝、裂缝等采用嵌缝表面封堵方法进行堵漏处理，在注浆过程中，如发现冒浆、漏浆，还采取浓浆液、低压、、限流、限量、间歇灌浆等方法进行处理。遇有围岩塌陷、超挖较大等情况时，制定特殊灌浆措施，并报送监理人审批。

灌浆工作必须连续进行，若因故中断，可按下述原则进行处理：若因停水停电或机械故障中断，应及早恢复灌浆，中断时间超过30min/次，应立即冲洗钻孔，而后恢复灌浆，恢复灌浆应使用最稀浆液。若无法冲洗或冲洗无效，则应进行扫孔，而后恢复灌浆。恢复灌浆时，应使用开罐比级的水泥浆进行灌注。如注入率与中断前的相近，即可改用中断前比级的水泥浆继续灌注；如注入率较中断前的减少较多，则将相应逐级加浓继续灌注。恢复灌浆后，如注入率较中断前的减少很多，且在短时间内吸浆，应采取补救措施。

孔内有涌水的灌浆孔段，在灌浆前应测记涌水量，根据涌水情况，可选下列措施综合处理：①高的灌浆压力；②浓浆结束；③屏浆；④闭浆；⑤纯压式灌浆；⑥速凝浆液；⑦待凝；⑧压力灌浆封孔。

灌浆孔注入量大，灌浆难于结束时，可选用下列措施处理：①低压、浓浆、限流、限量、间歇灌浆；②浆液中参加速凝剂；③灌注稳定浆液或混合浆液。

参考文献：

[1] DL/T 5148-2001 水工建筑物水泥灌浆施工技术规范.[2] DL/T 5150-2001 水工混凝土试验规程.

第四篇：水工隧洞土建工程监理实施细则

水工隧洞土建工程施工监理实施细则

一、总则

1.1 本细则依据工程成绩按合同文件（以下简称“合同”或合同文件），以及《水工建筑物地下开挖工程技术规范》、《水利水电工程锚喷支护施工技术规范》、《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》、《水利水电基本建设工程单元工程质量等级评定标准

（一）》、《水电站基本建设工程验收规程》等有关规程规范要求编制。

1.2 本细则适用于水工隧洞及洞室工程的开挖、支护、灌浆等工程项目。水工隧洞洞身混凝土衬砌工程监理，还应依据和结合《混凝土工程施工监理实施细则》及《水泥灌浆工程监理实施细则》和有关规定执行。

二、开工许可证申请程序

2.1 承建单位应在现场施工测量施测21天前，将有关施工测量技术方案报监理部批准。其内容包括：

（1）

贯通施工技术设计书（应包括：技术设计方案、施测要求、计算方法和操作规程）。

（2）

观测仪器、设备的配置及技术参数。（3）

测量专业人员设置及其资质。

2.2 隧洞平面与高程控制网完成后，承建单位应向监理部报送以下成果和资料：

（1）

测量仪器率定校正资料。

（2）

施工控制网与勘测设计阶段控制网连接图。（3）

洞口与地面控制电联侧的平差资料及进洞平面图。（4）

控制网测量平差计算成果。（5）

技术总结报告。

2.3 隧洞开工28天前，承建单位应根据设计图纸、合同技术规范和有关施工规程规范，结合地形、地质资料和施工条件编制施工措施计划报送监理部批准。

施工措施计划应包括下述主要内容：（1）工程概况。（2）施工开挖布置图。（3）施工进度计划。

（4）劳动力、材料和设备（包括辅助工程设备与设施）配置计划。（5）开挖爆破技术和方法。（6）支护施工方法和措施。（7）出渣和弃渣措施。（8）灌浆施工措施。

（9）通风、散烟和除尘措施。（10）供电、照明和通讯、信号措施。（11）供风、供水和排水措施。（12）安全防护与环境保护措施。

（13）可能遇到的特殊地层开挖和其他特殊施工方法。

2.4 隧洞工程开工前21天前，承建单位应根据设计文件、地质条件、施工水平，完成必须的钻爆试验和设计，并将开挖爆破设计报监理部批准。

开挖爆破设计报告应包括下述内容：（1）掏槽方式。

（2）炮孔布置、孔径、孔深、方向和数量。（3）装药量、装药结构和炮孔堵塞方式。（4）采用的起爆雷管类型和起爆网络设计。（5）循环开挖进尺和单耗药量。

（6）预裂或光面爆破等控制爆破参数与作业方式。（7）爆破安全操作规程。

2.5 实施锚、喷支护作业14天前，承建单位应根据设计要求，结合围岩特征和施工方法，编制作业计划报送监理部批准。

作业计划内容应包括：

（1）锚喷材料、参数及布置。（2）锚杆注浆材料、性能和配合比。（3）锚杆施工作业要求。

（4）喷射混凝土材料、性能和配合比。（5）喷射混凝土施工工艺。（6）钢筋网的布设和要求。（7）锚、喷施工设备及性能。

（8）锚杆施工质量控制方法和措施（包括检测方法和设备）。（9）喷射混凝土质量控制方法和措施（包括检测方法和设备）。2.6 水泥灌浆作业开工28天前，承建单位应根据设计要求和地质条件、施工条件和施工水平，编制施工措施计划报送监理部批准。

