水工隧洞水電站地下發(fā)電廠

當(dāng)河谷狹窄、岸坡陡峻、布置地面發(fā)電廠有困難而地質(zhì)條件較好時(shí)，可考慮設(shè)置地下發(fā)電廠，使其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化,占地少；廠房的施工和運(yùn)行,不受氣候的影響；廠房的主要設(shè)備安裝在地下，有利防空。但施工較復(fù)雜，運(yùn)營(yíng)條件也較差，而且要有良好的通風(fēng)、防潮、照明等附屬設(shè)備及地下通道。

中國(guó)在水利水電建設(shè)中，已建成長(zhǎng)度在2000米以上的隧洞近30座，長(zhǎng)于10000米m的大型隧洞有11座。其中漁子溪一級(jí)水電站引水隧洞長(zhǎng)8610米,馮家山灌區(qū)引水隧洞長(zhǎng)達(dá)12600米。引灤入津工程的輸水隧洞全長(zhǎng)為11380米。引黃入晉總干渠上最長(zhǎng)的隧洞單洞長(zhǎng)54.85km。二灘水電站導(dǎo)流洞斷面為17.5m×23m，斷面面積為402.6㎡。三峽水利樞紐地下廠房尾水洞斷面為24m×36m，其斷面面積達(dá)876㎡。到20世紀(jì)末，世界上長(zhǎng)度超過(guò)10km的單體隧洞近40條，其中芬蘭派延奈隧洞長(zhǎng)達(dá)120km。

一般包括進(jìn)口建筑物、洞身和出口建筑物三個(gè)主要部分。此外，水電站廠房也可設(shè)置在地下和隧洞鄰接(圖1)。

①進(jìn)口建筑物。包括進(jìn)水喇叭口、閘門及其控制建筑物、通氣孔道、進(jìn)口漸變段（從安裝閘門地段的矩形斷面過(guò)渡到洞身斷面），作用是：進(jìn)水和控制水流；保證水流平順，避免空蝕現(xiàn)象；盡量減少局部阻力，保證過(guò)水能力。

②洞身。隧洞的主體，其斷面形式和尺寸取決于水流條件、施工技術(shù)情況和運(yùn)用要求等。有壓隧洞一般采用圓形斷面(圖2a、b)，而無(wú)壓隧洞則采用圓拱直墻(圖2c、d)或曲墻形(圖2e)。隧洞斷面尺寸必須滿足設(shè)計(jì)流量的要求,有壓隧洞按管流計(jì)算，無(wú)壓隧洞按明渠流計(jì)算。為保證無(wú)壓隧洞的明流狀態(tài)，在按能量方程計(jì)算的水面曲線以上應(yīng)留有一定凈空。對(duì)于高流速的無(wú)壓隧洞，還要考慮滲氣和沖擊波的影響，水面以上要另留一定的余幅面積。洞身一般要修建襯砌,用以防護(hù)巖面并減小洞壁粗糙,防止?jié)B漏，承受圍巖壓力、內(nèi)水壓力及其他荷載。襯砌類型有不承載的護(hù)面結(jié)構(gòu)；混凝土、鋼筋混凝土或噴錨支護(hù)的單層襯砌；內(nèi)層為鋼板，外層為混凝土或鋼筋混凝土，或由噴錨支護(hù)和現(xiàn)澆混凝土組合成的復(fù)合式襯砌。地質(zhì)條件較好的隧洞，特別是無(wú)壓隧洞，可以不作襯砌，但要采用光面爆破開挖，以達(dá)到巖面平整的要求。

③出口建筑物。其組成和功用按隧洞類型而定。用于引水發(fā)電的有壓隧洞，其末端連接水電站的壓力水管。通常還設(shè)置有調(diào)壓室（井）,當(dāng)電站負(fù)荷急劇變化時(shí),用以減輕有壓隧洞和壓力水管中的動(dòng)壓現(xiàn)象，改善水輪機(jī)的工作條件。泄水洞口一般設(shè)有消能建筑物，如出口設(shè)置擴(kuò)散段以擴(kuò)散水流，減小單寬流量（從洞內(nèi)流出的最大流量除以水面寬度），防止對(duì)出口渠道或河床的沖刷。

水工隧洞是水利樞紐中的重要組成部分之一。隧洞線路必須與水利樞紐的建設(shè)任務(wù)相適應(yīng)，并須根據(jù)地形、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)、水文等條件選定。線路應(yīng)力求短而直。當(dāng)高速有壓隧洞在平面上采用曲線布置時(shí)，為避免水流脫壁，產(chǎn)生負(fù)壓和空蝕，其半徑和轉(zhuǎn)角應(yīng)通過(guò)水工模型試驗(yàn)確定；而對(duì)高速無(wú)壓隧洞在平面上則盡量不設(shè)曲線段。

有壓隧洞的底坡取決于進(jìn)出口的高程。無(wú)壓隧洞的底坡應(yīng)根據(jù)水力計(jì)算確定。為了自流排水，便于隧洞檢修，要有一定的底坡。采用有軌運(yùn)輸施工的隧洞，其底坡不宜太大。

按其功用分為：①引水、輸水隧洞。引水或輸水以供發(fā)電、灌溉或工業(yè)和生活之用。②導(dǎo)流、泄洪隧洞。在興建水利工程時(shí)用以導(dǎo)流或運(yùn)行時(shí)泄洪。③尾水隧洞。排走水電站發(fā)電后的尾水。④排沙隧洞。排沖水庫(kù)淤積的泥沙或放空庫(kù)水以備防空或檢修水工建筑物之用。

以上也可概括為引水隧洞和泄水隧洞兩大類。根據(jù)受壓狀態(tài)的不同，可分為有壓隧洞和無(wú)壓隧洞。前者水流充滿全洞，且受到一定的內(nèi)水壓力；后者水流不充滿全洞，在水面上保持著與大氣接觸的自由水面。

水工隧洞

發(fā)電隧洞一般是有壓的；灌溉、供水和泄水隧洞，可以是無(wú)壓的，也可以是有壓的；而渠道和運(yùn)河上的隧洞則是無(wú)壓的。水工隧洞主要由進(jìn)水口、洞身和出口段組成（發(fā)電用的引水隧洞在洞身后接壓力水管，渠道上的輸水隧洞和通航隧洞只有洞身段。閘門可設(shè)在進(jìn)口、出口或洞內(nèi)的適宜位置。出口設(shè)有消能防沖設(shè)施。為防止巖石坍塌和滲水等，洞身段常用錨噴（采用錨桿和噴射混凝土）或鋼筋混凝土做成臨時(shí)支護(hù)或永久性襯砌。洞身斷面可為圓形、城門洞形或馬蹄形。有壓隧洞多用圓形。進(jìn)出口布置、洞線選擇以及洞身斷面的形狀和尺寸，受地形、地質(zhì)、地應(yīng)力、樞紐布置、運(yùn)用要求和施工條件等因素所制約，需要通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。

水工隧洞養(yǎng)護(hù)修理(Maintenance and repair of tunnel)是指隧洞在正常運(yùn)用狀態(tài)下的養(yǎng)護(hù)工作和發(fā)生破壞時(shí)所來(lái)取的修理措施 。