導流洞說明書

1、玉樹州查日扣水電站工程導流洞工程設計說明書青海省水利水電勘測設計研究院二0一一年元月一、查日扣水電站工程概況查日扣水電站位于瀾滄江干流（扎曲）的一級支流子曲河上，距玉樹州州府結古鎮(zhèn)113公里，距省會西寧929公里，是一座混合式電站。工地通過6km的簡易公路與214國道連通，交通比較方便。查日扣電站主要做為玉樹電網(wǎng)支撐電源，該電站建成后可實現(xiàn)110kv電網(wǎng)與結古、囊謙、雜多聯(lián)網(wǎng)運行，保證全州的電力供應，并作為全州最大的電源點起到調(diào)峰的作用，提高供電的保證率和可靠性。從而將大力推動玉樹州經(jīng)濟和各項事業(yè)的發(fā)展。查日扣水電站具有較好的開發(fā)建設條件、良好的經(jīng)濟效益和社會效益。為加快玉樹州的建設步伐，共創(chuàng)

2、和諧社會，查日扣水電站的建設是十分必要的。查日扣水電站水庫總庫容4.21108m3；興利庫容0.84108m3；死庫容3.15108m3；調(diào)洪庫容 0.6108m3。正常高水位3997.6.0m，校核洪水位4001.0m，設計洪水位4000.45 m，死水位3984.6m?；旌鲜诫娬?，電站裝機容量412500kw，設計發(fā)電流量q=62.95m3/s，設計凈水頭100.17m，水庫為年調(diào)節(jié)水庫；多年平均年發(fā)電量2.204108kw.h，年利用小時數(shù)4408.95h。根據(jù)水利水電工程等級劃分及洪水標準（sl252-2000）和防洪標準（gb50201-94），按“就高不就低”的原則工程等別為等大（

3、2）型。主要建筑物（發(fā)電洞、壓力鋼管、發(fā)電廠房、溢洪道）為2級，首次可行性研究推薦方案砼面板堆石壩根據(jù)水庫大壩提級指標，土石壩壩高超過90米要提高建筑物的級別。因本工程大壩高為121.4m，因此砼面板堆石壩提級為1級，次要建筑物（尾水）為3級，臨時建筑物（導流明渠、導流洞、圍堰、臨時護坡）為4級。根據(jù)水利水電工程等級劃分及洪水標準（sl2522000）和水利水電工程施工組織設計規(guī)范(sl3032004)的規(guī)定，樞紐導流圍堰保護1級永久建筑物，使用年限大于1.5年，施工導流標準采用20年一遇洪水（p=5%），根據(jù)水文分析結果，相應的洪水洪峰流量q=372m3/s。二、導流洞工程設計過程2004年

4、2月青海省水利水電勘測設計研究院完成了中華人民共和國水力資源復查成果（第26卷-青海省），其中按照編制時期的現(xiàn)狀提出了那益雄、查日扣、查隆通、加登達、江樹馬5座梯級電站。查日扣水電站為子曲河水電規(guī)劃中的第二級電站，其上游為那益雄電站（未建），下游為查隆通電站（擬建）。2008年9月青海省水利水電勘測設計研究院接青海省水利水電集團玉樹電力公司玉樹電源電網(wǎng)工程建設項目部委托進行查日扣水電站的可行性研究工作，并簽定了青海省查日扣水電站可研階段勘察設計合同2009年五月我院完成了查日扣水電站可行性研究報告的編制工作，2009年7月24日，青海省發(fā)展和改革委員會在西寧主持召開了青海省玉樹州子曲查日扣水電

5、站工程可行性研究報告（以下簡稱可研報告）審查會，會議認為可研報告需要進一步完善，增加壩型的比較方案，即混凝土拱壩方案。本次審查會同意導流洞的布置方式，并對各個建筑物提出了詳細的修改措施。2010年4月14日玉樹發(fā)生地震，為盡快給玉樹震后重建提供電力支持， 2010年12月11日進行了青海省玉樹州子曲查日扣水電站導流洞工程咨詢會，并對提出了導流洞在混凝土面板堆石壩方案或混凝土拱壩方案中的相對位置和注意措施，使導流洞修改后能滿足上述兩個方案的布置。2010年12月21日在青海省水利水電勘測設計研究院會議室召開了玉樹查日扣水電站可研工作進展情況及布置方案的會議，參加會的單位有玉樹電力公司、青海省水電

