第一篇：第四節 水工隧洞施工

第四節 水工隧洞施工

一、隧洞的施工過程與施工特點

二、隧洞開挖

（一）★開挖方式 1． ★全斷面開挖

全斷面開挖——是指整個開挖斷面一次鉆眼爆破。適用于斷面不大（不超過16m），或斷面尺寸雖大，但地質條件好，山巖壓力不大，不需要支撐或只需要局部簡單支撐，而且機械設備比較完善的情況下采用。

2． ★導洞開挖

在待開挖的隧洞中先開挖一個小斷面的洞作為先導，稱為導洞，等導洞貫通后再擴大開挖出設計斷面，這種方法稱為導洞先進法。

（1）★下導洞開挖

適用于地質條件較好，洞線較長，地下水嚴重，斷面不大，機械化程度不高的工程。優點：施工設施可一次鋪設，出渣道路不必翻修，排水方便，擴大開挖時可利用巖石自重提高爆破效率，施工速度快。但頂部擴大時，鉆眼困難。

（2）★上導洞開挖

適用于地質條件不好，地下水不嚴重，機械化程度不高的工程。優點：支撐簡便，施工比較完全，下部擴挖時鉆眼較方便。

缺點：導洞和上部石渣要翻運出洞，施工排水不便，開挖與襯砌交叉作業，施工干擾大。

（二）炮眼布置與裝藥量計算 1． 炮眼分類與布置

★炮眼按所起的作用不同可分為：掏槽眼、崩落眼和周邊眼三種。（1）★掏槽眼

作用：增加爆破的自由面。

布置：在斷面中心偏下的位置。

（2）★崩落眼

作用：崩（爆）落巖體。

2布置：大致均勻地分布在掏槽眼的外圍，通常與開挖斷面垂直，眼底應落在同一平面上。

（3）★周邊眼

作用：控制開挖輪廓。

布置：布置在開挖斷面四周，每個角上須布置角眼。2． 裝藥量計算

（三）裝渣與運輸

★常用的出渣方式有以下幾種：（1）人工出渣（2）裝巖機裝渣

（3）裝載機或短臂正向鏟挖掘機裝車，自卸汽車運輸

（四）臨時支護

★在開挖爆破后，為防止破碎巖層坍塌和個別石塊跌落以確保安全，必須進行臨時支護。臨時支護的型式很多，根據所用的材料不同，有以下幾種：

（1）木支撐（2）鋼支撐

（3）預制混凝土及鋼筋混凝土支撐（4）噴混凝土支護（5）錨桿支護

（五）散煙、通風、照明與排水

（六）隧洞開挖的循環作業

★一個掘進循環——是指從第一次鉆眼到第二次鉆眼之間的時間間隔。

用鉆爆法開挖隧洞包括鉆眼、裝藥、爆破、散煙、安全檢查、出渣、臨時支護等工序。

三、隧洞襯砌

四、噴錨支護

1． 噴錨支護的含義及分類

★噴錨支護——是充分利用圍巖的自承能力和柔性變形的特點，有效地控制和維護圍護穩定的一種新型支護型式。它利用噴錨支護結構與圍巖緊密貼合起來加固和保護圍巖，從而調動了天然圍的承載能力，使圍巖變為支護的主要成分。★噴錨支護可分為四類：

（1）錨桿支護（2）噴混凝土支護

（3）砂漿錨桿和噴混凝土聯合支護

（4）砂漿錨桿、鋼筋網和噴混凝土聯合支護

第五節 渡槽施工

一、裝配式渡槽施工

（一）構件的預制 1． 排架的預制 2． 槽身的預制

★施工程序為：立模→鋪網扎筋→澆制→養護→涂料

（二）渡槽吊裝

二、砌石拱渡槽施工

第七章 施工導流與排水

一、施工導流

★在河流上修建水利水電工程時，為了避免河水對施工的不利影響，需要圍堰圍護基坑，并將河水引向預定的泄水建筑物往下游渲泄，以確保水工建筑物在干地上進行施工，這就是施工導流。

1． 施工導流的基本方法

（1）★全段圍堰法（一次斷流導流）

全段圍堰法——是在河床主體工程的上、下游各建一道攔河圍堰，使上游來水經過預先修建的臨時或永久泄水建筑物下泄，主體工程在排干的基坑中施工。

★全段圍堰法按泄水建筑物類型不同可分為：明渠導流、隧洞導流、涵管導流和渡槽導流。

1）★明渠導流

①適用條件：適用于岸坡平緩或有寬廣灘地的平原河道上。②布置要求： 2）★隧洞導流

①適用條件：適用于一般山區河流中，河谷狹窄，山巖堅實，適宜開挖隧洞。

②布置要求：

3）★涵管導流

①適用條件：僅適用于小流量河流導流或僅擔負枯水期的導流任務。

②布置要求：

4）渡槽導流

①適用條件：適用于小流量，特殊地形的河流中的導流。

②布置要求：

（2）★分段圍堰法導流（分期導流）

①適用條件：適用于河道寬闊、流量大、施工期較長的工程。

②按分期導流后期的泄水道類型，可分為：底孔導流和壩體缺口導流。2． 圍堰工程

★ 圍堰——是指在水利工程施工導流期間，用于圍護基坑，保證水工建筑物在干地上施工的臨時擋水建筑物。

（1）★對圍堰的基本要求

①具有足夠的穩定性、防滲性、抗沖性和強度；②構造簡單，便于施工，就地取材，造價低廉；③便于維護和拆除。

（2）★圍堰的分類

①按圍堰與水流相對位置的不同可分為：橫向圍堰和縱向圍堰 ②按導流期間基坑是否允許淹沒可分為：過水圍堰和不過水圍堰

③按構造和使用的材料不同可分為：土圍堰、土石圍堰、草土圍堰、鋼板樁圍堰和混凝土圍堰。

（3）圍堰的拆除 3． ★導流設計流量的確定

★導流設計流量是設計導流建筑物的重要依據，它是按照導流時段根據導流標準確定的。導流標準就是選定導流設計流量的標準。導流標準應嚴格按規定進行選擇，不得任意提高或降低。

二、截流

★ 截流——在施工導流期間，截斷原河流水流，迫使河水改道，最終把河水引向已建成的導流泄水建筑物下泄的過程。

★ 截流的一般施工過程是：進占、合龍、閉氣和加高培厚。

1． ★截流的基本方法（1）★平堵法

——沿戧堤軸線，在龍口處設置浮橋或棧橋，用自卸汽車沿龍口全線均勻地拋投戧堤材料，逐層上升，直至戧堤露出水面。

通常用于軟基河床上。

（2）★立堵法

——用自卸汽車將截流材料從龍口的一端或從兩端向中間拋投進占，逐步縮窄龍口直至合龍截斷水流。

適用于大流量，巖基或覆蓋層較薄的巖基河床上；對于軟基河床，只要護底得當，也可使用。

2． ★截流的時間及其設計流量（1）★截流時間

應選在枯水期流量小的某一時期，在條件許可的前提下盡量提前。

（2）★截流設計流量

一般選用截流時期內5%～10%頻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時間和性質，可分為初期排水和經常性排水。

1． 基坑初期排水

★在選定排水設備的容量時，需估算初期排水量大小，根據地質情況、工期長短、施工條件等因素來確定，可按下式估算：

Q?KVT ★排水時間T受基坑水位下降速度的限制。允許下降速度視圍堰型式、地基特性及基坑內水深而定。水位下降太快，則圍堰或基坑邊坡中動水壓力變化過大，容易引起塌坡；下降太慢，則影響基坑開挖時間。因此下降速度限制在0.5～1.0m/晝夜以內。

初期排水泵站的布置，有固定式和浮動式兩種。

2． ★經常性排水

★經常性排水按排水方法可分為明溝排水和人工降低地下水位（或稱為明式排水和暗式排水）兩種。

（1）★明溝排水

（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為：1）管井法 2）井點法

第八章 施工組織與計劃

一、施工組織設計概述 1． ★按階段編制設計文件

★ 水利水電工程的設計文件，根據工程投資、技術復雜程度和重要性等，分別采用三階段設計或兩階段設計。大、中型項目，一般采用兩階段設計，即初步設計（或擴大初步設計）和施工圖設計；重大項目或特殊項目，在初步設計的基礎上，增加技術設計階段。

2． 施工組織設計的分類、任務和內容（1）★施工組織設計的分類

★施工組織設計根據編制的階段、范圍和所起的作用不同，可分為：

1）施工組織總設計 2）施工組織設計 3）施工作業計劃

（2）施工組織設計的任務（3）★施工組織設計的內容

3． 施工組織設計的編制資料及編制原則

二、施工進度計劃編制 1． 施工進度計劃的作用

2． 編制施工進度計劃的主要原則 3． ★施工進度計劃的類型（1）總進度計劃

（2）擴大單位工程（或單位工程）進度計劃（3）施工作業計劃 4． 施工進度計劃的編制（1）基本資料的收集與分析（2）★施工總進度計劃的編制步驟 1）列出工程項目 2）計算工程量 3）確定施工方案

4）初步擬定各項工程進度 5）論證施工強度

6）編制勞動力、材料和機械設備等需用量計劃 7）調整修正

三、施工總體布置

1． 施工總體布置的內容和設計原則（1）★施工總體布置的內容

1）一切已有和擬建的建筑物及其他設施平面圖；

2）一切為施工服務的臨時性建筑物和臨時設施的平面示意圖，如導流建筑物、運輸系統、混凝土制備系統、施工輔助企業、水電和動力供應系統、生產和生活所需房屋、安全及防火設施等。3）永久性和半永久性坐標的位置。（2）★施工總體布置設計原則 1）合理使用場地；

2）臨時設施的布置，必須與工程施工的順序和施工方法相適應，并不得妨礙永久性建筑物的施工； 3）確保施工、防火、防洪安全； 4）有利生產，便于管理。2． 施工總體布置的步驟和方法

四、大型臨時設施 1． 施工輔助企業 2． 倉庫 3． 施工運輸

4． 水、電、風的供應

5． 行政、文化、生活等臨時房屋

第九章 定額與工程概、預算

一、定額

1． ★定額的概念和性質（1）★定額的概念（2）★定額的性質 1）科學性 2）群眾性 3）法令性 4）時效性 2． 定額的作用 3． ★定額的種類

（1）★按其內容和使用要求不同可分為：施工定額、預算定額、概算定額和概算指標；（2）★按其主編單位和執行范圍不同可分為：全國統一定額、主管部門（委）定額、地方統一定額和企業內部定額；（3）按專業不同可分為：建筑工程定額、設備安裝定額、水利水電工程定額、公路工程定額、鐵路工程定額、井港工程定額、給排水工程定額等。

二、★水利水電工程的費用構成

水利水電工程按工程性質劃分為建筑工程、機電安裝工程、金屬結構設備及安裝工程、臨時工程及其它費用等五部分。其費用由建筑工程費、安裝工程費、設備費、其它費用和預備費構成。建筑工程費和安裝工程費是水利水電工程費用的主要部分，它們由直接費、間接費、計劃利潤和稅金組成。