2.7 隧洞工程开工28天前，承建单位应按工程承建合同文件规定，结合开挖方法和地质条件，编制围岩变形观测措施计划，报送监理部批准。

措施计划内容应包括：（1）观测布置图。

（2）观测内容及技术要求。（3）观测仪器、设备及其性能。（4）观测仪器、设备埋设和保护措施。（5）观测方法和措施。

（6）观测资料整理、分析预报方法。（7）观测专业人员设置及资质。（8）安全作业措施。

2.8 隧洞工程开挖通过稳定性差或其他特殊地层28天前，承建单位应根据设计文件、技术规范，结合现场地质条件和施工水平编制补充施工作业措施汁划报送监理部批准。

措施计划应包括：

（1）地质条件及围岩稳定性评价。（2）可能发生的不良影响及其预处理措施。（3）特殊的开挖和爆破方法。（4）特别支护措施。（5）材料和设备配置。（6）安全防范和应急措施。（7）施工进度训’划。

2.9 上述报送文件连同审签意见单均一式四份，经承建单位项目经理(或其授权代表)签署并加盖公章后报送。监理部审阅后限时返回审签意见单一份，原文件不退回。审签意见包括“照此执行”、“按意见修改后执行”、“已审阅”及“修改后重新报送”四种。

2.10 非承建单位接到的审签意见单，审签意见为“修改后重新报送”，否则承建单位可即时向监理部中请开工许可证。监理部将于接受承建单位申请后24h内开出相应工程项目的开工许可证。

2.11 如果承建单位未能按期向监理部报送上述文件，因此而造成施工工期延误和其他损失，均由承建单位承担合同责任。若承建单位在限期内未收到监理部应退回的审签意见单或批复文件，可视为已报经审阅。

2.12 除非已另行报经监理_T：程师特别许可，否则应在洞室开挖报经质量检测合格并完成必须的地质编录后，方可进行相应部位锚喷支护及混凝土衬砌作业。

三、施工过程监理

3.1 施工过程中，承建单位应按照报经批准的施工措施计划按章作业、文明施工。同时加强质量和技术管理，做好原始资料的收集、记录、整理和施：[总结工作。当发现作业效果不符合设计或技术规范要求时，应及时调整或修订施工措施计划，并报监理部批准。

3.2 施工中，承建单位要随施工进展及时进行测量和校测工作，其主要工作包括：

（1）隧洞贳通符合性校测。

（2）轴线、高程、开挖断面和点位的施工放样。

（3）及时测绘洞室纵横断面，做好开挖体型检查、检测工作。3.3 为确保工程质量，避免造成重大失误和不应有的损失，隧洞轴线和重要部位的放样测量成果应及时报送监理部检查认证。必要时监理部可抽测或要求承建单位在测量监理工程师直接监督下进行对照测量。

3.4 开挖过程中，承建单位应主动配合做好地质测绘、编录和安全监（观）测等工作，并按合同文件规定注意做好对已埋设监测仪器的保护。

3.5 施工作业中，承建单位应按SDJ212—83《水工建筑物地下开挖工程施工技术规范》关于“通风与防尘”的规定及控制标准，做好劳动和安全保护工作，确保良好、文明的作业环境。

3.6 发生塌方等事故时，承建单位庸及时采取应急措施，防止事故范围的延伸和扩大，记录事故的发生、发展过程和处理经过，并立即报告监理部。同时，会同设汁、地质人员、监理工程师查明原因，及时提出处理措施报监理部批准后执行。

3.7 施工中发现地质条件与设计不符时，承建单位应及时向监理部报告，会同设计、地质、监理工程师研究，并提出处理措施报监理部批准后执行。

3.8 当承建单位由于各种原因，需要修改已报经监理部(处)批准的施工措施计划，并致使施工技术条件发生了实质性变化时，承建单位应于此类修改措施计划实施的14天前，报监理部(处)批准。

3.9 承建单位应每周、月定期召开生产会，检查本周、月生产讨-戈0完成情况、分析未完成计划的原因和研究解决措施，并安排好下周、下月生产计划，确保工程施工按预定施工进度均衡进行。

