当或施工存在缺陷，可能引起空化水流而导致空蚀；水流脉动会引起闸门等建筑物的
振动；出水口单宽流量大、能量集中会造成下游冲刷。为此应采取适宜的防止空蚀和
消能措施。
结构特点。隧洞为地下结构，开挖后破坏了原来岩体内的应力平衡，引起应力重
分布，导致围岩压力。但围岩本身也具有承载力，可与衬砌共同承受内水压力等荷载。 承受较大内水压力的隧洞，要求围岩具有足够的厚度和进行必要的衬砌，否则一旦衬 砌破坏，内水外渗，将危害岩坡稳定及附近建筑物的正常运行。很大的外水压力也可 使埋藏式压力钢管失稳。故应做好勘探工作，使隧洞尽量避开不利的地质、水文地质 地段。
施工特点。隧洞一般断面小、洞线长，从开挖、衬砌到灌浆、工序多、干扰大、 施工条件差、工期长。 1.1.3 水工隧洞的组成
水利枢纽中的泄水隧洞主要包括下列三个部分：
(1) 进口段。位于隧洞进口部分，用以控制水流，包括拦污栅、进水喇叭口、闸门室 及渐变段等。
(2) 洞身段。用以输送水流。一般都需进行衬砌。
(3) 出口段。用以连接消能设施。无压泄水隧洞的出口仅设有门框，压力泄水隧洞的 出口一般设有渐变段及工作闸门室。
随着水利水电建设事业的发展，水工隧洞将日趋增多，规模将不断加大。近年来，水 工隧洞在设计理论、施工方法和建筑结构方面有了新的发展。但由于隧洞属地下结构，影 响其工作状态的因素很多且复杂多变，一些作用力的计算及设计理论都还存在某些不尽符
合实际的假定，所有这些均有待在实践经验的基础上进一步完善和提高。
1.2 泄洪洞的功能和特点
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。
枢纽中的泄水隧洞，除少数表孔进口外，大多数是深式进口。深式泄水隧洞的泄水能 力与作用水头 H 的 1/2 次方成正比，当 H 增大时，泄流量增加较慢，不如表孔超泄能力。
因表孔泄量与堰顶以上水头的 3/2 次方成正比。但深式进口位置较低，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，如果体形设计不当或施工存在缺陷，可能引起空化水流而导致
空蚀；水流脉动会引起闸门等建筑物的振动；出口单宽流量大、能量集中会造成下游冲刷。 为此应采取适宜的防止空蚀和消能措施。
泄洪洞为地下结构，开挖后破坏了原来岩体内的应力平衡，引起应力重分布，导致围 岩产生变形甚至崩塌，为此，常需设置临时支护和永久性衬砌，以承受围岩压力，但围岩 本身也具有承载力，可与衬砌共同承受内水压力等荷载。承受较大内水压力的隧洞，要求 围岩具有足够的厚度和进行必要的衬砌，否则一旦衬砌破坏，内水外渗，将危害岩坡稳定 及附近建筑物的正常运行。很大的外水压力也可使埋藏式压力钢管失稳。故应做好勘探工 作，使隧洞尽量避开不利的地质、水文地质地段。
1.3 现状及存在的问题
我国是世界上历史悠久的文明古国。我们勤劳智慧的祖先在水利工程方面的光辉成
就，是全世界人民熟知的。几千年来，我国为人民治理水患、开发水利进行斗争，创 造了极为丰富的经验和业绩。新中国成立以后，在中国共产党和人民政府的正确领导
下，我国水利建设事业得到了迅速发展。建国 60 年来，在 960 万平方公里的大地上， 水利工程星罗棋布，江河整治初见成效，水电建设不断发展，并形成一支具有较高水
平的水利专业队伍。随着水利工程建设的发展，我国水利科学技术也迅速提高。由于 流体力学、岩土力学、结构理论、工程材料、地基处理、施工技术以及计算技术的发 展，为水工建筑物的发展创造了有利条件，水工隧洞也取得了长足的发展。
伴随着我国经济的快速发展，在我们西部高山峡谷地区修建了许多大型水利水电 工程，大洞径、深埋深的高压引水隧洞结构也相继出现。国内外学者十分重视高压引 水隧洞结构的设计和研究，我国也曾先后制定了三部水工隧洞设计规范。新修订的规 范主要有如下特点：①隧洞荷载计算按可靠度理论方法进行，与国际通用的荷载设计 方法接轨。②规范采用衬砌开裂设计和限裂设计方法。③对隧洞衬砌结构计算方法作
了较为明确的规定：圆形有压隧洞在均匀径向荷载下，宜采用弹性力学法；对一般非 圆形隧洞承受对称荷载下，采用边值数值解法；对于大型或者 1 级隧洞，建议采用有
限元法。④增加了预应力混凝土衬砌隧洞、高压钢筋混凝土衬砌岔洞、隧洞封堵体等
设计规定，并补充了锚喷、喷钢纤维混凝土的内容。⑤规范引用 GB50287 的围岩分类， 隧洞结构应充分利用围岩的承载能力，在地质条件允许时，采用不衬砌隧洞或锚喷隧
