畢業(yè)設(shè)計 畢業(yè)論文水工專業(yè) xx水電站引水建筑物初步設(shè)計

Xx水電站引水建筑物初步設(shè)計目錄TOC\o"2-2"\h\z\t"標(biāo)題1,1,副標(biāo)題,3"第一章緒論 4工程概況 4工程特性表 5第二章設(shè)計任務(wù)及意義 82.1設(shè)計任務(wù)及范圍 82.2設(shè)計主要思想 82.3設(shè)計目的及意義 8第3章設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及依據(jù) 103.1設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) 103.2本工程的依據(jù)文件 11第4章設(shè)計基本資料 134.1綜合利用要求 134.2工程等級與建筑物級別 134.3氣象資料 134.4徑流 134.5泥沙 134.6洪水 144.7設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn) 144.8水位及引用流量 144.9地震烈度 154.10地質(zhì)資料 154.10.1區(qū)域工程地質(zhì)及水文地質(zhì)資料 15地形地貌 184.10.3地層巖性 194.8.5隧洞沿線圍巖工程地質(zhì)、水文地質(zhì)資料 214.8.6隧洞沿線地應(yīng)力資料 21第五章興利調(diào)節(jié)和調(diào)洪計算 245.1正常庫容確定 245.2調(diào)洪計算 245.2.1調(diào)洪計算的目的 245.2.2調(diào)洪計算的原理 245.2.4調(diào)洪計算過程 27第六章樞紐布置 336.1隧洞軸線布置 336.2結(jié)構(gòu)設(shè)計 336.2.1取水口進(jìn)水閘 336.2.2沉沙池 336.2.3引水隧洞 346.2.4壓力前池 34第七章沉沙池布置與水力計算 347.1進(jìn)口段設(shè)計 347.1.1進(jìn)口段布置 357.1.2進(jìn)水喇叭口 357.1.3閘門室 367.1.4攔污柵 367.1.5充水閥 377.1.6漸變段 377.2沉沙池設(shè)計 377.2.1沉沙池布置 377.2.2沉沙池斷面尺寸確定 377.2.3沉沙池水力計算 387.3沉沙池渦管設(shè)計 417.3.1渦管工作運(yùn)行方式 417.3.2渦管設(shè)計 41第八章隧洞布置與洞徑復(fù)核與優(yōu)化 448.1隧洞的布置 448.1隧洞的斷面尺寸選擇 448.2.1形狀與尺寸選擇原則 448.2.2橫斷面選擇 45.3隧洞縱坡設(shè)計 458.2.4隧洞橫斷面尺寸的擬定 468.3隧洞水力設(shè)計 468.3.1水力學(xué)計算原則及計算假定 478.3.2隧洞過流能力計算 478.3.3正常運(yùn)用情況隧洞水面線計算 488.4隧洞結(jié)構(gòu)設(shè)計 538.4.1設(shè)計原則及假定 538.4.2設(shè)計荷載確定 548.4.3荷載組合 608.5鋼筋混凝土襯砌設(shè)計 618.5.1基本設(shè)計資料 618.5.2加固及襯砌形式選擇 618.5.3襯砌設(shè)計 628.5.4襯砌分縫 628.6回填灌漿及固結(jié)灌漿設(shè)計 638.6.1回填灌漿設(shè)計 638.6.2固結(jié)灌漿設(shè)計 64第9章壓力前池 669.1壓力前池的組成建筑物 669.2壓力前池的布置 669.3壓力前池非恒定流計算 67第10章壓力管道設(shè)計 7010.1壓力管道布置的基本原則 7010.2壓力管道進(jìn)水口設(shè)計 7010.2.1進(jìn)口段布置 7010.2.2進(jìn)水喇叭口 7110.2.3閘門室 7110.2.4攔污柵 7210.2.4通氣孔 7210.2.5漸變段 7310.3壓力管道布置 7310.3.1管徑的確定 7310.3.2管身構(gòu)造 7410.4明鋼管的敷設(shè)方式及附件 7410.4.1敷設(shè)方式 7410.4.2附件 7510.4.3彈性墊層 7510.4.4防銹設(shè)計 75第11章不良地質(zhì)洞段處理 7711.1不良地質(zhì)段處理的原則 