3.10 当施工进度拖延或爆破作业效果不好时，监理工程帅有权要求承建单位调整施工作业计划或爆破参数，并重新报监理部批准。

3.11 施工过程中，承建单位不按批准的施工措施计划施工，或违反国家有关安全和施工技术规程、规范、环境和劳动保护条例，或未按规定的路线、区域出渣、弃渣，或出现重大安全、质量事故等，监理工程师有权分别采取口头违规警告、书面违规警告、监理通报，直至指令返工、停工整顿等方式予以制止。由此而造成的经济损失和施工延误由承建单位承担合同责任。

3.12 开挖过程中，承建单位应做好开挖、支护原始记录，并按合同文件规定于次月5日前向监理部报送包括下述内容的当月施工记录：

（1）施工方法。

（2）循环时间、进尺与钻爆效率。（3）投入劳动力、设备和材料消耗量。（4）主要机械设备生产效率。

（5）实施的支护详图(包括锚杆、预应力锚索及钢筋网喷混凝土、喷钢纤维混凝土厚度和范围，钢支撑的形式和间距等)。

（6）围岩变形监测成果。（7）塌方和其他事故处理。（8）地下水引排措施及效果。（9）其他重大问题和处理措施。（10）已完单元工程质量检验情况。（11）合同支付情况。

（12）施工过程中违规、违约情况。

3.13 灌浆作业期间，承建单位应作好原始记录、成果资料和质量检查情况的整理，并于次月日5日前报送监理部。

3.14 除非另行报经监理部(处)批准，否则应在上一工序经监理工程师质量检验合格后，方可进行下一工序施工。监理工程师的质量检验均应在承建单位的三级自检合格基础上进行，且不减轻承建单位应承担的任何合同责任。

四、施工质量控制

4.1 承建单位应坚持安全生产、质量第一的方针，健全质量保证体系，加强质量管理。地下洞室施工过程中，坚持四员（质检员、施工员、安全员、调度员）到位和三级自检制度，确保工程质量。对出现的施工质量与安全事故应及时向监埋部（处）报告，并本着“三不放过”的原则认真处理。

4.2 洞口开挖中，要注意以下事项：

（1）削坡应白上而下进行，严禁上、下层垂直作业。（2）做好危石清理、坡面支护、防护和排水工作。

（3）进洞前，须注意对洞脸岩体进行鉴定，确认稳定并采取防范措施报监理部(处)批准后方可开挖洞口。

4.3 开挖过程中，应严格控制隧洞方向、中心线和高程。每次爆破后，均应进行断面规格检查，发现不符合设计要求应及时处理。

非设计另有规定，否则规格检查应符合下列精度要求：（1）开挖放样误差，一般不大于lOcm。

（2）开挖断面测量相对于中线的误差不大于5cm。

（3）施测断面问距一般不大于5m，对起伏差或线型以及设计结构变化较大的部位，应适当加测断面。

（4）一般地质条件下，洞室径向超挖值应不大于20cm，也不应有欠挖。4.4 在不良地质地段中开挖，应在地质预报基础上，坚持预防为主的方针，在确保安全的前提下，制订切实可行的施工方案。其中包括应遵守下列原则：

（1）查清地质构造，做好锁口和排水。（2）对围岩进行预加固处理。

（3）浅钻孔、多循环、弱爆破、减少对围岩的振动影响。（4）及时支护、加强支护，必要时或允许时尽早进行混凝土衬砌。（5）加强安全检查、围岩变形监测与分析，及时采取防范措施。4.5 在混凝土衬砌中，经设计同意、监理部(处)批准，可允许钢支撑侵入设计图纸确定的结构衬砌混凝土内。但钢支撑及其埋入附件均应采用钢件制成，并且就位准确、焊接牢固。

4.6 喷混凝土和锚杆注浆材料、配合比及施工工艺必须严格按设计文件或有关规程规范执行，确保施工质量。

4.7 隧洞的灌浆一般按回填、接触、固结顺序进行。作业必须严格按报经监理部(处)批准的施工作业措施计划进行。在钻孔冲洗和灌浆过程中，应注意衬砌变形的监测。发生异常情况应及时采取措施，作出详细记录并同时报监理部(处)。

4.8 其他未列项目的质量控制及检验标准均按有关设计文件、合同技术规范、施工技术规程规范和SDJ249—88《水利水电基本建设工程单元工程质量等级评定标准(一)》执行。