6、設計院及相關專業(yè)的負責人。會議中業(yè)主（玉樹電力公司）要求導流洞技施設計提前完成，并先開工建設，后續(xù)完成大壩的比較設計等。三、導流隧洞設計原則導流隧洞洞線的布置結合永久建筑物布置進行規(guī)劃，考慮以下布置原則：（1）充分考慮地形條件，盡量使隧洞洞線最短；（2）洞線應盡量選擇巖石新鮮、巖性堅硬、斷層較少、裂隙不發(fā)育等地質條件較好的地層。（3）進、出口選擇地質條件較好的位置，以利于洞口的穩(wěn)定。（4）隧洞進出口高程考慮運行要求及截流等因素。根據(jù)以上原則，結合，水工樞紐布置，在壩址右岸布置導流隧洞，斷面型式采用城門洞型。四、導流洞的布置導流洞位于壩址右岸山體中，地貌類型為中高山峽谷區(qū)；隧洞軸線與壩軸線斜交。

7、導流洞由進水導流明渠、進口段、洞身段及尾水導流明渠組成。樁號d0+000.00d0+064.00段為進水導流明渠，此段地形自然坡降在1：0.6左右，上部分布第四系全新統(tǒng)坡積碎石土，以碎石為主，含少量塊石，結構較松散，一般厚度0.5-2m，下部為三疊系上統(tǒng)灰?guī)r，屬于-類圍巖。明渠段先剝除覆蓋層，巖石按1：0.3坡比開挖，平面上按八字形布置，與上游河道順接，八字形邊墻與隧洞軸線的擴散角為9，明渠底板高程為3902.00。因為導流洞為臨時工程，底板采用50cm混凝土防護，兩邊巖基錨噴15cm厚混凝土。樁號d0+064.00d0+068.00段為隧洞封堵閘室段，底板高程為3902.00。進口段設封堵閘

8、門一扇，閘孔尺寸為79(寬高)m，閘門形式為平板門；閘室為豎井式，混凝土襯砌。閘室頂封堵平臺高程為3925.00m。樁號d0+068.00d0+083.00段為方變圓漸變段，圍巖巖性為三疊系上統(tǒng)灰?guī)r，洞室?guī)r體完整性整體較好，屬于基本穩(wěn)定的類圍巖。洞內(nèi)地下水活動中等，施工時會出現(xiàn)大量滴水或線狀流水現(xiàn)象。隧洞在開挖時,洞內(nèi)局部會產(chǎn)生掉塊。開挖后進行噴錨支護。后期按方變圓的形式襯砌。樁號d0+083.00d0+098.00段為7m9m（寬高）隧洞洞身，圍巖巖性為三疊系上統(tǒng)灰?guī)r，洞室?guī)r體完整性整體較好，屬于基本穩(wěn)定的類圍巖。洞內(nèi)地下水活動中等，施工時會出現(xiàn)大量滴水或線狀流水現(xiàn)象。隧洞在開挖時,洞內(nèi)局部

9、會產(chǎn)生掉塊。開挖后進行噴錨支護，后期按80cm厚襯砌。樁號d0+098.00d0+110.00段洞身由7m9m（寬高）漸變?yōu)?m8.5m（寬高），圍巖巖性為三疊系上統(tǒng)灰?guī)r，洞室?guī)r體完整性整體較好，屬于基本穩(wěn)定的類圍巖。洞內(nèi)地下水活動中等，施工時會出現(xiàn)大量滴水或線狀流水現(xiàn)象。隧洞在開挖時,洞內(nèi)局部會產(chǎn)生掉塊。開挖后進行噴錨支護，后期按80cm厚襯砌。樁號d0+110.00d0+130.00段為6m8.5m（寬高）洞身段，圍巖巖性為三疊系上統(tǒng)灰?guī)r，此段洞身穿過f18（ne23nw65）斷層，圍巖屬于基本穩(wěn)定的類圍巖。洞內(nèi)地下水活動中等，施工時會出現(xiàn)大量滴水或線狀流水現(xiàn)象。隧洞在開挖時,洞內(nèi)局部會產(chǎn)

