水利水电工程泄洪兼放空隧洞设计思路(水利水电工程考研科目)

 1.水利水电工程泄洪兼放空隧洞建设的概况

目前，国家各地区都认识到修建水利水电工程泄洪兼放空隧洞给人们带来的巨大效益。因此，国家各地区根据自身地形、地貌、地质等不同的特点，修建了适合自己的水利水电工程泄洪兼放空隧洞。云南石门水库龙抬头型隧洞的修建印证了这点。云南省石门水库在前期工作阶段，往往采用临时建筑物作为导流的隧洞，在导流结束之后，往往就会被封堵并废弃。这时泄洪工作全由溢洪道来承担。但在后期工作中，由于对水库来沙量进行了演算和分析，从中了解到水库的来沙量较大。因此，必须结合泄洪建筑物来解决水库来沙量大必须进行排沙的问题。由于石门水库区地形比较狭窄，左岸和右岸都不便于设置具有泄洪和排沙功能的建筑设施。石门水库的左岸已经设有导流隧洞、输水隧洞和溢洪道等建筑设施。因此，在综合考虑水利枢纽区的建筑物的布置后，选择将导流隧洞改为龙抬头型的泄洪兼放空隧洞，这是一项切实可行且经济的有效措施。所谓龙抬头型泄洪兼放空隧洞就是在导流隧道完成导流任务后对其前半部分进行封堵，并做好泄洪工程龙抬头段与导流隧道结合段的连接工作，使其成为永久的泄洪隧洞。泄洪隧洞和溢洪道共同承担着泄洪任务，龙抬头型的泄洪隧洞的既满足了排沙放空的要求，而且减少了溢洪道的过流量，具有社会经济意义。云南石门水库根据自身地形、地质、地貌的特点修建的龙抬头型的泄洪隧洞在汛期泄洪中起到了重要作用。龙抬头泄洪隧洞在汛期期间承担了水库泄洪的全部工作，且在汛期结束后经工作人员对隧洞龙抬头段及反射弧段的详细检查，发现隧洞仍然完好无缺，这充分证明了龙抬头型泄洪隧洞在小流量、低水位的情况下运行是绝对安全的、可行的。实践证明了龙抬头泄洪隧洞修建的合理性和切实可行性。但是水利水电工程泄洪兼放空隧洞在工程施工中仍存在着许多问题。隧洞由于结构与荷载具有特殊性，设计理论和计算方法都还不太完善。因此，隧洞建设还必须对很多关键性问题进行深入地研究，对有些含糊不清的理论和计算方法都必须进行澄清。本文拿水工压力隧洞修建中出现的问题向大家进行了展示说明。

1.1没有考虑隧洞的覆盖厚度问题

对如何能使隧洞衬砌与围岩密切接触进行分析和研究，这是水工压力隧洞设计的核心问题之一。只有隧洞衬砌与围岩密切接触、相互作用、共同承载才能有效避免衬砌与围岩相互脱离造成的严重后果。因此，由于内水压力对隧洞造成的影响，必须考虑隧洞的覆盖厚度的问题。对于因围岩质量好而不进行钢筋混凝土衬砌的隧洞，内水压力将直接作用于围岩，这样就会造成围岩失稳，甚至因渗水过多、过大给隧洞结构安全带来隐患。因此，在施工建设中必须考虑隧洞上覆岩体厚度的问题，应考虑衬砌对内水压力消减的作用，对作用于围岩洞壁上的内压力进行准确计算，并计算出围岩的覆盖厚度。

1.2没有考虑隧洞主应力大小与荷载的关系

由于在修建隧洞的工程中未考虑到隧洞主应力大小顺序大小与荷载的关系，许多文献并未对隧洞主应力大小顺序与荷载的相关联性进行深入探究，造成许多隧洞工程运行期结构计算错误，延误了工程运作期限，造成了施工浪费。水工压力隧洞充分运行时，由于荷载的变化，主应力相应也会发生变化。这样的问题曾一直被水工设计人员所疏忽，即便目前也仍有不少工程师在隧洞建设设计中未考虑隧洞主应力大小顺序与荷载的关系。