五、质量检验与工程验收

5.1 隧洞土建工程质量检验与单元工程开工(仓)签证监理按《土建工程施工质量监理工作规程》有关要求执行。

5.2 隧洞工程开挖或阶段开挖完成后，承建单位应及时中请中问(或阶段)验收，以利合同支付及工序工程的顺利进行。

申请验收报告应包括下列资料：

（1）施工详图图号、设计变更文件文号及监理审签号。（2）洞内导线及高程的实测成果和说明。（3）贯通误差的实测成果和说明。

（4）开挖竣工图(平面图比例为1：2000，纵剖面图比例为l：1000，横剖面图比例为1：50～1：l00)及竣工工程量。

（5）由施工地质工程师提供的地质素描图(或其完成记录)及地质水文资料。

（6）施工记录资料。（7）技术总结。

（8）按合同文件规定应提供的其他资料。5.3 隧洞工程竣工验收应提供下述资料：（1）工程竣工报告。应包括： 1）工程概述；

2）合同工程开工、完工日期与实际开工、完工日期； 3）合同工程量与实际完成工程量；

4）已完分部、分项工程项目清单，未完尾工项目清单及后续完工计划。（2）工程施工报告。应包括： 1）工程简况； 2）合同工期目标；

3）施工过程设计、地质、施工条件的重要变更情况及其处理方案； 4）分部、分项工程实际施工时段、方法与过程； 5）合同履行中违规、违约情况。

（3）竣工图纸。包括图纸目录、施工图纸、设计技术要求及设计和工程变更文件。

（4）竣工合同支付结算报告。应包括：

1）分部、分项工程的合同报价工程量与合同报价、支付结算工程量、支付单价与支付总价。

2）已结算的合同索赔支付。（5）质量检验文件。应包括： 1）工程开工文件；

2）按分部、分项工程整理的工程施工质量检验和监理签证、认证文件； 3）监理工程帅签发的现场指示、指令和施工违规、违约文件。（6）施工原始记录资料。应包括： 1）记录资料目录；

2）工程承建单位施工期质量检测与试验资料： 3）工程承建单位施工期施工测量记录；

4）混凝土浇筑、灌浆及金结安装等主要施工作业记录； 5）工程质量与安全生产活动记录； 6）施工期安全监测记录； 7）其他重要活动与事项记录。（7）工程施工大事记。

（8）按合同规定必须采集的岩芯或岩样。（9）他按合同规定应报送或提供的资料。

六、工程计量与支付结算

6.1 已按设计要求完成，报经监理工程师质量检验合格，按合同规定应予以支付的工程量才予以计量支付。

6.2 喷混凝土厚度的计量量测，可采用钻孔或施喷前安设的柱塞尺或短插筋对照检查等方法。柱塞尺和短插筋的安设，应事先报监理工程师检查，并取得书面认可后，方为有效。

6.3 洞口明挖、洞挖、锚喷支护、砌体、排水孔、水泥灌浆、止水安设、永久混凝衬砌等按合同规定必须支付的收方计量，均以施工详图确定或经设计变更修改、或由监理工程师指示变更并有文字依据的设讣边线、或实际合格进尺、或有效材料安装量、或实际耗用量计算。

6.4 工程支付计量与量测及价款结算申报，按合同文件规定和有关监理工作规程要求进行。

第五篇：隧洞施工技术

第六章 水工隧洞 第六章 水工隧洞

黑龙江农垦林业职业技术学院 第一节 概 述

第二节 水工隧洞的布置和构造 第六章 水工隧洞

第三节 隧洞的运用管理习题

一,水工隧洞的特点(一)结构特点(二)水流特点(三)施工特点

二,水工隧洞的类型 1.按用途分类

2.按洞内水流状态分类 第一节 概 述

一,水工隧洞的布置

(一)水工隧洞的线路选择(二)水工隧洞的工程布置 二,水工隧洞的布置和构造(一)进口段的形式和构造(二)洞身段的形式与构造(三)出口段及消能设施

第二节 水工隧洞的布置和构造一,隧洞的检查养护

二,隧洞常见的问题及处理(一)隧洞常见问题及产生原因(二)隧洞常见问题的处理 第三节 隧洞的运用管理

在水利枢纽中为满足泄洪,灌溉一,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塌.围岩除了产生作用在衬砌上的围岩压力以外内水压力等荷载.围岩压力与岩体承载能力的大小避开软弱岩层和不利的地质构造第一节 概 述(二)水流特点

1,枢纽中的泄水隧洞,其进口通常位于水下较处2,由于作用在隧洞上的水头较高表面不平整,都可能出现气蚀而引起破坏3,泄水隧洞的水流流速高,单宽流量大的消能防冲措施.(三)施工特点

,发电等各项任务在岩层中开凿而成的建筑物叫水工隧洞.,流速较大，所以要求隧洞体型设计得当,能量集中,岩体产生新的变形,同时又具有承载能力,主要取决于地质条件,属深式泄水洞.,渐变段等处的体型不合适或衬砌,在出口处有较强的冲刷能力,严重的会导致岩石崩,可以与衬砌共同承受.因此，施工质量良好,..应使隧洞尽量如果隧洞在弯道必须采取有效隧洞洞身断面小,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洞与永久隧洞相结合,枢纽中的泄洪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(2)无压洞:工作闸门布置在隧洞的进口一般说来,隧洞可以设计成有压的压的.但应注意的是,在同一洞段内引起振动,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的因素很多,如地质,地形地质条件 地形条件 施工条件 水流条件 1.地质条件