洞，其次采用混凝土衬砌和钢筋混凝土衬砌隧洞。
与旧规范相比，新规范有了很大的进步，关于隧洞的设计思想也从最早的采用前 苏联的普氏散粒体理论“围岩荷载观点”转变为充分考虑和利用围岩的自稳能力和承 载能力的“围岩结构观点”。然而，由于深埋高压引水隧洞的环境条件复杂，衬砌与围 岩联合工作和结构破坏的机理也极其复杂，现今仍有一些悬而未决的问题亟待解决。
对于水工隧洞的安全分析，主要针对它的衬砌结构计算。即结构安全分析的目的 是，按照国家现行规范复核计算大坝目前在静力条件下的变形、强度及稳定是否满足 要求。结构安全分析包括应力、变形及稳定分析。泄水、输水建筑物的重点是强度及 稳定分析。变形计算分析主要是裂缝分析和应力应变分析。强度复核主要包括应力复
核与局部配筋验算。结构安全分析的方法主要有现场检查法、监测资料分析法及计算 分析法。当有监测资料时，优先采用监测资料分析法并结合现场检查与计算分析综合 分析评价结构安全性。对于本文中的隧洞结构的安全分析无监测资料，采用计算分析 结合现场检查了解结构的变形、应力并与规范规定的允许值（允许应力、允许裂缝宽 度）进行比较，判断结构的安全性。
1.4 本文目的
本文主要进行四部分工作，一是确定泄洪洞位置，进行泄洪洞布置；二是拟定泄洪洞
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；三是通过查阅大 量书籍、资料，对隧洞结构分析的理论依据进行探讨；四是对潘桥水库的隧洞结构的现状 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。
泄洪洞的总体布置应该考虑以下情况：（1）泄洪洞应根据枢纽承担的任务、建筑物的 特性和相互关系、泄洪流量、地形、地质、施工、运行等条件综合研究并经技术经济比较， 对泄水建筑物进行总体规划。（2）在合理选定洞线方案的基础上，根据地形、地质及水流 条件，选定进口位置及进口结构型式，确定闸门在隧洞中的位置。（3）确定洞身纵坡及洞
身断面形状和尺寸。（4）根据地形、地质、尾水等条件及建筑物之间的相互关系选定出口
位置、高程及消能方式。
接着论述隧洞衬砌的作用，分析作用于隧洞衬砌的主要荷载，以及给出荷载的计算方 法。其中重点介绍了围岩弹性抗力系数的计算，水荷载的计算方法。
对水工隧洞的两种主要计算方法的适用条件进行探讨。潘桥水库的隧洞包括泄洪洞和
灌溉泄洪洞，均为有压圆形隧洞。分别利用弹性力学法和结构力学法进行衬砌结构计算。
弹性力学解析法以内水压力为主要荷载。结构力学法计算衬砌结构在各组合荷载作用下产
生的内力和变形。即由山岩压力、自重、内水压力以及外水压力等作用单独产生的内力进
行叠加。计算选取一定控制工况。在计算过程中，首先确定不同工况隧洞衬砌所受的各项
荷载，然后计算衬砌结构在荷载组合作用下的内力分布，对衬砌中所配钢筋进行应力复核 以及对衬砌进行裂缝宽度验算，根据规范检验是否满足结构安全要求。
最后给出安全性分析结论以及提出建议。并对由于时间和水平有限需要改进的问题予
以展望。
2 潘桥水库工程概况和洞线选择
2.1 工程概述
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 72.90k m2，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，其工程等别为Ⅱ等，主要建筑物为 2 级。具体地理
位置见图 2-1。
隍城镇
湖塘乡
梅林镇
尚庄镇
丰城矿务局
药湖管理局
上塘
镇
曲江镇
同田乡
小港镇
昌 段潭乡
江
赣
泉港镇
丰城电厂 拖船镇
荣塘镇 丰城市
孙渡街办
丰城南站
石滩镇
桥东镇
筱塘乡
白土镇
张巷镇 秀
树
铁路及车站
水
芦围水库
杜市镇 丽村镇
市
图 例
荷湖乡
(洛市矿区)
洛市镇 丰城矿务局
坪阴林场
秀市镇
潘 桥 水 库 图 2-1 潘桥水库地理位置图
水库原洪水标准为：100 年一遇洪水设计，1000 年一遇洪水校核，相应设计洪水位
71.5m，校核洪水位 73.0m，正常蓄水位 69.0m，死水位 52.0m，总库容 1.2 亿 m3。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 52.0m，总库容 1.036 亿