1． ★直接費

直接費——是指建筑安裝工程施工過程中，直接消耗在工程項目上的活勞動和物化勞動。直接費由基本直接費和其它直接費組成。

（1）★基本直接費 1）★人工費 2）★材料費

3）★施工機械使用費（2）★其它直接費 2． ★間接費 3． ★計劃利潤 4． ★稅金 5． ★設備費 6． 其他費用 7． 臨時工程費 8． 預備費

9． 工程貸款利息

三、工程概預、算的編制 1． 工程概、預算的作用

2． 工程概、預算編制的依據和步驟（1）工程概、預算編制的依據（2）★工程概、預算編制的步驟 1）熟悉施工圖紙；

2）了解施工現場，做好施工組織設計；

3）根據施工圖紙和施工現場情況，按項目劃分列出單位工程或分部、分項工程項目，并按工程量計算規則和一定的順序計算工程量； 4）收集、熟悉編制所需的概、預算定額；

5）確定當地工資和各種工資性津貼，建筑材料和設備的來源地、運輸條件、支、運費標準、運距、取費定額等，計算出工資、材料和設備的預算價格； 6）按初步確定的施工方法，依據定額手冊進行工程單價分析，求出各單位工程的分部或分項工程的單價； 7）編制建筑工程和設備安裝工程概、預算表。3． 工程概、預算的具體編制（1）工程概、預算文件的組成

工程概、預算文件一般由編制說明和概、預算計算表格兩部分組成。

（2）★基礎單價的計算 1）人工費 2）材料預算價格 3）施工機械臺班費（3）工程單價的計算

（4）建筑安裝工程概、預算的編制 1）★建筑工程概、預算表的編制

① 根據設計圖紙、設計說明書及相應的定額手冊，列出單位工程或分部工程的工程項目； ② 按列出的工程項目計算工程量；

③ 按施工組織設計中所選擇的施工方法，查采用的定額手冊中的定額，進行單價分析； ④ 將所列工程項目的工程數量乖以單價，即為該工程項目的合價，各工程項目的合價進行合計，即為建筑（安裝）工程費用。

2）設備及安裝工程概、預算表的編制

四、竣工決算

★竣工決算——是指一個建筑安裝工程通過施工活動與原設計圖紙發生一定的變化，這些所謂的變化涉及到工程造價，將這些變化在工程竣工后按編制施工圖預算的方法與規定，逐項進行調整計算得出的結果。

1． 竣工決算的內容及作用 2． 竣工決算的原始資料

3． 竣工決算的編制方法和編制程序（1）竣工決算的編制方法 ★編制竣工決算一般有兩種方法：

1）實際與施工圖差別較小的情況下，在三方審定的施工圖預算的基礎上，根據以上原始資料的計算，進行適當的調整。2）實際與施工圖差別較大的情況下，根據竣工圖、原始資料、預算定額和單位估價表及有關規定，按施工圖預算的編制方法全部重新編制。

（2）竣工決算的編制程序

★竣工決算的編制分為四個程序：

1）搜集熟悉原始資料； 2）對竣工工程實地測量； 3）調整計算工程量； 4）計算工程費用。

第十章 施工管理

一、施工計劃管理

1． 計劃管理的性質和任務 2． 計劃管理的種類

★施工企業的計劃管理，按計劃管理的期限不同可分為：（1）長期計劃 一般以五年或更長（2）中期計劃 長于一年，短于五年（3）短期計劃 以年、季、月、旬為限 3． 保證計劃管理實施的措施

二、工程質量管理 1． 工程質量的含義（1）工程質量的含義

★工程質量從廣義上講，包括產品質量、工序質量和工作質量。

（2）★全面質量管理的基本要求 1）貫徹“質量第一”的方針； 2）貫徹“預防為主”的方針； 3）貫徹“全面管理”的原則； 4）貫徹“科學管理”的原則。2． ★施工質量管理的PDCA循環

施工質量管理是一門新的學科，大致經歷了三個階段：

1）質量檢查階段 2）統計質量管理階段 3）全面質量管理階段

3． 實現全面質量管理的主要環節 4． ★全面質量管理的統計方法

質量管理中常用的統計方法有：

5． 工程驗收工作

（1）工程驗收前的準備工作（2）工程交工驗收的組織工作 1）交工驗收的依據 2）交工驗收的程序

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． ★工傷事故的統計與分析

工傷事故按人身傷亡的程度分為死亡、重傷、輕傷三種。在調查處理過程中，要做到“三不放過”，即：

1）事故原因不清楚不放過

2）事故的責任者和職工未受到教育不放過 3）防范措施不落實不放過

第二篇：水工隧洞回填灌漿施工技術總結

水工隧洞回填灌漿施工技術總結

【摘 要】 水工隧洞回填灌漿施工，隧洞回填灌漿施工方法、工藝流程、受力情況及特殊情況的處理方法。

【關鍵詞】

水工隧洞 施工方案 回填灌漿 補救措施

1、工程概況

青海省湟水北干渠扶貧灌溉一期工程位于湟水流域(黃河一級支流)湟水河北岸，地理位置介于東經103°30′～102°48′，北緯36°20′～37°12′,是一項以鄉鎮農牧業和農業灌溉為主兼顧生態建設用水的大（2）型水利工程。我公司施工的隧洞位于平均海拔為2970m的互助縣曹家村，全長1548.1米，斷面尺寸為2.8m×3.05m，襯砌砼標號為C20，水位比降1/1200。隧洞表層為15-41m的黃土，其下為沖擊砂礫石層，厚度大于20m，結構中密-密實，為強透水層，允許承載力[R]=0.5-0.65Mpa,洞線處在黃土與砂礫石的接觸面上，成洞條件極差，采用邊開挖邊支護邊襯砌，為防止因滲漏產生接觸流失，從而造成隧洞破壞，必須采取嚴格的防滲措施，另外處于高壓下的隧洞洞內各種缺陷對于結構的受力極為不利，為彌補這一缺陷，采用回填灌漿以提高圍巖承載力，改善圍巖和混凝土的受力條件。

2、回填灌漿施工

2.1、概述

隧洞側墻與頂拱完成后，頂拱砼與拱頂圍巖出現空隙，采用回填灌漿填充，灌漿按圓拱30 o、60o和頂拱的三個一字排列，排距1m。

2.2、施工方案

回填灌漿在襯砌砼達70%設計強度后進行，施工時嚴格按照設計要求進行，孔深、孔距、排距進行定位測量、鉆孔、灌漿。

2.3、回填灌漿

回填灌漿主要用于隧洞混凝土襯砌層的背后，尤其在分布有斷層、巖溶洞穴的地方，由于施工困難，多會遺留下較大空隙，為使混凝土層與圍巖緊密結合，改善受力條件，有針對性的對較大空隙進行灌漿。

隧洞混凝土施工中由于采用的是先澆筑底部1/4，再澆筑上部混凝土的工序，因此底部和兩側的混凝土相對比較密實，而頂部的混凝土由于自重的原因，始終和上部隧洞巖石形成一定的空隙，無法結合緊密。因此也是回填灌漿主要解決的問題。

3、隧洞灌漿工程施工方法 3.1、鉆孔

鉆孔前先根據設計，標出孔位，按順序統一標號，用YT-28型鑿巖機鉆孔，孔徑不小于38mm,孔深進入巖石10cm，如有報廢，則用C20砼砂漿填實。

3.2、灌漿分區、分序

頂拱回填灌漿分成區段進行，每區段長度不宜大于3個襯砌段。回填灌漿采用預埋管注漿法，施工由較低的一段開始，向較高的一段推進。同一區段內的同一次序孔可全部或部分鉆出后，再進行灌漿。灌漿分一序孔和二序孔兩個序孔進行，二序孔包括頂孔。一序孔灌漿結束48小時后進行二序孔灌漿。低處孔灌漿時，高處孔可用于排氣、排水。當高處孔排出濃漿后，可將低處孔堵塞，改從高處孔灌漿，依次類推直至結束。同時做好灌漿記錄以作為停灌的依據。

3.3、回填灌漿施工工藝流程

測定灌漿孔位置（襯砌時按要求預埋的鋼管）→鉆孔→檢查洗孔→灌漿→質量檢查→補灌→驗收封孔。回填灌漿采用風鉆從預埋管中鉆孔，孔應深入圍巖10cm，并測記砼厚度和空腔尺寸。

3.4、灌漿設備和壓力

回填灌漿為純壓式灌漿，純壓式灌漿是指漿液進入孔液后不能再返回灌漿來，除被底層空隙吸收以外，剩余的便留在孔中。采用QZJ-50型注漿泵灌注水泥漿，注漿管采用高壓膠管，注漿泵灌漿管管口端設壓力表控制灌漿壓力，灌漿壓力為0.3-0.5Mpa，在設計壓力下灌漿孔停止吸漿后，延續灌注10min，即可結束該孔的灌漿。

3.5、灌漿材料制備

回填灌漿采用42.5#普通硅酸鹽水泥，一序孔灌注水灰比為0.5（0.6）：1的水泥漿，二序孔灌注水灰比為1:1和0.5（0.6）：1兩個比級的水泥漿。因施工不便或其他原因造成較大空腔和空隙部位用水泥砂漿或高流態混泥土灌注，水泥砂漿的摻砂量不宜大于水泥重量的200%。

3.6、質量檢查、封孔

回填灌漿質量檢查在該部分結束7天或28天后進行，檢查孔布置在頂拱中心線、脫空較大、串漿孔集中以及灌漿情況有異常的部位。

質量檢查孔采用鉆孔灌漿法，鉆孔成型后，向孔內注入水灰比為2:1的水泥漿液，在規定壓力下，初始10分鐘內注入量不超過10升，則認為合格。檢查數量為灌漿孔總數的5%。

灌漿孔灌漿結束和檢查孔檢查結束后，頂孔和有泛漿孔必須采用閉漿、待凝等措施，然后用壓力灌漿封孔，其它孔使用水泥砂漿人工封堵，孔口壓光抹平，水泥砂漿標號和混凝土標號相同。

3.7、特殊情況處理

在回填灌漿之前，將砼襯砌的施工縫、裂縫等采用嵌縫表面封堵方法進行堵漏處理，在注漿過程中，如發現冒漿、漏漿，還采取濃漿液、低壓、、限流、限量、間歇灌漿等方法進行處理。遇有圍巖塌陷、超挖較大等情況時，制定特殊灌漿措施，并報送監理人審批。

灌漿工作必須連續進行，若因故中斷，可按下述原則進行處理：若因停水停電或機械故障中斷，應及早恢復灌漿，中斷時間超過30min/次，應立即沖洗鉆孔，而后恢復灌漿，恢復灌漿應使用最稀漿液。若無法沖洗或沖洗無效，則應進行掃孔，而后恢復灌漿。恢復灌漿時，應使用開罐比級的水泥漿進行灌注。如注入率與中斷前的相近，即可改用中斷前比級的水泥漿繼續灌注；如注入率較中斷前的減少較多，則將相應逐級加濃繼續灌注。恢復灌漿后，如注入率較中斷前的減少很多，且在短時間內吸漿，應采取補救措施。

孔內有涌水的灌漿孔段，在灌漿前應測記涌水量，根據涌水情況，可選下列措施綜合處理：①高的灌漿壓力；②濃漿結束；③屏漿；④閉漿；⑤純壓式灌漿；⑥速凝漿液；⑦待凝；⑧壓力灌漿封孔。

灌漿孔注入量大，灌漿難于結束時，可選用下列措施處理：①低壓、濃漿、限流、限量、間歇灌漿；②漿液中參加速凝劑；③灌注穩定漿液或混合漿液。

參考文獻：

[1] DL/T 5148-2001 水工建筑物水泥灌漿施工技術規范.[2] DL/T 5150-2001 水工混凝土試驗規程.