隧洞路线应选在地质构造简单尽量避开地下水位高,的交角,对胶结紧密的厚岩层走向于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应有足够的覆盖厚度,对于有压隧洞在隧洞的进,出口处,围岩的厚度往往较薄的洞径或洞宽.2.地形条件

隧洞的路线在平面上应尽量短而直的隧洞弯道曲率半径不应小于度也不宜小于5倍的洞径或洞宽3.水流条件

隧洞的进口应力求水流顺畅及其建筑物保持足够距离..,尽量考虑一洞多用,排沙,放空隧洞的结合等,洞身全断面被水流充满,水流没有充满全断面,也可设计成无压的,应避免出现时而有压时而无压的明满流交替现象.,施工难易,工程进度,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,岩体完整稳定,岩石坚硬的地区.洞线要与岩层,其夹角不宜小于,当考虑弹性抗力时,一般情况下.如因地形,地质5倍洞径或洞宽,.高流速的隧洞应避免设置曲线段,减少水头损失.水流应与下游河道平顺衔接,防止出现冲刷..,隧洞内壁承受较大的内水压力,有自由水面,也可设计成前段是有压的而后段是无,运行可靠性等方面,构造断裂面及主要软弱带走向有较大30°,对薄层以及层间连接较弱,以减少隧洞的侧向围岩压力,围岩的最小覆盖厚度不小于,进,出口顶部的岩体厚度不宜小于,枢纽布置等原因需要转弯时,以降低工程造价..影响隧洞线路选择,尽量避开不利的地质构造60°,弯道两端的直线段长.,与土石坝下游坝脚.如施工导流.,以防止: ,要,其夹角不小.隧洞3倍洞径.1倍,对于低流速

渗水严重的地段转弯转角不宜大于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.对于长隧洞,还应注意利用地形,地质条件布置施工支洞,斜洞,竖井,增加总工作面,加快施工进度.此外,洞线选择应满足枢纽总体布置和运行要求,避免在隧洞施工和运行中对其它建筑物产生干扰.(二)水工隧洞的工程布置

隧洞进,出口的布置主要包括:进,出口和洞身及闸门的布置.1,进,出口布置

(1)隧洞的进口高程应根据隧洞的用途及实际运用要求来加以确定.发电引水隧洞的进口高程最少灌溉隧洞的进口高程应保证在水库最低工作水位时并应与下游灌区布置在同一侧排沙洞应设置在需要排沙的发电用于放空水库和施工导流的隧洞进口高程一般都较低进口的进水方式有表孔溢流式和深水进口式两种是用隧洞代替了泄槽深式进水口的隧洞(2)隧洞的出口布置应保证水流下泄安全对于有压隧洞收缩为洞身断面的隧洞的出口应通过技术经济比较选择消能防冲方式常为挑流消能2.隧洞的纵坡选择有压洞的纵坡主要取决于进出口高程坡不宜采取平坡或反坡3‰～10‰.无压隧洞的纵坡应根据水力计算加以确定度.3.闸门位置布置检修闸门设置在隧洞进口能

在动水中启闭无压洞的工作闸门布置在进口高度,并向门后通气有压洞的工作闸门布置在出口4.多用途隧洞的布置为了减小工程量(1)泄洪洞与导流洞合一布置在已建工程中较常采用导流洞的进口高程较低段堵塞,再接一反弧段与原导流洞相衔接(2)泄洪洞与发电洞合一布置泄洪洞与发电洞的合一布置是在洞前段共用一洞,顶部高程应在水库最低工作水位以下1.0m以上..，泄水时,洞内为无压流,可以是无压的或有压的,出口断面面积应小于洞身断面积80%～90%,收缩方式采用洞顶压坡的形式.,因其会出现压力余幅不足且不利于检修排水 ,一般要求在静水中启闭..为保证门后洞内无压流的流态..洞内始终为有压流 ,降低工程造价,往往考虑一洞多用或临时任务与永久任务相结合的布置方式,而泄洪洞进口高程可以较高.,能引入设计流量,..前者的进口布置方式与岸边溢洪道相似.具体布置见下图.这种布置形式与重力坝上的泄水孔布置形式相似,出流平稳.,以保持洞内有较大的正压.对于高流速,要求全线洞顶保持不小于,一般要求在任何运用情况下.工作闸门用来调节流量和封闭孔口,水流流态稳定.,常在施工导流任务完成后,由上部进口向后,在后段分岔为两个洞分别来泄洪与发电0.5～1.0m,底部应高出水库淤沙,应满足引水高程的要求..,高水头,2m的压力水头.有压洞的纵坡一般取为,纵坡均应大于临界坡,门后洞顶应高出洞内水面一定.具体布置见下图,隧洞底坡设计为抛物线形式，只..出口的断面积宜,.有压洞的底,要求..,将导流洞前,然后..对

