隧洞设计报告.pdf

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1、目录 摘要 设计基本资料 . 2 任务一：隧洞总体布置 3 一、隧洞的作用及分类 3 二、隧洞的选线 4 三、隧洞的布置 7 任务二：隧洞洞身断面设计 8 一、断面形状 8 二、断面尺寸的拟定 8 三、进口建筑物形式 9 任务三 :进口建筑物布置 . 10 一、进水喇叭口 10 二、通气孔 . 11 三、平压管 . 11 四、检修门槽 11 任务四：龙抬头段设计 12 一、抛物线设计 12 二、反弧段设计 12 三、混凝土塞 13 任务五：隧洞出口布置 13 守诚、求新、创业、修能 1 一、渐变段 . 13 二、工作闸门室 14 三、消能段 . 14 任务六：隧洞细部构造 15 一、分缝与止水

2、构造 15 二、灌浆布置 16 三、排水布置 17 四、掺气槽布置 18 五、掺气减蚀设施 19 六、隧洞钢筋布置 22 总结 错误！未定义书签。 参考文献 错误！未定义书签。 守诚、求新、创业、修能 2 设计基本资料 1.淤积高程 422.0m ； 1. 死水位 429.0m ； 2. 最高兴利水位 445.0m; 3. 设计洪水位450.1m ，相应泄量1320m 3/s（溢洪道泄量 1200 m 3/s ，泄洪洞流量 160 m3/s ） ； 4. 校核洪水位452.22m ，相应泄量1980m 3/s（溢洪道泄量 1853 m 3/s ，泄洪洞流量 177m3/s） ； 5. 出口高程

3、 405m 。 守诚、求新、创业、修能 3 任务一：隧洞总体布置 一、隧洞的作用及分类 1. 隧洞的定义 : 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。 2. 隧洞的分类及作用 : (1)按用途分类 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、灌溉或供水。 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。 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。 (2)按洞内水流状态分类 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。

4、引水发电隧洞一般是有压隧洞。 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 守诚、求新、创业、修能 4 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。 二、隧洞的选线 隧洞的洞线应根据隧洞的用途综合考虑地形、地质、水力学、施 工、运行、沿线建筑物、枢纽总布置及对周围环境的影响等因素，通 过技术经济比较选定。 在满足枢纽总布置要求的条件下，洞线应选择 在线路短、沿线地质构造简单

5、、岩体完整稳定、上覆盖层厚度适中、 水文地质条件有利及施工方便的地区。 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，如向斜构造、断层及构造破碎带。对于有 压隧洞，隧洞应有足够的覆盖厚度，当考虑弹性抗力时，围岩的最小 覆盖厚度不小于 3 倍洞径。有压隧洞的洞身垂直和侧向覆盖厚度应保 证围岩不产生渗透失稳和水力劈裂。根据以往工程经验， 对于围岩坚 硬完整无不利构造的岩体， 有压隧洞的洞身垂和侧向覆盖厚度不小于 0.4H （H 为内水压力水头），无衬砌或采用锚喷衬砌时，则应不小于 1.0H 。对于无压隧洞洞身和隧洞进出口，在采取了合理的施工方

6、法 和工程措施可保证施工期及运行安全时，对垂直及侧向最小覆盖厚度 不作具体规定。 相邻两隧洞间的岩体厚度，应根据布置需要、地质条件、围岩承 守诚、求新、创业、修能 5 受的内水压力、围岩的应力和变形、隧洞横断面尺寸和地形、施工方 法和运行情况（如一洞有水临洞无水）等因素综合分析决定。岩体厚 度不宜小于2.0 倍开挖洞径（或洞宽） ；岩体较好时，岩体厚度不宜 小于 1.0 倍开挖洞径（或洞宽）。应保证围岩不产生渗透失稳和水力 劈裂。 在高地应力地区， 洞线宜与最大水平地应力方向有较小夹角，以 减少隧洞的侧向围岩压力。 经论证必须穿过坝基、 坝肩或其它建筑物基础的水工隧洞，与建 筑物基础的围岩应有

