水利设计规范WMSL2792002水工隧洞设计规范.pdf

?,中华人民共和国水利行业标准水 工 隧 洞 设 计 规 范发布实施中华人民共和国水利部发布规范规程及技术指南水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册中华人民共和国水利行业标准水 工 隧 洞 设 计 规 范主编单位 水利部东北勘测设计研究院批准部门 中华人民共和国水利部施行日期年月日标准分享网 w w w.b z f x w.c o m规范规程及技术指南水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册中华人民共和国水利部关于批准发布 水工隧洞设计规范的通知水国科号部直属各单位各省自治区直辖市水利水务厅局各计划单列市水利水务局新疆生产建设兵团水利局经审查批准水工隧洞设计规范为水利行业标准并予发布标准编号为代替原本标准自年月日起实施标准文本由中国水利水电出版社出版发行二二年十二月十日规范规程及技术指南水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册前言本规范根据水利部水电规划设计局水规局字号文和水利水电技术标准编写规定在原水利电力部年发布试行的水工隧洞设计规范试行 基础上进行修编本规范共章和个附录 其主要内容包括 水工隧洞设计的总原则设计所需的基本资料与隧洞布置断面支护衬砌水力计算灌浆防渗排水安全监测运行维修有关的设计原则和规定以及不良地质洞段设计和土洞设计对进行修改的主要内容如下水工隧洞的级别与洪水标准围岩及土质分类的依据高地应力区水工隧洞进行地应力测验的要求水工隧洞遇有较大地质构造 不良地质洞段等不同地质问题时的布置原则对最小厚度覆盖抵抗水力劈裂和保持围岩渗透稳定的要求 引入地应力准则和挪威准则去掉了有关进水口设计的部分内容混凝土和钢筋混凝土衬砌结构不作为有严格防渗要求的抗裂结构按围岩自稳定能力确定支护形式的设计原则衬砌结构与围岩联合承受内水压力的设计原则按照对衬砌结构的抗渗要求确定衬砌结构进行抗裂 限裂 不限裂设计的结构设计原则 以及确定防渗要求的原则考虑结构的抗渗要求围岩承担内水压力的能力围岩分类及最小覆盖厚度等因素确定衬砌型式的原则标准分享网 w w w.b z f x w.c o m规范规程及技术指南水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册有关选择衬砌结构静力计算方法的某些内容并推荐了有限元计算的力学模型锚喷结构设计的部分参数部分附录对相比增加的内容如下本规范适用于土洞设计环境保护和水土保持的要求洞内和出口消能的条款隧洞充放水的规定施工和安全监测中反馈设计的要求土洞预应力混凝土灌浆设计的要求具体增加如下章节不良地质洞段设计土洞设计预应力混凝土衬砌埋藏式高压钢筋混凝土岔管设计封堵体设计附录灌浆式预应力衬砌的结构计算本规范的强制性条款有第款共条款 用黑体字表示本规范解释单位水利部水利水电规划设计总院本规范主编单位水利部东北勘测设计研究院本规范主要起草人林玉枢刘世煌金正浩孙荣博仝壮信宋守平顾一新郑太然赵玉玺规范规程及技术指南水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册目次总则基本资料隧洞布置洞线选择进 出口布置多用途隧洞的布置隧洞压力状态及洞型尺寸压力状态选择横断面形状横断面尺寸隧洞水力计算计算原则高流速的防空蚀设计隧洞支护与衬砌一般规定荷载和荷载组合混凝土和钢筋混凝土衬砌预应力混凝土衬砌不衬砌与锚喷衬砌隧洞埋藏式高压钢筋混凝土岔管设计衬砌的分缝封堵体设计不良地质洞段设计土洞设计土洞支护与衬砌标准分享网 w w w.b z f x w.c o m规范规程及技术指南水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册土洞衬砌分缝与防渗止水隧洞灌浆 防渗和排水灌浆防渗和排水隧洞安全监测隧洞运行和维修附录高流速防空蚀设计附录圆形有压隧洞衬砌结构计算 弹性力学方法附录灌浆式预应力衬砌的结构计算附录混凝土衬砌裂缝及其防止措施本规范用词和用语说明规范规程及技术指南水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册总则为统一水工隧洞设计标准 保证设计质量 做到因地制宜安全适用 技术先进 经济合理 特制定本规范水工隧洞是以输水为目的 在岩 土体中通过开挖形成的隧洞 不包括埋管和回填管本规范适用于水利水电工程级水工隧洞设计但不适用于岩土体中有钢板衬砌的水工隧洞设计水工隧洞的级别按现行防洪标准 