灌溉引水洞进口附近其高程宜较低大流量的泄水隧洞而在原导流洞口的上方另设进口这种布置形式在工程上常形象地称为龙抬头形式于泄洪量大,经常使用的泄洪洞或重要的水电站,不宜采用这种布置方式.(3)发电与灌溉隧洞的合一布置

发电与灌溉隧洞合一布置,水轮机尾水后接灌溉渠道,利用发电尾水进行灌溉.由于发电是经常性的,而灌溉用水是季节性的,所以应在发电尾水的后面设置一弃水设施,将不需灌溉时的发电尾水排入下游河道.有压洞的工作闸门布置在出口布置图 二,水工隧洞的布置和构造(一)进口段的形式和构造 1.进口建筑物的形式(1)竖井式

竖井式进口是进口附近的岩体中开凿竖井冰的影响,抗震性及稳定性好.构造布置见下图(2)塔式

塔式进口建筑物是独立于隧洞的进口处而不依靠山坡的塔受风浪,冰,地震的影响大,稳定性相对较差薄,不宜修建靠岸进口建筑物的情况(3)岸塔式

此种进口是靠在开挖后洞脸岩坡上的进水塔塔式的好,不需工作桥.适用于岸坡较陡(4)斜坡式

斜坡式进水口是在较完整的岩坡上进行平整施工,安装方便,稳定性好,工程量小口一般只用于中,小型工程.构造布置见下图(5)组合式

在实际工程中常根据地形,地质,施工等具体条件采用式进水口等.具体布置见下图.2.进口段的组成及构造

进口段的组成包括:进水喇叭口,闸门室进水喇叭口:隧洞进口为顶板和边墙顺水流方向三向逐渐收缩的平底矩形断面收缩曲线常采用1/4椭圆曲线.竖井式构造布置图 塔式构造布置图 岸塔式构造布置图 斜坡式构造布置图 组合式构造布置图

通气孔:设在泄水隧洞进口或中部的闸门之后应设通气孔①在工作闸门各级开度下承担补气任务②检修时,在下放检修闸门后,放空洞内水流时补气③检修完成后,向检修闸门和工作闸门之间充水时通气孔的上部进口必须与闸门启闭机室分开设置平压管:为了减小启门力,往往要求检修门在静水中开启平压管的尺寸根据所需的灌水时间(4)拦污栅:进口处的拦污栅是为了防止水库中的漂浮物进入隧洞(5)渐变段,闸门室:渐变段及闸门室等.优点是结构比较简单.,需要较长的工作桥.构造布置见下图.塔身可以是直立的或倾斜的,岩体比较坚固稳定的情况,开挖.缺点是,由于闸门倾斜.,通气孔,;

(约8小时左右,可参见第二章第七节重力坝的深式泄水孔有关内容,用工作桥与岸坡相连..,护砌而修建的一种进水,闸门不易依靠自重下降.如半竖井半塔式进水口,其作用是;,通气孔用以排气,通气孔风速应保持在.为此,常设置绕过检修门槽的平压管).具体布置见下图,不需要工作桥,不受风浪和.其缺点是,.岸塔式的稳定性较.构造布置见下图..优点是,结构简单.斜坡式进,下部靠岸的塔.,形成喇叭口:.m/s左右为好..，....常用于岸坡岩石较差覆盖层较平压管和渐变段等(二)洞身段的形式与构造 1.洞身断面形式及尺寸

(1)无压隧洞的断面形式及尺寸

无压隧洞多采用圆拱直墙形(城门洞)断面.如围岩条件较差还可以采用马蹄形断面.无压隧洞的断面尺寸主要根据其泄流能力要求及洞内水面线来确定.流速较低,通气良好的隧洞,要求水面以上净空不小于洞身断面面积的15%～25%,冲击波波峰高不应超过城门洞形断面的直墙范围.在确定隧洞断面尺寸时,还应考虑到洞内施工和检查维修等对最小尺寸的要求.(2)有压隧洞的断面形式及尺寸

有压隧洞由于内水压力较大有压隧洞的断面尺寸应根据泄流能力要求以及沿程压坡线情况来确定2.洞身衬砌的类型及构造衬砌是指沿开挖洞壁而做的人工护壁①阻止围岩变形的发展,②承受围岩压力,内水压力和其它荷载④保护围岩免受水流,空气⑤平整围岩,减小表面糙率(1)衬砌的类型

