水工隧洞设计规范试行SD134841Word文档格式.docx

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中华人民共和国水利电力部

试行日期：

1985年5月1日

关于试行《水工隧洞设计规范》

SD134—84的通知

（84）水电水规字第141号

根据国家计委关于修订设计规范的要求，我部委托水利电力部成都勘测设计院会同有关设计、科研和高等院校等9个单位修编了《水工隧洞设计规范》SD134—84，经审定现批准该规范颁布试行。

于此同时停止使用1966年颁发的《水工隧洞设计暂行规范》。

各单位在试行过程中，如有意见，请告水利电力部成都勘测设计院和水利电力部水利水电规划设计院。

1985年3月12日

说明

水利电力部规划设计管理局（79）水电规水字第7号文下达成都勘测设计院主持对水利电力部1966年颁发的《水工隧洞设计暂行规范》进行修订工作。

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”的有关规定精神，以1966年暂行规范为基础，结合我国近年水工隧洞建设经验，搜集并借鉴国外先进技术。

在广泛调查研究、专题总结的基础上，先后提出了规范讨论稿、初稿以及送审稿，召开了多次讨论会，最后由水利水电规划设计院审定，报水利电力部批准，现颁发试行。

参加本规范编写的单位及各单位的主要人员为：

主编单位：

水电部成都勘测设计院——段乐斋、黄孟良、刘俊芳

参加编制单位：

水电部西北勘测设计院——杨欣先

水电部东北勘测设计院——赵长海

水电部贵阳勘测设计院——郑治

水电部天津勘测设计院——夏广逊

陕西省水电勘测设计院——马耀堂

水利水电科学研究院——张有天

清华大学水利系——张受天

陕西机械学院水利系——戴振霖

在本规范的编修过程中，得到了许多单位和专家的大力支持和帮助，提供了许多宝贵的资料、意见和具体建议，特致以谢意。

第1.0.1条水工隧洞包括发电引水隧洞、尾水隧洞、灌溉和供水隧洞、泄洪隧洞、排沙隧洞、排水隧洞、施工导流隧洞等。

第1.0.2条水工隧洞的级别标准，按现行《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》（山区、丘陵区部分）的有关规定执行。

本规范适用于岩体中1、2、3级水工隧洞（包括斜井）的各个设计阶段。

4、5级水工隧洞可参照使用。

第1.0.3条水工隧洞的设计级别，经过论证可予提高或降低：

一、地质条件特别复杂、水头和流速特别高，以及失事后将会造成严重损失的隧洞，可提高一级（最高不高于1级隧洞）。

二、低水头低流速，失事后不致造成严重损失的隧洞，可降低一级。

第1.0.4条水工隧洞的设计，应做到因地制宜，技术先进，经济合理，安全可靠，确保质量。

第1.0.5条国内的先进设计经验，应积极推广使用，并不断总结提高。

对国外先进技术，凡适用且有经济效益的，也应积极采用。

第1.0.6条凡本规范中未包括的问题，或由于新技术的发展使某些条文不尽适宜时，设计单位得通过试验论证，提出补充意见，报设计审批单位批准执行，并抄报本规范审批单位。