2.水利水电工程泄洪兼放空隧洞建立的意义

2.1解决了农民的灌溉问题

由于当今社会自然环境的破坏造成自然灾害频发，人们的生产和生活都受到了严重的影响。洪水期的到来，会淹没大量良田，使农民颗粒无收，这给农民造成了严重的损失。水利水电工程泄洪兼放空隧道的建立在很大程度上避免了这种局面的发生。泄洪隧道在汛期承担着泄洪的全部工作，不仅能有效避免洪水淹没田地的情况的发生，而且泄洪兼放空隧洞的建立能将洪水有效收集起来，并能为人们在旱季灌溉田地时提供充足的水源。这样能使农业生产结构更优化、提高了粮食生产的产量，有效解决了农民的三农问题，提高了人们的生产、生活水平，同时促进了地方经济的发展，有利于社会主义和谐社会的建立。

2.2解决了居民区人畜饮水安全的问题

在一些偏远干旱地区或是洪水多发地区，由于没有安全干净的水源，人畜只能将小水窖或小水塘的水作为日常的人畜饮用水。这些临时建立的人畜饮水工程的水只是经过了简单的物理过滤处理就直接被人畜饮用。由于这里水源的卫生条件差，因此，即便是简单物理过滤处理后的水仍达不到居民生活饮用水的标准，百姓的饮食安全仍得不到有效保障。水利水电工程泄洪兼放空隧道的修建从根本上解决了百姓饮食安全的问题，提高了水源的卫生条件，充足且优质的水源达到了居民生活饮用水的标准，从而提高了人们的生活水平。

3.水利水电工程泄洪兼放空隧洞的设计方案和思路

3.1地质情况选择

水利水电工程泄洪兼放空隧洞的修建必须根据不同地区、不同的地形、地质等情况进行合理位置的选择。不同的地质、地形会采用不同的泄洪兼放空隧洞设计。比如云南石门水库根据地形狭窄的特点采用了龙抬头型的泄洪兼放空隧洞，麻沟水库的泄洪兼放空隧洞则布置在大坝左岸的山体内，隧洞布置紧靠着左坝肩，其轴线的方向与大坝的轴方向是垂直的。

3.2泄流能力计算

按闸孔自由出流的公式对泄洪兼放空隧洞的泄流能力进行计算；同时由于放空隧洞承担着放空水库的工作，因此还需对枯水期放空水库的时间进行计算；对进水口井筒稳定进行计算，井筒计算包括对结构自重、永久机电设备重、水重、回填土石重、静水压力、扬压力、浪压力、泥沙压力、土压力、冰压力等进行计算，如井筒所在地区的地震烈度大于VI度，则还需考虑地震作用力对井筒稳定造成的影响，重新对井筒进行计算；对井筒整体抗滑稳定计算，只有安全系数大于1.05时，才能满足井筒抗滑稳定的需求；对地基应力进行计算。

3.3工程结构设计

为保证水利水电工程泄洪兼放空隧洞的安全运行，必须正确地对隧洞结构进行合理的设计和计算。针对隧洞结构中存在的许多问题，因此在隧洞的结构设计中应该着重考虑隧洞的覆岩体厚度问题，并对主应力大小与荷载的关系进行探究，着力对钢筋混凝土轴向与环向裂缝开展宽度计算，建立隧洞衬砌限裂设计方案，对隧洞的伸缩缝间距进行合理计算和设计。

4.结束语

泄洪兼放空隧洞的建立有利于满足人们的灌溉需求，提高农民的粮食产量，优化农业结构，是解决三农问题的一项有效措施。同时，泄洪兼放空隧洞的建立解决了人畜饮水问题，提高了人们的生活质量。但由于泄洪兼放空隧洞的结构还不太合理，隧洞设计的理论还不太完善，隧洞修建的过程中出现了很多问题，因此，必须完善隧洞设计理论，优化隧洞结构，采用合理的隧洞设计方案才能将泄洪兼放空隧洞的作用发挥到最大。