第三篇：水工隧洞施工及運行的ANSYS模擬

水工隧洞施工及運行的ANSYS模擬

4.1 數值模擬對象 4.2 有限元建模

4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4 單元定義和材料定義 實體建模 網格劃分

邊界條件和初始條件

4.3 水工隧洞施工過程模擬

4.3.1 4.3.2 4.3.3 4.3.4 初始狀態模擬 毛洞開挖工況模擬 毛洞支護工況模擬 計算結果查看及處理

4.4 水工隧洞運行期模擬

4.4.1 4.4.2 運行期內水壓力的模擬 運行期外水壓力的模擬

水工隧洞施工及運行的ANSYS模擬

由于ANSYS在水利工程中應用面廣，可以廣泛用于水利工程的各個專業領域中，包括水工隧洞、地下廠房、高邊坡、重力壩、拱壩、截流堰等水工結構；水輪機組的動力分析；水文預測以及高速水力學等。基于對ANSYS基本操作的進一步熟悉，并建立對水工結構ANSYS分析的概念，本章以一個典型水工隧洞的開挖過程為例，簡單介紹ANSYS在水利工程中的應用，并以此作為初學者的入門實例。

2.1 數值模擬對象

對于實際工程而言，對所要數值模擬對象的熟悉程度是進行有效的ANSYS建模和正確進行有限元分析的基礎，熟悉的內容主要包括：研究對象地形地質條件（不同的地質分層、斷層、節理、裂隙等）、地層及結構的物理力學參數（如果涉及到滲流分析或溫度分析，則還需要水力學參數和熱力學參數等）、縱橫剖面、水文條件以及荷載條件等，以及工程的施工工法，工序安排等，從而為有限元的建模提供前提條件。

需要注意的是，作為有限元數值模擬，只是對實際工程的高度近似，換句話說，不可能達到百分之百的相同。因此，對實際工程需要進行一定的簡化，否則是無法、也不可能進行數值模擬的。

隧洞內徑6m，襯砌厚40cm100m100m 圖4-1 水工隧道的簡單實例

問題描述：以一個簡單隧洞為例，隧洞內徑6m，襯砌厚40cm，地層均質，隧洞進行全斷面開挖，開挖后進行一次性襯砌支護。

問題抽象：從描述中可以分析，分析為平面應變問題，問題中涉及兩種材料（巖石和混凝土襯砌），研究區域根據一定的規則選取為100m×100m（在后面的章節中進行介紹）矩形區域，工程分析過程分為3步，即初始狀態>毛洞開挖>支護。

2.2 有限元建模

啟動ANSYS Product Laucher，定義好工作目錄和文件名稱。建議不同的工程建立不同的工作目錄，文件名稱盡量取與工程名稱相關且最好包含日期信息，以便日后對計算過程的回顧和再利用。如目錄取為Shuigong，文件名取為Tunnel060824，如圖4-2。然后運行Run（如目錄不存在，則會彈出對話框提示，直接點擊確定，則在相應位置新建，若已存在，則點擊Browse去選取，文件名同樣如此），進入ANSYS主操作界面。

圖4-2 工作目錄和文件名的定義 2.2.1 單元定義和材料定義

1．單元定義

從前面分析中可以看出，本次分析為平面應變問題，單元形式為平面應變單元。則單元的定義過程如下：

（1）進入前處理狀態Preprocessor（在完成網格劃分前都不用退出前處理器）；

（2）點擊Element Type>Add/edit/delet，彈出Element Type對話框（圖4-3）。

圖4-3 Element Type對話框

圖4-4 Element Type對話框

（3）點擊增加單元按鈕Add，彈出單元類型庫對話框Library of Element Type（圖4-4）。

（4）在左側A框中選擇Solid，對應在左側B框中選擇Quad 4node 42類型，即為平面四邊形單元，單元編號默認為1，點擊Ok退出，則在Element Type對話框中顯示已定義的單元Plane42（圖4-5）。

圖4-5平面單元的選取

圖4-6 已定義的平面單元Plane42（5）平面應變的定義。一般來說，Plane42默認為平面應力單元，因此需要對其進行修改。點擊圖4-6中選項按鈕Options…，彈出對話框（圖4-7），在A框K3的下拉菜單中選擇Plane stain項，在B框K5項選擇Integration pts，點擊Ok確定，退出到圖4-6狀態。

圖4-7平面應變的定義

（6）點擊Close，完成單元定義。2．材料定義

從4.1中分析可知，整個分析中涉及到2種材料，即圍巖體和襯砌混凝土（均假定為各向同性材料）。因此需在ANSYS中定義2種材料，定義過程如下：

（1）點擊Material Props>Material Models，彈出材料模型行為定義框Define Material model behavior（圖4-8），左側列表中默認一種未定義參數的材料，這里定義為巖石材料，編號1。

圖4-8 材料模型行為定義框

（2）雙擊右側框內的Structural（結構）>Linear（線性）>Elastic（彈性）>Isotropic（各向同性），彈出對于材料1的線性各向同性材料性質的定義框（圖4-9）。

圖4-9 材料性質定義

（3）在EX框（彈性模量）框中輸入4e9（單位為Pa），Prxy（泊松比）框中輸入0.25，點擊OK確定，退回圖4-8狀態，則左側框中出現線性各向同性性質項（圖4-10）；

圖4-10 已定義的線性各向同性性質項

（4）點擊圖4-10右側框中的密度項Density，彈出對話框密度定義對話框，輸入2400。

圖4-11 密度的定義

（5）（通過以上1-4步則定義了材料1線彈性分析所需的參數，圖4-12）

圖4-12 已定義的材料1參數

（6）定義材料2（混凝土襯砌）的參數。在圖4-12中點擊材料Material>New model（新建材料），則左側框中出現Material Model Number 2，重復（1）～（4），定義材料2的參數為Ex=2e10，Prxy=0.167，Dens=2500。圖4-13。

圖4-13 材料2（襯砌混凝土）參數的定義

在圖4-12中點擊材料Material>Exit退出材料定義，點擊保存。

通過以上步驟，則定義了所需的材料，若有更多材料，則重復以上步驟即可，需要注意的是，不同的分析（彈性分析，彈塑性分析，蠕變分析，動力分析）所需的參數是不同的。2.2.2 實體建模

所謂實體建模，就是對通過創建點、線、面的方式，在ANSYS實際反映研究對象的體形特征，從而建立網格劃分的基礎。本實例的最終實體模型包括圍巖區域、襯砌區域（開挖后要回填）、開挖區域（不回填，形成隧洞）三個區域，在實體上表現為面Area。建立面有兩種方式，一是通過生成點生成線，再由線生成面，二是直接通過ANSYS工具生成面。

1．通過點、線生成面 建模過程：

或

進行（1）生成關鍵點

點擊Modelling>Create>Keypoints>In Active Cs（通過輸入坐標直接生成關鍵點），彈出對話框（圖4-14）。其中第一行為關鍵點編號，不輸則按順序系統自動進行編號，第二行為三個方向坐標值，平面問題時則Z值不輸。

按上述方法依次創建點（-50,-50），（50,-50），（50,50）和（-50,50），完成四個關鍵點的創建，則工作面出現4個關鍵點（圖4-15）。

圖4-14 關鍵點的創建

圖4-15 已創建的關鍵點

（2）由點生成線

點擊Modelling>Create>Lines>Lines>Straight Line（通過關鍵點創建直線）。彈出選點建線對話框Creat Straight Line（圖4-16）。

先連接關鍵點1和關鍵2。鼠標依次點擊1點和2點，則生成線1（自動按順序編號為1），按此方法，可以連接點2和3、3和4，4和1，依次生成線2～4（圖4-17）。

圖4-16 創建直線對話框（3）由線生成面

點擊Modeling>Create>Areas>Arbitrary>By Lines（通過線創建面）。彈出Creat Area by Lines（圖4-18）。依次點擊線1、2、3、4，點擊OK，則形成一個矩形面（圖4-19）。

圖4-17 創建直線

圖4-18 創建直線對話框（4）創建隧洞及襯砌

由于隧洞及襯砌為圓形/圓環形，可以通過ANSYS的工具直接創建，再通過布爾運算對圓進行操作，生成開挖區、襯砌及圍巖區。具體操作如下：

點擊Modeling>Create>Areas>Circle（圓形）>Solid Circle（實體圓），彈出實體圓面創建框（圖4-20），圖中的三個輸入框中，WP X和WP Y為圓心位置（不輸值時，默認圓心位置在整體坐標系的原點；若圓心位置不在整體坐標系

圖4-19 創建面 原點，則需通過移動工作平面來實現圓心位置的確定）。

這里，隧洞內徑為6m，外徑為6.4m。在圖4-20對話框中的Radius中輸入6，點擊Apply，創建內圓；再輸入6.4，點擊OK，創建外圓。（點擊鼠標右鍵，點擊Replot，可以看到三個有重復區域的面，圖4-21）

圖4-20 創建實體圓對話框

圖4-21 創建的三個實體圓

通過上面的操作，在工作面上存在3個面Area，但三個面存在重合，因此，必須對三個面進行布爾操作，形成相互獨立但邊界連接的三個區域，即圍巖區、襯砌區和開挖區。點擊Modeling>Operate>Booleans>Overlap>Areas（對面進行疊合操作），彈出對話框（圖4-22）。選擇對話框中的Pick All，對所有的面進行操作，從而形成三個區域。

圖4-22 對面進行Overlap對話框

面

（5）精細實體模型

圖4-23 經過布爾操作的圓經過上面的操作，初步形成了實體模型，可以進行網格的自由劃分，但這樣獲得的網格往往沒有規律性，同時沒有突出重點（比如在隧洞周邊的網格需要密一些）等等。因此，可以對這些區域進行切割，劃分為4個相同且對稱的區域。具體做法是：在矩形區域的4個線/邊中點創建4個關鍵點，連接成直線，然后用直線去切割3個面。

ANSYS操作：

A． 顯示所有的線：Utility Menu>Plot>Lines； B． 在線1的中點創建關鍵點：

Modeling>Create>Keypoints>On Line w/Ration，對話框（圖4-24），選擇要創建點的線，點擊Apply，彈出對話框（圖4-25），在Line ratio(0-1)中輸入0.5（表示中點），Keypoint Number默認，點擊OK，即在創建了線1上的中點（圖4-25），按此方法，創建其他3條邊線上的中點關鍵點。

圖4-24在線的中點創建關鍵點

C． D． 連接關鍵點13和15，14和16，形成2條直線（按圖4-16～圖 4-17的方法創建）；

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

E． 對3個面進行切割：

點擊Modelling>Operate>Booleans>Divide>Area by Line，彈出對話框Divide Area by Line（圖4-25），點擊Pick All，彈出對話框，再點擊Pick All，完成對面域的劃分。

為了便于查看面，將面以顏色進行區分，做法為：Utility Menu >Plot Ctrls>Numbering…，彈出對話框，對圖4-26中三個框選的部分按圖中進行選擇，點擊OK，即可顯示面（圖4-27）。