7711.2不良地質(zhì)段的加固處理 78第一章緒論1.2工程特性表表1-1引水建筑物工程特性表序號項目及名稱單位數(shù)量備注一水電站所在位置河流水系建設(shè)地點(diǎn)二水文多年平均流量m3/s樞紐設(shè)計洪水流量m3/s1560樞紐設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)P（%）P=2%三工程地質(zhì)工程區(qū)主要巖性、白云質(zhì)角礫巖工程區(qū)地震基本烈度度Ⅻ隧洞穿過的主要巖性塊狀灰?guī)r樞紐及廠房基礎(chǔ)巖性砂卵礫石、樞紐區(qū)河床覆蓋層厚度m8～12四工程等級等四五水庫樞紐校核洪水位m設(shè)計洪水位m正常蓄水位m總庫容萬m3120六主要建筑物1擋水建筑物地震設(shè)防烈度度七壩頂高程m無閘滾水壩3引水建筑物型式無壓引水隧洞設(shè)計引用流量m3/s35進(jìn)水口型式開敞式進(jìn)水口底板高程m288閘門型式平板鋼閘門液壓啟閉機(jī)孔口尺寸(寬×高)m6．0×攔污柵孔口尺寸(寬×高)m8×104引水隧洞地基特性泥質(zhì)灰?guī)r長度m2250洞徑(寬×高)m×城門洞型襯砌型式鋼筋砼全斷面襯砌5沉沙池沉沙池底板高程m尺寸（長×寬）m120×20排沙型式渦管排沙6壓力前池前池尺寸（長×寬）m80×24前池底板高程m前池正常蓄水位m7壓力管道長度m120管徑m管壁厚度mm10

第二章設(shè)計任務(wù)及意義2.1設(shè)計任務(wù)及范圍本設(shè)計范圍，包含從隧洞進(jìn)口開始到壓力鋼管末端處止。設(shè)計內(nèi)容，包含設(shè)計參數(shù)選擇、沉沙池、隧洞總體結(jié)構(gòu)設(shè)計、水力設(shè)計、細(xì)部設(shè)計、工程量計算及其他輔助設(shè)施設(shè)計。2.2設(shè)計主要思想在右壩頭設(shè)開敞式進(jìn)水口，有閘控制，閘后設(shè)100m沉沙池后進(jìn)洞，經(jīng)2550m低壓引水隧洞至xx建長方形壓力前池（調(diào)壓池），經(jīng)120m長壓力鋼管入廠房發(fā)電，設(shè)定本引水隧洞埋深較大，所經(jīng)過的大部分地段圍巖地質(zhì)條件較好。但因隧洞穿越地層多，沿線工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件簡單，都已勘測清楚。目前地下結(jié)構(gòu)設(shè)計理論尚不完善，要用多種理論和方法進(jìn)行分析計算。充分考慮隧洞沿線的地質(zhì)條件，作出合理的設(shè)計。設(shè)計中應(yīng)詳細(xì)地對各種條件下的圍巖穩(wěn)定進(jìn)行分析，注重圍巖的加固，采用新奧法(NATM法)施工，充分發(fā)揮圍巖的承載能力，做到簡化襯砌結(jié)構(gòu)，加快施工進(jìn)度，縮短工期，降低工程造價。2.3設(shè)計目的及意義(1)鞏固、擴(kuò)大和提高所學(xué)理論知識，并使之系統(tǒng)化；(2)鍛煉和培養(yǎng)運(yùn)用所學(xué)到的專業(yè)基礎(chǔ)理論知識解決工程實際問題的能力，并初步掌握設(shè)計水利樞紐工程的內(nèi)容、原則、方法和步驟；(3)提高工程制圖能力,掌握CAD制圖的基本方法,提高撰寫專業(yè)技術(shù)報告的水平；(4)掌握水利樞紐布置設(shè)計及面板壩設(shè)計的基本原理和方法；(5)使學(xué)生進(jìn)一步樹立正確的設(shè)計思想，進(jìn)一步樹立熱愛社會主義祖國、熱愛祖國水利水電建設(shè)事業(yè)的高尚情操，培養(yǎng)學(xué)生勇于攀登高峰、刻苦鉆研、實事求是、謙虛謹(jǐn)慎、認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作作風(fēng)。第3章設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及依據(jù)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為了貫徹執(zhí)行國家的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)政策，達(dá)到既安全又經(jīng)濟(jì)的目的，應(yīng)該對水利樞紐按其規(guī)模、效益極其在國民經(jīng)濟(jì)中的重要性進(jìn)行分等，再根據(jù)樞紐中各水工建筑物的作用大小及重要性，對建筑物進(jìn)行分級。