和水利水电枢纽工程等级划分及洪水标准 的规定执行 对于下列情况 经论证可予提高或降低地质条件特别复杂 水头和流速特别高以及失事后将会造成严重损失的隧洞 可提高一级 最高不高于级隧洞低水头低流速失事后不致造成严重损失的隧洞可降低一级水工隧洞设计应满足工程总体规划和环境及水土保持要求凡本规范未包括的问题 或由于新技术的发展某些条文不尽适宜时设计单位应通过充分论证提出专题报告报设计审批单位批准执行水工隧洞的设计除符合本规范外 尚应符合国家现行有关标准的规定标准分享网 w w w.b z f x w.c o m规范规程及技术指南水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册基本资料水工隧洞设计应根据隧洞用途和不同设计阶段的要求 搜集下列基本资料流域规划 工程任务 枢纽布置 水库 河道 特征水位隧洞引用流量隧洞泄洪或导流标准水库调度运行方式河道取用水原则等区域地质资料 地震基本烈度 隧洞进 出口及沿线的地形 工程地质和水文地质资料有关的水文 气象资料及水文设计成果 建筑材料及施工组织设计成果 机电设备以及调压 减泄压 设施 压力钢管 闸门 阀 设置等隧洞区的环保要求水工隧洞的进 出口及隧洞沿线的地质勘察工作 应根据地形地质条件的复杂程度枢纽及水工隧洞级别不同的设计阶段 按照有关规范执行对级水工隧洞和洞线区有不良地质问题的水工隧洞 应根据各设计阶段的不同要求 在现场选择有代表性的地段进行有关的试验 测试工作设计人员应根据设计需要及有关标准会同地质人员共同提出试验 测试要求水工隧洞开工前 设计人员应掌握隧洞地区下列基本地质情况进 出口及沿线的岩层分界 产状 岩性和主要地质构造围岩的分类及主要物理 力学参数进 出口及沿线的水文地质情况进 出口成洞条件及洞脸边坡的稳定性对不良工程地质问题的预测开挖后 设计人员应及时掌握隧洞各部位的实际地质情规范规程及技术指南水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册况及时校核补充或修改设计对可能危及施工和运行安全的不良地质问题应进行专门研究水工隧洞的围岩分类 岩洞应按水利水电工程地质勘察规范 的规定执行 土洞应按土工试验规程 的规定执行对高地应力区级水工隧洞的重要洞段设计人员应在初设阶段掌握地应力测验成果并做出评价施工阶段应根据地应力的现场复核成果对设计进行校核补充或修改标准分享网 w w w.b z f x w.c o m规范规程及技术指南水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册隧洞布置洞线选择水工隧洞的线路应根据隧洞的用途 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 洞线应选在线路短 沿线地质构造简单岩体完整稳定上覆岩层厚度适中水文地质条件有利及施工方便的地区洞线布置宜避免相邻建筑物的不利影响当水工隧洞与其他建筑物交叉 穿越或跨越时 应符合本规范的规定洞线布置应根据隧洞区岩层及主要地质构造的分布特性满足下列要求洞线与岩层 构造断裂面及主要软弱带走向宜有较大的交角对整体块状结构岩体及厚层并胶结紧密 岩石坚硬完整的岩体 交角不宜小于对薄层岩体 特别是层间结合疏松的陡倾角薄岩层 交角不宜小于隧洞所通过地段有较大地质构造 断层及其影响带 裂隙卸荷带软弱构造不整合带时洞线布置应根据不利构造及其组合对隧洞围岩稳定的影响程度 并考虑施工 运行 工期 投资等各种因素 通过可行方案的技术经济比较后决定选择洞线时应对不同洞段可能出现的局部不稳定岩体进行分析 预测 采取适宜的工程措施 保证所选洞线顺利实施隧洞沿线遇有断裂构造不利构造面软弱带蚀变带膨胀岩等时 应充分考虑地下水活动的影响 注意围岩的稳定条件洞线宜避开可能造成地表水强补给的冲沟在高地应力区 水工隧洞的轴线方向宜与最大水平地应力方向有较小交角规范规程及技术指南水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册水工隧洞垂直和侧向最小覆盖厚度 应根据地质条件 隧洞断面形状及尺寸施工成洞条件内水压力支护衬砌型式围岩渗透特性等因素按下列要求综合分析决定隧洞有压无压进出口和无压隧洞洞身在采取了合理的施工方法和工程措施可保证施工期及运行期安全时 对垂直及侧向最小覆盖厚度不作具体规定有压隧洞洞身的垂直和侧向覆盖厚度 不包括覆盖层当围岩较完整无不利结构面采用混凝土或钢筋混凝土衬砌时可按不小于倍内水压力水头控制 无衬砌或采用锚喷衬砌时 可按不小于倍内水压力水头控制有山谷边坡影响时可采用有限元分析或按式判断式中水的重度?岩体重度?