水工建筑物之隧洞

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称为水工隧洞。

一、水工隧洞的特点

水工隧洞的结构特性及工作条件，决定了它有以下三方面的特点。

（一）结构特点

隧洞是位于岩层中的地下建筑物，与周围岩层密切相关。在岩层中开挖隧洞后，破坏了原有的平衡状态，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。因此，隧洞中常需要临时性支护和永久性衬砌，以承受围岩压力。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，应做好隧洞的工程地质勘探工作，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，其进口通常位于水下较深处，属深式泄水洞。它的泄水能力与作用水头H的1/2次方成正比，当H增大时，泄流量增大较慢。但深式进口位置较低，可以提前泄水，提高水库的利用率，故常用来配合溢洪道宣泄洪水。

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

隧洞是地下建筑物，与地面建筑物相比，洞身断面小，施工场地狭窄，洞线长，施工作业工序多、干扰大、难度也较大，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，采用新的施工方法，改善施工条件，加快施工进度和提高施工质量在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，保证枢纽安全。

（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里的水，用于人防或检修大坝。

（5）导流洞。在水利枢纽的建设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。隧洞工作闸门布置在隧洞出口，洞身全断面均被水流充满，隧洞内壁承受较大的内水压力。引水发电隧洞一般是有压隧洞。

（2）无压洞。隧洞的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。灌溉渠道上的隧洞一般是无压的。

一般说来，隧洞根据需要可以设计成有压的，也可以设计成无压的，还可以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。