前言
第一章 总则 第二章 基本资料 第三章 隧洞布置
第四章 横断面形状及尺寸 第五章 水力设计
第六章 混凝土和钢筋混凝土衬砌 第七章 不衬砌与喷锚隧洞 第八章 灌浆、防渗和排水 第九章 观测、运行和维修
附录 隧洞衬砌静力计算通用程序(ALGOL语言TQ-16机) 附加说明
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水工隧洞设计规范(试行)
SD134—84
修订说明
前 言
水利电力部规划设计院(79)水电规水字第7号文下达水利电力部成都勘测设计院主持进行《水工隧洞设计规范》的修订工作。根据国家建委(80)建发设字第8号文颁发的《工程建设标准规范的管理办法》中的有关规定，并参照1974年水利电力部东北勘测设计院等单位编写的“对1966年部颁《水工隧洞设计暂行规范》的审议意见”，通过反复的研究和与有关单位协商，组成了由水利电力部成都勘测设计院、西北勘测设计院、天津勘测设计院、东北勘测设计院、贵阳勘测设计院、陕西省水电勘测设计院、水利水电科学研究院、清华大学水利系及陕西机械学院水利系等单位参加的修订组，并于1980年12月召开了第一次修订工作协调会议。会议中对修订规范的一些问题进行了详细的讨论。一致认为六十年代以来，由于大型水电站和地下工程的建设，岩石力学的发展和电子计算机的普及，水工隧洞设计理论及计算方法都得到较大的改进和提高，积累了不少的宝贵经验，故对原来颁发的规范加以修订和补充是十分必要的。但讨论中也认识到目前水工隧洞的设计理论和计算方法还不够完善，有些问题尚有待在实践的过程中，不断总结归纳，逐步地完善。因此，明确这次编修工作的原则就是在已有经验的基础上对行之有效的成功经验加以总结提高，凡尚不够成熟的理论和方法，暂不纳入规范。
根据以上意见，决定这次修订工作，以1966年水利电力部(66)水电技字第39号文颁发的《水工隧洞设计暂行规范》为依据(以下简称“66部颁暂行规范”)，在总结运用该规范的基础上进行修订。
1981年全面开展了调查研究和资料收集工作。对于规范的修订原则、围岩分类、工程布置，水力学计算、混凝土及钢筋混凝土衬砌和喷锚衬砌等进行了调研，对于“66部颁暂行规范”使用情况也进行了调查，走访了西南、中南、华东等地区，并对全国各省市有关单位进行了函调，了解了大多数设计单位的意见和国内外的一些情况，于12月召开了第二次修订工作协调会议。在会上各单位交流了情况，并对收集到的资料进行了讨论。对一些重要的问题统一了认识，明确了以下几点：
(1)水工隧洞的布置很重要，实践证明，布置上的缺陷是不易弥补的，在修订规范时应强调布置这一设计环节。
(2)混凝土和钢筋混凝土衬砌，是我国常用的衬砌型式，大量已建混凝土和钢筋混凝土衬砌的水工隧洞，多运行正常，在修订的规范中，仍应列为重要内容。
(3)喷锚及不衬砌隧洞，施工简单，节省投资，工期较短，并能充分发挥围岩的承载能力。尽管对它的工作机理和设计方法，还有不同的认识，但大量的工程实践和实验研究成果证明，它是一种行之有效的衬砌型式，在规范中应予推荐。
(4)以围岩分类的型式，按照各类围岩的特征，分别提供设计所需的地质资料及其参数，是选择衬砌型式及其设计理论是一种好方法，规范中应列入。
(5)水力学问题，外水压力计算问题，地应力问题等都很重要，应做工作。 (6)电子计算机在我国已普遍使用，建议把有关电算程序列入规范附录。
1982年4月召开了专题讨论会。对各单位提出的专题报告30余份进行了重点讨论。对一些重大课题，取得了基本一致的意见，也提出了一些补充修改的建议，归纳如下：