圖4-25 切割面

圖4-26 以顏色顯示面設置

圖4-27 以顏色顯示的面

通過以上操作，即完成了所有實體模型的創建。由于在上述操作過程中，可能存在一些重合的元素，必須對此進行處理。

在ANSYS中的做法是：點擊Preprocessor>Numbering Ctrls>Merge Items，彈出對話框，選擇框中的All（圖4-28），點擊OK；點擊Preprocessor>Numbering Ctrls>Compress Numbers…，彈出對話框（圖4-29），選擇All，點擊OK結束。

圖4-28 消除重合的點、線、面/體

圖4-29 壓縮點、線、面的編號（從1開始且編號連續）

同時，為了以后便于選擇，可以通過ANSYS的工具創建面的組合，形成圍巖組、襯砌組和開挖區組。ANSYS的做法為：

圖4-30 選擇面設置 巖區域

圖4-31 選擇面

圖4-32 選擇的圍A． 先只選擇圍巖區域：Utility Menu>Select>Entities…，彈出對話框（圖4-30），按圖中框選部分進行選擇，點擊OK；彈出對話框（圖4-31），然后在工作區選擇圍巖區（圖4-32）中的R1、R2、R3和R4，點擊OK；顯示面，Utility Menu>Plot>Area，即可看到所選擇的區域。B． 創建組件：Utility

Menu>Select>Comp/Assembly>Create Component…，彈出對話框（圖4-33），按框選部分設定，點擊OK，即創建一個以ROCK命名的組件；

圖4-33 創建組件的設置

C． 選擇所有面：Utility Menu>Select>Everything；然后顯示所有面：Utility Menu>Plot>Areas；

D． 按A中的方法選擇襯砌區的面Area（圖4-33）；并按B中的方法定義襯砌組Lining；

圖4-33 選擇的襯砌區的面并創建Lining組件

E． 按C、D中的方法確定開挖組件Kaiwa，圖4-34。

圖4-34 選擇的開挖區的面并創建Kaiwa組件

查看已創建的組件可以通過以下方式進行：

Utility Menu>Select>Component Manager…，彈出對話框（圖4-35），即可看到已定義的3個組件。

圖4-35 已創建的組件

2．直接生成面

以上是通過面的下級元素（點和線）來逐步生成面，ANSYS中提供了直接創建面的方法。具體做法為：

Preprocessor>Modelling>Create>Area>Rectangle（四邊形面）>By Dimension，彈出對話框（圖4-36），輸入相應的尺寸，創建的面與通過上述方法創建的面完全一樣。

圖4-36 直接生成面

下面的步驟同上面方法一致。點擊或

進行保存。

2.2.3 網格劃分

建立了經過優化的實體模型后，即可進行平面網格的劃分。1．指定面的屬性

在開始劃分網格前，必須對面的屬性（單元形式和材料號）進行指定，換句話說，在進行網格劃分前，材料和單元類型必須已經定義/存在。在本問題中，隧洞開挖前，所有的面均屬于巖石材料（即材料1），因此，指定所有面的屬性均為Plane42單元，材料號為1。具體做法為： 點擊Meshing>Mesh Attributes>All areas…，彈出對話框（圖4-37），按框選部分的選擇進行設定（材料號1，單元類型Plane42），點擊OK，即完成了面的屬性指定。

圖4-37 面屬性的指定

2．網格劃分密度的指定

盡管可以進行自由劃分，但獲得的網格很難滿足用戶的要求，因此對于面域，可以通過指定線的劃分密度（長度或數目）來對面域進行映射劃分Mapped（對于3邊形映射劃分，三條邊的數目要相同，且最好為偶數；4邊形時，對邊的劃分數目必須相等）。

具體做法為：

A．顯示所有的線：Utility Menu>Plot>Lines B．指定襯砌及開挖區內線的劃分密度

點擊Meshing>Meshing Tool，彈出對話框（圖4-38），選擇Lines>Set，彈出線選擇對話框（圖4-39），選擇襯砌的內外圈（共8條線）以及開挖區4根線，點擊OK，彈出線劃分密度設定對話框（圖4-40）。線密度的設定可以通過設定長度或數目來進行，這里選擇數目，本模型中設定為10，點擊OK。

圖4-38 線密度劃分對話框

線

圖4-39 選擇要設定的 圖4-40 線密度的指定

（圓圈部分）

圖4-41 襯砌厚度線襯砌厚度的確定也按上述方法，選擇4條厚度方向的線，設定數目為2。

圖4-42 過渡線

C．過渡線的設定

對圖4-42中A、B、C、D四條線而言，由于我們關注隧洞周邊，因此，網格密度要大一些，即網格以隧洞為圓心，朝外側網格逐漸過渡，增大。具體做法為：

按B中的方法，選擇這4條線，按圖4-43進行設定，點擊OK，完成設定。需要注意的是，由于線的方向的原因，過渡系數可能為小數，也可能為整數，操作時可先試設定，若剛好相反，則取原過渡系數的倒數，如試取5，不合適的話，則取1/5。

圖4-43 過渡線數目的設定

需要說明的是，映射劃分一般針對3邊形或4邊形（平面情況），若為5邊形，則需要另外的映射方法，可按下面的規則進行設定，即把5邊形的其中兩邊假象為一條邊，則“變為”四邊形，則按四邊形劃分規則進行設定（也就是說，假象為“一條邊”的兩條線的劃分數目和要等于這兩條線對應的一條邊的劃分數目，另外兩邊數目也要相等）。

圖4-44 所有線的劃分數目匯總

3．網格劃分

在設定所有線的劃分密度后，即可進行網格劃分，劃分分兩種情況（先顯示為面）：

A．對于3邊形或四邊形

點擊Meshing>Meshing Tool，彈出對話框（圖4-45），按圖中框選進行設定，點擊Mesh后，彈出面選擇框（圖4-46），選擇開挖區和襯砌區（3邊形或四邊形）的面后，點擊OK，工作面顯示為圖4-47。圖4-45 劃分工具

網格

A．對于5邊形

圖4-46 面選擇框

圖4-47 已劃分的選擇顯示面Utility Menu>Plot>Area。

點擊Meshing>Meshing Tool，彈出對話框（圖4-48），按圖中框選進行設定，點擊Mesh后，彈出面選擇框（圖4-49），選擇且只能選擇其中一個面（5邊形），點擊OK，再選擇5邊形的其中4個角點（圖4-50，由于假象兩條線為“一條線”，因此，選擇時不再選擇這兩條線之間的交點），即可完成5邊形面的劃分，圖4-51。

圖4-48 劃分工具

圖4-49 面選擇框

圖4-50選擇點的順序

圖4-51 已劃分的網格

按照上面方法劃分其余3個5邊形面的劃分，點擊Utility Menu>Plot>Elements，顯示劃分后的網格如圖4-52。

圖4-52 劃分后的網格

點擊或

進行保存。

點擊File>Save as，在彈出的對話框中，將文件另存為Tunnel-mesh.db（用于后面的計算）。

在完成有限元網格的劃分后，即完成了有限元的建模，可以進行求解。通過下面進入求解模塊。

Main menu>Solution。2.2.4 邊界條件和初始條件

1．邊界條件

對于水工隧洞的計算區域而言，所選的區域一般進行位移邊界約束，即左右為水平X法向約束，底部為鉛直Y法向約束。ANSYS的做法為：

Define Loads>Apply>Structural>Displacement>On Nodes（施加在節點上），彈出節點選擇對話框，選擇Box窗選方式，選擇左右邊界的節點（圖4-54），點擊OK，彈出對話框（圖4-55），選擇X方向約束，點擊OK，圖4-53 節點選擇框

圖4-54 被選擇的節點

圖4-55 指定約束方向UX 左右邊界

同樣，窗選底部節點，指定UY約束，完成底部邊界條件設定。

圖4-56 被約束的圖4-57 指定約束方向UY 底部邊界 2．初始條件

初始條件包括初始應力狀態，本問題中主要是自重應力情況，即要設定重力加速度。

Define Loads>Apply>Structural>Inertia>Gravity>Global，彈出對話框，在鉛直Y方向輸入9.8，點擊OK，完成重力加速度的設定。

圖4-58 被約束的圖4-59 重力加速度的設定

點擊或

進行保存。

2.3 水工隧洞施工過程模擬

在本問題，隧洞的施工模擬包括三個過程，即初始應力狀態（荷載步1）→毛洞開挖（荷載步2）→毛洞支護（荷載步3）。本節中按這三個步驟進行計算模擬。（保證你處于Solution求解模式狀態）

由于在下面的分析中涉及到單元的生（開挖）或死（激活，如開挖回填、施作襯砌等），因此必須打開N－R模式，具體做法為：Analysis Type> Analysis Options（分析選項）（有時在點擊Analysis Type后，不能發現Analysis Options，此時可點擊Solution>Unabridged Menu，即可顯示出來），彈出對話框（圖4-60），選擇Full N-R選項，點擊OK即完成設置。

圖4-60 Full N-R的設置

2.3.1 初始狀態模擬

初始狀態是指研究對象所在的地質區域未受人工擾動（開挖、支護等人類活動）之前就已客觀存在的狀態，包括自重應力場和構造應力場，其中以自重應力場為主。初始狀態的求解過程為：

A．設定初始狀態分析的荷載步Loadstep=1，具體做法為：

點擊Analysis Type>Sol’Controls，彈出對話框（圖4-61），按圖中框選設定，點擊OK，完成荷載步設置；

圖4-61 荷載步的設置

B．求解，Solve>Current Ls，點擊OK，開始求解，當出現下列界面時，證明求解成功，點擊Close，完成求解。

圖4-62 經過上面過程，即完成了初始狀態的計算。點擊或

進行保存。

2.3.2 毛洞開挖工況模擬

毛洞成洞過程實際包括兩個部分，即襯砌部分和開挖后不回填部分，在本步中，襯砌和開挖區都會被挖去，在ANSYS程序中成為“殺死Kill”。具體過程為（顯示界面為單元）：

A．設定初始狀態分析的荷載步Loadstep=2，具體做法為： 點擊Analysis Type>Sol’Controls，彈出對話框（圖4-63），按圖中框選設定，點擊OK，完成荷載步設置；

圖4-63 第2荷載步的設置

B．根據前面4.2.2中創建的三個組件，選擇要開挖的襯砌區和開挖區單元。? 點擊Ultility Menu>Select>Component Manager，彈出下面對話框，先在下面的列表中選擇Kaiwa和Lining兩個組件，再點擊上面的后，關閉該對話框。

按鈕

圖4-64 ? 顯示選擇的面Ultility Menu>Plot>Areas。然后選擇附著于所選面的單元。Ultility Menu>Select>Entities…，在彈出的對話框中，按下圖設定后，點擊OK，選擇顯示單元Ultility Menu>Plot>Element，如下圖(圖4-64)，即為本步中要開挖的單元。

圖4-64 選擇要開挖的單元

C．在命令行中輸入Ekill,all，殺死/開挖所選的單元。

D．選擇全部元素：Utilities Menu>Select>everthing；并顯示右鍵>Replot； E．進行毛洞開挖求解Solve>Current Ls，點擊OK，開始求解，當出現下列界面時，證明求解成功，點擊Close，完成求解。

