水利工程施工課程設計任務書導流設計

1、水利工程施工課程設計任務書（水利水電工程專業(yè)）1 前言根據(jù)水利水電工程專業(yè)培養(yǎng)計劃和水利工程施工教學大綱的規(guī)定，本專業(yè)的學生有一周半時間的水利工程施工課程設計。本課程設計的主要目的是鞏固和掌握課堂所學理論知識，培養(yǎng)學生運用本課程的知識解決相應實際問題的能力，并使學生在水力計算、CAD繪圖、設計說明書編寫等方面能得到初步訓練，為畢業(yè)設計和今后的工作、學習打下堅實基礎。本次課程設計的主要內容是水利水電工程施工導流設計和截流設計，以下為導流設計的相應資料。2 基本資料2.1工程概況本水電站位于XC市某村境內，系YJ干流水電建設規(guī)劃的梯級電站之一，距XC市公路里程約80km。本工程主要任務是發(fā)電，水庫

2、正常蓄水位1330.00m，死水位1328.00m，總庫容7.6億m3，屬日調節(jié)水庫。本工程等級為一等工程，主要水工建筑物為1級，次要建筑物為3級。電站樞紐建筑物主要由左右岸擋水壩、中孔壩段和溢流壩段（為碾壓混凝土重力壩）、消力池、右岸引水發(fā)電系統(tǒng)組成，右岸地下廠房裝機4臺600MW機組，總裝機容量2400MW。工程樞紐處地形及工程布置見附圖。大壩為碾壓混凝土重力壩，壩頂高程1334.00m，最低建基面高程1166m，最大壩高168.0m，最大壩底寬153.2m，壩頂軸線長516m；整個壩體共24個壩段，從左至右由左岸擋水壩1#9#壩段、左中孔10#壩段、溢流壩11#14#壩段、右中孔15#壩

3、段和右岸擋水壩16#24#壩段組成；溢流壩段布置5孔溢流表孔，每孔凈寬15m，溢流堰頂高程1311.00m；放空中孔孔口底高程1240.00m，孔口尺寸5×8m；溢流壩段下游接消力池，消力池邊墻為混凝土斜邊墻，消力池邊墻頂高程1224.0m，建基高程分別為1166.0m、1180.0m，底板高程為1188.0m，消力池長145m。2.2氣象條件YJ流域屬高原氣候區(qū)，主要受高空西風環(huán)流和西南季風影響，干、濕季分明。每年11月至次年4月為干季，日照多、濕度小、日溫差大，降水很少，只占全年的510；5月至10月為雨季，氣候濕潤，日照少，濕度較大，日溫差較小，降雨集中，雨量約占全年雨量的90

4、95。在該電站附近設立了DL氣象站，觀測有1996年5月至今的氣象資料。據(jù)氣象站實測資料統(tǒng)計，多年平均降水量為1077.4mm，雨季（510月）降水量為1022.5mm，占全年的94.9%；多年平均降水日數(shù)為116.5天。多年平均蒸發(fā)量為1548.7mm（20cm口徑蒸發(fā)皿）。多年平均相對濕度為74%，最小值為8.0%。多年平均氣溫為18.6，極端最高氣溫為39.4，極端最低氣溫為0.5。2.3水文條件（1）徑流本流域徑流主要來源于降水，徑流的年內變化及地區(qū)分布與降水的變化趨勢基本一致。據(jù)DL水文站1953年6月2002年5月共49年（水文年）資料統(tǒng)計，多年平均流量為1416m3/s，折合年徑

5、流量451億m3，徑流深410mm。610月為豐水期，占全年的76.1%，115月為枯水期，僅占年水量的23.9%，徑流年內分配不均。年最小流量一般發(fā)生在13月，實測最小流量為304m3/s。（2）洪水本流域洪水主要由暴雨形成。本流域暴雨一般出現(xiàn)在69月，主要集中在7、8兩月，且多連續(xù)降雨。洪水過程多呈雙峰或多峰型，一般單峰過程610天，雙峰過程1217天。洪水一般具有洪峰相對不高、洪量大、歷時長的特點。本水電站天然設計洪水直接采用DL水文站設計洪水成果見表1和表2。 表1 DL水文站設計洪水頻率計算成果 m3/s項 目均值CvCs/Cv各頻率設計值(%)P=0.01P=0.02P=0.1P=

6、0.2P=0.5P=1洪峰(m3/s)63900.284175001670014800140001280011900一日洪量（億m3）5.350.28414.714.012.411.710.79.99三日洪量（億m3）15.20.28441.739.835.233.230.528.4七日洪量（億m3）32.00.29490.786.376.271.765.761.0十五日洪量（億m3）60.50.304177168148139127118表2 各頻率設計洪水過程線時間Qp（m3/s）p=0.5%p=1%p=2%p=3.33%p=5%p=10%p=20%088057932728267216266