1)平整衬砌(也称护面): 隧洞表面,减小糙率,防止渗漏2)单层衬砌:用混凝土,钢筋混凝土做成流速较高的情况,混凝土和单层钢筋混凝土衬砌的厚度不宜小于的厚度不宜小于30cm.3)喷锚衬砌:喷锚衬砌是利用锚杆和喷混凝土加固围岩措施的总称固措施.4)组合式衬砌:在开挖断面周边不同部位采用不同的衬砌材料组合而成网喷浆,外层为混凝土或钢筋混凝土5)预应力衬砌 :预应力衬砌是对混凝土抵消内水压力产生的拉应力(2)衬砌的分缝与止水

在混凝土及钢筋混凝土衬砌中隧洞在穿过断层,软弱破碎带以及和竖井交接处围岩地质条件比较均一的洞身段只设施工缝向缝不得错开.纵向施工缝应设置在衬砌结构拉应力及剪应力较小的部位(3)灌浆 1)回填灌浆: 回填灌浆是为了填充衬砌与围岩之间的空隙2)固结灌浆: 固结灌浆是为了加固围岩水对衬砌的压力和减少渗漏(4)排水

设置排水是为了降低作用在衬砌外壁上的外水压力对于无压隧洞衬砌,当地下水位较高时管通向下游,或在洞内水面线以上,一般均采用圆形断面,主要作用是;

;③防止渗漏,温度,干湿变化等的冲蚀破坏作用.,喷混凝土和浆砌石做成的护面,保护岩石不受风化的作用.单层衬砌适用于中等地质条件;如顶拱为混凝土,钢筋混凝土衬砌的外壁施加预压应力.预应力衬砌多用于高水头有压隧洞,一般设有施工缝和永久性的横向变形缝,提高围岩的整体性.,外水压力成为衬砌的主要荷载,通过衬砌设置排水孔.:;

.,边墙和底板采用浆砌石,衬砌需要加厚.一般分段长度为,使之结合紧密,减小围岩压力.,.;,它不承受荷载,隧洞断面较大25cm,双层钢筋混凝土衬砌,是逐渐发展起来的新型加.如内层为钢板..,应设置横向变形缝6～12m,底拱和边拱.,以改善传力条件和减少渗漏,保证岩石的弹性抗力.可在洞底设纵向排水,仅起到平整,水头及,钢筋.,以便在运用时.,顶拱的环.,减小地下,排水孔间距,保证围岩的稳定用混凝土将地下水直接引入洞内排距以及孔深一般为2-4m.对于有压圆形隧洞,可不设置排水设备.当外水位很高,外水压力很大,对衬砌设计起控制作用时,可在衬砌底部外侧设纵向排水管,通至下游,必要时,为提高排水效果,可沿洞轴线每隔6～8m,设一道环向排水槽,环向排水槽可用砾石铺筑,将搜集渗水汇入纵向排水管.具体布置见下图.(三)出口段及消能设施

有压隧洞的出口常设有工作闸门及启闭机室,闸门前有渐变段,出口之后即为消能设施.无压隧洞出口仅设有门框衔接.泄水隧洞出口水流的特点是隧洞出口宽度小散段,使水流扩散,减小单宽流量1.挑流消能

当隧洞出口高程高于或接近下游水位合理,因为它结构简单2.底流消能

当隧洞出口高程接近下游水位时能比较充分,对下游水面波动影响范围小的优点价高.3.窄缝式挑坎消能

窄缝式挑坎消能为挑坎处采用收缩成窄缝的布置形式它的挑角很小,一般取水舌的出射角在底部和表层差别很大上缘挑距加大,水流挑射高度增加能,同时水舌在空中扩散时及入水时大量掺气游河床的冲刷.4.洞中突扩消能