1.围岩分类问题。一部分代表(多数是地质人员)提出：由于隧洞围岩变化的复杂性，故在分类中，只能提出定性原则，对设计指出一些方向性的意见。另一部分代表(设计人员的大多数和少数地质人员)提出：围岩分类的目的，在于解决隧洞设计中的具体问题，不但需要有定性的意见，而且更需要有定量的指标，使设计工作有所遵循。在规范中应列入一个既有定性的原则，又有定量指标的围岩分类方案。但规定应灵活些，指标参数适用范围可大一些，不要规定的太死。
2.外水压力问题。专题报告提出原来所提外水压力的概念不够确切，因为衬砌是透水的(除钢板衬砌外)，应称为水荷载。由于内外水的渗透，形成为场力，根据渗透场，求渗透压力，然后计算隧洞衬砌的应力。这一理论和计算方法，比以前有所进展，但受地质条件的限制，有些问题尚有待进一步加深认识，计算方法也过于复杂，建议研究补充。
3.混凝土、钢筋混凝土衬砌抗裂、限裂和开裂设计问题。从我国实践经验和实验资料证明，不管用哪种办法进行设计，都不能控制裂缝的产生和发展，设计理论和实际情况出入很大，裂缝产生的原因非常复杂，建议采取工程措施，以防裂缝的产生和发展，其计算方法，仅说明相对安全度问题，建议在规范中明确。
1982年12月召开了第三次修订工作会议，对主编单位提出的“规范讨论稿”进行了讨论。1983年元月，主编单位又组织本院有关专业人员，对讨论稿进行了审议。两次会议都认为讨论稿的正文，附录及修订说明，概括了协作单位的意见，基本上反映了我国当前的实际情况，同意在此基础上，修改补充，形成(初稿)，再组织一次广泛的审议。
1983年6月召开了规范(初稿)讨论会，到会的代表有：设计、施工、管理、科研、大专院校、人民解放军、铁道、煤炭及城建部门等54个单位，共86人。与会代表本着实事求是，认真负责的精神，对规范(初稿)进行了讨论。代表们一致认为：规范的修订原则和指导思想是正确的，规范应在总结归纳实践经验基础上修订，对已经行之有效的经验，应积极推广使用，对一时还缺乏实践经验，尚不够成熟的技术措施和方法，暂不宜纳入规范，是符合国家关于编制规范要求精神的；规范(初稿)是在调查研究，多次会议讨论，广泛征求意见，计算分析和编译资料，编写专题报告的基础上写成的，基本上体现了我国当前实际和水平。代表们建议对围岩分类、外水荷载及喷锚衬砌等方面进行必要的补充和修改；同意以此(初稿)为基础，修改后作为规范(送审稿)即第三稿上报。
1984年7月，水电部规划设计院召集有经验的专家和学者20余人，对送审稿进行了审查和修改，最后由潘家铮总工程师审定，上报水利电力部批准颁发执行。 本规范正文共九章、119条，并有十个附录。
本说明是按规范正文的章、节顺序编写，但由于正文中有些条文内容比较简明，不必赘述，故说明中条文顺序不尽衔接。
在规范的修订过程中，得到了许多单位及专家们的大力支持和协助，提供了许多宝贵的资料、意见和具体的建议，特致以谢意。
《水工隧洞设计规范》修订组
1984年12月
第一章 总则
第1.0.1条 本条规定与“66部颁暂行规范”第1条相同。
鉴于地下厂房、地下硐库的交通洞、出线洞及通风洞等，其型状和特点，与水工隧洞近似，可参照本规范进行设计。
第1.0.2条 在进行水工隧洞设计时，应根据不同的级别、自然条件及技术条件等区别对待。大中型工程需要考虑的问题多，问题比较复杂，经验教训也比较多，所以本条规定，规范适用1、2、3级隧洞。对于4、5级，可简化设计，适当降低要求，本条中指出可以参照使用。本条规定与“66部颁暂行规范”第2条相同。
第1.0.4条 大中型建筑物，不但投资大，且建成后不易扩建和改建，交付运行后必须确保正常安全运行。因此，设计应做到：因地制宜、技术先进、确保质量。