10、生掉塊。開挖后進行噴錨支護，后期按80cm厚襯砌。樁號0+130.000+660.00段為6m8.5m（寬高）洞身段，圍巖巖性為三疊系上統(tǒng)灰?guī)r，洞室?guī)r體完整性整體較好，屬于基本穩(wěn)定的-類圍巖。洞頂?shù)乇硪话愀叱虨?000-4050m。洞內(nèi)地下水活動中等，施工時會出現(xiàn)大量滴水或線狀流水現(xiàn)象。隧洞在開挖時,洞內(nèi)局部會產(chǎn)生掉塊。開挖后進行噴錨支護。其中樁號0+195.000+225.00段洞身穿過f3（nw305ne85）斷層，樁號0+400.000+470.00段洞身穿過f4（nw305ne74）斷層。斷層f18、f3及圍巖巖性較差的隧洞出口段（樁號0+640.000+660.00）采用80cm厚混

11、凝土襯砌。f4斷層較大，并且與洞身形成的夾角較小，經(jīng)初步計算采用120cm厚混凝土襯砌，施工先設直徑25，單長4m，間距按1.5m1.5m梅花型布置的超前錨桿，然后進行超前固結，洞室開挖形成后用i20a的“工字鋼”鋼拱架按排間距80cm支護，并即時襯砌混凝土。穩(wěn)定的類圍巖洞身段錨噴15cm厚混凝土襯砌，洞底用15cm厚混凝土找平防護。其中d0+400.00d0+465.00段為斷層破碎帶，然后開挖和襯砌施工，襯砌厚度為100cm。洞身總長為592m，設計洞室為城門型無壓洞，2段漸變段總長27m，洞徑7m9m（寬高）段洞身長15m，洞徑6m8.5m（寬高）段洞身長550m，隧洞縱坡i=1:80，

12、坡降起點高程3902.00，洞出口底板高程為3894.60m。導流隧洞后期將封堵，需在導流洞進口安裝平板封堵閘門，按混凝土拱壩設計方案樁號d0+325.00d0+350.00段洞身內(nèi)澆筑封堵混凝土。若工程方案選用混凝土面板堆石壩，并將放水洞或溢洪豎井與導流洞結合，則隧洞封堵體按二洞合一的位置確定，一般設在放水洞或溢洪豎井的前段，封堵段混凝土標號為c20w8f150。樁號d0+660.00d0+678.50為出口擴散段，樁號d0+678.50d0+718.50為消力池段，消力池寬15m,長30m,池深2.5m,消力池底板座落在基巖上，后接尾水明渠，隧洞出口擴散段基巖裸露，自然坡度63，邊坡穩(wěn)定。

13、此段有一條斷層,，產(chǎn)狀nw294ne64，寬度2-4m,帶內(nèi)物質為角礫巖，該斷層對邊坡穩(wěn)定影響不大，總體上巖體較完整，強風化厚度小于1m。斷層帶按規(guī)范要求進行加混凝土塞防護。樁號d0+718.50下游為尾水明渠，此段為坡積碎塊石土和砂礫石覆蓋層，一般厚度2-3m,河床附近厚度較大，建議開挖邊坡1:0.75。明渠兩側巖石邊坡錨噴15cm厚混凝土，剝除可能失穩(wěn)影響尾水的覆蓋層，邊坡采用20cm厚混凝土防護。明渠與河道連接段渠底設20長，1m厚鉛絲石籠防沖。導流洞全段襯砌混凝土標號全部為c25f200。五、導流洞與其他建筑物空間位置關系目前本工程大壩方案有混凝土面板堆石壩和混凝土拱壩，導流洞布置大壩