根据水工隧洞的工作特性，凡另有专门的设计规范时，尚应符合该专门规范（如灌溉、供水、进水口等）的有关规定。

第2.0.1条水工隧洞设计所需的基本资料有：

水文、气象、地形、工程地质、水文地质、地震烈度、枢纽布置与建筑物运用要求、施工条件和建筑材料等。

基本资料应由有关专业根据各个设计阶段的深度要求提供，设计人员应进行分析研究，合理选用。

必要时，与有关专业协商确定。

第2.0.2条隧洞沿线的地质勘察工作，应根据地质条件的复杂程度，建筑物的级别和不同的设计阶段，按照有关规范执行。

对1、2级的水工隧洞，应根据各设计阶段的要求在现场选择有代表性的地段，进行有关的试验工作（如岩体的物理力学性能等）。

第2.0.3条地质资料是隧洞设计的重要依据，也是施工、运行安全的重要资料。

在开工前，设计人员应掌握隧洞地区的基本地质情况：

一、沿线的岩层性质和地质构造；

二、沿线的水文地质情况；

三、进、出口及洞脸边坡的稳定性；

四、有无影响建筑物或施工安全的其他重要地质现象，如岩溶、滑坡体、有害气体等；

五、在高地应力地区尚应了解地应力及岩爆情况。

第2.0.4条在开工后，设计人员应及时掌握隧洞各段的实际地质情况。

水工隧洞施工阶段的地质工作，应按有关规范的要求执行。

应及时观测、校正和补充地质资料，以便核对和修改设计，并为施工安全进行地质预报。

对地质情况特别复杂的地段，可视需要在施工中用导洞、超前钻等手段，探明情况，修改设计。

第2.0.5条在设计阶段初期，可根据地质资料，参照附录一围岩分类表，对围岩的稳定性作出评价，提供设计所需参数。

随着勘测阶段的升级，地质勘探工作的加深，对围岩分类应及时补充和修正。

第一节洞线选择

第3.1.1条正确地选择洞线，关系到围岩的整体稳定、工程造价、施工工期和运行安全等问题，是水工隧洞设计的关键。

水工隧洞的线路，应根据隧洞的用途，综合考虑地形、地质、水力学、施工、运行、沿线建筑物、枢纽总布置以及对周围环境的影响等各种因素，通过可能方案的技术经济比较选定。

第3.1.2条在满足水力枢纽总布置要求的条件下，洞线宜选在沿线地质构造简单、岩体完整稳定、岩石坚硬、上覆岩层厚度大、水文地质条件有利及施工方便的地区。

第3.1.3条洞线与岩层、构造断裂面及主要软弱带应尽量具有较大的夹角。

在整体块状结构的岩体中，其夹角一般不宜小于30°

。

在层状岩体中，特别是层间结合疏松的高倾角薄岩层，其夹角一般不宜小于45°

高地应力地区的隧洞，从围岩稳定考虑，宜使洞线与最大水平地应力方向一致或尽量减小其夹角。

第3.1.4条洞顶以上和傍山隧洞岸边一侧岩体的最小覆盖厚度，应根据地质条件、隧洞断面形状及尺寸、施工成洞条件、内水压力、衬砌型式、围岩渗透特性、结构计算成果等因素，综合分析决定。

