马蹄形断面

马蹄形过水断面是一种应用于水利水电供排水工程中的隧洞断面形式，它由两个不同半径的四段圆弧组成，具有良好的水流条件和受力性能。

形状特点

马蹄形过水断面的形状特点是其断面由两个不同半径的四段圆弧构成，这种断面形式相对于其他常用的输水断面来说更为复杂。马蹄形过水断面的断面分为净空断面和开口断面，其中净空断面是指衬砌内部轮廓线围成的截面形状，而开口断面则是指外部轮廓线围成的截面形状。常见的隧道断面形状包括圆形、拱形（马蹄形）和矩形。不同的断面形状会影响衬砌结构的受力状态和断面面积利用率。圆形断面适用于各种围岩压力分布情况，拱形断面其次，矩形断面再次。在面积利用率方面，矩形断面最高，拱形断面次之，圆形断面最低。此外，隧道断面形状的选择还受到施工方法的影响，如圆形断面常用于盾构法，矩形断面适用于沉埋法和顶进法，拱形断面则可用于矿山法、新奥法以及明挖法。

正常水深计算

正常水深是水力学中的一个重要参数，对于马蹄形过水断面，传统计算方法包括试算法、查图表或计算机编程计算，这些方法在实际工程应用中并不方便。为了提高计算效率和准确性，研究人员提出了新的计算方法，通过将马蹄形断面正常水深的原函数方程转化为准一次函数和准二次函数的形式，从而得到了一种简单、精确、适用范围广泛的直接计算公式。这一公式在工程实践中已经证明了其有效性，最大相对误差不超过0.31%，为采用马蹄形断面的工程提供了可靠的计算工具。

断面分类

马蹄形断面可分为标准I型和II型，这两种类型的断面都有三种不同的水力条件，分别是水面位于底弧弧段（0≤h≤e）、侧弧弧段（e≤h≤r）和顶弧弧段（r≤h≤2r）。相应的水力要素如表所示：

水力要素求解

水力计算是隧洞设计的重要基础，其中包括确定过水断面积A、湿周x、水面宽度B等水力要素。然而，由于缺乏针对马蹄形断面的水力要素数学表达式，使得水力计算变得困难。经过研究，成功地解决了这个问题，并将所得的水力要素整理汇总，以便于工程实践使用。

参考资料

马蹄形过水断面临界水深的迭代计算.万方数据.2024-10-31