圖4-65 求解成功

顯示為單元Utilities Menu>Plot>Elements，點擊2.3.3 毛洞支護工況模擬

毛洞穩定到一定狀態后，即可進行襯砌施作，形成隧洞主體結構，有限元對此過程的模擬過程為（顯示為單元Utilities Menu>Plot>Elements）：

A．指定荷載步Loadstep＝3；

點擊Analysis Type>Sol’Controls，彈出對話框（圖4-66），按圖中框選設定，點擊OK，完成荷載步設置；

或

進行保存。

圖4-66 第3荷載步的設置

B．選擇先前設定的襯砌區域/面Lining及相應附著在面上的單元； ? 點擊Ultility Menu>Select>Component Manager，彈出下面對話框，先在下面的列表中選擇Lining兩個組件，再點擊上面的該對話框。

按鈕后，關閉

圖4-64 選擇襯砌區域

? 顯示選擇的面Ultility Menu>Plot>Area。然后選擇附著于所選面的單元。Ultility Menu>Select>Entities…，在彈出的對話框中，按下圖設定后，點擊OK，選擇顯示單元Ultility Menu>Plot>Element，如下圖(圖4-64)，即為本步中要開挖的單元。

圖4-64 選擇要開挖的單元

C．激活所選的襯砌單元，在命令行輸入Ealive,all，激活/施作襯砌區單元；

4、由于原來的襯砌部分設定為巖石材料，因此需要改變襯砌單元材料屬性為混凝土屬性，具體為：選定襯砌單元，Solution>Load step opts>Other>Change mat props>Change mat num/彈出菜單，材料編號改為2：

圖4-67 襯砌材料性質的改變

D．選擇全部元素：Utilities Menu>Select>everthing；并顯示右鍵>Replot； E．進行襯砌支護后的求解Solve>Current Ls，點擊OK，開始求解，當出現下列界面時，證明求解成功，點擊Close，完成求解。

圖4-68 求解成功

顯示為單元Utilities Menu>Plot>Elements，點擊2.3.4 計算結果查看及處理

通過以上分析，對水工隧洞施工期圍巖及襯砌結構的應力、變形規律進行了簡單的數值模擬，下面就數值模擬的結果進行簡單的查看與處理。首先通過以下過程進入通用后處理模塊：Main Menu>General Postproc。所有的后處理操作都必須在后處理狀態中。

1．計算結果的讀取

首先查看計算荷載步的情況：General PostPro>Results Summary，彈出對

或

進行保存。話框。

讀取方式

圖4-69 計算結果匯總

圖4-69 結果計算結果的讀取可以通過多種方式，以By Pick為例：

點擊Read Results>By Pick，彈出菜單后，選擇某荷載步，點擊Read（讀取）→Close即可。

圖4-70 通過By Pick讀取結果

2．計算結果的查看

在讀取某荷載步的結果后，就可以對某荷載步下的結果進行繪圖或文本列表。計算結果分兩種：節點解和單元解。

節點解： Plot Results>Coutour Plot（繪制等值線）>Nodal Solu（節點解）解）

List Results>Nodal Solution（列表結果）

單元解： Plot Results>Coutour Plot（繪制等值線）>Element Solu（單元 List Results>Element Solution（列表結果）

以荷載步2（毛洞開挖工況）的結果為例：

（首先對開挖掉的單元不選擇顯示，先選擇組件，然后選擇附著在上面的單元，開挖掉的單元就不顯示了）

A．繪制節點位移UY 點擊Plot Results>Coutour Plot>Nodal Solu，彈出的對話框中，選擇Dof Solution→Y-Component of Displacement，并作相應設置后，繪出UY等值線圖（如圖4-71）。

圖4-71 繪制UY位移分量等值線圖

同理可以繪制UX和合位移。B．繪制節點應力向量

點擊Plot Results>Coutour Plot>Nodal Solu，彈出的對話框中，選擇Stress→Y-Component of Stress，并作相應設置后，繪出SY等值線圖（如圖4-72），可看到兩側洞壁出現最大的豎直方向壓應力。

圖4-72 繪制SY位移分量等值線圖

同理可以繪制其它應力分量，包括第1主應力（1st Pricinpal Stress）和第3主應力（3st Pricinpal Stress）

注意：ANSYS的應力大小與方向規定和材料力學規定相同，與我們工程上的規定剛好相反，也就是說ANSYS中第1主應力實際為工程上應用的最小主應力，第3主應力實際為工程上應用的最大主應力。

若要繪制某些特定部位的計算結果，則只需選定關注區域的單元進行繪制即可。

若要對比開挖前后的變形圖，則在對話框中選擇變形后圖形同時顯示變形前邊界。

圖4-73 繪制變形前后對比圖

3．荷載工況組合

在前面的分析中，隧洞的開挖經歷了3個步驟，在每一步的分析中均包含了自重應力和自重位移，對于應力而言，我們不僅關注自重應力，同時關注開挖后的附加應力和二次應力；而對于位移，自重位移實際是不存在的（經過幾百萬年的穩定后，位移基本消失），因此對于開挖而言，我們更關注于附加位移，這就涉及到荷載工況之間的邏輯運算（加或減）的問題，也就是荷載工況組合。在本問題中，評價開挖引起的位移或應力時，就必須“減掉”自重位移或位移，即荷載步2要減去荷載步1；而在評價襯砌施作引起的附加應力或位移時，則必須減去開挖和自重引起的位移或應力，即荷載步3要減去荷載步2。荷載工況的定義和運算做法為：

A．定義荷載工況：General Postproc>Load Case>Creat Load Case…，彈出對話框中，選擇從結果文件Results Files創建荷載工況，圖4-74 定義荷載步1為荷載工況1 同理分別定義荷載步2為荷載工況2（圖4-75），荷載步3為荷載工況3（圖4-76）。

圖4-75 定義荷載步2為荷載工況2

圖4-76 定義荷載步3為荷載工況3 當要分析開挖引起的附加位移和應力或其它參量時，則要減去初始狀況的位移和應力，即用荷載工況2“減去”荷載工況1，做法為：

A．讀取荷載工況2（圖4-77）

Load Case>Read Load Case…，在彈出的對話框中，輸入2，點擊OK；

圖4-77 讀取荷載工況

B．減去荷載工況1（圖4-78）Load Case>Subtract…，圖4-78 減去荷載工況

重新繪制UY方向的附加位移，則圖形變為圖4-79，隧洞頂部發生向下位移，而隧洞底部發生向上的回彈位移。附加的最大壓應力變為圖4-80，隧洞底部和頂部發生拉應力，兩側發生最大壓應力。圖4-79 附加豎直UY位移

4．路徑操作

圖4-80 附加最大主應力

對于實際工程而言，我們可能關注于應力或位移在某些區域或范圍內的變化趨勢，這就需要用到ANSYS的路徑操作。以本問題為例，如果我們需要知道應力或圍巖沿徑向的變化趨勢，則可按下面步驟進行操作：

A．定義路徑

General Postproc>Path Operations>Define Path>By nodes（通過節點定義）…，彈出節點選擇對話框，依次選擇路徑上的節點（圖4-81），點擊OK，彈出對話框（圖4-81），定義路徑的名稱為XX，圖4-81 路徑的定義

B．映射數據到指定路徑

Path Operations>Map Onto Path…，彈出對話框，指定需要映射的參量，如UX，UY，SX，SY，S1，S3等，如圖4-82。

第四篇：水工隧洞土建工程監理實施細則

水工隧洞土建工程施工監理實施細則

一、總則

1.1 本細則依據工程成績按合同文件（以下簡稱“合同”或合同文件），以及《水工建筑物地下開挖工程技術規范》、《水利水電工程錨噴支護施工技術規范》、《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》、《水利水電基本建設工程單元工程質量等級評定標準

（一）》、《水電站基本建設工程驗收規程》等有關規程規范要求編制。

1.2 本細則適用于水工隧洞及洞室工程的開挖、支護、灌漿等工程項目。水工隧洞洞身混凝土襯砌工程監理，還應依據和結合《混凝土工程施工監理實施細則》及《水泥灌漿工程監理實施細則》和有關規定執行。

二、開工許可證申請程序

2.1 承建單位應在現場施工測量施測21天前，將有關施工測量技術方案報監理部批準。其內容包括：

（1）

貫通施工技術設計書（應包括：技術設計方案、施測要求、計算方法和操作規程）。

（2）

觀測儀器、設備的配置及技術參數。（3）

測量專業人員設置及其資質。

2.2 隧洞平面與高程控制網完成后，承建單位應向監理部報送以下成果和資料：

（1）

測量儀器率定校正資料。

（2）

施工控制網與勘測設計階段控制網連接圖。（3）

洞口與地面控制電聯側的平差資料及進洞平面圖。（4）

控制網測量平差計算成果。（5）

技術總結報告。

2.3 隧洞開工28天前，承建單位應根據設計圖紙、合同技術規范和有關施工規程規范，結合地形、地質資料和施工條件編制施工措施計劃報送監理部批準。

施工措施計劃應包括下述主要內容：（1）工程概況。（2）施工開挖布置圖。（3）施工進度計劃。

（4）勞動力、材料和設備（包括輔助工程設備與設施）配置計劃。（5）開挖爆破技術和方法。（6）支護施工方法和措施。（7）出渣和棄渣措施。（8）灌漿施工措施。

（9）通風、散煙和除塵措施。（10）供電、照明和通訊、信號措施。（11）供風、供水和排水措施。（12）安全防護與環境保護措施。

（13）可能遇到的特殊地層開挖和其他特殊施工方法。

2.4 隧洞工程開工前21天前，承建單位應根據設計文件、地質條件、施工水平，完成必須的鉆爆試驗和設計，并將開挖爆破設計報監理部批準。

開挖爆破設計報告應包括下述內容：（1）掏槽方式。

（2）炮孔布置、孔徑、孔深、方向和數量。（3）裝藥量、裝藥結構和炮孔堵塞方式。（4）采用的起爆雷管類型和起爆網絡設計。（5）循環開挖進尺和單耗藥量。

（6）預裂或光面爆破等控制爆破參數與作業方式。（7）爆破安全操作規程。

2.5 實施錨、噴支護作業14天前，承建單位應根據設計要求，結合圍巖特征和施工方法，編制作業計劃報送監理部批準。

作業計劃內容應包括：

（1）錨噴材料、參數及布置。（2）錨桿注漿材料、性能和配合比。（3）錨桿施工作業要求。

（4）噴射混凝土材料、性能和配合比。（5）噴射混凝土施工工藝。（6）鋼筋網的布設和要求。（7）錨、噴施工設備及性能。

（8）錨桿施工質量控制方法和措施（包括檢測方法和設備）。（9）噴射混凝土質量控制方法和措施（包括檢測方法和設備）。2.6 水泥灌漿作業開工28天前，承建單位應根據設計要求和地質條件、施工條件和施工水平，編制施工措施計劃報送監理部批準。