14、右壩肩下的山體中?；炷撩姘宥咽瘔畏桨钢?，導流洞位于大壩樁號0+295.73處，導流洞底邊左側至壩軸線右側弱風化巖石界線的水平距離為98.8m，洞頂至壩軸線弱風化巖石界線的水平距離89.5m?；炷凉皦畏桨钢?，導流洞位于大壩樁號0+241.43處，導流洞底邊左側至壩軸線河谷右側弱風化巖石界線的水平距離為114.1m，洞頂至壩軸線弱風化巖石界線的水平距離99.7m。因此，混凝土面板壩的趾板開挖或拱壩拱肩的開挖均不能影響導流洞的安全。六、導流洞的水力計算根據(jù)工程規(guī)模和建筑物級別，施工導流標準按20年一遇計，相應洪峰流量：372m/s。1、調(diào)洪計算隧洞的尺寸初步通過調(diào)洪計算，并考慮到壩址處河床狹窄，

15、從圍堰高度、水力條件、渡汛和主要工程量及造價等方面進行了綜合分析比較確定，導流洞與上游土石圍堰的比較下表1所示：根據(jù)比較最終確定采用無壓導流隧洞，進口段洞徑為7m9m(寬高)，頂拱中心角120；設計底坡i=1/80，導流洞洞前最高導流水位為3912.17m（后面計算按10.2m計），隧洞相應的設計最大下泄流量：346.7m/s，最大允許流速：12m/s。導流隧洞采用鋼筋混凝土襯砌結合錨噴襯砌的方式。其中選定方案調(diào)洪計算詳見圖1.表1 上游圍堰與導流洞尺寸選擇的方案比較表序號最高導流水位上游圍堰高城門型洞尺寸下泄最大流量備注單位(m)(m)(mm)(m/s)13919.41 3920.316.5

16、9325.7923912.25 3913.156.89345.8633919.653920.5578291.8343919.023919.9278.5329.0353911.653912.057.58.5348.6063912.173913.0779346.7堰頂高定為3913m73911.273912.1789350.20圖1 導流洞調(diào)洪計算簡圖2、進口段校核計算導流根據(jù)實際地形等因素布置，定隧洞進口底板高程為3902.00m,隧洞洞身長592m,洞身比降1/80，出口底板高程為3894.60m。（1）洞長判別按校核洪水計算過流能力已知：洞長l=592m，底坡i=0.0125，進口段粗糙系數(shù)

17、n=0.014，進口設為八字型漸變段，側收縮系數(shù)=0.9，洞身混凝土襯砌段粗糙系數(shù)n=0.014，混凝土錨噴段粗糙系數(shù)n=0.02。導流洞洞前最高導流水位為3912.2m，水深為h=10.2m，判別隧洞類型詳見表2： 表2 隧洞類型判別表l114.46i0.0125l320.400.9l2557.14h10.2lk76.71洞長l592l2lk，所以為長洞其中：l1=(161.7i+12.32)*(1+1.64i-)*h，l32*h，l2l-l1-l3, lk（64-62.755）*h（2）底坡判別臨界底坡用于判斷隧洞底坡是陡坡還是緩坡，計算公式如下：式中：ik臨界水深時的底坡；k臨界水深時的

18、濕周（m）；ck臨界水深時的謝才系數(shù)（m0.5/s）；bk臨界水深時的水面寬（m）。根據(jù)調(diào)洪泄水流量346.7 m/s和相應的隧洞內(nèi)臨界水深初步計算判別隧洞底坡，詳見表3。表3 隧洞底坡判別表流量洞寬臨界 水深濕周水力 半徑粗糙 系數(shù)謝才 系數(shù)臨界坡實際 底坡ik346.7m/s，因此，隧洞進口段選用7m9m(寬高)滿足二十年一遇洪水的導流要求。3、洞身段過流能力計算無壓隧洞洞身段的尺寸先按明渠均勻流初步計算必選。詳見表5，明渠均勻流公式：式中：a - 過水斷面積（按矩形斷面計，寬高）c - 謝才系數(shù) r - 水力半徑 n - 糙率 x - 濕周表5 試算洞身比選表序號 洞寬 試算水深過水 面

