明流輸水隧洞斷面結構設計方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及水利水電工程中的引調水明流輸水隧洞，尤其是涉及明流輸水隧洞斷 面結構設計方法。
【背景技術】
[0002] 目前，國內外常用的明流輸水隧洞斷面結構多為圓拱直墻式、馬蹄形、圓形、蛋形 等，設計中根據巖性、過流、施工等因素綜合確定采用哪一種。但是，對于隧洞圍巖級別偏低 的巖體，如何在滿足隧洞設計流量和安全性的同時，達到隧洞斷面開挖面積小、圍巖彈塑變 形量小，同時方便預制襯砌塊的實施，是本領域技術人員一直研宄的課題。
【發明內容】
[0003] 本發明目的在于提供一種明流輸水隧洞斷面結構設計方法，以解決隧洞跨徑大、 穿越圍巖穩定性差所存在的隧洞安全問題。
[0004] 為實現上述目的，本發明采取下述技術方案： 本發明所述的明流輸水隧洞斷面結構設計方法，所述明流輸水隧洞的斷面形狀為三等 弧形結構，即：由底弧段、左側弧段、右側弧段圍繞構成，所述底弧段、左側弧段、右側弧段的 弧長和圓弧半徑1均相等；所述圓弧半徑1和隧洞斷面的過流水深h根據隧洞設計過流量 方程式和擬定凈空比方程式求解確定；所述三等弧形結構的明流輸水隧洞斷面形狀按照下 述步驟確定： 第一步、按照求解的圓弧半徑1長度作水平直線，分別以所述水平直線的左、右端點為 圓心，以求解的圓弧半徑1長度為半徑畫第一圓和第二圓，位于所述第一圓和第二圓的上 交點到第一圓和第二圓的圓心之間的弧段即為左側弧段、右側弧段； 第二步、以第一圓和第二圓的上交點為圓心，以求解的圓弧半徑r長度為半徑畫第三 圓，位于所述第三圓與第一圓和第二圓的圓心相交點之間的弧段即為底弧段。
[0005] 為對明流輸水隧洞的拱頂進行優化，所述左側弧段與右側弧段相交位置處設置有 過渡弧段，所述過渡弧段分別與左、右側弧段相切。
[0006] 本發明優點在于和其他斷面形式相比有利于隧洞圍巖結構的安全，三角形襯砌結 構更穩定，相對于同條件的可選斷面，開挖面積小、經濟實用，同時方便預制襯砌塊的實施。 作為巖性較差區段的馬蹄形斷面結構的過渡，是很好的補充，具體體現為： 1、機械開挖少擾動原則：按本發明斷面開挖，上部開挖跨徑很小，對圍巖擾動小，充分 保護原始斷面頂部巖體的自然結構。
[0007] 2、上部圍巖壓力小：頂部開挖小，圍巖彈塑變形量小，產生的巖體壓力小。
[0008] 3、三角形穩定原理：明流輸水隧洞襯砌結構類似三角形，對頂拱結構產生的彎矩 小，有利于結構安全。
[0009] 4、滿足無壓過流：洞體下部斷面大，有利于過流和組織施工。
【附圖說明】
[0010] 圖1是本發明的結構示意圖。
[0011] 圖2是本發明設計時的計算參考圖。
[0012] 圖3是本發明設計步驟參考圖。
【具體實施方式】
[0013] 如圖1、2所示，本發明所述的明流輸水隧洞斷面結構設計方法，所述明流輸水隧 洞的斷面形狀為三等弧形結構，即：由底弧段1、左側弧段2、右側弧段3圍繞構成，為對明流 輸水隧洞的拱頂進行優化，左側弧段2與右側弧段3相交位置處設置有過渡弧段4,過渡弧 段4分別與左、右側弧段2、3相切。
[0014] 底弧段1、左側弧段2、右側弧段3的弧長和圓弧半徑r均相等；所述圓弧半徑r和 隧洞斷面的過流水深h根據隧洞設計過流量方程式和擬定凈空比方程式求解確定； 隧洞設計過流量方程式為：
【主權項】
1. 一種明流輸水隧洞斷面結構設計方法，其特征在于：所述明流輸水隧洞的斷面形狀 為三等弧形結構，即：由底弧段、左側弧段、右側弧段圍繞構成，所述底弧段、左側弧段、右側 弧段的弧長和圓弧半徑r均相等；所述圓弧半徑r和隧洞斷面的過流水深h根據隧洞設計 過流量方程式和擬定凈空比方程式求解確定；所述三等弧形結構的明流輸水隧洞斷面形狀 按照下述步驟確定： 第一步、按照求解的圓弧半徑!長度作水平直線，分別以所述水平直線的左、右端點為 圓心，以求解的圓弧半徑!長度為半徑畫第一圓和第二圓，位于所述第一圓和第二圓的上 交點到第一圓和第二圓的圓心之間的弧段即為左側弧段、右側弧段； 第二步、以第一圓和第二圓的上交點為圓心，以求解的圓弧半徑r長度為半徑畫第三 圓，位于所述第三圓與第一圓和第二圓的圓心相交點之間的弧段即為底弧段。
2. 根據權利要求1所述的明流輸水隧洞斷面結構設計方法，其特征在于：所述左側弧 段與右側弧段相交位置處設置有過渡弧段，所述過渡弧段分別與左、右側弧段相切。
【專利摘要】本發明公開了一種明流輸水隧洞斷面結構設計方法，所述明流輸水隧洞的斷面形狀為三等弧形結構，即：由底弧段、左側弧段、右側弧段圍繞構成，所述底弧段、左側弧段、右側弧段的弧長和圓弧半徑r均相等；所述圓弧半徑r和隧洞斷面的過流水深h根據隧洞設計過流量方程式和擬定凈空比方程式求解確定。本發明優點在于和其他斷面形式相比有利于隧洞圍巖結構的安全，三角形襯砌結構更穩定，相對于同條件的可選斷面，開挖面積小、經濟實用，同時方便預制襯砌塊的實施。作為巖性較差區段的馬蹄形斷面結構的過渡，是很好的補充。
【IPC分類】E02B5-00, E21D9-14
【公開號】CN104863611
【申請號】CN201510231198
【發明人】蘇東喜, 隨裕芬, 王愛國, 羅濤, 肖劍, 鄭微微, 蘇丹, 隨海賓, 龐瑞
【申請人】黃河勘測規劃設計有限公司
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年5月8日