知识点：断面尺寸

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洞身断面尺寸应根据运用要求、泄流量、作用水头及纵剖面布置，通过水力计算确定，有时还要进行水工模型试验验证。

（1）无压隧洞的断面尺寸

无压隧洞断面尺寸的确定，首先应满足运用的要求，主要是泄流能力和洞内水面线的要求，当洞内水流流速大于15～20m/s时，还应研究由于高速水流引起的掺气、冲击波及空蚀等问题。

隧洞按无压明流工作状态设计时，为了防止发生满流工作情况，水面以上需留有足够的空间余幅。在低流速的无压隧洞中，若通气条件良好，隧洞断面内水面线以上的空间不宜小于隧洞断面面积的15%，且其高度应不小于40cm。高流速的无压隧洞，其掺气水面以上所留的空间一般为隧洞横断面面积15%～25%。当采用圆拱直墙式断面时，水面线不应超出直墙范围；当水流有冲击波时，应将冲击波波峰限制在直墙范围内。美国波尔德泄洪洞的空间余幅达到0.64倍洞高，我国刘家峡水电站泄洪洞的空间余幅则为洞高的0.25倍。

考虑到施工的需要，非圆形隧洞横断面的最小尺寸，高度不宜小于1.8m，宽度不宜小于1.5m。圆形洞的断面内径不宜小于1.8m。

（2）有压隧洞的断面尺寸

有压隧洞的断面尺寸也是根据水力计算确定，其水力计算的主要任务是核算泄流能力及沿程压坡线。

3.洞身衬砌

（1）衬砌的功用

为了保证水工隧洞安全有效地运行，通常需要对隧洞进行衬砌。衬砌的功用是：

1）承受荷载。衬砌承受山岩压力、内水压力等各种荷载。

2）加固围岩。共同承受内、外水压力和其他荷载，使围岩保持稳定，不至于塌落。

3）减小表面糙率。由衬砌形成的光滑、平整的表面，可以减小隧洞的糙率和水头损失，改善水流条件。

4）保护围岩。衬砌可以防止水流、空气、温度、湿度变化等对围岩的冲刷、风化和侵蚀等破坏作用。

5）防止渗漏。当围岩坚硬完整，开挖不需要支护，岩石抗风化能力强，透水性较小时，有些导流隧洞也可以不做衬砌或只在开挖表面喷混凝土。如在水流及其他因素长期作用下，岩石不致遭到破坏时，引水隧洞也可考虑不衬砌。但是，不衬砌的隧洞糙率大，水头损失增加，往往需要加大断面尺寸。因此，不衬砌的隧洞是否经济合理，需要经过技术经济论证确定。

（2）衬砌的类型

衬砌的类型按设置衬砌的目的可分为平整衬砌和受力衬砌两类。按衬砌所用材料分为混凝土衬砌、钢筋混凝土衬砌和浆砌石等。除此之外，还有预应力衬砌、装配式衬砌和喷锚衬砌、限裂衬砌和非限裂衬砌等。

1）平整衬砌

当围岩坚固，内水压力不大时，可以用混凝土、喷浆、浆砌石等材料或方式做成平整的护面。它不承受荷载，只起减小糙率、防止漏水、抵抗冲蚀和防止岩石风化等作用。

2）混凝土、钢筋混凝土衬砌

这是我国应用最多的受力衬砌。围岩坚硬、内水压力不大时，可采用混凝土衬砌。当采用混凝土衬砌不能满足要求时，则应采用钢筋混凝土衬砌。衬砌的厚度（不包括围岩超挖部分），应根据强度计算和构造要求，并结合施工方法分析确定。

3）预应力衬砌

预应力衬砌是对混凝土或钢筋混凝土衬砌施加预压应力，以便抵消内水压力产生的拉应力，克服混凝土抗拉强度低的缺点，可使衬砌厚度减薄，节省材料和开挖量。其缺点是施工复杂，工期较长。

最简单的预加应力方法是向衬砌与围岩之间进行压力灌浆，使衬砌产生预压应力。为了保证灌浆效果，围岩表面应用混凝土进行修整，并与衬砌之间留有2～3cm的空隙，以便灌浆。浆液应采用膨胀性水泥，以防干缩时预压应力降低。这种预加应力方法要求围岩比较坚硬完整，必要时可先对围岩进行固结灌浆。

4）锚喷衬砌

锚喷衬砌是指利用锚杆和喷混凝土进行围岩加固的总称。喷混凝土的优点如前所述，对于坚固完整的围岩，可单独使用。由于喷射混凝土能紧跟掘进工作面施工，缩短了围岩暴露时间，使围岩的风化、潮解和应力松弛等不致有大的发展。因此，它不仅可以做成平整衬砌，还能给围岩的自身稳定创造有利条件。

（3）衬砌形式的选择

衬砌形式的选择与围岩条件紧密相关。当水工隧洞的内水外渗会引起一些严重危害（如围岩失稳，边坡失稳，周围建筑物失稳，等等）时，防渗常常是一个重要因素。另外，隧洞的运行条件、施工方法等也都是衬砌形式选择要考虑的方面。例如，不衬砌及喷锚衬砌的糙率大，运行中产生的水头损失也大，只适用于流速较小的隧洞。

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