目 录
摘要........................................................................ 1
前言........................................................................ 4 1 绪论...................................................................... 5
1.1 水工隧洞概述............................................................ 5
1.1.1 水工隧洞的类型........................................................ 5 1.1.2 水工隧洞的特点........................................................ 5 1.1.3 水工隧洞的组成........................................................ 5 1.2 泄洪洞的功能和特点...................................................... 6 1.3 现状及存在的问题........................................................ 7 1.4 本文目的................................................................ 8
2 潘桥水库工程概况和洞线选择................................................ 9
2.1 工程概述................................................................ 9
2.2 总体布置及洞线选择..................................................... 11 2.2.1 总体布置............................................................. 11 2.2.2 洞线选择............................................................. 11
2.2.3 闸门在隧洞中的布置................................................... 12
3 潘桥水库泄洪洞型式设计................................................... 14
3.1 泄洪洞的进口段......................................................... 14 3.1.1 进水口的型式......................................................... 14 3.1.2 进口段的组成部分..................................................... 16 3.2 泄洪洞的洞身段......................................................... 19 3.2.1 洞身断面形式及尺寸 ................................................... 19 3.2.2 洞身衬砌............................................................. 20
3.3 泄洪洞的出口段及消能设施............................................... 23 3.4 泄洪洞的衬砌计算....................................................... 24 3.4.1 隧洞结构计算的两种方法............................................... 24
3.4.2 作用于隧洞的主要荷载和计算方法....................................... 25 3.4.3 圆形有压隧洞的衬砌计算............................................... 30
4 潘桥水库泄洪洞结构安全计算分析........................................... 41
4.1 分析方法及依据......................................................... 41 4.1.2 工况选取............................................................. 41 4.1.3 计算方法............................................................. 41 4.2 结构复核............................................................... 41 4.2.1 衬砌结构及材料....................................................... 41 4.2.2 衬砌荷载计算......................................................... 42 4.2.3 衬砌厚度复核......................................................... 43 4.2.4 配筋计算及抗裂计算................................................... 43 4.2.5 衬砌裂缝宽度计算..................................................... 44
致谢....................................................................... 48
参考文献................................................................... 49
潘桥水库隧洞型式设计及安全结构分析—泄洪洞
学 生：刘光辉
指导老师：姚惠芹 三峡大学土木水电学院
摘要: 潘桥水库位于江西省丰城市秀市乡境内赣江水系秀水上游，水库控制流域面积
72.90km2，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、发电和养殖等综合利用的大型水库。通过对潘
桥水库隧洞型式设计方面的研究，确定泄洪洞位置，进行泄洪洞布置；拟定泄洪洞的型式
与尺寸，进行潘桥水库泄洪洞的型式设计，并进行相关水力计算；对潘桥水库的泄洪洞结
构进行强度、应力以及裂缝宽度的计算，以判断是否满足安全要求。
Abstract: Panqiao reservior is at the Gan River in the upper reaches of the
Xiushui,which is in the city of Fengcheng in Jiangxi Privince. The water controlled
area of reservoir is 72.90 square meters,which is mainly for irrigation, balance
flood control, power generation and culture as a comprehensive utilization of large reservoirs.
Panqiao reservoir through the tunnel type of design studies to
determine spillway location, spillway layout; prepared spillway of the type and size, Panqiao reservoir spillway of the type design, and associated hydro
calculated on Panqiao reservoir; The spillway structure strength, stress and crack width of the calculation to determine whether or not to meet safety requirements.