最小覆盖厚度最大内水压力水头经验系数坡面倾角时取有压隧洞洞身的垂直及侧向最小覆盖厚度应保证围岩不产生渗透失稳和水力劈裂对高水头有压隧洞洞身 在初步设计和技施设计阶段宜通过工程类比和有限元分析 复核垂直及侧向最小覆盖厚度 满足不发生渗透失稳和水力劈裂的要求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受的内水压力 围岩的应力和变形 隧洞横断面尺寸和形状施工方法和运行情况如一洞有水邻洞无水等因素综合分析决定岩体厚度不宜小于倍开挖洞径 或洞宽岩体较好时经分析岩体厚度可适当减小但不应小于倍开挖洞径或洞宽应保证运行期围岩不发生渗透失稳和水力劈裂经论证必须穿过坝基 坝肩或其他建筑物基础的水工隧标准分享网 w w w.b z f x w.c o m规范规程及技术指南水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册洞与建筑物基础之间的围岩应有足够的厚度满足建筑物基础和隧洞对应力应变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洞线遇有沟谷时应根据地形地质水文及施工条件进行绕沟或跨沟方案的技术经济比较当采用跨沟方案时应合理选择跨沟位置对跨沟建筑物基础隧洞的连接部位及洞脸边坡应加强工程措施沿河傍山地段的土洞洞线应向山里侧内移避免产生偏压防止水流冲刷山体影响洞身稳定洞线在平面上宜布置为直线如需要设置弯段时 应符合下列要求对于流速小于?的无压隧洞 弯曲半径不宜小于倍洞径 或洞宽转角不宜大于对于流速小于?的有压隧洞可适当降低要求但弯曲半径不应小于倍洞径 或洞宽转角不宜大于高流速无压隧洞不应设置曲线段高流速有压隧洞设置曲线段时 其弯曲半径和转角宜通过试验确定应在弯段的首尾设置直线段 其长度不宜小于倍洞径或洞宽洞身段设置竖向曲线时对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低流速无压隧洞的竖向曲线半径不宜小于倍的洞径或洞宽低流速有压隧洞可适当降低要求水工隧洞设置平面或竖向曲线时 其弯曲半径尚应考虑施工方法和大型施工设备的要求洞身段的纵坡应根据运用要求上下游衔接沿线建筑物的底部高程以及施工和检修条件等综合分析决定水工隧洞纵坡应满足不淤流速的要求 沿程纵坡不宜变化过多 不宜设置平坡和反坡长输水隧洞 灌溉隧洞和供水隧洞 的纵坡应考虑沿程分水 取水 设施的布置要求规范规程及技术指南水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册布置在多泥沙河流上的排沙隧洞 其平面和竖向的转弯曲线 转弯角度 纵坡坡度均应通过水工模型试验确定长隧洞需设置施工支洞时 支洞的数目及长度应根据隧洞沿线地形地质条件施工方法对外交通情况并有利于均衡各段隧洞的工程量及工期的要求分析决定地质条件较差时 应研究施工支洞对主洞的影响布置水工隧洞时应考虑临时占地永久占地植被破坏和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小进出 口 布 置进 出口布置 应根据枢纽总体布置要求 地形地质条件使水流顺畅进流均匀出流平稳满足使用功能和运行安全的要求并应考虑闸门拦污清淤设备的设置及对外交通进出口宜选在地质构造简单岩体完整风化覆盖层较浅的地区避开不良地质构造和容易发生崩塌冲沟危崖滑坡的地区进 出口布置应充分考虑水工隧洞的布置在地形地质条件较复杂地区 应通过技术经济论证 选择最佳布置方案进 出口洞脸和两侧边坡宜避免高边坡开挖无法避免时应分析开挖后的稳定性 采取相应的加固措施进出口应有必要的清坡范围并采取适当的工程措施防止覆盖层坡积物松动岩块等在风力地面径流水位变化等自然因素作用下滚落影响其正常运行土洞洞口应选在山坡稳定 土质条件较好处 不宜布置在卸荷带上土洞洞口的设计边坡 应视土质和开挖高度通过边坡稳定分析确定土洞洞口与渡槽 岩洞等建筑物连接处应设永久缝在寒冷地区应结合防冻要求加深洞口基础埋深基底标高应符合标准分享网 w w w.b z f x w.c o m规范规程及技术指南水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册水工建筑物抗冻设计规范的规定有压泄水隧洞的出口洞段体形设计应符合下列要求若隧洞沿程体形无急剧变化 出口段断面面积宜收缩为洞身断面的若沿程体形变化较大 洞内水流条件差 宜收缩为洞身断面的收缩方式宜采用洞顶压坡的形式 对重要的隧洞工程宜进行水工模型试验验证出口洞段的底坡宜平缓 侧向扩散宜平顺 应与下游水流良好衔接采用突扩或底部跌落的出口时 