2.7 隧洞工程開工28天前，承建單位應按工程承建合同文件規定，結合開挖方法和地質條件，編制圍巖變形觀測措施計劃，報送監理部批準。

措施計劃內容應包括：（1）觀測布置圖。

（2）觀測內容及技術要求。（3）觀測儀器、設備及其性能。（4）觀測儀器、設備埋設和保護措施。（5）觀測方法和措施。

（6）觀測資料整理、分析預報方法。（7）觀測專業人員設置及資質。（8）安全作業措施。

2.8 隧洞工程開挖通過穩定性差或其他特殊地層28天前，承建單位應根據設計文件、技術規范，結合現場地質條件和施工水平編制補充施工作業措施汁劃報送監理部批準。

措施計劃應包括：

（1）地質條件及圍巖穩定性評價。（2）可能發生的不良影響及其預處理措施。（3）特殊的開挖和爆破方法。（4）特別支護措施。（5）材料和設備配置。（6）安全防范和應急措施。（7）施工進度訓’劃。

2.9 上述報送文件連同審簽意見單均一式四份，經承建單位項目經理(或其授權代表)簽署并加蓋公章后報送。監理部審閱后限時返回審簽意見單一份，原文件不退回。審簽意見包括“照此執行”、“按意見修改后執行”、“已審閱”及“修改后重新報送”四種。

2.10 非承建單位接到的審簽意見單，審簽意見為“修改后重新報送”，否則承建單位可即時向監理部中請開工許可證。監理部將于接受承建單位申請后24h內開出相應工程項目的開工許可證。

2.11 如果承建單位未能按期向監理部報送上述文件，因此而造成施工工期延誤和其他損失，均由承建單位承擔合同責任。若承建單位在限期內未收到監理部應退回的審簽意見單或批復文件，可視為已報經審閱。

2.12 除非已另行報經監理_T：程師特別許可，否則應在洞室開挖報經質量檢測合格并完成必須的地質編錄后，方可進行相應部位錨噴支護及混凝土襯砌作業。

三、施工過程監理

3.1 施工過程中，承建單位應按照報經批準的施工措施計劃按章作業、文明施工。同時加強質量和技術管理，做好原始資料的收集、記錄、整理和施：[總結工作。當發現作業效果不符合設計或技術規范要求時，應及時調整或修訂施工措施計劃，并報監理部批準。

3.2 施工中，承建單位要隨施工進展及時進行測量和校測工作，其主要工作包括：

（1）隧洞貰通符合性校測。

（2）軸線、高程、開挖斷面和點位的施工放樣。

（3）及時測繪洞室縱橫斷面，做好開挖體型檢查、檢測工作。3.3 為確保工程質量，避免造成重大失誤和不應有的損失，隧洞軸線和重要部位的放樣測量成果應及時報送監理部檢查認證。必要時監理部可抽測或要求承建單位在測量監理工程師直接監督下進行對照測量。

3.4 開挖過程中，承建單位應主動配合做好地質測繪、編錄和安全監（觀）測等工作，并按合同文件規定注意做好對已埋設監測儀器的保護。

3.5 施工作業中，承建單位應按SDJ212—83《水工建筑物地下開挖工程施工技術規范》關于“通風與防塵”的規定及控制標準，做好勞動和安全保護工作，確保良好、文明的作業環境。

3.6 發生塌方等事故時，承建單位庸及時采取應急措施，防止事故范圍的延伸和擴大，記錄事故的發生、發展過程和處理經過，并立即報告監理部。同時，會同設汁、地質人員、監理工程師查明原因，及時提出處理措施報監理部批準后執行。

3.7 施工中發現地質條件與設計不符時，承建單位應及時向監理部報告，會同設計、地質、監理工程師研究，并提出處理措施報監理部批準后執行。

3.8 當承建單位由于各種原因，需要修改已報經監理部(處)批準的施工措施計劃，并致使施工技術條件發生了實質性變化時，承建單位應于此類修改措施計劃實施的14天前，報監理部(處)批準。

3.9 承建單位應每周、月定期召開生產會，檢查本周、月生產討-戈0完成情況、分析未完成計劃的原因和研究解決措施，并安排好下周、下月生產計劃，確保工程施工按預定施工進度均衡進行。

3.10 當施工進度拖延或爆破作業效果不好時，監理工程帥有權要求承建單位調整施工作業計劃或爆破參數，并重新報監理部批準。

3.11 施工過程中，承建單位不按批準的施工措施計劃施工，或違反國家有關安全和施工技術規程、規范、環境和勞動保護條例，或未按規定的路線、區域出渣、棄渣，或出現重大安全、質量事故等，監理工程師有權分別采取口頭違規警告、書面違規警告、監理通報，直至指令返工、停工整頓等方式予以制止。由此而造成的經濟損失和施工延誤由承建單位承擔合同責任。

3.12 開挖過程中，承建單位應做好開挖、支護原始記錄，并按合同文件規定于次月5日前向監理部報送包括下述內容的當月施工記錄：

（1）施工方法。

（2）循環時間、進尺與鉆爆效率。（3）投入勞動力、設備和材料消耗量。（4）主要機械設備生產效率。

（5）實施的支護詳圖(包括錨桿、預應力錨索及鋼筋網噴混凝土、噴鋼纖維混凝土厚度和范圍，鋼支撐的形式和間距等)。

（6）圍巖變形監測成果。（7）塌方和其他事故處理。（8）地下水引排措施及效果。（9）其他重大問題和處理措施。（10）已完單元工程質量檢驗情況。（11）合同支付情況。

（12）施工過程中違規、違約情況。

3.13 灌漿作業期間，承建單位應作好原始記錄、成果資料和質量檢查情況的整理，并于次月日5日前報送監理部。

3.14 除非另行報經監理部(處)批準，否則應在上一工序經監理工程師質量檢驗合格后，方可進行下一工序施工。監理工程師的質量檢驗均應在承建單位的三級自檢合格基礎上進行，且不減輕承建單位應承擔的任何合同責任。

四、施工質量控制

4.1 承建單位應堅持安全生產、質量第一的方針，健全質量保證體系，加強質量管理。地下洞室施工過程中，堅持四員（質檢員、施工員、安全員、調度員）到位和三級自檢制度，確保工程質量。對出現的施工質量與安全事故應及時向監埋部（處）報告，并本著“三不放過”的原則認真處理。

4.2 洞口開挖中，要注意以下事項：

（1）削坡應白上而下進行，嚴禁上、下層垂直作業。（2）做好危石清理、坡面支護、防護和排水工作。

（3）進洞前，須注意對洞臉巖體進行鑒定，確認穩定并采取防范措施報監理部(處)批準后方可開挖洞口。

4.3 開挖過程中，應嚴格控制隧洞方向、中心線和高程。每次爆破后，均應進行斷面規格檢查，發現不符合設計要求應及時處理。

非設計另有規定，否則規格檢查應符合下列精度要求：（1）開挖放樣誤差，一般不大于lOcm。

（2）開挖斷面測量相對于中線的誤差不大于5cm。

（3）施測斷面問距一般不大于5m，對起伏差或線型以及設計結構變化較大的部位，應適當加測斷面。

（4）一般地質條件下，洞室徑向超挖值應不大于20cm，也不應有欠挖。4.4 在不良地質地段中開挖，應在地質預報基礎上，堅持預防為主的方針，在確保安全的前提下，制訂切實可行的施工方案。其中包括應遵守下列原則：

（1）查清地質構造，做好鎖口和排水。（2）對圍巖進行預加固處理。

（3）淺鉆孔、多循環、弱爆破、減少對圍巖的振動影響。（4）及時支護、加強支護，必要時或允許時盡早進行混凝土襯砌。（5）加強安全檢查、圍巖變形監測與分析，及時采取防范措施。4.5 在混凝土襯砌中，經設計同意、監理部(處)批準，可允許鋼支撐侵入設計圖紙確定的結構襯砌混凝土內。但鋼支撐及其埋入附件均應采用鋼件制成，并且就位準確、焊接牢固。

4.6 噴混凝土和錨桿注漿材料、配合比及施工工藝必須嚴格按設計文件或有關規程規范執行，確保施工質量。

4.7 隧洞的灌漿一般按回填、接觸、固結順序進行。作業必須嚴格按報經監理部(處)批準的施工作業措施計劃進行。在鉆孔沖洗和灌漿過程中，應注意襯砌變形的監測。發生異常情況應及時采取措施，作出詳細記錄并同時報監理部(處)。

4.8 其他未列項目的質量控制及檢驗標準均按有關設計文件、合同技術規范、施工技術規程規范和SDJ249—88《水利水電基本建設工程單元工程質量等級評定標準(一)》執行。

五、質量檢驗與工程驗收

5.1 隧洞土建工程質量檢驗與單元工程開工(倉)簽證監理按《土建工程施工質量監理工作規程》有關要求執行。

5.2 隧洞工程開挖或階段開挖完成后，承建單位應及時中請中問(或階段)驗收，以利合同支付及工序工程的順利進行。

申請驗收報告應包括下列資料：

（1）施工詳圖圖號、設計變更文件文號及監理審簽號。（2）洞內導線及高程的實測成果和說明。（3）貫通誤差的實測成果和說明。

（4）開挖竣工圖(平面圖比例為1：2000，縱剖面圖比例為l：1000，橫剖面圖比例為1：50～1：l00)及竣工工程量。

（5）由施工地質工程師提供的地質素描圖(或其完成記錄)及地質水文資料。

（6）施工記錄資料。（7）技術總結。

（8）按合同文件規定應提供的其他資料。5.3 隧洞工程竣工驗收應提供下述資料：（1）工程竣工報告。應包括： 1）工程概述；

2）合同工程開工、完工日期與實際開工、完工日期； 3）合同工程量與實際完成工程量；

4）已完分部、分項工程項目清單，未完尾工項目清單及后續完工計劃。（2）工程施工報告。應包括： 1）工程簡況； 2）合同工期目標；

3）施工過程設計、地質、施工條件的重要變更情況及其處理方案； 4）分部、分項工程實際施工時段、方法與過程； 5）合同履行中違規、違約情況。

（3）竣工圖紙。包括圖紙目錄、施工圖紙、設計技術要求及設計和工程變更文件。

（4）竣工合同支付結算報告。應包括：

1）分部、分項工程的合同報價工程量與合同報價、支付結算工程量、支付單價與支付總價。

2）已結算的合同索賠支付。（5）質量檢驗文件。應包括： 1）工程開工文件；

2）按分部、分項工程整理的工程施工質量檢驗和監理簽證、認證文件； 3）監理工程帥簽發的現場指示、指令和施工違規、違約文件。（6）施工原始記錄資料。應包括： 1）記錄資料目錄；

2）工程承建單位施工期質量檢測與試驗資料： 3）工程承建單位施工期施工測量記錄；

4）混凝土澆筑、灌漿及金結安裝等主要施工作業記錄； 5）工程質量與安全生產活動記錄； 6）施工期安全監測記錄； 7）其他重要活動與事項記錄。（7）工程施工大事記。

（8）按合同規定必須采集的巖芯或巖樣。（9）他按合同規定應報送或提供的資料。

六、工程計量與支付結算

6.1 已按設計要求完成，報經監理工程師質量檢驗合格，按合同規定應予以支付的工程量才予以計量支付。

6.2 噴混凝土厚度的計量量測，可采用鉆孔或施噴前安設的柱塞尺或短插筋對照檢查等方法。柱塞尺和短插筋的安設，應事先報監理工程師檢查，并取得書面認可后，方為有效。

6.3 洞口明挖、洞挖、錨噴支護、砌體、排水孔、水泥灌漿、止水安設、永久混凝襯砌等按合同規定必須支付的收方計量，均以施工詳圖確定或經設計變更修改、或由監理工程師指示變更并有文字依據的設訃邊線、或實際合格進尺、或有效材料安裝量、或實際耗用量計算。