7、足够的厚度，满足建筑物基础和隧洞对应力、变 形、稳定和渗透的要求。不能满足要求时，应采取必要的工程措施， 保证施工运行安全。 2. 地形条件 隧洞的洞线在平面上应布置成直线，以减小工程费用和水头损 失。若需要设置弯段时，应符合下列要求： （1） 对于流速小于 20m/s无压洞，弯道曲率半径不应小 于 5 倍洞径或洞宽，转角不宜大于60，对于流速小于 20m/s 有压隧洞，可以适当降低要求，但弯曲半径不应小于3 倍洞径 或洞宽，转角不宜大于60。 （2） 高流速无压隧洞不应设置曲线段。高流速有压隧洞 设置去学校时，其弯道半径和转角最好通过试验确定。 （3） 应在弯道首尾两端设置直线段，其长度也不

8、宜小于 5 倍洞径或洞宽。 守诚、求新、创业、修能 6 （4） 洞身设置竖向曲线时，对于高流速隧洞（有压或无 压） ，其型式和竖向曲线半径应通过试验确定。对于低流速无压 隧洞的竖曲线半径不宜小于5 倍洞径或洞宽；低流速有压隧洞 的竖曲线半径，可以适当降低要求。 3.水流条件 隧洞的进口应力求水流顺畅，减少水头损失。 重视隧洞出口水流 与河流主流的相对位置， 水流应与下游河道平顺衔接， 与土石坝下游 坝脚及其建筑物保持足够距离，防止出现冲刷。 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。采用掘进机 及有轨运输出渣的隧洞， 其弯道半径和转角， 尚应满足掘进机和有轨 运输的要求。 对

9、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，以便进料、出渣和通风，增加总工作面，改善施工条件，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；还应考虑临时占地、永久占地、 植被破坏与恢复、 施工污染、 运行期地下水位变化等对环境的影响和 水土保持的要求。宜使原自然环境较少破坏，较易恢复，环境投资最 少。 守诚、求新、创业、修能 7 三、隧洞的布置 1. 进水方式 进口的进水方式有表孔溢流式和深水进口式两种。表孔溢流式的 进口布置方式与岸边溢流道相似，只是用隧洞代替了泄槽，泄水时， 洞内为无压流。 这种布置形式的

10、表孔进口虽有较大的超泄能力，但其 泄流能力受到隧洞断面的限制。 深式进水口的隧洞可以是无压的或有 压的。这种布置形式与重力坝上的泄水孔布置形式相似。本设计采用 有压深水进口式。 2. 进出口高程 由于淤积高程为422.0m, 泄洪洞也有一定的排沙能力，故此次设计 隧洞进口底部高程采用淤积高程422.0m 。 出口底部高程为 405.0m 。 3. 出口布置 对于有压隧洞，出口断面面积应小于洞身断面积，以保持洞内有较 大的正压，若隧洞沿程体形无急剧变化， 出口的断面积宜收缩为洞身 断面的 85%90%。 4. 闸门布置 检修闸门设置在进口， 用来挡水，以便对工作闸门或隧洞进行检修。 检修闸门在静

11、水中启闭， 一些大中型隧洞的深式进水口常要求检修闸 门能在动水中关闭，静水中开启，以满足出现事故的需要，此时也称 为事故闸门。 工作闸门用来调节流量和封闭孔口，要求能在动水中启闭。工作闸 门可根据需要设置在隧洞的进口、出口或洞中的某一适宜位置。 守诚、求新、创业、修能 8 5. 纵坡 隧洞的坡度注意涉及到泄流能力、压力分布、过水断面大小、工程 量、空蚀特性及工程安全， 应根据运用要求、沿线建筑物的底部高程 以及施工和检修条件等综合分析确定。有压洞的纵坡不宜采用平坡或 反坡，一般取坡度为3 10，且全线洞顶保持不小于2m 的压力水头。 任务二：隧洞洞身断面设计 一、断面形状 有压隧洞由于内水压力