应经过水工模型试验验证当出口邻近主河道 主流 时宜采用适当的出流导向措施防止与主流对冲泄水隧洞的出口 应根据地形地质和水力学条件 运行方式下游水深和变幅下游河床的抗冲能力水流衔接消能防冲要求以及对相邻建筑物的影响通过技术经济比较选择适宜的消能防冲措施消能防冲措施应遵守下列规定消能防冲建筑物的洪水标准按执行消能防冲建筑物的布置 结构型式 水力学计算及消能防冲要求应符合溢洪道设计规范 的规定防空蚀设计应符合本规范的规定泄洪洞出口宜采用挑流或底流消能 当条件允许时也可采用其他消能方式采用挑流消能时 应注意减少泄水产生的雾化泥化 溅水对其他建筑物的影响布置泄水隧洞时应根据可能出现的泄洪运行工况充分研究泄水隧洞出口的位置水流流态冲淤范围和对相邻建筑物的影响并宜通过技术经济比较和水工模型试验验证确定合理方案对有压隧洞排水补气 充水排气和无压隧洞水面线以上的通气以及其他需要通气的洞段 应估算通气面积 并留有余地通气面积计算方法应按水利水电工程钢闸门设计规范 规定执行进水口布置和设计除应符合本规范外 尚应符合行业标规范规程及技术指南水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册准水电站进水口设计规范 的规定多用途隧洞的布置选择隧洞布置方案时 应根据隧洞的用途 使用和施工条件在保证隧洞可靠运行的前提下研究临时与永久相结合以及一洞多用的合理性临时与永久相结合的隧洞应对洞线纵坡支护及衬砌型式 进出口高程及位置 运行及检修条件等进行综合比较论证泄洪与发电共用一条主洞布置时 必须保证各自的运行要求和较好的水力条件安全宣泄规定的泄洪流量保证发电隧洞的压力状态及发电时的最小水头并采取适当的措施防止机组振动和分岔附近空蚀破坏泄洪洞宜布置在主洞上发电洞宜布置在支洞上主 支洞的分岔角宜在范围内选取 在满足布置和结构要求的条件下 应采用较小的分岔角度泄洪发电共用一条主洞时分岔型式宜根据水头流量以及分流比确定必要时应进行水工模型试验验证分岔后发电洞的长度不宜小于倍洞径或洞宽若泄洪时不发电或发电引水系统有稳压设施则长度可适当减小泄洪洞出口断面面积如主洞泄洪 不宜大于的泄洪洞洞身断面面积 如支洞泄洪 不宜大于的支洞洞身断面面积当发电洞设置调压减压设施时其分岔位置型式分流比等都应经过整体水工模型试验验证永久泄洪洞与导流洞结合时 除采用常规的外部消能外可结合工程条件进行内部消能 如孔板消能 漩涡消能 或内外结合消能的方案比选采用内部消能或内外结合消能时必须经过试验验证标准分享网 w w w.b z f x w.c o m规范规程及技术指南水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册隧洞压力状态及洞型尺寸压 力 状 态 选 择发电引水隧洞宜采用有压隧洞当上游水位变化不大 引用流量比较稳定时 可采用无压隧洞发电尾水隧洞宜采用无压隧洞在下游水位变化大 或者机组安装高程较低时可采用有压隧洞采用有压尾水隧洞时应研究是否需要设置尾水调压室与调压室连接的有压尾水隧洞 应满足调压室涌浪和稳定运行的要求有压隧洞严禁出现明满流交替运行的运行方式 在最不利运行条件下 洞顶以上应有不小于的压力水头高流速的泄水隧洞 严禁采用明满流交替运行方式低流速泄水隧洞正常情况下按明流方式运行者可在校核洪水位时出现明满流交替的运行方式无压隧洞出口段允许在汛期有短时间的明满流交替运行方式导流隧洞经论证在设计过流条件下水流流态不致造成洞身破坏时 可采用明满流交替的运行方式土洞宜采用无压隧洞采用有压隧洞时 应根据土体抗力内水压力土体的渗流变形等情况选定适宜的衬砌型式横 断 面 形 状隧洞的横断面形状应根据隧洞的用途 水力学 工程地质与水文地质 衬砌工作条件以及地应力情况 施工方法等因素 通过技术经济分析确定有压隧洞宜采用圆形断面在围岩稳定性较好 内 外水压力不大时 可采用便于施工的其他断面形状规范规程及技术指南水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册无压隧洞地质条件较好时宜采用圆拱直墙式断面 圆拱中心角为当需要加大拱端推力时 也可选用小于的中心角断面的高宽比应根据水力学条件 地质条件选用 宜为洞内水位变化较大时宜采用大的比值无压隧洞地质条件较差时 可选用圆形或马蹄形断面高地应力区采用非圆形断面时 断面的高宽比应与地应力条件相适应若水平地应力大于垂直地应力时宜采用高度较小而宽度较大的断面若垂直地应力大于水平地应力时宜采用高度较大而宽度较小的断面对发电与泄洪 导流与发电或导流与泄洪等共用的多用途隧洞断面形状应经技术经济比较后确定必要时宜通过水工模型试验验证较长隧洞可采用多种断面形状和衬砌型式 