第1.0.5条 30多年以来，我国已建成了大量的水工隧洞(据不完全统计，大中型泄洪隧洞将近40条，洞径5m以上或洞长1000m以上的引水隧洞80余条)，在实践中得到了很多宝贵经验(如工程布置、设计理论及计算方法、山岩压力的概念、限裂设计及喷锚衬砌等)，应当不断总结提高，推广使用。对于国外技术，经分析研究，凡符合我国情况，应积极的引用，改进和提高我国水平。
第1.0.6条 我国幅员广大，各地自然条件千差万别，水工隧洞又是建于岩体中的过水建筑物，工作条件复杂，有些问题尚待进一步实践认识，规范中不可能把所有的问题都解决。如高地应力地区、高地温地区、海拔高程在3000m以上的地区、特大直径(有压隧洞直径大于12m，无压隧洞尺寸大于16m×18m)、内水压力水头大于80m及长度大于10km的隧洞等问题，我国缺乏实践经验。故本条提出遇有本规范中未能考虑到的问题(即上列问题)，应进行试验研究，由设计单位提出补充意见，报审批单位批准。
第二章 基本资料
第2.0.1条 本条规定与“66部颁暂行规范”第7条基本相同。
第2.0.2条 1、2级水工隧洞，工程规模较大，投资多，在国民经济中的重要性也高，设计依据必须切实可靠，故应根据各设计阶段要求的地质资料，在现场或试验室做岩体的力学指标、渗透性、围岩应力、应变量测等试验研究，落实设计数据，以便保证设计质量。 本条规定与“66部颁暂行规范”第8条基本相同。
第2.0.3条 地质资料的重要性及条文中提出的在开工前要掌握的地质情况，是从长期实践的经验教训中得来的，设计中必须予以重视。对不同的设计阶段，可根据其要求，由粗到细，逐步达到条文中所规定的要求。
第2.0.4条 在开挖施工期间，尤其在地质情况较复杂的洞段，应加强观测，做好地质预报工作，对设计和施工都非常需要。随着施工进展，摸清实际地质情况，及时修改设计，保证施工安全，加快施工进度，使设计更加符合实际情况，是非常必要的，不应忽视。
第2.0.5条 工程地质资料，是分析围岩稳定，确定洞线、选择洞身型式及尺寸、衬砌型式及计算方法、施工方法及运行安全等的基本资料，大中型工程都由专业勘探队伍提供。但由于天然地质条件复杂，人们的经历认识各不相同，则对工程地质条件，所定资料和数据，尽管在同一情况下，也会有很大的差别。资料、数据不统一，则对设计、工程造价影响很大。长期以来，特别是在这次规范编修调查工作中，广大设计人员都提出希望有一个统一的标准。目前国内外，大都根据围岩特征，把围岩分成类别，根据围岩分类，评价围岩的稳定性，确定设计所需资料和数据。近几年在我们水利水电工程建设中，也运用了这一方法。故在本规范编修中对围岩分类也进行了研究，提出了一个分类方案，列入附录一，建议参考使用。
第三章 隧洞布置
第一节 洞线选择
第3.1.1条 我国已建隧洞工程，由于布置上的不合理和施工方法上的欠妥，而发生的问题较多，据不完全统计，在117条隧洞中，由于水力学、地质、地下水、施工方法等而发生问题的有39条隧洞。其
造成的原因：一是基本资料，特别是地质资料掌握不足，造成洞线选择失误；二是忽视水力因素，造成不良的水力条件；三是由于工程规划不周，造成增建隧洞，迁就工程现实，甚至设计片面强调某一方面的因素，忽视全局，给工程带来隐患。由于工程布置不合理，给工程带来了不同程度的浪费和危害。实践证明，布置上的缺陷是不易弥补的，故本条规定要求重视隧洞洞线布置这一设计环节，充分掌握基本资料，特别是地质资料，通过合理分析，综合考虑。 第3.1.3条
1.对于洞轴线的选择，过去多考虑使洞线避开深切的冲沟或地质岩体的构造断裂面。因此，在洞线选择中应非常重视遵循洞线垂直于地质构造线或与构造线保持有足够的角度(一般大于30°)的原则。