7、586852741286307778714066006145575751752484227592696564355969561450463684227592696564355969561450464886307778714066006145575751756088487964731567546266590153047290138118745768866387601254038496918730801374036859645458009611266101639334862479927526676410811594104489596885582337736695312011813106679738

8、900983327835704213211813107329858906483877879708214411813106679804899883327835704215611266102409411864679707515675416811047100109192844877947349660518011047100329236847078497371662519211156101529203859179707492673420411484105249760898784207890709221612141110501031795928992854276782281301611925112451

9、036297179227829324014000128001190011000103009780879025213234121441146310439979493058363264125781137810754991192018664778727611922108531004492518574808972702881148410404955388228167770269233001104799779160845978717382663531210577951887458074751970506337324100639069833076897156670860293369603865479377

10、33768046398575134891988282760970296508613355123608761788872496688620058465254（3）分期設計洪水本水電站施工分期洪水成果見表3。表3 分期設計洪水成果時段均值(m3/s)CvCs/CvQp (m3/s)P=2%P=3.33%P=5%P=10%P=20%1月5000.1456686466275935552月4120.1225205074974764533月4450.2497617046595835074月7040.34513801270118010208625月12500.404264024102230191015906

11、9月63900.284110001030097808790772010月28600.3735600520048704280365011月12700.2151950185017701630147012月7430.1621010975949899841另外，11月4月分期洪水Qp=0.5%=2210 m3/s。本電站1012月分旬平均流量成果見表4。表4 本電站1012月分旬平均流量P10月11月12月下旬上旬中旬下旬上旬中旬下旬10%19301430116098181070260920%171013201110946775679580（4）庫容曲線本水庫的水位庫容關系曲線見表5。表5 本水電站水

12、位庫容曲線庫水位（m）1195121012201230124012501260127012801290庫容（億m3）00.0060.0520.1780.430.7881.2441.7932.4323.176庫水位（m）13001310132113241325.713281330134013501360庫容（億m3）4.0335.0096.2486.6756.9177.2447.5289.09310.80412.663（5）壩址天然水位關系曲線壩址壩軸線處的天然水位關系曲線見表6。表6 壩址天然水位關系曲線水位（m）1202.751203.681206.021208.761210.631212.

13、231213.551215.071216.27流量（m3/s）3505001000200030004000493060907060水位（m）1216.591217.81218.951219.591220.321221.281222.191223.381224.16流量（m3/s）734084009390995010600115001240013600144002.4地質條件本水電站樞紐區(qū)屬高山峽谷地形，壩址區(qū)河道由上游至下游從S75oE逐漸變?yōu)镋W向，河谷呈基本對稱的“V”型河谷，臨江坡高大于700m，左岸坡度40o45o，局部段達50°55°，右岸坡度35o45o，50&

14、#186;60º?？菟诮?205m時，水面寬90110m，正常蓄水位1330m時，相應谷寬396440m。樞紐區(qū)出露地層主要為二疊系上統(tǒng)玄武巖組（P2），下游將涉及二疊系下統(tǒng)平川組（P1P）灰?guī)r及砂巖，第四紀覆蓋層分布較為廣泛。第四系覆蓋層主要為現(xiàn)代河床沖積物以及分布于兩岸谷坡的崩坡積，坡殘積、少量沖溝內的洪積物，兩岸的階地堆積物零星分布。河床覆蓋層厚1.035.8m。玄武巖堅硬性脆，而且經受多次構造作用，加之成巖過程中發(fā)育有大量的原生節(jié)理，巖石各向異性比較突出，使節(jié)理發(fā)育規(guī)律性差，方向較分散。樞紐區(qū)以中陡傾裂隙為主導優(yōu)勢，占裂隙總數(shù)80%以上，且分布普遍，緩傾角裂隙數(shù)量相對較

15、少，但分布仍具有一定普遍性，裂隙產狀在各部位差異較大，淺表部沿該組裂隙卸荷強烈，大部分充填次生泥。上游圍堰地基：據(jù)鉆孔揭示，河床覆蓋層最厚約35m，基巖巖性為P221杏仁狀玄武巖及斑狀玄武巖和P222杏仁狀玄武巖、致密狀玄武巖，根據(jù)覆蓋層結構特征由下至上主要分為三層。層：卵礫石夾砂層，厚410m，主要分布于河床中心，卵礫石成份主要為遠源物質，如大理巖，花崗巖等，磨園度較好，砂為中粗砂，物質結構較緊密。分布于河床底部。層：孤塊碎石夾砂礫石層，厚819m，結構較松散，局部架空。孤、塊石較多，孤、塊及碎石成份主要為斑狀玄武巖，新鮮堅硬。分布于河床中下部。層：含漂卵礫石夾砂層，厚617m，漂、塊石較多