但不宜过多过密不同断面或衬砌型式之间应设置过渡段 过渡段的边界应采用平缓曲线 并便于施工有压隧洞过渡段的圆锥角宜采用对承受双向水流的过渡段应取小值过渡段的长度不应小于倍洞径 或洞宽高流速无压隧洞过渡段的体形应通过试验选定横 断 面 尺 寸水电站抽水蓄能电站或泵站输水隧洞引水及尾水洞的横断面尺寸应进行经济断面论证灌溉隧洞的横断面尺寸 应根据隧洞的进 出口高程和加大流量确定泄洪隧洞的横断面尺寸 应在各种可能运行条件下均能满足规定的过流能力要求并应通过技术经济比较确定导流隧洞的横断面尺寸 应根据导流流量的要求 结合进口高程围堰的高度出口水流衔接以及过木通航过冰施工要求等通过技术经济比较确定多用途隧洞的横断面尺寸 除应满足各自的运行要求外标准分享网 w w w.b z f x w.c o m规范规程及技术指南水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册共用部分应通过技术经济比较确定横断面的最小尺寸除应满足运行要求外 还应符合施工要求圆形断面的内径不宜小于非圆形断面的高度不宜小于宽度不宜小于采用掘进机架钻台车钢模台车等较大型设备施工时断面尺寸应通过技术经济分析确定在低流速无压隧洞中 若通气条件良好 在恒定流情况下洞内水面线以上的空间不宜小于隧洞断面面积的且高度不应小于在非恒定流条件下 若计算中已考虑了涌波时 上述数值允许适当减小对较长的隧洞和不衬砌或锚喷衬砌的隧洞上述数值可适当增加有过木或通航要求的隧洞弯曲半径和转角过水断面尺寸和水面线以上的空间应符合有关标准的规定高流速无压隧洞的横断面尺寸宜通过试验确定 并宜考虑掺气的影响在掺气水面线以上的空间 宜为断面面积的当采用圆拱直墙形断面时 水面线不宜超过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规范规程及技术指南水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册隧 洞 水 力 计 算计算原则水工隧洞水力计算应根据隧洞用途和不同设计阶段在下列项目中选择过流能力上 下游水流衔接水头损失压坡线水面线掺气 充放水方式及其他水力现象水工隧洞的沿程水头损失和局部水头损失应分别进行计算 并应符合下列规定沿程水头损失计算中的粗糙系数值 应根据衬砌型式和施工方法及运行后可能的变化 参照已有工程综合分析选用局部水头损失计算中采用的局部阻力系数 可参照水力学资料分析决定 必要时可通过试验确定无压隧洞洞身的过流能力 对长洞按均匀流计算 对短洞可按非均匀流计算水工隧洞的过流能力计算应符合下列规定有压隧洞按管流计算无压隧洞 对开敞式进口按堰流情况计算 对深式进口按管流计算计算无压隧洞的水面线 首先应判别水面线的类型 在选定控制断面后 可按分段求和法或其他方法计算对高流速大流量水流条件复杂的水工隧洞应进行整体或局部水工模型试验验证水力计算和建筑物布置的合理性标准分享网 w w w.b z f x w.c o m规范规程及技术指南水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册高流速的防空蚀设计高流速的水工隧洞 应根据试验选定各部位的体形 并使选定体形最低压力点或可疑点的 初生空化数 小于该处的水流空化数否则必须采取相应的措施空蚀可能性的判别方法参见附录高流速的水工隧洞应特别重视下列容易发生空蚀的部位有压隧洞的进口闸门槽过渡段分岔段弯曲段出口及水流边壁突变的部位无压洞的陡坡泄流曲线段反弧段扩散或收缩段闸墩门槽及其出口段等部位出口消能部位对易于发生空蚀的部位 可采用下列防空蚀措施选择合适的体形控制水流边壁表面的局部不平整度 其标准可按附录采用向水流中掺气掺气设施的型式 尺寸和位置 可通过局部模型试验或参照已建工程的原型观测资料决定采用抗蚀材料选用合理的运行方式对多泥沙河流泄水建筑物的过水部位 应选用抗磨损能力较强的材料规范规程及技术指南水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册隧洞支护与衬砌一般规定隧洞支护应保持围岩稳定或提供必要的稳定时间隧洞衬砌应符合下列规定保持围岩稳定满足运行所要求的水力学条件满足防渗要求防止水流冲刷以及温度 湿度 大气等因素对围岩的破坏作用满足环境保护要求隧洞支护和衬砌设计应充分发挥围岩的自承和承载能力支护结构宜按围岩自承能力确定 衬砌结构宜按围岩与衬砌联合承受作用设计支护型式应根据工程地质 水文地质 断面大小 施工方法等 通过分析计算或工程类比决定隧洞衬砌型式应综合考虑断面形状和尺寸 运行条件及内水压力 围岩条件 覆盖厚度 围岩分类 承担内水压力能力 