12、较大，从水流条件（过水断面湿周最小） 及受力条件（受力方向对称）考虑，一般均采用圆形断面。此设计采 用圆形断面。 二、断面尺寸的拟定 隧洞断面计算按管流公式：gH2AQ c 其中Q泄洪洞泄流量； 流量系数，取0.60.8，此处去 0.8； Ac洞的断面积； H库水位到隧洞出口底部高差。 计算结果见下表 表 21 断面尺寸计算表 守诚、求新、创业、修能 9 计算工况Q H Ac A D 设计情况160 0.8 45.1 6.73 7.92 3.18 校核情况177 0.8 47.22 7.27 8.55 3.30 此设计拟定洞身直径D=3.30m 。 三、进口建筑物形式 进口建筑物按其布置及结构

13、形式不同，可分为竖井式、塔式、岸 塔式和斜坡式等。 1. 竖井式 优点:结构比较简单，不需要工作桥，不受风浪和冰的影响，抗 震性及稳定性好，运行比较可靠。 缺点：竖井开凿比较困难，竖井前的隧洞段经常处于水下，检修 不变。 适用条件：岸坡陡、岩石坚硬。 2. 塔式 优点：布置比较紧凑，闸门开启比较方便可靠。 缺点：受风浪、冰、地震的影响大，稳定性相对比较差，需要较长 的工作桥。 适用条件：岸坡岩石较差，覆盖层较薄，不宜修建靠岸进口建筑物 的情况。 3. 岸塔式 优点：稳定性较塔式的好，甚至可对岩坡有一定的支撑作用，施工 守诚、求新、创业、修能 10 安装也比较方便，不需工作桥，比较经济。 适用条

14、件：适用于岸坡较陡，岩体比较坚固稳定的情况。 4. 斜坡式 优点：结构简单，施工、安装方便，稳定性好，工程量小。 缺点：由于闸门倾斜，闸门不易依靠自重下降，闸门面积加大。 适用条件：一般只用于中、小型工程，或只用于安装检修闸门的进 口。 此设计采用塔式。 任务三 :进口建筑物布置 一、进水喇叭口 进水口是隧洞的首部， 其体形应与孔口水流的流态相适应，避免 产生不利的负压和空蚀破坏， 同时还应尽量减小局部水头损失，以提 高泄流能力。 隧洞进口常采用顶板和两侧边墙顺水流方向逐渐收缩的平底矩 形断面，形成喇叭口状。收缩曲线常采用四分之一椭圆曲线，椭圆方 程为：1 2 2 2 2 b y a x 式中

15、: a椭圆的长半轴，对于顶板曲线，约等于闸门处的孔口高 度 H，对于边墙曲线，约等于闸门处的孔口宽度B；此 守诚、求新、创业、修能 11 处 a 取 3.3m 。 b椭圆的短半轴，对于顶板曲线，可用H/3 ，对于边墙曲 线约为（ 1/3 1/5 ）B。此处 b 取 1.1m 。 进水喇叭口的椭圆方程为1 1.13.3 2 2 2 2 yx 二、通气孔 当闸门部分开启时， 孔口处的水流流速很大， 门后的空气会被水 流带走，形成负压区，可能会引起空蚀破坏使闸门振动，危及工程的 安全运行。因此， 对设在泄水隧洞进口或中部的闸门之后应设通气孔， 其作用是：在工作闸门各级开度下承担补齐任务，补气可以缓解

16、门 后负压，稳定流态，避免建筑物发生振动和空蚀破坏，同时可减小由 于负压而引起作用在闸门上的下拖力和附加水压力：检修时，在下 放检修闸门之后，放空洞内水流时给予补气；检修完成后，需向检 修闸门和工作闸门之间充水，以便平压来开启检修闸门，此时，通气 孔用以排气。 三、平压管 平衡检修闸门前后的水压力，减小闸门的启门力。 四、检修门槽 采用矩形收缩门槽w/d=1.6 1.8 隧洞进口布置图见附图 守诚、求新、创业、修能 12 任务四：龙抬头段设计 一、抛物线设计 从缓坡到陡坡的连接 （如龙抬头隧洞之斜井段首部）常采用抛物 线为：）（tan1 v2 gx xtany 2 0 2 此处 =0 ，所以上