19、積濕周水力半徑渠道 糙率謝才 系數(shù)底坡 比降流量流速b-mh-ma-mx-mr-mn ciq-m/sv-m/s15630171.76 0.01478.52 0.0125349.86 11.66 25.55.3429.3716.181.82 0.01478.89 0.0125349.02 11.88 366.4638.7618.922.05 0.0256.35 0.0125349.50 9.02 46.55.8838.2218.262.09 0.0256.55 0.0125349.60 9.15 575.437.817.82.12 0.0256.69 0.0125349.11 9.24 序號隧洞

20、 尺寸寬高比過水 面積留空比例襯砌形式開挖 斷面襯砌 厚度襯砌 面積比較 長度總造價bh-ma-mh-ma-mma-mx-m萬元157.51.50 300.15 襯砌45.240.49.84420836.16 25.571.27 29.370.18 襯砌45.720.49.76420837.83 368.51.42 38.760.18 噴護51.080.153.98420776.38 46.57.81.20 38.220.19 噴護51.160.154.01420779.18 577.51.07 37.80.22 噴護52.430.154.04420793.88 其中：比較長度為類圍巖段，其余

21、類和類圍巖洞身段全斷面混凝土襯砌。根據(jù)上述比選，隧洞進口段尺寸選用7m9m(寬高)，洞身段尺寸選用6m8.5m(寬高)。考慮洞身段的漸變段和粗糙系數(shù)的變化,洞身段按恒定非均勻流推求水面線。4、隧洞內(nèi)水面線（1）水面曲線的定性分析。根據(jù)導流洞的水力計算，導流洞為陡坡，因此，隧洞內(nèi)斷面和糙系數(shù)未變化段為s2型降水曲線，斷面收縮和粗糙系數(shù)變大的洞身段為s3型壅水曲線，斷面擴大和粗糙系數(shù)變小的洞身段為s2型降水曲線，水面線按導流洞的最大下流流量346.7 m/s推算。（2）水面線的定量計算 首先計算從隧洞進口段底坡i0至洞身段i0.125變化點處的臨界水深。此處的臨界水深與正常水深ho相等。推求水面線

22、公式：6.3m a=bh， ，從起始水深開始試算段末水深，推求此段的設計長度，斷面變化段按非棱柱體推求，表內(nèi)未列。各相鄰斷面推求見表6。表6 水面線推算表序號流量q底寬b斷面水高h過水面積a濕周x水力半徑r燥率n(1/n)* r2/3速度v水力坡度j平均ji-j 平均比能e差值e距離s樁號1346.776.344.10 19.62.250 0.014122.65 7.86 0.0041 0.0046 0.0079 9.4534 0.0700 15.25 0+068.002346.775.7940.53 18.582.181 0.014120.14 8.55 0.0051 9.5233 0+08

23、3.003346.775.7940.53 18.582.181 0.014120.14 8.55 0.0051 0.0053 0.0072 9.5233 0.0807 15.15 0+083.004346.775.5738.99 18.142.149 0.014118.96 8.89 0.0056 9.6041 0+098.005346.767.1242.72 20.242.111 0.014117.53 8.12 0.0048 0.0054 0.0071 10.4804 0.0710 10.06 0+110.006346.766.42638.56 18.8522.045 0.014115.0

24、9 8.99 0.0061 10.5514 0+120.007346.766.42638.56 18.8522.045 0.014115.09 8.99 0.0061 0.0063 0.0062 10.5514 0.0620 10.04 0+120.008346.766.24437.46 18.4882.026 0.014114.38 9.25 0.0065 10.6134 0+130.009346.766.24437.46 18.4882.026 0.0280.07 9.25 0.0134 0.0133 -0.0008 10.6134 -0.0082 10.24 0+130.0010346.

25、766.26537.59 18.532.029 0.0280.12 9.22 0.0133 10.6052 0+140.0011346.766.26537.59 18.532.029 0.0280.12 9.22 0.0133 0.0130 -0.0005 10.6052 -0.0298 54.91 0+140.0012346.766.34838.09 18.6962.037 0.0280.35 9.10 0.0128 10.5754 0+195.0013346.766.34838.09 18.6962.037 0.014114.79 9.10 0.0063 0.0067 0.0058 10.