地下水分布及连通情况 地质构造及影响程度防渗要求 支护效果 施工方法等因素 经过技术经济比较确定隧洞的衬砌型式包括锚喷衬砌 混凝土衬砌 钢筋混凝土衬砌和预应力混凝土衬砌 机械式或灌浆式根据防渗要求 隧洞衬砌结构设计原则可分为抗裂设计限制裂缝开展宽度设计和不限制裂缝开展宽度设计按不同防渗要求 衬砌结构的设计原则见表隧洞衬砌结构的防渗应符合下列规定围岩抗渗能力差 内水外渗造成的危害 围岩 边坡 相邻建筑物的渗透失稳或环境破坏处理费用大或很难处理时应标准分享网 w w w.b z f x w.c o m规范规程及技术指南水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册表按防渗要求衬砌结构的设计原则衬砌的防渗要求计算 控 制 条 件衬砌的设计原则严格衬砌结构中拉应力不应超过混凝土允许拉应力抗裂设计一般衬砌结构裂缝宽度不应超过允许值限制裂缝宽度设计无不计算裂缝宽度和间距 钢筋应力不应超过钢筋允许拉应力不限制裂缝宽度设计提出严格的防渗要求围岩具有抗渗能力 内水外渗可能造成不良地质段的局部失稳 经处理不会造成危害者 宜提出一般防渗要求围岩具有较好的抗渗性 内水外渗不存在渗透失稳和环境破坏问题 可不提出防渗要求围岩承担内水压力能力的判别应符合下列规定围岩中初始地应力的最小主应力大于隧洞设计的最大内水压力缺乏实测资料时 可按的规定以及工程类比 进行综合分析判别根据隧洞衬砌结构的不同设计原则 考虑隧洞的压力状态围岩最小覆盖厚度围岩分类围岩承担内水压力的能力等四项因素进行岩洞衬砌型式选择时 可按表并通过工程表岩洞衬砌型式选择压力状态设计原则最小覆盖厚度要求承担内水压能力围岩分类备注无压抗裂钢筋混凝土并加防渗措施研究是否采用预应力混凝土限裂锚喷 钢筋混凝土钢筋混凝土非限裂不 衬 砌 混 凝土 锚喷锚喷 钢筋混凝土规范规程及技术指南水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册续表压力状态设计原则最小覆盖厚度要求承担内水压能力围岩分类备注有压抗裂满足具备预应力混凝土 钢筋混凝土并加防渗措施预应力混凝土 钢板不具备预应力混凝土 钢板局部不满足预应力混凝土 钢板钢筋混凝土并加防渗措施宜在低压洞使用限裂满足具备锚喷 钢筋混凝土钢筋混凝土不具备钢筋混凝土局部不满足钢筋混凝土 预应力混凝土锚喷宜在低压洞使用非限裂满足具备不衬砌 混凝土锚喷 钢筋混凝土锚喷 钢筋混凝土不具备钢筋混凝土局部不满足钢筋混凝土不衬砌隧洞宜在类围岩使用类比研究确定土洞衬砌型式的选择见本规范混凝土及钢筋混凝土衬砌应控制裂缝及裂缝开展宽度对超过最大裂缝允许值而引起严重渗漏的裂缝应加以处理裂缝及其防止措施可参见附录荷载和荷载组合作用在衬砌上的荷载 按其作用状况分为基本荷载和特殊荷载两类 两类荷载定义及其内容应符合下列规定基本荷载 长期或经常作用在衬砌上的荷载基本荷载包括衬砌自重围岩压力预应力设计条件下的内水压力包括动水压力以及稳定渗流情况下的地下水压力等特殊荷载 出现机遇较少的不经常作用在衬砌上的荷载特殊荷载包括地震作用校核水位时的内水压力包括动水压力 和相应的地下水压力 施工荷载 灌浆压力以及温度作用等计算荷载应根据基本荷载和特殊荷载同时存在的可能性标准分享网 w w w.b z f x w.c o m规范规程及技术指南水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册分别组合为基本荷载组合和特殊荷载组合两类在衬砌结构计算中应采用各自的最不利组合情况隧洞的内水压力应根据隧洞进 出口特征水位 结合隧洞各种运行工况按可能出现的最大内水压力包括动水压力确定对基本组合的内水压力值 特征水位取设计洪水位及其组合对特殊组合的内水压力值 特征水位取校核洪水位及其组合围岩作用在衬砌上的荷载 应根据围岩条件 横断面形状和尺寸 施工方法以及支护效果确定围岩压力的计取应符合下列规定自稳条件好开挖后变形很快稳定的围岩可不计围岩压力薄层状及碎裂散体结构的围岩 作用在衬砌上的围岩压力可按式式计算垂直方向水平方向式中垂直均布围岩压力?水平均布围岩压力?岩体重度?隧洞开挖宽度隧洞开挖高度不能形成稳定拱的浅埋隧洞 宜按洞室顶拱的上覆岩体重力作用计算围岩压力 再根据施工所采取的支护措施予以修正块状 中厚层至厚层状结构的围岩 可根据围岩中不稳定块体的作用力来确定围岩压力采取了支护或加固措施的围岩 根据其稳定状况 可不计或少计围岩压力采用掘进机开挖的围岩 可适当少计围岩压力具有流变或膨胀等特殊性质的围岩 可能对衬砌结构产生变形压力时应对这种作用进行专门研究并宜采取措施减小其对衬砌的不利作用地应力在衬砌上产生的作用应进行专门研究规范规程及技术指南水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册作用在混凝土 钢筋混凝土和预应力混凝土衬砌结构上的外水压力 可按式估算式中作用在衬砌结构外表面的地下水压力?