6.4 工程支付計量與量測及價款結算申報，按合同文件規定和有關監理工作規程要求進行。

第五篇：隧洞施工技術

第六章 水工隧洞 第六章 水工隧洞

黑龍江農墾林業職業技術學院 第一節 概 述

第二節 水工隧洞的布置和構造 第六章 水工隧洞

第三節 隧洞的運用管理習題

一,水工隧洞的特點(一)結構特點(二)水流特點(三)施工特點

二,水工隧洞的類型 1.按用途分類

2.按洞內水流狀態分類 第一節 概 述

一,水工隧洞的布置

(一)水工隧洞的線路選擇(二)水工隧洞的工程布置 二,水工隧洞的布置和構造(一)進口段的形式和構造(二)洞身段的形式與構造(三)出口段及消能設施

第二節 水工隧洞的布置和構造一,隧洞的檢查養護

二,隧洞常見的問題及處理(一)隧洞常見問題及產生原因(二)隧洞常見問題的處理 第三節 隧洞的運用管理

在水利樞紐中為滿足泄洪,灌溉一,水工隧洞的特點(一)結構特點

在巖層中開挖隧洞后,引起洞孔附近應力重新分布塌.圍巖除了產生作用在襯砌上的圍巖壓力以外內水壓力等荷載.圍巖壓力與巖體承載能力的大小避開軟弱巖層和不利的地質構造第一節 概 述(二)水流特點

1,樞紐中的泄水隧洞,其進口通常位于水下較處2,由于作用在隧洞上的水頭較高表面不平整,都可能出現氣蝕而引起破壞3,泄水隧洞的水流流速高,單寬流量大的消能防沖措施.(三)施工特點

,發電等各項任務在巖層中開鑿而成的建筑物叫水工隧洞.,流速較大，所以要求隧洞體型設計得當,能量集中,巖體產生新的變形,同時又具有承載能力,主要取決于地質條件,屬深式泄水洞.,漸變段等處的體型不合適或襯砌,在出口處有較強的沖刷能力,嚴重的會導致巖石崩,可以與襯砌共同承受.因此，施工質量良好,..應使隧洞盡量如果隧洞在彎道必須采取有效隧洞洞身斷面小,施工場地狹窄,洞線長,施工作業工序多,干擾大,工期一般較長.尤其是兼有導流任務的隧洞,其施工進度往往控制著整個工程的工期.因此,加快施工進度是隧洞工程建設中需要引起足夠的重視.' 二,水工隧洞的類型 1.按用途分類

(1)泄洪洞:配合溢洪道宣泄洪水,保證安全.(2)引水洞:引水發電,灌溉或供水.(3)排沙洞:排放水庫泥沙,延長水庫的使用年限,有利于水電站的正常運行.(4)放空洞:在必要的情況下放空水庫(5)導流洞:在水利樞紐的施工期用來施工導流在設計水工隧洞時,應根據樞紐的規劃任務洞與永久隧洞相結合,樞紐中的泄洪2.按洞內水流狀態分類(1)有壓洞:工作閘門布置在隧洞出口(2)無壓洞:工作閘門布置在隧洞的進口一般說來,隧洞可以設計成有壓的壓的.但應注意的是,在同一洞段內引起振動,空蝕等不利流態第二節 水工隧洞的布置和構造一,水工隧洞的布置

(一)水工隧洞的線路選擇隧洞的路線選擇關系到工程造價的因素很多,如地質,地形地質條件 地形條件 施工條件 水流條件 1.地質條件

隧洞路線應選在地質構造簡單盡量避開地下水位高,的交角,對膠結緊密的厚巖層走向于45°.在高地應力地區,洞線應與最大水平地應力方向盡量一致應有足夠的覆蓋厚度,對于有壓隧洞在隧洞的進,出口處,圍巖的厚度往往較薄的洞徑或洞寬.2.地形條件

隧洞的路線在平面上應盡量短而直的隧洞彎道曲率半徑不應小于度也不宜小于5倍的洞徑或洞寬3.水流條件

隧洞的進口應力求水流順暢及其建筑物保持足夠距離..,盡量考慮一洞多用,排沙,放空隧洞的結合等,洞身全斷面被水流充滿,水流沒有充滿全斷面,也可設計成無壓的,應避免出現時而有壓時而無壓的明滿流交替現象.,施工難易,工程進度,施工條件等.隧洞的線路選擇主要考慮以下幾個方面的因素,巖體完整穩定,巖石堅硬的地區.洞線要與巖層,其夾角不宜小于,當考慮彈性抗力時,一般情況下.如因地形,地質5倍洞徑或洞寬,.高流速的隧洞應避免設置曲線段,減少水頭損失.水流應與下游河道平順銜接,防止出現沖刷..,隧洞內壁承受較大的內水壓力,有自由水面,也可設計成前段是有壓的而后段是無,運行可靠性等方面,構造斷裂面及主要軟弱帶走向有較大30°,對薄層以及層間連接較弱,以減少隧洞的側向圍巖壓力,圍巖的最小覆蓋厚度不小于,進,出口頂部的巖體厚度不宜小于,樞紐布置等原因需要轉彎時,以降低工程造價..影響隧洞線路選擇,盡量避開不利的地質構造60°,彎道兩端的直線段長.,與土石壩下游壩腳.如施工導流.,以防止: ,要,其夾角不小.隧洞3倍洞徑.1倍,對于低流速

滲水嚴重的地段轉彎轉角不宜大于4.施工條件

洞線選擇應考慮施工出渣通道及施工場地布置問題.對于長隧洞,還應注意利用地形,地質條件布置施工支洞,斜洞,豎井,增加總工作面,加快施工進度.此外,洞線選擇應滿足樞紐總體布置和運行要求,避免在隧洞施工和運行中對其它建筑物產生干擾.(二)水工隧洞的工程布置

隧洞進,出口的布置主要包括:進,出口和洞身及閘門的布置.1,進,出口布置

(1)隧洞的進口高程應根據隧洞的用途及實際運用要求來加以確定.發電引水隧洞的進口高程最少灌溉隧洞的進口高程應保證在水庫最低工作水位時并應與下游灌區布置在同一側排沙洞應設置在需要排沙的發電用于放空水庫和施工導流的隧洞進口高程一般都較低進口的進水方式有表孔溢流式和深水進口式兩種是用隧洞代替了泄槽深式進水口的隧洞(2)隧洞的出口布置應保證水流下泄安全對于有壓隧洞收縮為洞身斷面的隧洞的出口應通過技術經濟比較選擇消能防沖方式常為挑流消能2.隧洞的縱坡選擇有壓洞的縱坡主要取決于進出口高程坡不宜采取平坡或反坡3‰～10‰.無壓隧洞的縱坡應根據水力計算加以確定度.3.閘門位置布置檢修閘門設置在隧洞進口能

在動水中啟閉無壓洞的工作閘門布置在進口高度,并向門后通氣有壓洞的工作閘門布置在出口4.多用途隧洞的布置為了減小工程量(1)泄洪洞與導流洞合一布置在已建工程中較常采用導流洞的進口高程較低段堵塞,再接一反弧段與原導流洞相銜接(2)泄洪洞與發電洞合一布置泄洪洞與發電洞的合一布置是在洞前段共用一洞,頂部高程應在水庫最低工作水位以下1.0m以上..，泄水時,洞內為無壓流,可以是無壓的或有壓的,出口斷面面積應小于洞身斷面積80%～90%,收縮方式采用洞頂壓坡的形式.,因其會出現壓力余幅不足且不利于檢修排水 ,一般要求在靜水中啟閉..為保證門后洞內無壓流的流態..洞內始終為有壓流 ,降低工程造價,往往考慮一洞多用或臨時任務與永久任務相結合的布置方式,而泄洪洞進口高程可以較高.,能引入設計流量,..前者的進口布置方式與岸邊溢洪道相似.具體布置見下圖.這種布置形式與重力壩上的泄水孔布置形式相似,出流平穩.,以保持洞內有較大的正壓.對于高流速,要求全線洞頂保持不小于,一般要求在任何運用情況下.工作閘門用來調節流量和封閉孔口,水流流態穩定.,常在施工導流任務完成后,由上部進口向后,在后段分岔為兩個洞分別來泄洪與發電0.5～1.0m,底部應高出水庫淤沙,應滿足引水高程的要求..,高水頭,2m的壓力水頭.有壓洞的縱坡一般取為,縱坡均應大于臨界坡,門后洞頂應高出洞內水面一定.具體布置見下圖,隧洞底坡設計為拋物線形式，只..出口的斷面積宜,.有壓洞的底,要求..,將導流洞前,然后..對

灌溉引水洞進口附近其高程宜較低大流量的泄水隧洞而在原導流洞口的上方另設進口這種布置形式在工程上常形象地稱為龍抬頭形式于泄洪量大,經常使用的泄洪洞或重要的水電站,不宜采用這種布置方式.(3)發電與灌溉隧洞的合一布置

發電與灌溉隧洞合一布置,水輪機尾水后接灌溉渠道,利用發電尾水進行灌溉.由于發電是經常性的,而灌溉用水是季節性的,所以應在發電尾水的后面設置一棄水設施,將不需灌溉時的發電尾水排入下游河道.有壓洞的工作閘門布置在出口布置圖 二,水工隧洞的布置和構造(一)進口段的形式和構造 1.進口建筑物的形式(1)豎井式

豎井式進口是進口附近的巖體中開鑿豎井冰的影響,抗震性及穩定性好.構造布置見下圖(2)塔式

塔式進口建筑物是獨立于隧洞的進口處而不依靠山坡的塔受風浪,冰,地震的影響大,穩定性相對較差薄,不宜修建靠岸進口建筑物的情況(3)岸塔式

此種進口是靠在開挖后洞臉巖坡上的進水塔塔式的好,不需工作橋.適用于岸坡較陡(4)斜坡式

斜坡式進水口是在較完整的巖坡上進行平整施工,安裝方便,穩定性好,工程量小口一般只用于中,小型工程.構造布置見下圖(5)組合式

在實際工程中常根據地形,地質,施工等具體條件采用式進水口等.具體布置見下圖.2.進口段的組成及構造

進口段的組成包括:進水喇叭口,閘門室進水喇叭口:隧洞進口為頂板和邊墻順水流方向三向逐漸收縮的平底矩形斷面收縮曲線常采用1/4橢圓曲線.豎井式構造布置圖 塔式構造布置圖 岸塔式構造布置圖 斜坡式構造布置圖 組合式構造布置圖

通氣孔:設在泄水隧洞進口或中部的閘門之后應設通氣孔①在工作閘門各級開度下承擔補氣任務②檢修時,在下放檢修閘門后,放空洞內水流時補氣③檢修完成后,向檢修閘門和工作閘門之間充水時通氣孔的上部進口必須與閘門啟閉機室分開設置平壓管:為了減小啟門力,往往要求檢修門在靜水中開啟平壓管的尺寸根據所需的灌水時間(4)攔污柵:進口處的攔污柵是為了防止水庫中的漂浮物進入隧洞(5)漸變段,閘門室:漸變段及閘門室等.優點是結構比較簡單.,需要較長的工作橋.構造布置見下圖.塔身可以是直立的或傾斜的,巖體比較堅固穩定的情況,開挖.缺點是,由于閘門傾斜.,通氣孔,;