一、有压隧洞的进、出口，无压隧洞及其进、出口部位，在采取了合理的施工程序和工程措施，可保证施工期及运行期的安全者，对最小覆盖厚度不做具体规定。

二、有压隧洞洞身部位的最小覆盖厚度一般按洞内静水压力小于洞顶以上围岩重量的要求确定。

第3.1.5条相邻两隧洞间岩体的厚度，应根据布置需要、围岩的受压和应力、变形情况、隧洞横断面尺寸、施工方法和运行条件（一洞有水、邻洞无水）等因素，综合分析决定。

一般不宜小于二倍的洞径（或洞宽）。

岩体较好时，可适当减小，但不应小于一倍洞径（或洞宽）。

第3.1.6条洞线穿过坝基、坝肩或其他建筑物地基时，建筑物与隧洞间应有足够的岩体厚度，以满足结构和防渗上的要求。

第3.1.7条洞线遇有沟谷时，应根据地形、地质、水文及施工条件，进行绕沟或跨沟方案的技术经济比较。

当采用跨沟方案时，应合理选择跨沟位置，对跨沟建筑物地基、隧洞的连接部位及其洞脸山坡，应加强工程措施。

第3.1.8条洞线在平面上应尽可能布置为直线。

如由于布置或其它原因采用曲线时，则：

对于低流速无压隧洞的弯曲半径，不宜小于5倍的洞径（或洞宽），转角不宜大于60°

低流速有压隧洞可适当降低要求。

对于高流速无压隧洞，在平面上应尽量避免设置曲线段。

高流速有压隧洞，其弯曲半径和转角，宜通过试验决定。

在弯道的首尾应设置直线段，其长度不宜小于5倍洞径（或洞宽）。

第3.1.9条洞身段如必须设置竖曲线时，则对于高流速隧洞的竖曲线，其型式和半径，宜通过试验决定。

低流速无压隧洞的竖曲线半径一般不宜小于5倍的洞径（或洞宽），低流速有压隧洞可适当降低要求。

在布置竖曲线时，应考虑采用的施工方法。

第3.1.10条洞身段的纵坡，应根据运用要求、上下游衔接、沿线建筑物底部高程、以及施工和检修条件等，通过技术经济比较选定。

沿程纵坡不宜变化过多，一般不宜设置平坡，避免设置反坡。

第3.1.11条有压隧洞全线洞顶处的最小压力在最不利的运行条件下不宜小于2m（必须在明满流过渡条件下运行的导流隧洞不受此限制）。

第3.1.12条选择较长隧洞洞线时，应考虑设置施工支洞的问题。

支洞的数目及长度，应根据沿线地形、地质条件、施工方法、对外交通情况，并有利于均衡各段隧洞的工程量及工期的要求等，分析决定。

第二节进、出口布置

第3.2.1条进、出口布置，应根据枢纽总体布置、地形、地质条件，使水流顺畅，进流均匀，出流平稳，有利于防淤、防沙、防冰、防木、防冲及防污等，并满足过水流量及设置闸门等要求。

第3.2.2条进、出口应选在地质构造简单、风化覆盖层较浅的地区，应尽量避开不良地质构造和山崩、危崖、滑坡等地区。

第3.2.3条对于进、出口洞脸，应尽量避免高边坡的开挖。

若无法避免时，应仔细分析开挖后的稳定性，并注意加固措施。

第3.2.4条进口建筑物，按进流方式分为开敞式和深水式两种。

深水式进口按其后接洞内流态可分为深式长管进口（后接有压隧洞）和深式短管进口（后接无压隧洞）两类。

一、开敞式进口的布置，必须圆滑平顺，避免在进口前产生漩涡和回流。

常用的结构型式为平面上呈弧形、迎水面直立的弧形直立墙式和自上游起由斜卧渐变为直立的扭曲墙式。

前者适用于软弱地基，后者适用于较好的岩石地基。

直立墙式的弧线曲率半径不宜过小。

扭曲墙式的顺水向长度不应小于闸前最大水深的两倍。

二、对于深式长管进口，宜采用顶部和两侧三向收缩具有椭圆曲线的型式。

孔口高宽比一般取1.5左右，侧墙椭圆曲线的短半轴应大于五分之一的孔口宽度。

三、对于深式短管进口，工作闸门与检修闸门都设在进口建筑物内。

工作闸门前压力段的长度一般小于3～4倍的孔口高。

检修闸门前入口段的长度宜控制在0.8～1.0倍工作闸门孔口高以内。

工作闸门前压力段一般要始终保持收缩型，段内压力分布要尽量达到沿程平顺递减，不允许出现负压，且要满足过水能力的要求。

第3.2.5条对于有压泄水隧洞的出口体形设计，应注意以下几点：

一、如隧洞沿程体形无急剧的变化，出口段的断面积宜收缩为洞身断面的85%～90%。

若沿程体形变化多，洞内水流条件差，收缩率宜采用80%～85%。

对重要的隧洞工程宜进行水工模型试验验证。

二、出口渐变段的体形，应根据水流条件、工作闸门型式和布置以及启闭方式决定。

三、出口洞段的底坡宜平缓。

如需侧向扩散宜平顺。

注意与下游水流良好衔接，避免使主流突然跌落。

第3.2.6条对有压隧洞排水补气、充水排气和无压隧洞水面线以上的通气及其他需要通气的地段，应估算必需的通气面积，并应留有余地，以策安全。

通气面积计算方法，详见闸门设计规范。

第三节多用途隧洞

第3.3.1条选择隧洞布置方案时，应根据隧洞的应用条件研究临时与永久相结合及一洞多用的合理性。

第3.3.2条对于临时与永久相结合的隧洞，对洞线、纵坡、衬砌形式、进、出口高程及其位置等，除应满足临时过水要求外，应充分考虑永久运行中的要求。

第3.3.3条中小型水电站泄洪与发电共用一条主洞的布置时，必须保证各自的运用要求和较好的水力条件，即安全宣泄规定的泄洪流量、保证发电隧洞的压力状态及发电时的最小水头，并采取适当的措施，以防机组震动和分岔附近空蚀破坏。