关键词：隧洞型式 泄洪洞 应力复核 裂缝宽度验算
Key words: Tunnel type Spillway stress checking Crack width checking
前言
该课题来源于实际工程，潘桥水库位于江西省丰城市秀市乡境内赣江水系秀水上游， 距丰城市 43 公里。水库控制流域面积 72.90km2，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、发电和
养殖等综合利用的大（2）型水库。根据水利水电枢纽分等指标，其工程等级为
II 等，主
要建筑物为 2 级。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），本次安全评 价分析采用的洪水标准为：100 年一遇洪水设计，2000 年一遇洪水校核，消能防冲按 50
年一遇洪水设计，相应设计洪水位 70.69m，校核洪水位 71.92m，正常蓄水位 69.0m，死水 位 54.0m，总库容 1.036 亿 km3。
本设计是结合潘桥水库的实际的地质条件和相应的背景资料，来设计其泄洪洞的结构
型式，并对其进行结构安全稳定分析。泄洪洞是水库的很重要的地下建筑物，主要用来配
合溢洪道宣泄洪水，有时也作为主要泄洪建筑物之用。设计主要涉及的知识包括泄洪洞的
设计与计算、水工钢筋混凝土结构设计、水工压力隧洞结构应力计算、水库大坝安全结构
分析、泄洪洞的布置与设计及强度校核等。
通过阅读《水工建筑物》，《水工隧洞设计规范》，《水工钢筋混凝土结构设计规范》，《水
工隧洞的设计理论和计算》，《水工压力隧洞结构应力计算》和《水库大坝安全评价导则》
等书籍和参考文献，使我对泄洪洞有了更全面更深刻的了解；通过这些对潘桥水库隧洞型
式设计方面的研究，从而确定泄洪洞位置，进行泄洪洞布置，包括泄洪洞的总体布置、洞
线选择和闸门在隧洞中的布置；拟定泄洪洞的型式与尺寸，进行潘桥水库泄洪洞的型式设
计，并进行相关水力计算，包括泄洪洞的进口段、洞身段、出口段和消能设施的设计及衬
砌计算；对潘桥水库的泄洪洞结构进行强度、应力以及裂缝宽度的计算，以判断是否满足
安全要求，具体计算有衬砌的荷载计算和厚度复核、配筋计算和抗裂计算以及衬砌裂缝宽
度计算。
毕业设计是大学期间使我们综合利用所学知识完成专业培养的最后一个全面性和总
结性的教学环节，其目的在于培养我们自学、创新以及独立解决问题的能力；让我们将学
到的理论知识系统化，并运用到实际工程，去解决实际问题。在该课题的设计过程中，通
过自身的学习，以及老师和同学们的帮助，提高了我的自学和解决实际问题的能力，使我
对泄洪洞的隧洞设计型式和安全结构分析的理论知识有更全面、更深刻的了解，同时也培
养了我们处理问题一丝不苟的态度，为以后的工作打下了坚实的基础；另外，因为地质和
地形条件的缺乏，在设计过程中，有一些问题没有做深入的研究，比如泄洪洞洞线的选择。
由于本人学识有限，加之时间仓促，文中不免有错误和待改进之处，真诚欢迎各位老师、 同学提出宝贵意见。
1 绪论
1.1 水工隧洞概述
1.1.1 水工隧洞的类型
为满足水利水电工程各项任务而设置的隧洞称为水工隧洞。其功用是： （1） 配合溢洪道宣泄洪水，有时也作为主要泄洪建筑物之用。 （2） 引水发电，或为灌溉、供水和航运输水。
（3） 排放水库泥沙，延长使用年限，有利于水电站等的正常运行。 （4） 放空水库，用于人防或检修建筑物。 （5） 在水利枢纽施工期用来导流。
按上述功用，水工隧洞可分为泄洪隧洞、引水发电和尾水隧洞、灌溉和供水隧洞、
放空和排沙隧洞、施工导流隧洞等。按隧洞内的水流状态，又可分为有压隧洞和无压隧洞。
从水库引水发电的隧洞一般是有压的；灌溉渠道上的输水隧洞常是无压的，有的干渠及干 渠上的隧洞还可兼用于通航；其余各类隧洞根据需要可以是有压的，也可以是无压的。在
同一条隧洞中可以设计成前段是有压的而后段是无压的。但在同一洞内，除了流速较低的 临时性导流隧洞外，应避免出现时而有压时而无压的明满流交替流态，以防引起振动、空 蚀和对泄流能力的不利影响。 1.1.2 水工隧洞的特点
水力特点。水电工程的泄水隧洞除少数是表孔进口外，大多数是深式进水口。深 式泄水隧洞的泄流能力与作用水头的 1/2 次方成正比，当水头增大时，泄流量增加较 慢，不如表孔超泄能力强，因表孔泄流量与堰顶以上水头的 3/2 次方成正比。但深式 进水口位置较低，能提前泄水，从而提高水库的利用率，减轻下游的防洪负担，故常
用来配合溢洪道宣泄洪水。泄水隧洞所承受的水头较高、流速较大，如果体形设计不