17、式可化为： 2 o 2 v2 gx y 式中Vo- （1.321.40）V； V断面起点过水断面平均流速。 曲线段与反弧段的前点为y =tan =25 35；此处取 30。 计算结果如下表所示 : 表 4-1 抛物线坐标单位： m X 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 46.18 8 y 0 0.1 0.4 0.9 1.6 2.5 3.6 4.9 6.4 8.1 10 12.1 13.33 3 二、反弧段设计 从陡坡到缓坡（如龙抬头隧洞之斜井末端）常以反弧段连接。反 守诚、求新、创业、修能 13 弧段半径与该处水头Z（库水位与反弧末端之高差）有关。反弧半径 R=

18、（0.770.84）Z 反弧方程： (x-x0)2+(y-y0)2=R 2 Z=452.22-405=47.22m 则 R=36.36 39.66m 取 R=38m 可以求得反弧段圆心坐标为（62.474 ，-21 ） ，则反弧方程为 (x-62.474) 2+(y+21)2=382 为了便于施工反弧段坐标如下表所示： 表 4-2 反弧段坐标单位： m X 46.18 8 48 50 52 54 56 58 60 62.47 4 y 13.33 3 14.13 5 14.89 4 15.52 8 16.04 3 16.44 4 16.73 6 16.91 9 17 三、混凝土塞 龙抬头段设计图

19、见附图 任务五：隧洞出口布置 一、渐变段 由于洞身为圆形， 为了便于出口端闸门的设置， 应将圆形变成矩 形，为了水流平顺，在圆形和矩形之间应设有渐变段，其长度一般不 守诚、求新、创业、修能 14 应小于洞径或洞宽的23 倍。 二、工作闸门室 由于隧洞内为有压流，出口处应设有闸门。 三、消能段 隧洞的消能方式有挑流消能、底流消能、窄缝式挑坎消能、洞中 突扩消能等。 1.挑流消能 当隧洞出口高程高于或接近下游水位，且地形地质条件允许时， 采用扩散式挑流消能比较经济合理，因为它结构简单，施工方便，国 内外泄洪、排沙隧洞广泛采用这种消能方式。当隧洞轴线与河道交角 较小时，可采用斜向挑流鼻坎，靠河床一侧

20、鼻坎较低，使挑流主流偏 向河床，减轻对河岸冲刷。 2.底流消能 当隧洞出口高程接近下游水位时，也可采用扩散式底流水跃消 能。底流消能具有工作可靠、消能比较充分、对下游水面波动影响范 围小的优点，但缺点是开挖量大、施工复杂、材料用量多、造价高。 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。 4. 洞中扩散消能 此消能方式是在有压隧洞中设置过流断面较小的孔板，利用水流 守诚、求新、创业、修能 15 流经孔板时突缩和突扩造成的漩滚，在水流内部产生摩擦和碰撞， 消 减大量能量， 同时又将动能转化为热能随水流带走，从而达到降低流 速，减少磨损的消能目的。 此设计采用挑流鼻坎消能

21、， 其挑流鼻坎处圆弧段的角度为20 25，此处采用25，半径R=（410）h0,其中 h0为反弧最低点水 深。根据 g2 V hT 2 o o其中 0 0 Bh Q V用迭代法计算得h0=1.8m, 故 R=7.2 18m, 取 R=12m 。 隧洞出口布置图见附图 任务六：隧洞细部构造 一、分缝与止水构造 在混凝土及钢筋混凝土衬砌中， 一般设有施工缝和永久行的横向 变形缝。 隧洞在穿过断层、 软弱破碎带以及和竖井交接处，或其他可能产 生较大的相对变位时，衬砌需要加厚，应设置横向变形缝，变形缝的 缝面不凿毛，分布钢筋也不穿过， 无防渗要求的无压洞， 何不设止水， 对有压洞或有防渗要求的无压洞，