第3.3.4条主、支洞的分岔角度宜在30°

～60°

范围内选取，在满足布置和构造要求的条件下，应尽量采用较小的分岔角度。

第3.3.5条当泄洪、发电共用一条主洞时，分岔的型式需根据水头、流量以及分流比来确定，必要时应进行模型试验。

分岔后发电洞的长度不宜小于10倍洞径。

泄洪隧洞出口断面积，如主洞泄洪，不宜超过85%的泄洪洞身断面积；

如支洞泄洪，不宜超过70%的支洞洞身断面积。

第一节一般原则

第4.1.1条水工隧洞按洞内水流状态分为有压隧洞和无压隧洞；

按其流速大小分为低流速隧洞和高流速隧洞（流速大于16～20m/s的为高流速）。

由于高流速带来的掺气、振动、空蚀、磨蚀和冲击波等问题，在体形设计上应予以特别注意。

第4.1.2条洞身的横断面形状和尺寸，应根据隧洞的用途、水力条件、工程地质条件、地应力情况、衬砌工作条件、施工方法等因素，通过技术经济分析决定。

第4.1.3条对于发电引水隧洞，常采用有压隧洞。

当上游水位变化不大、引用流量比较稳定时，也可采用无压隧洞。

对于发电尾水隧洞，常采用无压隧洞。

当下游水位变化很大，为保证明流状态所需断面高度很大时，也可采用有压隧洞。

采用有压尾水隧洞时，应注意研究是否需设置尾水调压井的问题。

第4.1.4条对高流速的泄水隧洞，在同一段内严禁采用明满流交替的运行方式。

对低流速的泄水隧洞，正常情况下按明流方式运行者，允许在校核洪水时段出现明满流交替的工作状态。

对导流隧洞，经论证在设计过流条件下水流流态不致造成洞身破坏时，可采用明满流交替的运行方式。

第二节横断面形状

第4.2.1条有压隧洞宜采用圆形断面。

若洞径和内、外水压力不大，也可采用更便于施工的其它断面形状。

无压隧洞宜采用圆拱直墙式断面，圆拱中心角为90°

～180°

，当需要加大拱端推力时，也可选用小于90°

的中心角。

断面的高宽比，应根据水力条件及地质条件选用，一般为1～1.5。

洞内水位变化较大时，宜采用大的比值。

若地质条件较差时，可选用圆形或马蹄型断面。

第4.2.2条断面的高宽比，尚应与地应力条件相适应，若水平地应力大于垂直地应力时，可采用高度较小而宽度较大的断面；

若垂直地应力大于水平地应力时，可采用高度较大而宽度较小的断面。

第4.2.3条对较长的隧洞，可采用多种断面形状或衬砌型式，但不宜过多过密。

不同断面或衬砌型式之间应设置渐变段。

渐变段的边界应采用平缓曲线，并要便于施工。

有压隧洞渐变段的圆锥角以采用6°

～10°

为宜，其长度不小于1.5～2.0倍洞径（或洞宽），两渐变段之间的长度不宜过短。

高流速无压隧洞渐变段的体形，应通过试验选定。

第三节横断面尺寸

第4.3.1条发电引水隧洞和尾水隧洞的横断面尺寸，应根据隧洞工程费用和能量损失费用之和为最低的原则分析决定。

其计算方法按有关规定执行。

第4.3.2条灌溉隧洞的横断面尺寸，应根据隧洞的出口高程和灌溉设计最大流量确定。

第4.3.3条泄洪隧洞的横断面尺寸，应考虑隧洞在各种可能运行条件下，都能够保证规定的过水能力，并通过技术经济比较决定。

第4.3.4条导流隧洞的横断面尺寸，应根据导流流量要求，结合进口高程、围堰的高低、施工要求等因素，通过技术经济比较决定。

第4.3.5条考虑到施工的需要，横断面的最小尺寸：

圆形断面的内径不宜小于1.8m，非圆形断面的高度不宜小于1.8m，宽度不宜小于1.5m。

第4.3.6条在低流速的无压隧洞中，若通气条件良好，在恒定流条件下，洞内水面线以上的空间不宜小于隧洞断面面积的15%，其高度不应小于40cm。