2.层状岩体是典型的各向异性介质。在层状岩层中布置隧洞，为保证围岩稳定和获得最大的承载能力，关键是洞轴线与岩层走向要有较大的夹角，最理想的夹角为90°。但在工程实践中，理想的条件是很少能够碰到的，故在这次编修工作中，以碧口水电站为例，对这一问题进行了分析研究。碧口水电站在陡倾角较疏松的薄层千枚岩中开挖了四条隧洞，三条压力管道和其他各种洞室。洞室轴线与岩层的夹角变化幅度较大，具有一定的代表性。从这些洞室的开挖情况看，洞轴线与岩层的夹角0°～25°时，洞壁发生严重外鼓和倾倒；夹角25°～45°时，发生轻微外鼓和倾倒，夹角大于45°时，围岩基本稳定。故本条中提出，在层状岩体中布置隧洞，其夹角应大于45°。
3.近年来发现有很多工程的破坏，并非围岩构造形成，而是由于岩体的地应力所致。例如：浙江，长广煤矿8#井主巷道轴线方向垂直于主要的地质构造线，按以往概念，这种布置应该说是合理的，但由于该岩体的水平地应力较大，且方向与地质构造线方向近似平行，所以在巷道中出现强烈的挤压变形，致使巷道断面缩小，影响正常生产。甘肃某矿西风井1300，1250及1200三个中段的巷道，通过大致相同的岩体，它们距地表的距离分别是400m，450m及500m左右。1300和1250的巷道采用马蹄型断面，用混凝土预制块衬砌，巷道的轴线方向为北西30°左右，从而受到北东向的水平主应力影响很大，导致巷道严重变形破坏。而在该巷道下部的1200巷道，断面形状和衬砌方式与上面相同，因埋藏深度比上面巷道大，按理说稳定性会更差，但由于考虑了北东方向地应力的影响，把巷道轴线由北西30°改为北东23°，与水平地应力方向近于一致，从而围岩稳定性大大改善。
二滩水电站地区，2#、4#探洞空间测点的地应力实测统计，最大主应力方向为北东30°左右，如选取北东30°方向为X轴，北西60°方向为Y轴，Z轴铅直向上，根据实测值算出这种位置的各种地应力参数，列于表3-1-3中：
表3-1-3 NE30°方向地应力参数表
测点 2-6-1 2-6-2 2-6-3 2-6-4 4-6-1 4-6-2 X(kg/cm) 232 94 99 212 239 328 2Y(kg/cm2) 64 54 63 93 139 179 Z(kg/cm) 80 96 156 151 109 157 2X /Z Y /Z X /Y 2.9 0.98 0.63 1.40 2.19 2.09 0.8 0.56 0.40 0.62 1.28 1.12 3.63 1.74 1.57 2.28 1.71 1.86 从表3-1-3中数据可以看出，两个水平应力分量都不相等，而且相差很大，如果洞轴线选在X轴方向，边墙将受到小的侧向压力，若选在Y轴上，边墙上将受到最大的侧压力，两者相比，后者边墙上单位面积所受的侧压力为前者的1.57～3.63倍，显然洞轴线选在越接近X轴向，边墙所受侧压力越小。
4.中国科学院湖北岩土所，调查了87处矿山巷道的变形破坏情况，属于侧压力破坏的占56%，属于顶部受压破坏的只占11%。这些巷道的轴向，实测与最大主应力方向的夹角，绝大多数都大于60°，或接近于垂直。这也说明洞轴线平行，或接近平行最大主应力方向较好。
由以上工程实例分析，隧洞轴线的布置，从地质岩体角度考虑，仅仅遵守洞轴线垂直地质构造线或与地质构造线保持一定角度的原则是不够全面的，所以除了考虑与地质构造线的关系外，还应注意与地应力场中最大水平主应力方向的关系。
目前我们对地应力的认识还很不够，但这一问题已经开始引起人们的注意。在二滩水电站的勘测设计
工作中，已进行了地应力的试验研究，并取得了一些实测的资料，有了一个可喜的开端。关于地应力的试验研究工作今后将会有更大的进展。