22、则缝内应设置止水及填充12cm 厚的沥青油毡或其他相应的防渗措施。 围岩地质条件比较均匀的洞身段只设置施工缝。根据浇筑能力和 守诚、求新、创业、修能 16 温度收缩等因素分析确定沿洞线的浇筑分段长度，一般分段长度可采 用 612m ，底拱和边拱、顶拱的环向缝不得错开。衬砌的环向施工 缝需要进行凿毛处理， 或设一些插筋穿过缝面以加强整体性。纵向施 工缝应根据浇筑能力，设置在衬砌结构拉应力及剪应力较小的部位， 对于圆形隧洞常设在中心垂直线夹角为45处；对于城门洞型隧洞， 为便于施工可设在顶拱边墙、 底板交界附近。 纵向施工缝必须进行凿 毛处理，必要时缝内可设键槽。 二、灌浆布置 隧洞灌浆分为回填灌

23、浆和固结灌浆两种。 1、回填灌浆 回填灌浆的目的是为了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。回填灌浆的范围、孔 距、排距、灌浆压力及浆液浓度，应根据衬砌结构的形式、隧洞的工 作条件、施工方法及隧洞开挖后断面的裂缝情况来确定。混凝土和钢 筋混凝土衬砌的顶部必须进行回填灌浆，砌筑顶拱是，可预留灌浆管， 待衬砌完成后通过预埋管镜像灌浆，灌浆范围一般在顶拱中心角 90 120 以内， 孔距和排距一般为26m ， 灌浆孔应深入围岩5cm 以上，灌浆压力一般为0.20.3MPa 。 2、固结灌浆 固结灌浆的目的在于加固围岩，挑个围岩的整体性， 减小围岩压 力，保证岩

24、石的弹性抗力， 减小地下水对衬砌的压力和减少渗漏。对 守诚、求新、创业、修能 17 围岩是否需要进行固结灌浆， 应通过技术经济比较而定。 固结灌浆参 数，应根据围岩地质条件、衬砌结构形式、内、外水压力大小及围岩 的防渗、加固要求，通过工程类比或现场实验来确定。固结灌浆孔一 般深入围岩约为隧洞半径的1 倍左右，一般排距24m，每排孔不 少于 6 孔，做对冲布置。灌浆压力可采用1.52.0 倍的内水压力。 固结灌浆应在回填灌浆714 小时之后进行，灌浆是应加强观测， 以防洞壁产生变形或破坏。 三、排水布置 设置排水的目的是为了降低作用在衬砌外壁的外水压力，对于无 压隧洞衬砌，当地下水位较高时，外水

25、压力成为衬砌的主要荷载，对 衬砌结构应力影响很大。为此，可在洞底设纵向排水管通向下游，或 在洞内水面线以上，通过衬砌设置排水孔，将地下水直接引入洞内。 排水孔间距、排距以及孔深一般为24m 。 对于有压圆形隧洞，外水压力在衬砌设计中一般不起控制作用， 可不设置排水设备。当外水为很高，外水压力很大，对衬砌设计起控 制作用，可在衬砌底部外侧设纵向排水管，通至下游，纵向排水管由 无砂混凝土管或多孔缸瓦管做成。必要时，为提高排水效果，可沿洞 轴线每隔68m ，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。设置排水设施时，应避免内水外渗。 守诚、求新、创业、修能 18 四、掺气槽

26、布置 掺气减蚀措施最早应用于水力机械，在高水头泄水工程中的应用 是在20世纪60年代开始的，美国的大古力坝(Grand Coulee Dam) 泄水孔锥形管出口下游在屡次发生空蚀破坏后，设置了掺气槽， 以后 没有发生过空蚀破坏，掺气被证明是解决空蚀破坏的最有效的途径。 国内的第一个采用掺气减蚀设施的是冯家山水库的泄洪洞。目前掺气 减蚀已在溢洪道、泄洪洞、陡槽、闸下出流、竖井等高水头大单宽流 量的泄水建筑物中得到广泛的应用，并取得了显著的减蚀效果和社会 经济效益。 随着坝工技术的提高和水电建设事业的发展，我国高坝建设发展 迅速，坝高不仅突破了 200m ，而且已进入 300m 量级，高水头、大