在非恒定流条件下，计算中已考虑了涌波时，上述数值允许适当减小，对较长的隧洞和不衬砌或喷锚衬砌的隧洞，上述数值可适当增加。

经过论证有通航或过木要求的隧洞。

过水断面的尺寸和水面线以上的空间、弯曲半径和转角，应按有关规范决定。

第4.3.7条高流速无压隧洞的横断面尺寸宜经过试验确定，顶拱夹角应选较小角度，并应考虑掺气的影响。

在掺气水面线以上的空间，一般为横断面面积的15%～25%。

当采用圆拱直墙式断面时，水面线不宜超出直墙范围。

当水流有冲击波时，应尽量将冲击波波蜂限制在直墙范围内。

第一节水力计算原则

第5.1.1条水力计算是水工隧洞设计中的重要环节之一，必须予以重视。

水力计算的内容有：

1）过流能力：

2）上、下游水流衔接（符合有关规范要求）；

3）水头损失；

4）压坡线；

5）水面线等。

此外，还应研究掺气、充水方式及其它水力现象。

第5.1.2条水工隧洞的水头损失分沿程损失和局部损失两种，应分别进行计算：

一、沿程损失计算中选用的糙率系数n值，应根据施工能达到的水平、运用后可能的变化及其经济效益综合分析决定。

二、局部水头损失计算中采用的系数，一般可参照水力学资料分析决定，必要时可通过试验决定。

第5.1.3条水工隧洞的过流能力，应根据水流条件分别按有压隧洞及无压隧洞计算：

一、有压隧洞：

按管流情况计算；

二、无压隧洞：

开敞式进口，按堰流情况计算；

深式进口，按管流情况计算。

第5.1.4条对于无压隧洞的水面线计算，首先判别水面线的类别，在选定控制断面后，可按分段求和法或其它方法计算。

第5.1.5条对高流速、大流量、水流条件复杂的水工隧洞，应进行整体或局部的水工模型试验，验证其水力计算和建筑物布置的合理性。

第二节高流速的防蚀设计

第5.2.1条高流速的水工隧洞，应根据试验选定各部位的体形。

所选体形最低压力点（或可疑点）的“初生空化数”应当小于该处的“水流空化数”，否则必须采取相应的措施。

空蚀可能性的判别方法见附录二。

第5.2.2条对于高流速的水工隧洞，应特别重视下列容易发生空蚀的部位或区域：

一、有压隧洞的进口、闸门槽、渐变段、分岔处、弯曲段、出口及水流边壁突变的区段。

二、无压隧洞的陡坡泄流曲线段、反弧段、扩散或收缩段、闸墩、门槽及其出口段等。

第5.2.3条对易于发生空蚀的部位或区段，可采用下列防蚀措施：

一、选择合适的体形；

二、控制水流边壁表面的局部不平整度，其标准可按附录二决定；

三、向水流中掺气，以达防蚀目的。

掺气设施的型式、尺寸和位置，可通过局部模型试验或对比已建工程的原型观测资料决定；

四、采用抗蚀材料。

常用抗蚀材料见附录二；

五、选用合理的运行方式。

第5.2.4条对多泥沙河流，在泄水建筑物的过水部位，应选用抗磨损能力较强的材料。

常用的抗磨材料见附录二。

第6.1.1条混凝土和钢筋混凝土衬砌的作用：

一、平整围岩表面，减少糙率；

二、防止渗漏；

三、防止水流、大气、温度和湿度变化等对围岩的冲刷和破坏作用；

四、承受围岩压力和其它各种荷载，或加固围岩共同承受内、外水压力和其它荷载等。

第6.1.2条遇有下列情况，可采用混凝土衬砌：

一、围岩稳定性较好（或经支护后，围岩能基本稳定），但抗渗性能较差；

二、为了平整围岩表面，满足水力学要求；

三、能够满足强度、抗裂或限裂的要求。

第6.1.3条采用混凝土衬砌不能满足强度、抗裂或限裂要求时，应采用钢筋混凝土衬砌。

第6.1.4条混凝土和钢筋混凝土的衬砌厚度（不包括围岩超挖部分），应根据强度、抗渗和构造要求，并结合施工方法分析决定。

单筋混凝土衬砌厚度不宜小于25cm；