外水压力折减系数 可按表确定水的重度?一般采用?地下水位线至隧洞中心的作用水头内水外渗时取内水压力表外水压力折减系数值级别地下水活动状态地下水对围岩稳定的影响值洞壁干燥或潮湿无影响沿结构面有渗水或滴水风化结构面充填物质 地下水降低结构面的抗剪强度 对软弱岩体有软化作用沿裂隙或软弱结构面有大量滴水 线状流水或喷水泥化软弱结构面充填物质 地下水降低结构面的抗剪强度 对中硬岩体有软化作用严重滴水 沿软弱结构面有小量涌水地下水冲刷结构面中充填物质 加速岩体风化 对断层等软弱带软化泥化并使其膨胀崩解 以及产生机械管涌有渗透压力 能鼓开较薄的软弱层严重股状流水 断层等软弱带有大量涌水地下水冲刷携带结构面充填物质 分离岩体 有渗透压力 能鼓开一定厚度的断层等软弱带 能导致围岩塌方注 当有内水组合时应取较小值 无内水组合时应取较大值对设有排水设施的水工隧洞 可根据排水效果和排水设施的可靠性对作用在衬砌结构上的外水压力作适当折减其折减值可通过工程类比或渗流计算分析确定对工程地质水文地质条件复杂及外水压力较大的隧洞应进行专门研究标准分享网 w w w.b z f x w.c o m规范规程及技术指南水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册温度变化 混凝土干缩和膨胀所产生的应力及非预应力灌浆等对衬砌的不利影响 应通过施工措施及构造措施解决对于高地温地区产生的温度应力应进行专门研究设计烈度为度的水工隧洞 设计烈度为度的一级水工隧洞均应验算建筑物进出口及洞身和围岩的抗震强度和稳定性设计烈度大于度包括度的水工隧洞当进出口部位岩体破碎和节理裂隙发育时应验算进出口部位岩体的抗震稳定性抗震强度和稳定性验算应按水工建筑物抗震设计规范 规定执行混凝土和钢筋混凝土衬砌混凝土和钢筋混凝土衬砌厚度 不包括围岩超挖部分应根据强度 抗渗和构造要求等 结合施工方法分析确定单层钢筋混凝土衬砌厚度不宜小于双层钢筋混凝土衬砌厚度不宜小于混凝土和钢筋混凝土衬砌 应根据需要提出混凝土的强度 抗渗 抗冻 抗磨和抗侵蚀等要求 其强度标号不应低于采用龄期经论证可采用后期强度对平整围岩表面设置的混凝土衬砌可不提抗渗要求混凝土和钢筋混凝土衬砌的强度计算仍按水工钢筋混凝土结构设计规范 试行的规定执行受内水压力控制的圆形有压隧洞混凝土衬砌 混凝土的抗拉安全系数按表确定表混凝土的抗拉安全系数隧洞级别荷载组合基 本特 殊基 本特 殊混凝土达到设计抗拉强度时的安全系数隧洞衬砌结构计算可根据衬砌结构特点 荷载作用形式规范规程及技术指南水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册围岩条件和施工方法及各设计阶段的要求等 选取合适的计算方法和计算模型 并应符合下列规定将围岩作为承载结构的隧洞可采用有限元法进行围岩和衬砌的分析计算计算时应根据围岩特性选取适宜的力学模型 并应模拟围岩中的主要构造硬质岩或高地应力区隧洞可采用弹性力学模型较软岩宜采用弹塑性力学模型软岩及有流变性的围岩宜采用粘弹塑性力学模型重要工程 大型隧洞和洞室交叉部位宜模拟隧洞的形成过程和承受作用过程对围岩变形稳定后施工的衬砌在进行围岩二次应力场分析时不应考虑衬砌结构的作用高压隧洞或有高地下水作用的隧洞 可通过渗流场分析进行应力耦合计算以内水压力为主要荷载 围岩为类的圆形有压隧洞可采用弹性力学解析方法计算参见附录对于类围岩中的洞段可采用结构力学方法计算无压洞可采用结构力学方法计算衬砌按结构力学方法计算时 围岩抗力的大小和分布 可根据实测变形数据 工程类比或理论公式分析确定装配式混凝土衬砌的结构计算 应考虑预制块间的拼装缝型式和连接型式在软弱 稳定性差的围岩中不宜采用无螺栓的连接型式当隧洞衬砌承受明显的不对称荷载时 宜根据产生偏压的地质 地形等条件进行专门研究预应力混凝土衬砌水工隧洞预应力混凝土衬砌型式 宜根据具体地质条件和运行要求选择机械式预应力混凝土衬砌可用于各种围岩条件 高压灌浆式预应力混凝土衬砌适用于岩性较坚硬或经过处理能承受标准分享网 w w w.b z f x w.c o m规范规程及技术指南水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册预应力灌浆压力的围岩预应力衬砌应采用圆形断面 衬砌结构应符合下列要求在内水压力 预应力与其他荷载组合作用下 衬砌中的拉应力小于混凝土的允许拉应力无内水压力作用时 在预应力与其他荷载组合作用下 衬砌中的压应力小于混凝土的允许压应力预应力衬砌的混凝土强度标号 机械式衬砌应不低于灌浆式衬砌应不低于预应力衬砌结构的强度安全系数和抗裂安全系数 机械式衬砌应按中附录一的规定取值对灌浆式衬砌应按中第二节及本规范的规定取值机械式后张预应力衬砌 锚索宜布置在衬砌中心线外缘应采取措施减小锚索与孔道间的摩阻系数机械式后张预应力衬砌的钢索应力损失计算可按?