在設(shè)計和施工中，對不同級別的水工建筑物在安全系數(shù)、洪水標(biāo)準(zhǔn)、安全超高等技術(shù)方面則區(qū)別對待。具體劃分依據(jù)為中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SL252-2000《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》中的有關(guān)規(guī)定確定。xx電站是以發(fā)電為主的小型工程。根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB50201-94）和《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2000），大壩為Ⅳ等小Ⅰ工程，主要建筑物為4級，次要建筑物和臨時建筑物均為5級。根據(jù)樞紐等別和建筑物級別，對照規(guī)范，山區(qū)、丘陵區(qū)水利水電程水工建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)表4-4，確定本樞紐設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇。表3-1水利水電工程分等指標(biāo)工程等別工程規(guī)模水庫總庫容（108防洪治澇灌溉供水發(fā)電保護(hù)城鎮(zhèn)及工礦企業(yè)的重要性保護(hù)農(nóng)田（104畝）治澇面積（104畝）灌溉面積（104畝）供水對象重要性裝機(jī)容量（WM）Ⅰ大（1）型≥10特別重要≥500≥200≥150特別重要≥120Ⅱ大（2）型重要500～100200~60150～50重要120～30Ⅲ中型中等100～3060~1550～5中等30～5Ⅳ?。?）型一般30～515～35～一般5～1Ⅴ小（2）型<5<3<1表3-2永久性水工建筑物級別工程等別主要建筑物次要建筑物Ⅰ13Ⅱ23Ⅲ34Ⅳ45Ⅴ55表3－3水庫大壩提級指標(biāo)級別主要建筑物壩高（m）2土石壩90混凝土壩、漿砌石壩1303土石壩70混凝土壩、漿砌石100表3-4山區(qū)、丘陵區(qū)水利水電程水工建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)用情況水工建筑級別12345洪水重現(xiàn)期設(shè)計情況1000～500500～1000100～5050～3030～20校核情況土石壩可能最大洪水或10000～50005000～20002000～10001000～00300～200混凝土壩、漿砌石壩5000～20002000～10001000～500500～200200～100本工程的依據(jù)文件(1)DL/T5195——2004《水工隧洞設(shè)計規(guī)范》；(2)SL279——2002《水工隧洞設(shè)計規(guī)范》；(3)DL5180——2003《水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計安全標(biāo)準(zhǔn)》；(4)DL/T5079——1997《水電站引水渠道以前池設(shè)計規(guī)范》；(5)DL/T5057——1996《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》；(6)SL203——97《水工建筑物抗震設(shè)計規(guī)范》；

第4章設(shè)計基本資料4.1綜合利用要求電站開發(fā)任務(wù)比較單一，即發(fā)電。xx河梯級開發(fā)水電站的供電范圍為xx縣電網(wǎng)。4.2工程等級與建筑物級別本工程水庫總庫容120萬m3，裝機(jī)容量2×4000kW，按《水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計安全標(biāo)準(zhǔn)》(DJ180-2003)規(guī)定，大壩為Ⅳ等?、窆こ?，主要建筑物為4級，次要建筑物和臨時建筑物均為5級，發(fā)電(或引水)隧洞為本工程之主要建筑物，應(yīng)按4級建筑物設(shè)計。