27、流量泄水建筑物不断增多，与之相关联的脉动、振动、空化、空蚀、 冲刷、雾化等一系列高速水力学问题日益突出，受到水利工程人员的 广泛关注。随着泄水建筑物水头越来越高， 最大泄流速度高达 40m/s ， 有的甚至超过 50m/s ，水流空化数大大减小， 致使泄水建筑物的某些 过流部位常常发生严重的空蚀破坏，空蚀破坏的强度大约与水流流速 的57 次方成比例。 空蚀不仅破坏泄流建筑物的过流表面，影响过流 性能，降低泄流能力，严重时可导致泄流建筑物不能正常运行，甚至 引起振动，导致工程破坏等。 总结目前泄水建筑物运行的成功经验，当过流表面的流速超过 35m/s 时，应设置掺气减蚀设施。Peterka 等的

28、试验研究表明，向水 流低压区通气是防止空蚀的有效方法。当水中的掺气浓度达到 守诚、求新、创业、修能 19 C=1%2% 时，即可大大减轻固体边壁的空蚀破坏；当掺气浓度达到 C=5%7% 时，空蚀破坏可完全消失。 还有一些研究表明， 当水中近 壁处的掺气浓度为 C=1.5%2.5% 时，混凝土试件的空蚀破坏显著减 少； 当水中近壁处的掺气浓度达C=7%8% 时， 则空蚀现象基本消失。 这是因为水中含气量较高时， 增加了水气混合体的可压缩性，对气泡 溃灭时所产生的冲击力起缓冲作用，减轻了它的破坏能力。 概括地讲，掺气减蚀的基本原理就是在泄槽高速水流区设置掺气 坎、槽，当水流经过掺气设施时产生分离，

29、在其下游形成掺气空腔， 在高速水流的紊动作用下，迫使大量空气掺入水流中，对水流掺气， 形成可压缩性的水、气混合体。当挑射水流重新回到底板上时，水流 中抉带了大量的空气， 致使近壁水层自然掺气。 当近壁掺气浓度达到 一定值时，在一段距离内的泄水建筑物过流表面可减少或避免空蚀破 坏。 五、掺气减蚀设施 掺气减蚀设施必须满足的基本原则是：掺气设施应设置在容易产 生空蚀部位的上游， 在其运用水头范围内形成并保持一个稳定通气空 腔，同时应该防止通气井、 槽的堵塞，以保证下游水流有足够的掺气 浓度；应力求保证通过掺气设施的水流平顺，避免因设置掺气设施而 恶化下游水流流态和过分抬高水面线，以及避免明流隧洞局

30、部封顶、 明槽边墙浸水、过高的水翅冲击其他建造物或增大冲击动压等水力现 象；掺气设施本身要有足够的强度和工作的可靠性，水舌冲击还应避 守诚、求新、创业、修能 20 开伸缩缝和施工缝。同时， 掺气减蚀设施的体型应力求简单，以便于 施工并保证本身不受破坏。 掺气减蚀设施的一般工程形式， 是在泄水建筑物过流面上设置掺 气槽、掺气挑坎 (在侧壁上亦称折流器 )或突跌错台等。水流经过这些 突变处，即脱离边壁， 形成射流，射流水股下面 (或侧面 )出现了空腔， 通过两侧预留的突扩或预埋的通气管，将空气导入空腔.射流水股下 缘在行进过程中， 将扩散掺气形成掺气层， 当它重新回落底板或扩散 至侧壁时，又卷入部