26、5754 0.1181 20.19 0+195.0014346.766.0736.42 18.142.008 0.014113.68 9.52 0.0070 10.6935 0+215.0015346.766.0736.42 18.142.008 0.0279.57 9.52 0.0143 0.0142 -0.0017 10.6935 -0.0174 10.13 0+215.0016346.766.10436.62 18.2082.011 0.0279.67 9.47 0.0141 10.6761 0+225.0017346.766.10436.62 18.2082.011 0.0279.67

27、 9.47 0.0141 0.0132 -0.0007 10.6761 -0.1300 174.81 0+225.0018346.766.44538.67 18.892.047 0.0280.61 8.97 0.0124 10.5461 0+400.0019346.766.44538.67 18.892.047 0.014115.16 8.97 0.0061 0.0071 0.0054 10.5461 0.3805 70.28 0+400.0020346.765.7234.32 17.441.968 0.014112.17 10.10 0.0081 10.9266 0+470.0021346.

28、765.7234.32 17.441.968 0.0278.52 10.10 0.0166 0.0164 -0.0039 10.9266 -0.0398 10.28 0+470.0022346.765.7734.62 17.541.974 0.0278.67 10.01 0.0162 10.8868 0+480.0023346.765.7734.62 17.541.974 0.0278.67 10.01 0.0162 0.0145 -0.0020 10.8868 -0.3166 159.99 0+480.0024346.766.36438.18 18.7282.039 0.0280.40 9.

29、08 0.0128 10.5702 0+640.0025346.766.36438.18 18.7282.039 0.014114.85 9.08 0.0063 0.0066 0.0059 10.5702 0.1181 20.08 0+640.0026346.766.0836.48 18.162.009 0.014113.72 9.50 0.0070 10.6883 0+660.00其中樁號0+098.00m至樁號0+110.00m段隧洞斷面由7m9m(寬高)收縮為6m8.5m(寬高)，水面為s3型壅水曲線，樁號0+660.00m至樁號0+678.50m段為隧洞出口擴散段，后接消力池段。變化段

30、水面線推求成果見表7。表7 變化段水面線推求成果表序號流量q底寬b斷面水高h過水面積a速度v比能e樁號1346.775.5738.998.89 9.60 0+098.002346.76.56.743.557.96 9.93 0+104.003346.76.56.743.557.96 9.93 0+104.004346.767.1242.728.12 10.48 0+110.001346.766.0836.4818.1610.69 0+660.002346.711.83.4841.06418.767.12 0+678.505、消能工的水力計算消力池深度按下列公式：/c1-(ht+z) 消力池長度

31、按下列公式：lk=(0.7-0.8)lj式中：d消力池深度，m；lk消力池長度，m；lj水躍長度，m；為護坦高程降低后收縮水深的躍后水深，m； j水躍淹沒系數(shù)； 下游水深，m；q單寬流量，m3/s； 流速系數(shù)一般取0.95；計算結果見表8。表8 消力池計算表序號收縮水深（試算）單寬 流量流速 系數(shù)重力 加速度試算上游水頭已知上游水頭弗勞 德數(shù)躍后 水深下游 水深1hcqgeoeofrchc”ht22.10023.110.9509.8108.9418.4402.4256.2283.60032.12023.110.9509.8108.8338.4402.3916.1863.60042.14023.

32、110.9509.8108.7288.4402.3576.1443.60052.16023.110.9509.8108.6278.4402.3256.1033.60062.18023.110.9509.8108.5288.4402.2936.0623.60072.20023.110.9509.8108.4348.4402.2616.0223.60082.22023.110.9509.8108.3428.4402.2315.9823.60092.24023.110.9509.8108.2538.4402.2015.9423.600hc”ht：遠驅是水躍，需要建消能設施序號消力池出流的流速系數(shù)安全 系數(shù)出口水面落差消力 池深自由水躍躍長消力池 長度池底板厚度k=0.15底板厚度k=0.2海漫 長度1zsljlkttlp20.9601.1001.6081.64228.42722.7