16、，結構較松散，漂石成分主要為花崗巖，卵礫石主要為砂巖、花崗巖、大理巖等。分布于河床上部。第層厚度小，局部分布。、層厚度相對較大，分布連續(xù)，總體粗顆粒組成骨架，結構較松散，局部架空，根據(jù)注水資料河床覆蓋層透水性為：K=3.32×10-28.25×10-1cm/s，可能為管涌土，透水性強，需采取適宜的防滲和排水措施以及合適的施工方法。圍堰兩側邊坡整體穩(wěn)定，但大致順坡向的錯動帶及裂隙對局部邊坡穩(wěn)定不利。由于P221、P222巖體中裂隙發(fā)育，河床下部基巖為弱風化，基巖透水性為Lu=1.212Lu，透水性強，應切實按照設計要求作好防滲措施。下游圍堰地基：據(jù)勘測，河床覆蓋層最厚約33m

17、，由于施工棄渣原因，河床覆蓋層厚度有所改變，結構特征與上圍堰相近，但厚度略有差異。層：卵礫石夾砂層，厚25m，分布于河床底部。層：塊碎石夾砂礫石層，厚614m，孤、塊石較多，局部為含泥塊碎石，分布于河床中下部。層：含泥漂卵礫石夾砂層，厚1321m，塊石及漂礫較多，局部夾細砂透鏡體，厚0.30.4m，分布于河床上部。根據(jù)注水資料河床覆蓋層透水性為：K=1.0×10-11.53×10-1cm/s，可能為管涌土，由于土體結構較松散，透水性強，需采取適宜的防滲和排水措施以及合適的施工方法。堰基巖體為P214角礫熔巖和P213-2火山角礫集塊巖、枕狀玄武巖，弱風化上段下限，在河床位置

18、最低高程約1150m，厚420m，下部弱風化基巖透水性為1.211Lu滲透性較強，應按設計方案做好防滲處理。2.5交通及場地本工程有鐵路、國道及其他簡易公路可到達，對外交通運輸較方便。場內修建有進場公路、左右岸高線公路及其連接線、左右岸纜機平臺公路、左右岸低線公路等，其中經左右岸低線公路可達到導流泄水建筑物進出口及上下游堰肩。本工程地處高山峽谷地帶，岸坡陡峻，階地不發(fā)育，壩區(qū)附近可供利用的平緩山坡及灘地很少，除壩址附近庫區(qū)沿江右岸黑水溝口至虎山灘分布有少量緩坡地帶外，工程主要場地集中在大壩附近右岸的黑水溝內、竹子壩溝內，大壩下游左岸2.5km打羅溝溝口，大壩下游左岸3.0km大橋溝溝口及溝內，

19、大壩下游左岸10km大鹽池等較為平緩地帶。2.6材料、技術供應條件本電站所需建筑材料包括當?shù)靥烊唤ú暮屯鈦斫ú膬刹糠帧Ｌ烊唤ú闹饕獮榛炷辽笆橇虾头罎B土料。通過對壩區(qū)周圍的調查表明，壩區(qū)附近天然砂石料貧乏，遠不能滿足工程要求，但生產人工骨料的石料儲量豐富，且距壩址較近。石料場主要有在壩址右壩肩上側、竹子壩溝上緣山體的玄武巖料場，儲量約1925萬m3；土料場有溫泉堡料場，儲量約96.8萬m3。外來建材主要有水泥、粉煤灰、木材、鋼筋、炸藥及油料等，均在XC市可購買，施工用電由某市電力系統(tǒng)供應。2.7施工工期工程準備期從第一年3月導流工程施工及壩肩開挖準備工程開始至第三年2月具備下基坑條件，工期2

20、4個月；主體工程施工期從第三年2月基坑開挖開始至第七年7月初第一臺機組發(fā)電，工期52個月；工程完建期從第七年7月到第八年7月，工期12個月。本工程總工期88個月，即第一年3月第七年7月。其中，大壩混凝土施工進度計劃安排如下：（1）大壩基礎墊層常態(tài)混凝土澆筑開始日期：第四年2月1日；（2）大壩碾壓混凝土澆筑開始日期：第四年4月1日；（3）1265m以下大壩及溢流面澆筑完成日期：第六年4月30日；（4）大壩常態(tài)和碾壓混凝土澆筑完成日期：第六年10月31日；（5）放空中孔工作閘門安裝完成日期：第六年4月30日；（6）放空中孔檢修閘門安裝完成日期：第六年10月31日；（7）大壩帷幕灌漿完成日期：第六年