水工混凝土结构设计规范 进行预应力灌浆的压力及预应力损失应通过现场试验确定灌浆式预应力衬砌结构计算可参照附录进行预应力衬砌隧洞宜采用光面爆破当开挖断面有较大超挖时 宜先进行回填修复对于灌浆式预应力衬砌 当围岩裂隙较多时 应在预应力灌浆前先对围岩进行固结灌浆对于机械式预应力衬砌 当地质条件较差时 应采取加强支护措施减少预应力衬砌上的围岩压力不衬砌与锚喷衬砌隧洞不衬砌长隧洞的开挖 宜采用掘进机若用钻爆法施工必须采用光面爆破 或预裂爆破 的方法 且宜逆水流方向开挖爆破质量应符合锚杆喷射混凝土支护技术规范 的规定不衬砌和锚喷衬砌隧洞的底部应用现浇混凝土找平 厚度规范规程及技术指南水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册不宜小于不衬砌和锚喷衬砌隧洞水电站的输水隧洞应设置集渣坑其位置深度和数目根据洞段的长度地质条件和水力学条件以及清理方式研究决定不衬砌隧洞应根据地质条件分析围岩的稳定性对重要洞段宜采用有限元方法 并辅以工程类比法分析判断锚喷衬砌隧洞可根据围岩条件隧洞运行要求锚喷衬砌的作用和要求 选择下列类型的衬砌喷射混凝土 普通混凝土或钢纤维混凝土 衬砌喷射混凝土与锚杆组合式衬砌喷射混凝土 锚杆 钢筋网组合式衬砌锚喷与混凝土或钢筋混凝土组合式衬砌锚喷衬砌隧洞的允许流速不宜大于?锚喷衬砌的临时过水隧洞允许流速不宜超过?经论证超过上述规定流速的锚喷衬砌隧洞 应采取有效的防空蚀抗冲磨措施喷混凝土厚度无钢筋网时宜为有钢筋网时宜为喷混凝土的指标应符合下列要求混凝土标号不小于喷混凝土与围岩的粘结力类围岩不低于类围岩不低于符合和水利水电工程锚喷支护施工技术规范 的规定承受内 外水压力作用的圆形隧洞 混凝土喷层中的应力可按的规定计算 处于复杂地质条件下的非圆形隧洞 可用有限元法估算局部不稳定岩块可采用悬吊式砂浆锚杆加固锚杆应按最优方向布置锚入稳定围岩的长度宜为倍锚杆直径锚杆直径可按规定计算 但不宜小于整体稳定性较差的围岩宜采用系统锚杆锚杆直径不宜标准分享网 w w w.b z f x w.c o m规范规程及技术指南水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册小于锚杆长度应根据地质条件和隧洞开挖断面尺寸分析确定并应符合下列要求锚杆宜垂直主结构面布置 若主结构面不明显时 可与洞周边轮廓线垂直布置在岩面上锚杆宜呈菱形布置锚杆间距不宜大于其长度的?类围岩中的锚杆间距宜为并不得大于钢筋网的布置应符合下列要求纵向钢筋直径宜为环向钢筋直径宜为网格间距宜为喷射混凝土保护层厚度不宜小于宜与锚杆焊接固定交叉点应连接牢固连接宜采用隔点相焊或隔点相绑的方法采用锚喷支护时 隧洞开挖方法及质量要求应符合本规范的规定喷射混凝土后 洞壁相邻表面的起伏差应控制在以内采用锚喷与混凝土或锚喷与钢筋混凝土组合式衬砌时其设计应符合下列要求锚喷衬砌 可按的规定通过计算并结合工程类比确定设计参数锚喷衬砌如与临时支护结合时 宜紧接开挖面进行 并应进行施工期监测必要时还应根据监测成果修改设计参数混凝土或钢筋混凝土衬砌宜适时施工采用钢纤维喷射混凝土应符合的规定应做好喷射混凝土与混凝土或钢筋混凝土衬砌的接缝处理不衬砌隧洞及锚喷衬砌隧洞的进出口闸室前后均应采用混凝土或钢筋混凝土衬砌其长度应根据工程地质条件决定规范规程及技术指南水利设计规范标准文档规范规程及技术指南GB行业标准规范文档手册但不宜小于倍洞径或洞宽锚喷衬砌隧洞的设计和施工除满足本规范的规定外 尚应符合和的规定埋藏式高压钢筋混凝土岔管设计埋藏式高压钢筋混凝土岔管设计应包括下列内容岔管的布置岔管尺寸和体型选择以及岔管的结构设计围岩的应力分析 渗透稳定分析 必要时还需研究降低外水压力的排水措施回填灌浆和固结灌浆设计以及围岩的其他加固措施设计施工期围岩的监测设计和运行期岔管及围岩的安全监测设计高压钢筋混凝土岔管宜布置在类围岩地段类围岩地段需经论证后方可布置钢筋混凝土岔管类围岩地段不得布置钢筋混凝土岔管钢筋混凝土岔管及其前后一定范围的洞段 必须满足最小覆盖厚度水力劈裂渗透稳定的要求施工中应进行地应力测验以及必要的围岩现场物理力学测验高压钢筋混凝土岔管的分岔型式 体型 尺寸应根据运