洞中突扩消能也称为孔板消能板时突缩和突扩造成的漩滚黄河小浪底水利枢纽中将导流洞改建为压力泄洪洞D=14.5m的洞中布置了三道孔板板消能,可将140m水头消煞去第三节 隧洞的运用管理隧洞和涵管由于设计象,影响工程的正常运用垮坝的重大事故, 所以一,隧洞的检查养护隧洞的检查养护内容主要有以下几个方面1,运用前要经常检查隧洞的衬砌或涵管有无变形象,要及时分析原因并进行处理2,运用期间,随着闸门的启闭要密切注意观察和倾听洞内有无异常响声涵管,要观察其附近的上下游坝坡有无塌坑物,确保其畅通.特别应指出的是要正确操作运用,其作用是防止洞脸及其以上岩石崩塌,然后再以适当形式消能,且地形地质条件允许时,施工方便,国内外泄洪,也可采用扩散式底流水跃消能0°,顺水流方向,两侧边墙向中心的显著收缩使出水口处水流迅速加深，使水流纵向扩散加大,它是在有压隧洞中设置过流断面较小的孔板,在水流内部产生摩擦和碰撞,孔板间距为60m水头 ,施工,管理等方面的原因.特别是坝下涵管的断裂漏水,要加强经常性检查养护.,并与扩散消能设施的两侧边墙相,单宽流量大,能量集中,所以常在出口处设置扩.,采用扩散式挑流消能比较经济,排沙隧洞广泛采用这种消能方式.底流消能具有工作可靠,但缺点是开挖量大,施工复杂.窄缝式挑坎与等宽挑坎不同之处在于0°,表层可达45°左右,因此水舌下缘挑距缩短,减小了对河床单位面积上的冲击动,在水舌进入水垫后气泡上升,消减大量能量.,就采用了多级孔板消能方案3D=43.5m,由导流洞改建的泄洪洞,洞内平均流速仅10m/s.,可能出现裂缝,断裂,漏水,空蚀及磨损破坏等现,不仅影响水库的兴利,发现问题及时处理..,裂缝,漏水,出口部位有无异常潮湿和漏水现,要作好记录,裂缝或湿软等现象.应及时清理通气孔吸入的杂,避免洞(管)内出现明,满交替的流态.,材料用量多,大大减轻了对下,利用水流流经孔,在直径为,经过三级孔,而且有可能引起;对于坝下，消,造，,底部约

闸门的启闭均应缓慢进行,避免流量的猛增猛减,防止洞内产生超压,负压或水锤等不良现象,对于无压洞严禁在受压情况下使用.3,运用之后,要认真检查洞或管壁有无蜂窝,麻面,有无裂缝和漏水的孔洞,出口消能设施有无损坏现象等,要分析其产生的原因,提出处理的方法.闸门,启闭机要经常检查,养护,以确保灵活,安全.其它方面,如发生严重冰冻后,要防止冰冻对进水塔和进水口造成冰冻破坏,位于地震区的水库,当发生五级以上的地震后,应进行全面检查,发现问题及时处理,禁止在建筑物附近采石爆破或炸鱼,以免因振动引起隧洞或涵洞断裂,对于洞顶岩石厚度小于3倍洞径的情况,禁止在顶部堆放重物或修建其它建筑物,以免发生意外 二,隧洞常见的问题及处理(一)隧洞常见问题及产生原因 1.隧洞衬砌开裂漏水

隧洞衬砌开裂漏水的主要原因有以下几个方面设计不合理引起衬砌开裂.施工质量差.运用管理不当.2.隧洞的空蚀破坏

空蚀的产生与多种因素有关,其中主要包括:改善水流的边界条件,选用抗空蚀的材料施工质量控制等.(1)轮廓体型曲线变化不当.多发生在进口段和出口反弧段,体型弯曲与流线不合动加剧形成空穴空蚀.(2)洞身平整度差,转折,过渡不合理施工平整度达不到要求,表面存在突体(3)闸槽形状不良,闸门底缘不顺.平面闸门的门槽形状不同,过流情况差别较大生负压和空蚀.根据实测资料分析认为在闸门操作时,应避开这个开度.(4)管理运用不当.因闸门开启不当,在洞内出现明流与满流交替的不利流态脉动压力强烈.3.隧洞的磨损

隧洞的磨损是多泥沙河道上的工程中常见的问题(二)隧洞常见问题的处理 1.隧洞衬砌开裂漏水的处理

处理方法主要有水泥砂浆或环氧砂浆封堵据工程的具体情况选择使用水泥砂浆或环氧砂浆封堵2.隧洞空蚀破坏的处理(1)改善水流的边界条件.(2)选择抗空蚀材料.(3)控制闸门开度,设置通气孔.(4)掺气减蚀措施.(5)控制过流边界的不平整度..,流速与边界条件是两个重要因素,控制闸门开度,形成水流的旋流区域.,麻面,残留钢筋等部位,当水头较高,高压平面闸门的开度在,也是我国急需解决的问题,抹面,水泥或化学灌浆,.目前常用的防空蚀措施,通气减蚀,由于局部负压而产生空蚀破坏,流速较大时,0.1～0.2时闸门振动剧烈,在水流脱离洞壁时,喷锚支护,灌浆处理,喷锚支护,掺气减蚀及加强,压力下降,压力脉.,因此，形成负压,造成.,内衬补强等,应根,内衬补强.对于矩形门槽极易产抹面3.隧洞的磨损处理(1)铸石板镶面.(2)铸石砂浆,铸石混凝土.(3)聚合物砂浆,聚合物混凝土.(4)钢板砌护.