(約8小時左右,可參見第二章第七節重力壩的深式泄水孔有關內容,用工作橋與岸坡相連..,護砌而修建的一種進水,閘門不易依靠自重下降.如半豎井半塔式進水口,其作用是;,通氣孔用以排氣,通氣孔風速應保持在.為此,常設置繞過檢修門槽的平壓管).具體布置見下圖,不需要工作橋,不受風浪和.其缺點是,.岸塔式的穩定性較.構造布置見下圖..優點是,結構簡單.斜坡式進,下部靠岸的塔.,形成喇叭口:.m/s左右為好..，....常用于岸坡巖石較差覆蓋層較平壓管和漸變段等(二)洞身段的形式與構造 1.洞身斷面形式及尺寸

(1)無壓隧洞的斷面形式及尺寸

無壓隧洞多采用圓拱直墻形(城門洞)斷面.如圍巖條件較差還可以采用馬蹄形斷面.無壓隧洞的斷面尺寸主要根據其泄流能力要求及洞內水面線來確定.流速較低,通氣良好的隧洞,要求水面以上凈空不小于洞身斷面面積的15%～25%,沖擊波波峰高不應超過城門洞形斷面的直墻范圍.在確定隧洞斷面尺寸時,還應考慮到洞內施工和檢查維修等對最小尺寸的要求.(2)有壓隧洞的斷面形式及尺寸

有壓隧洞由于內水壓力較大有壓隧洞的斷面尺寸應根據泄流能力要求以及沿程壓坡線情況來確定2.洞身襯砌的類型及構造襯砌是指沿開挖洞壁而做的人工護壁①阻止圍巖變形的發展,②承受圍巖壓力,內水壓力和其它荷載④保護圍巖免受水流,空氣⑤平整圍巖,減小表面糙率(1)襯砌的類型

1)平整襯砌(也稱護面): 隧洞表面,減小糙率,防止滲漏2)單層襯砌:用混凝土,鋼筋混凝土做成流速較高的情況,混凝土和單層鋼筋混凝土襯砌的厚度不宜小于的厚度不宜小于30cm.3)噴錨襯砌:噴錨襯砌是利用錨桿和噴混凝土加固圍巖措施的總稱固措施.4)組合式襯砌:在開挖斷面周邊不同部位采用不同的襯砌材料組合而成網噴漿,外層為混凝土或鋼筋混凝土5)預應力襯砌 :預應力襯砌是對混凝土抵消內水壓力產生的拉應力(2)襯砌的分縫與止水

在混凝土及鋼筋混凝土襯砌中隧洞在穿過斷層,軟弱破碎帶以及和豎井交接處圍巖地質條件比較均一的洞身段只設施工縫向縫不得錯開.縱向施工縫應設置在襯砌結構拉應力及剪應力較小的部位(3)灌漿 1)回填灌漿: 回填灌漿是為了填充襯砌與圍巖之間的空隙2)固結灌漿: 固結灌漿是為了加固圍巖水對襯砌的壓力和減少滲漏(4)排水

設置排水是為了降低作用在襯砌外壁上的外水壓力對于無壓隧洞襯砌,當地下水位較高時管通向下游,或在洞內水面線以上,一般均采用圓形斷面,主要作用是;

;③防止滲漏,溫度,干濕變化等的沖蝕破壞作用.,噴混凝土和漿砌石做成的護面,保護巖石不受風化的作用.單層襯砌適用于中等地質條件;如頂拱為混凝土,鋼筋混凝土襯砌的外壁施加預壓應力.預應力襯砌多用于高水頭有壓隧洞,一般設有施工縫和永久性的橫向變形縫,提高圍巖的整體性.,外水壓力成為襯砌的主要荷載,通過襯砌設置排水孔.:;

.,邊墻和底板采用漿砌石,襯砌需要加厚.一般分段長度為,使之結合緊密,減小圍巖壓力.,.;,它不承受荷載,隧洞斷面較大25cm,雙層鋼筋混凝土襯砌,是逐漸發展起來的新型加.如內層為鋼板..,應設置橫向變形縫6～12m,底拱和邊拱.,以改善傳力條件和減少滲漏,保證巖石的彈性抗力.可在洞底設縱向排水,僅起到平整,水頭及,鋼筋.,以便在運用時.,頂拱的環.,減小地下,排水孔間距,保證圍巖的穩定用混凝土將地下水直接引入洞內排距以及孔深一般為2-4m.對于有壓圓形隧洞,可不設置排水設備.當外水位很高,外水壓力很大,對襯砌設計起控制作用時,可在襯砌底部外側設縱向排水管,通至下游,必要時,為提高排水效果,可沿洞軸線每隔6～8m,設一道環向排水槽,環向排水槽可用礫石鋪筑,將搜集滲水匯入縱向排水管.具體布置見下圖.(三)出口段及消能設施

有壓隧洞的出口常設有工作閘門及啟閉機室,閘門前有漸變段,出口之后即為消能設施.無壓隧洞出口僅設有門框銜接.泄水隧洞出口水流的特點是隧洞出口寬度小散段,使水流擴散,減小單寬流量1.挑流消能

當隧洞出口高程高于或接近下游水位合理,因為它結構簡單2.底流消能

當隧洞出口高程接近下游水位時能比較充分,對下游水面波動影響范圍小的優點價高.3.窄縫式挑坎消能

窄縫式挑坎消能為挑坎處采用收縮成窄縫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層差別很大上緣挑距加大,水流挑射高度增加能,同時水舌在空中擴散時及入水時大量摻氣游河床的沖刷.4.洞中突擴消能

洞中突擴消能也稱為孔板消能板時突縮和突擴造成的漩滾黃河小浪底水利樞紐中將導流洞改建為壓力泄洪洞D=14.5m的洞中布置了三道孔板板消能,可將140m水頭消煞去第三節 隧洞的運用管理隧洞和涵管由于設計象,影響工程的正常運用垮壩的重大事故, 所以一,隧洞的檢查養護隧洞的檢查養護內容主要有以下幾個方面1,運用前要經常檢查隧洞的襯砌或涵管有無變形象,要及時分析原因并進行處理2,運用期間,隨著閘門的啟閉要密切注意觀察和傾聽洞內有無異常響聲涵管,要觀察其附近的上下游壩坡有無塌坑物,確保其暢通.特別應指出的是要正確操作運用,其作用是防止洞臉及其以上巖石崩塌,然后再以適當形式消能,且地形地質條件允許時,施工方便,國內外泄洪,也可采用擴散式底流水躍消能0°,順水流方向,兩側邊墻向中心的顯著收縮使出水口處水流迅速加深，使水流縱向擴散加大,它是在有壓隧洞中設置過流斷面較小的孔板,在水流內部產生摩擦和碰撞,孔板間距為60m水頭 ,施工,管理等方面的原因.特別是壩下涵管的斷裂漏水,要加強經常性檢查養護.,并與擴散消能設施的兩側邊墻相,單寬流量大,能量集中,所以常在出口處設置擴.,采用擴散式挑流消能比較經濟,排沙隧洞廣泛采用這種消能方式.底流消能具有工作可靠,但缺點是開挖量大,施工復雜.窄縫式挑坎與等寬挑坎不同之處在于0°,表層可達45°左右,因此水舌下緣挑距縮短,減小了對河床單位面積上的沖擊動,在水舌進入水墊后氣泡上升,消減大量能量.,就采用了多級孔板消能方案3D=43.5m,由導流洞改建的泄洪洞,洞內平均流速僅10m/s.,可能出現裂縫,斷裂,漏水,空蝕及磨損破壞等現,不僅影響水庫的興利,發現問題及時處理..,裂縫,漏水,出口部位有無異常潮濕和漏水現,要作好記錄,裂縫或濕軟等現象.應及時清理通氣孔吸入的雜,避免洞(管)內出現明,滿交替的流態.,材料用量多,大大減輕了對下,利用水流流經孔,在直徑為,經過三級孔,而且有可能引起;對于壩下，消,造，,底部約

閘門的啟閉均應緩慢進行,避免流量的猛增猛減,防止洞內產生超壓,負壓或水錘等不良現象,對于無壓洞嚴禁在受壓情況下使用.3,運用之后,要認真檢查洞或管壁有無蜂窩,麻面,有無裂縫和漏水的孔洞,出口消能設施有無損壞現象等,要分析其產生的原因,提出處理的方法.閘門,啟閉機要經常檢查,養護,以確保靈活,安全.其它方面,如發生嚴重冰凍后,要防止冰凍對進水塔和進水口造成冰凍破壞,位于地震區的水庫,當發生五級以上的地震后,應進行全面檢查,發現問題及時處理,禁止在建筑物附近采石爆破或炸魚,以免因振動引起隧洞或涵洞斷裂,對于洞頂巖石厚度小于3倍洞徑的情況,禁止在頂部堆放重物或修建其它建筑物,以免發生意外 二,隧洞常見的問題及處理(一)隧洞常見問題及產生原因 1.隧洞襯砌開裂漏水

隧洞襯砌開裂漏水的主要原因有以下幾個方面設計不合理引起襯砌開裂.施工質量差.運用管理不當.2.隧洞的空蝕破壞

空蝕的產生與多種因素有關,其中主要包括:改善水流的邊界條件,選用抗空蝕的材料施工質量控制等.(1)輪廓體型曲線變化不當.多發生在進口段和出口反弧段,體型彎曲與流線不合動加劇形成空穴空蝕.(2)洞身平整度差,轉折,過渡不合理施工平整度達不到要求,表面存在突體(3)閘槽形狀不良,閘門底緣不順.平面閘門的門槽形狀不同,過流情況差別較大生負壓和空蝕.根據實測資料分析認為在閘門操作時,應避開這個開度.(4)管理運用不當.因閘門開啟不當,在洞內出現明流與滿流交替的不利流態脈動壓力強烈.3.隧洞的磨損

隧洞的磨損是多泥沙河道上的工程中常見的問題(二)隧洞常見問題的處理 1.隧洞襯砌開裂漏水的處理

處理方法主要有水泥砂漿或環氧砂漿封堵據工程的具體情況選擇使用水泥砂漿或環氧砂漿封堵2.隧洞空蝕破壞的處理(1)改善水流的邊界條件.(2)選擇抗空蝕材料.(3)控制閘門開度,設置通氣孔.(4)摻氣減蝕措施.(5)控制過流邊界的不平整度..,流速與邊界條件是兩個重要因素,控制閘門開度,形成水流的旋流區域.,麻面,殘留鋼筋等部位,當水頭較高,高壓平面閘門的開度在,也是我國急需解決的問題,抹面,水泥或化學灌漿,.目前常用的防空蝕措施,通氣減蝕,由于局部負壓而產生空蝕破壞,流速較大時,0.1～0.2時閘門振動劇烈,在水流脫離洞壁時,噴錨支護,灌漿處理,噴錨支護,摻氣減蝕及加強,壓力下降,壓力脈.,因此，形成負壓,造成.,內襯補強等,應根,內襯補強.對于矩形門槽極易產抹面3.隧洞的磨損處理(1)鑄石板鑲面.(2)鑄石砂漿,鑄石混凝土.(3)聚合物砂漿,聚合物混凝土.(4)鋼板砌護.