发电隧洞是水电站最常见的输水建筑物之一。发电隧洞按作用的不同,可分为引水隧洞和尾水隧洞;根据隧洞工作条件的不同,又可分为有压隧洞和无压隧洞。发电引水隧洞多数是有压的,而尾水隧洞则以无压洞居多。

(1)发电隧洞路线选择　发电隧洞的线路选择是水电站设计中的重要内容,关系到隧洞的造价、施工难易、施工安全、工程进度和运用可靠性等。发电隧洞线路选择要和进水口、调压室、压力管道及厂房位置联系起来综合考虑,必须在认真勘测的基础上拟定出各种不同方案,经过技术经济比较后确定最终方案。在满足水电站枢纽总体布置前提下,隧洞线路布置的总原则是“洞线短、弯道少,沿线工程地质、水文地质条件好,便于布置施工平洞”。

①地形条件要求。隧洞进出口处地形宜陡,进出口段应尽量垂直地形等高线,其洞顶围岩厚度应不小于1.0倍开挖洞径,洞身的埋藏深度应满足洞顶以上围岩重量大于洞内静水压力的要求(拟利用围岩抗力时围岩厚度应不小于3.0倍开挖洞径),要利用山谷等有利地形布置施工支洞。

②地质条件要求。隧洞线路应布置在地质构造简单、山岩比较完整坚固、山坡稳定的地区,应尽量避开不利的地质构造(比如断层、破碎带和可能发生滑坡的不稳定地段),同时应尽量避开山岩压力很大、渗水量很大的岩层。当洞线与岩层、构造断裂面及主要较弱带相交时其夹角应尽量靠近90°,在整体块状结构的岩体中其夹角不宜小于30°,在层状岩体中(特别是层间结合疏松的高倾角薄岩层)其夹角不宜小于45°。隧洞的进出口在开挖时易于塌方,在运用中也容易受地震破坏,因此应选择覆盖或风化层浅、岩石比较坚固完整的地段,以避免施工和运用中发生塌方、堵塞洞口的事故(如果无法避开则可以通过结构设计和施工措加以改善)。

③施工条件要求。对于长隧洞,洞线选择时还应考虑设置施工支洞问题(以便增加施工工作面、改善施工条件、加快施工进度),有压隧洞要设0.3%～0.5%的纵坡以利于施工排水及放空隧洞。(www.daowen.com)

④水力条件要求。发电隧洞洞线应尽可能直,应少转弯(必须转弯时其弯曲半径一般应大于5倍洞径且转角不宜大于60°)以使水流平顺并减小水头损失。

(2)发电隧洞的水力计算　有压隧洞的水力计算包括恒定流及非恒定流两种。恒定流计算的目的是研究隧洞断面、引用流量及水头损失之间的关系以便确定隧洞尺寸。非恒定流计算的目的是求出隧洞沿线各点的最大、最小内水压力值。首先求出调压室内的最高及最低水位,水库水位与调压室内的最高水位的连线即为隧洞的最大内水压力坡降线(据此可确定隧洞衬砌的设计水头),水库的低水位与调压室最低水位的连线即为隧洞最小内水压力坡降线,隧洞顶各点高程应在最低压坡线之下并有1.5～2.0m的压力余幅(以保证洞内不出现负压)。当隧洞末端无调压室时其非恒定流计算即为水击计算。应避免在隧洞中出现时而无压时而有压的不稳定工作状态。

(3)发电隧洞的断面尺寸设计　发电隧洞常见的隧洞断面形式有圆形、城门洞形、马蹄形及高拱形4类。有压隧洞常采用圆形断面。无压隧洞当地质条件良好时,通常可采用城门洞形,若洞顶和两侧围岩不稳则可采用马蹄形,若洞顶岩石很不稳定则应采用高拱形。发电隧洞的断面尺寸应根据动能及经济计算选定,不太重要的工程常可借助经济流速控制(根据经验,有压隧洞的经济流速Ve一般在4m/s左右,求出Qmax/Ve值即可求得经济断面)。