第3.1.4条 隧洞埋藏深度，即洞顶岩体覆盖厚度和旁山隧洞岸边一侧的岩体厚度，可统称为隧洞围岩的厚度。隧洞围岩厚度涉及围岩稳定及围岩的抗力问题。由于地质条件错综复杂，受力条件大小不一，隧洞的形状、尺寸及施工方法亦不尽相同，试图对围岩的最小厚度作统一的规定是困难的。一般深埋隧洞较浅埋隧洞的稳定条件好，已建隧洞洞身一般埋藏都很深，只是在隧洞的进、出口和个别山凹处常出现围岩厚度较薄的现象。对于进、出口处的围岩厚度，有人考虑大致有2～5倍坍落拱高度(按普氏理论)即可；也有人认为，只要采取一些施工措施，围岩厚度不小于1.0～2.0倍开挖洞径就可以了；甚至有些工程把无限弹性介质内厚壁圆筒的计算条件3倍的开挖洞径也作为依据。因此，往往迫使洞口内移，位于山凹处改线，以保证围岩厚度，增加了工程量，延长了工期。近几年来，在这个问题上有很大的突破，据调查20个工程的23个进、出口，其最小厚度不足1.0倍洞径(见表3-1-4)。碧口水电站右岸泄洪洞出口最小洞顶围岩厚度仅为洞宽的1/10，这样做的关键是采取了合理的施工程序和工程措施，其结果减少了明挖，争取了工期。因此，笼统规定进、出口围岩最小厚度是不恰当的。故本条不做具体规定，强调综合分析确定。
表3-1-4 部分电站(进出口洞顶围岩覆盖厚度)/(开挖洞跨)工程实例表
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 工程名称 碧口右岸泄洪洞出口 碧口左岸泄洪洞出口 石头河泄洪洞出口 乌江渡左泄洪洞出口 乌江渡右泄洪洞出口 乌江渡放空洞进口 毛家村泄洪洞进口 绿水河泄洪洞进出口 陆浑泄洪洞进出口 新丰江泄洪洞出口 洞顶围岩厚度 开挖洞跨 0.1 0.6 0.5 0.5 0.5 0.9 0.2 0.6 0.8～0.5 0.7 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 松涛泄洪洞进口 花凉亭泄洪洞进出口 响洪甸泄洪洞进口 #丰满1泄洪洞出口 #丰满2泄洪洞出口 映秀湾引水洞进口 潭岭引水洞进口 古田二级引水洞进口 湖南镇引水洞进口 太平哨引水洞进口 序号 工程名称 洞顶围岩厚度 开挖洞跨 0.3 0.5～0.7 0.8 0.6 0.7 0.9 0.8 0.3 0.7 0.9 对有压隧洞，由于有内水压力的作用，其埋设深度应较大一些。粗略的估计，多以上抬理论计算。本条规定仍然沿用了上抬理论规定的最小覆盖厚度，与“66部颁暂行规范”第39条中的有关规定基本相同。由于这一问题比较复杂，建议结合具体地质情况分析确定。
第3.1.5条 确定相邻两隧洞间岩体的最小厚度是个复杂的问题，目前还没有成熟的分析方法，还没有绝对标准，只能根据地质条件、布置需要、围岩受力状况、隧洞型式及尺寸、施工方法及措施，以及运行条件等因素并参照已建工程的实践经验，分析研究决定。据统计已建工程岩体厚度大都在一倍开挖洞径以上，故本条规定“岩体的最小厚度不应小于一倍的开挖洞径”。兹将国内部分工程所留岩体厚度，列于表3-1-5供参考。
从弹性理论出发，为了使两洞围岩二次应力区不重叠，一般要求两洞中心间距不小于3D(D为隧洞开挖直径)。有条件时应尽量采用较大的岩体厚度。
第3.1.6条 在选择水工隧洞线路布置时，不允许洞线与其附近的建筑物相互影响。如隧洞线路穿过坝基或坝肩时，不允许隧洞对坝的基础应力，浮托力??等产生影响；在水工隧洞与铁路隧道交叉时，不允许影响水工隧洞的围岩稳定，或造成铁路隧道内发生渗漏水等现象；又如施工导流隧洞的布置，在导流时不许倒灌建筑物基坑、冲刷围堰等现象发生。另外在导流隧洞开挖爆破时，不许削弱其附近建筑物的地基，要求建筑物与隧洞间应留有足够的厚度。具体厚度，建议采用有限元方法计算分析决定。 第3.1.8条 水工隧洞的线路，原则上应尽量布置为直线，但遇有下列情况者可以例外：
表3-1-5 两洞间所留岩体厚度表