双层钢筋混凝土衬砌厚度不宜小于30cm。

第6.1.5条混凝土和钢筋混凝土衬砌，应根据围岩条件、防渗要求、隧洞工作状态和工程的重要性，提出抗裂或限裂的要求。

仅为平整围岩表面而设置的衬砌，可不提此要求。

第6.1.6条若隧洞衬砌开裂后，内水外渗将危及围岩和相邻建筑物的安全时，应按抗裂设计，否则可按限裂设计。

按限裂设计时，最大计算裂缝宽度不应超过0.2～0.3mm。

水质有侵蚀性时，最大计算裂缝宽度不宜超过0.15～0.25mm。

如衬砌不易满足抗裂、限裂要求时，可采取其它措施。

第6.1.7条对混凝土和钢筋混凝土衬砌，应根据需要提出混凝土的强度、抗渗、抗冻、抗磨和抗侵蚀的要求，其强度标号不应低于150号，一般采用28天龄期，经论证可采用后期强度。

第6.1.8条混凝土和钢筋混凝土的性能，应满足现行《水工钢筋混凝土结构设计规范》的有关规定。

第二节荷载和荷载组合

第6.2.1条作用于衬砌上的荷载，按其作用的情况，分为基本荷载和特殊荷载两类。

一、基本荷载：

长期或经常作用在衬砌上的荷载，如围岩、压力、衬砌自重（包括超挖回填混凝土的重量）、设计条件下的内水压力（引水隧洞正常水位及调压井中产生最高涌浪时，洞内的静水压力。

泄洪隧洞设计洪水位时，洞内的静水压力）、稳定渗流情况下的地下水压力等。

二、特殊荷载：

出现机遇较少的不经常作用在衬砌上的荷载，如校核水位时的内水压力（包括动水压力）和相应的地下水压力、施工荷载、温度荷载、灌浆压力及地震荷载等。

第6.2.2条计算荷载应根据上列两类荷载同时存在的可能性，分别组合为基本组合和特殊组合两类。

在衬砌计算中应采用各自最不利的组合情况，并分别采用不同的安全系数，其具体数值，按现行《水工钢筋混凝土设计规范》规定取用。

对于受内水压力控制的圆形有压隧洞的素混凝土衬砌，混凝土的抗拉安全系数可采用较水工钢筋混凝土设计规范为低的数值，并按下表采用：

混凝土的抗拉安全系数表

隧洞级别

1

2、3

4、5

荷载组合

基本

特殊

混凝土达到设计抗拉强度时的安全系数

2.1

1.8

1.6

1.7

1.5

第6.2.3条作用在衬砌上的围岩压力，应根据围岩条件、埋设深度、断面形状和尺寸、施工方法、开挖后的支撑条件、衬砌浇筑时间及施工中围岩应力重分布等因素分析决定。

建议在分析上述因素的基础上，根据不同的围岩类别，采用不同的方法，估算围岩松动压力：

一、对于Ⅰ类围岩，设计衬砌时，可不计围岩的松动压力，但要注意研究围岩的地应力问题。

二、对于Ⅱ、Ⅲ类围岩，在隧洞开挖前建议按下式估算围岩松动压力：

式中

——岩石容重，t/m3；

B——隧洞的开挖宽度，m；

q——均匀分布的垂直围岩松动压力，t/m2。

在隧洞开挖后应根据补充的地质资料和实际情况，用块体平衡法或有限元法，分析核算可能作用于初砌上的压力，进行必要的修正。

三、对于Ⅳ、Ⅴ类围岩，可按松动介质平衡理论估算围岩压力。

四、当采用喷锚支护或钢支撑加固围岩，使围岩已达稳定时，内衬砌混凝土或钢筋混凝土层可少计或不计围岩压力。

第6.2.4条对于不能形成稳定拱的浅埋隧洞，围岩的松动压力应采用等于隧洞拱顶以上覆盖的总重量。

第6.2.5条围岩的物理力学指标，应力求符合实际，合理选用。

对1级无压隧洞及1、2级有压隧洞的技施设计阶段，应根据现场试验资料和工程类比分析决定。

在开挖过程中，如发现所选用的数据与实际情况不符时，应及时修正。

第6.2.6条确定地下水压力时，应先根据水文地质条件和工程布置，并考虑工程投入运用后可能引起的地下水位变化等因素，分析确定地下水