31、分空气，致使下游近壁水层成为掺气水流，在沿 程一段距离内可保持其掺气浓度不小于某一防蚀有效的最低浓度值， 这样这段距离内的过流面不致遭受空蚀破坏。 在高水头泄水建筑物的过流表面上设置掺气设施，使水流强迫掺 气以减轻或避免高速水流产生的空蚀破坏，是一项在国内外水利水电 工程中应用越来越广泛的实用技术。本世纪60年代以来，人们对强 迫掺气的研究的增多，也推动了掺气减蚀措施的优化研究的发展。 目前，水利工程中泄水建筑物上主要应用的基本掺气设施体型包 括以下几种： （1）掺气挑坎 使用挑坎使水流向上挑射， 脱离坎的下边界。 当挑坎具有一定的 高度时，就能在坎下形成空腔， 在各级水头和流量下均可以形成一

32、定 长度的稳定空腔，使水流掺气。但当挑坎的高度过低时，水舌下底缘 的反向漩滚会淹没空腔 ;挑坎高度过高时，一方面射流水舌回落到底 板的冲击压强较大，另一方面对原水面扰动较大，会抬高水面高度， 守诚、求新、创业、修能 21 在明流泄洪洞中可能造成封顶的现象，威胁洞身安全。 加设适当的挑 坎高度，基本不变动原过流边界，在新建和改建工程中都可以采用， 但它对过流建筑物流态影响比较大。 （2）掺气跌坎 采用上下游过流边界错开一定的高度，形成一跌坎， 使水舌脱离 坎的下边界，形成空腔进行掺气。对原水流的扰动较小，水舌落水对 底板的冲击力也小，不致产生冲击波。一般在新建工程中采用，为了 得到相同的空腔长度

33、，掺气跌坎的高度要高于挑坎。 （3）掺气槽 在泄水建筑物过流面上垂直于水流方向构筑一掺气槽，其作用是 在射流形成空腔的情况下，用以增大空腔体积，保证正常通气。掺气 槽的尺寸大小应该满足布置通气出口的要求。 一般而言， 挑坎体型简单， 但其具体尺寸的确定与来流的水流特 性（流量、流速、水深）和泄水建筑物底板坡度等因素有关；这种掺 气设施易于形成稳定的空腔， 但如果坎高过大， 则对原水面的扰动过 大，将水面抬得过高而减小洞顶余幅，且水舌回落至洞身底板时冲击 压力较大。跌坎对原水流的扰动较小， 但水舌回落在较小的底坡上时， 反旋较强，空腔范围小且不稳定。掺气槽对进气有利，且掺气比较充 分，可以增大空

34、腔体积，形成稳定、完整的掺气空腔，这种掺气设施 体型比较成熟，运行情况良好；但在小底坡时，掺气槽内容易出现积 水，难以排除。 综上可知， 各种单一的掺气设施体型都既有它的独特优势，也有 守诚、求新、创业、修能 22 不尽人意之处。因此，在工程实践中，为了充分利用各掺气设施的优 势，克服其不足， 通常采用将它们组合在一起，共同到达掺气减蚀的 目的。常见的组合式掺气设施包括： （1）挑坎与跌坎组合 为了提高掺气的强度， 增加保护长度， 可以考虑在降低跌坎高度 的同时，在跌坎上增设小挑坎。这样，既可以保证掺气空腔的长度， 又便于通风井的布置。 （2）挑坎与掺气槽组合 在掺气槽的上游设置挑坎， 这种形

35、式对水流的扰动比较小，流态 较为平顺。但在小底坡过流较长的建筑物中，这种形式在掺气槽内容 易引起积水和泥沙的淤堵。 （3）跌坎与掺气槽组合 对来流扰动小， 具有便于通气井的布置、 低Fr数流动情况下增加 水气接触面和通气量等特点。 （4）挑坎、跌坎和掺气槽组合 实践证明，这种掺气坎的体型简单，施工方便，多用在泄水建筑 物陡坡段。 此次设计采用挑坎、跌坎式掺气槽。见附图。 六、隧洞钢筋布置 按弹性力学方法采用对称双层钢筋计算，配筋率不小于0.1%。 外层受力钢筋采用二级钢筋直径25mm ，间距 200mm ，轴向分布 守诚、求新、创业、修能 23 钢筋采用直径10mm 的一级钢筋，间距为250mm 。具体布置见附 图。