随着人类对生存环境要求的日益提高，环境污染问题及其治理已成为大众所关注的问题。在中国经济快速发展的当前，水电是缓解能源危机和环境污染的关键技术。截止到2017年上半年，中国水电总装机容量达到了3.38亿kW，预期2020年达到3.8亿kW。在西部大开发的背景下，中国水电未来规划主要集中在西南地区（云南、四川和西藏）的金沙江、澜沧江、大渡河、雅砻江。水工隧洞是水电站的关键建筑物，用于引水、导流、泄洪和排沙等（王才欢等，2014；张泽辉，2010）。然而，水工隧洞穿越不良地层时可能发生突涌水，威胁人民生命财产安全。因此，对西南地区水电站施工期水工隧洞突涌水问题进行分析研究具有重要的理论和实践意义。

5.7.1.1　水工隧洞的类型

（1）水工隧洞按用途分类有：

1）泄洪洞。配合溢洪道宣泄洪水，保证安全。

2）引水洞。引水发电、灌溉或供水。

3）排沙洞。排放水库泥沙，延长水库的使用年限，有利于水电站的正常运行。

4）放空洞。在必要的情况下放空水库。

5）导流洞。在水利枢纽的施工期用来施工导流。

在设计水工隧洞时，应根据枢纽的规划任务，尽量考虑一洞多用，以降低工程造价。如施工导流洞与永久隧洞相结合，枢纽中的泄洪、排沙、放空隧洞的结合等。

（2）水工隧洞按洞内水流状态分类有：

1）有压洞。工作闸门布置在隧洞出口，洞身全断面被水流充满，隧洞内壁承受较大的内水压力。

2）无压洞。工作闸门布置在隧洞的进口，水流没有充满全断面，有自由水面。(www.daowen.com)

一般说来，隧洞可以设计成有压的，也可设计成无压的，也可设计成前段是有压的而后段是无压的。但应注意的是，在同一洞段内，应避免出现时而有压时而无压的明满流交替现象，以防止引起振动、空蚀等不利流态（李韦城，2010；王要军，2012）。

5.7.1.2　水工隧洞的设计

1.水工隧洞断面设计

水工隧洞建设中常见三种断面设计圆形、马蹄形和城门洞形。各种断面还常采用钢板内衬或锚杆加固洞壁以加强隧洞抗应力能力。一般情况下，有压隧洞采用圆形断面；无压隧洞则选用城门洞形和马蹄形（Park，et al.，2008；Andjelkovic et al.2013；Yu，et al.2014；Zhao et al.2016），具体需根据其围岩结构、构造特征和布线确定非圆形断面形状（张泽辉，2009；陈亚琴，李进，2009；赵伟，2009）；也有水电站有压隧洞采用非圆形断面，比如，大渡河深溪沟水电站施工导流洞（后期作为泄洪洞）为有压隧洞，采用的是城门洞形；白水江青龙水电站引水隧洞采用的是马蹄形和圆形组合的方式（程可，2008；李剑锋，江国勇，2012；牛斌，刘宇，2012）。近年，有学者采用数值方法研究有压隧洞采用非圆形断面所承受的应力情况，更进一步为有压隧洞采用非圆形断面提供了技术支撑（Kargar，et al.，2015）。

西南水电站水工隧洞断面常见的有马蹄形和城门洞形。比如：仁宗海水电站引水隧洞（张宝安，2009）和青龙水电站引水隧洞（李剑锋，2012；牛斌，2012）采用的是马蹄形；长河坝水电站导流洞和公路隧道（陈亚琴，2009；赵伟，2009）、官地水电站（白留星，等，2010）、深溪沟水电站导流泄洪洞（程可，2008）采用的是城门洞形。

2.水工隧洞布线设计

水工隧洞线位需根据水流条件、地质条件、施工技术、用途、经济条件和枢纽区总布局等因素设计。水工隧洞施工穿越地层、构造等决定是否发生突涌水、突涌水规模如何、会不会致灾。根据西南水电工程水工隧洞布设形态，主要有两种类型：①枢纽区隧洞群型[图5.40（a）]；②傍河长距离型[图5.40（b）]。

（1）枢纽区隧洞群型。水工隧洞在枢纽区集中布设是西南水电站水工隧洞常见的一种布设方式。属于该类型的水电工程代表有：大渡河长河坝水电站；雅砻江官地水电站；金沙江向家坝水电站；岷江紫坪铺水电站；澜沧江糯扎渡电站；雅砻江楞古水电站；大渡河大岗山水电站；金沙江溪洛渡水电站；直孔水电站；狮泉河水电站；金沙江乌东德水电站；大渡河深溪沟水电站；大渡河龚嘴水电站；雅砻江二滩水电站；大渡河铜街子水电站；岷江犍为水电站；大渡河双江口水电站。

（2）傍河长距离型。水电工程厂房不在大坝枢纽区，采用引水发电时，常需要建设较长距离的引水隧洞、交通洞等水工隧洞。其中，长距离水工隧洞遭遇特殊地形时，会采用倒虹吸穿越沟谷或者翻越分水岭。西南水工隧洞属于该类型的主要代表有：白水江青龙水电站；金汤河金康水电站；渔子溪一级水电站；渔子溪二级水电站；沙湾水电站；立洲水电站；宝兴水电站；仁宗海水电站（倒虹吸）；锦屏二级电站（越岭）；福堂水电站；岷江太平驿水电站；白水江黑河塘水电站；南桠河三级水电站；美姑河坪头水电站；火溪河自一里水电站；草坡河沙牌水电站；舟坝水电站；冶勒水电站；姚河坝水电站；色尔古水电站；冷竹关水电站；波罗水电站；小天都水电站；水牛家水电站；栗子坪水电站；卡基娃水电站；羊卓雍湖抽水蓄能电站。

图5.40　水工隧洞布设示意图