21、10月31日；（8）上游圍堰拆除完成日期：第六年10月31日；（9）下游圍堰拆除完成日期：第六年4月30日；（10）導流泄水建筑物下閘日期：第六年11月初；（11）導流泄水建筑物封堵完成日期：第七年4月30日；（12）大壩表孔金屬結構安裝完成日期：第七年4月30日；（13）大壩完工日期：第七年4月30日；（14）1265m以上溢流面完工日期：第六年8月31日；（15）消力池完工日期：第六年3月31日；（16）第一臺機組發(fā)電時間：第七年7月1日。3 設計任務根據(jù)本工程樞紐建筑物的布置及壩體斷面結構形式，結合施工條件，進行施工導流設計，要求完成以下任務：（1）選擇導流方式（全段圍堰法or分段圍堰法

22、？隧洞導流or明渠導流？）（2）確定導流設計流量（包括選擇導流標準和劃分導流時段）（3）選擇導流方案（包括初期、中期和后期導流方案）（4）導流建筑物布置及設計（包括導流擋水建筑物及導流泄水建筑物）（5）導流水力計算（無壓流、半有壓流、有壓流）4 成果要求（1）設計說明書：2030頁。應能簡明扼要地表達出設計思路，包括設計基本資料的應用，導流方式選擇、導流設計流量確定、導流建筑物設計及布置的理由，要求邏輯清楚，語句通順；導流水力計算應包括計算公式、過程和成果。（2）圖紙：A3圖紙2張。第1張為施工導流平面布置圖，采用虛實線的方式繪出導流建筑物的布置位置；第2張為導流建筑物橫剖面圖。應有正規(guī)圖框。

23、（3）成果提交時間：（4）答辯方式：5 參考資料（1）討論課所用資料（錦屏一級水電站可研報告）（2）水利工程施工（第6版）教材（3）水利水電工程施工組織設計規(guī)范（SL303-2004）（4）水利水電工程施工組織設計手冊第一卷施工規(guī)劃 第二篇施工導流（5）水力設計手冊 第六篇水工隧洞的水力計算（6）水利水電工程施工過程中的水流控制 王民壽 編（7）水利水電施工導流圖集設計提示（1）選擇導流方式主要參考水利工程施工（第6版）教材第一章和水利水電工程施工組織設計手冊（以下簡稱為手冊）第一卷施工規(guī)劃第二篇施工導流第四章導流規(guī)劃與設計P418419頁，再結合本工程地形地質等資料來選擇。（2）確定導流設計

24、流量導流設計流量一般需要結合導流標準和導流時段的分析來決定。劃分導流時段，可參考水利工程施工（第5版）教材P30頁。選擇導流標準，可參考水利水電工程施工組織設計規(guī)范（SL303-2004）、水利工程施工（第6版）教材P29頁。注意：導流標準不僅包括初期導流標準，還應包括壩體擋水度汛標準，截流、下閘、封堵、蓄水標準。由于資料所限，主要依據(jù)所給工程資料和水利水電工程施工組織設計規(guī)范（SL303-2004）來定性選擇初期導流標準，不考慮導流標準風險決策。另外，參考本流域上其他水電工程，初步擬定上游圍堰最大堰高約55m，使用年限約3年。（3）選擇導流方案參考所用資料（錦屏一級水電站可研報告）P1822

25、頁。（4）導流建筑物布置及設計圍堰布置參考水利工程施工（第6版）。導流泄水建筑物布置參考水利工程施工（第6版），或手冊第一卷施工規(guī)劃第二篇施工導流有關章節(jié)。導流建筑物設計參考資料（錦屏一級水電站可研報告）P2542頁。如果導流泄水建筑物確定為導流隧洞，以下要點可供設計時參考：選擇隧洞斷面形式：參考手冊P429頁，定性比較；擬定隧洞斷面尺寸：由于資料所限，可不進行經濟斷面計算；隧洞斷面尺寸按有壓流設計，斷面最大平均流速不超過20m/s來確定；隧洞襯砌：襯砌厚度應根據(jù)地質資料和襯砌計算最終確定，由于所給地質資料不詳，洞身全長均暫按全斷面鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度取洞徑或洞寬的1/81/12，參考水工

26、建筑物（第5版）教材P396頁；洞口位置：取決于地形、地質條件，洞頂巖層厚度h應滿足成洞要求，實際工程中，h可常取11.5倍洞門開挖寬度，參考水利水電工程施工過程中的水流控制P66頁表3-21；進口形式：參考水力設計手冊第六篇水工隧洞的水力計算P417頁；進出口高程及底坡：參考手冊第一卷施工規(guī)劃第二篇施工導流P429頁，出口高程不宜低于河床高程1200.00m，底坡可取15，底坡取大些，設計成陡坡，可增大泄水能力，也會簡化無壓流的水力計算；導流隧洞進出口的繪制：參考水利水電施工導流圖集簡單繪制。如果導流擋水建筑物確定為不過水土石圍堰，以下要點可供設計時參考：圍堰尺寸：在初步布置時，參考本流域上其他水電工程，初擬圍堰最大高