4.3氣象資料℃℃℃℃℃。本地區(qū)多為SW風(fēng)，主風(fēng)向SW風(fēng)，多年平均最大風(fēng)速9.3m/s，水庫壩址直線吹程1.5km。4.4徑流壩址多年平均流量為4m3/s，多年平均徑流深為12mm。4.5泥沙 來水來沙顆粒級配見下表表4.1外團(tuán)城電站壩址泥沙顆粒級配成果表組1#2#3#4#5#6#7#8#粒徑d(mm)12粒徑范圍大于2小于某粒徑%100粒徑組%4.6洪水各種重現(xiàn)期入庫洪峰流量見下表4-2表4.2外團(tuán)城電站壩、廠址設(shè)計洪峰流量成果表設(shè)計洪峰流量(m3/s)2390198018001560137011602680222020201750154013004.7設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)大壩設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇（P＝2%），相應(yīng)洪峰流量為1560m3/s；校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為500年一遇（P＝0.2％），相應(yīng)洪峰流量為2060m3/s。4.8水位及引用流量(1)水庫水位水庫正常蓄水位：294m；水庫設(shè)計洪水位：m；水庫校核洪水位：m；(2)引用流量本引水系統(tǒng)引用流量35m3/s，4.9地震烈度根據(jù)歷史地震資料，工程區(qū)及附近區(qū)域未發(fā)生過破壞性的中強(qiáng)地震。外圍距工程區(qū)100Km以外的中強(qiáng)地震活動波及到本區(qū)其影響烈度均未超過Ⅵ度，顯示工程區(qū)屬地震弱活動區(qū)。根據(jù)《中國地震動峰值加速度區(qū)劃圖(GB18306-2001)》，場地區(qū)域地震加速度值為，按規(guī)范（GB50011-2001）對應(yīng)抗震設(shè)防烈度為Ⅵ度。工程區(qū)屬區(qū)域構(gòu)造基本穩(wěn)定區(qū)。4.10地質(zhì)資料4.10.1區(qū)域工程地質(zhì)及水文地質(zhì)資料4.8.5隧洞沿線圍巖工程地質(zhì)、水文地質(zhì)資料無壓引水隧洞布置在彎灘河右岸，屬傍山隧洞。洞長為2.25km，洞向為S36゜E。進(jìn)出口自然邊坡坡角45～55゜，局部70゜左右。進(jìn)口段：基巖為三迭系下統(tǒng)嘉陵江組褐色薄～中厚層泥質(zhì)灰?guī)r為主夾灰?guī)r。巖層走向N70～80゜W,傾向SW,傾角80゜左右。斷裂構(gòu)造不發(fā)育，主要發(fā)育層間錯動帶及層面裂隙。隧洞進(jìn)口自然邊坡坡度45゜左右，為橫向坡，未發(fā)現(xiàn)有變形體和較大的不利結(jié)構(gòu)面組合，邊坡整體穩(wěn)定條件好。隧洞進(jìn)口上覆巖體厚度100m左右，巖體弱～微風(fēng)化，巖層走向與洞軸線夾角30～40゜，局部不利結(jié)構(gòu)面組合可能產(chǎn)生掉塊作用。洞身段：隧洞埋深100～300m，隧洞圍巖主要有三迭系嘉陵江組、二迭系下統(tǒng)。巖性主要為褐色、灰色、灰黑色泥質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r。巖層走向N70～80゜W,傾向NE,傾角80゜左右。斷裂構(gòu)造不發(fā)育，主要為層間錯動帶、層面裂隙。巖體弱風(fēng)化～新鮮。巖層走向與洞軸線夾角30～40゜，局部不利結(jié)構(gòu)面組合可能產(chǎn)生掉塊作用。前池前池接前池長80m,寬24m。二迭系中統(tǒng)，巖性主要為灰色、灰黑色中厚層至塊狀灰?guī)r。斷裂構(gòu)造不發(fā)育，主要為層間錯動帶及層面裂隙。巖體強(qiáng)前池走向4.8.6隧洞沿線地應(yīng)力資料右岸無壓引水隧洞工程地質(zhì)條件較好，巖石致密、堅硬，巖體完整性較好，大部分洞段與巖層走向交角較大，不存在大的工程地質(zhì)問題。壩址區(qū)未見較大的不良物理地質(zhì)作用發(fā)育，主要表現(xiàn)為淺表層邊坡巖體松動卸荷及巖體風(fēng)化。推測兩岸強(qiáng)風(fēng)化巖體厚度3～5m,弱風(fēng)化巖體厚度20～25m，卸荷帶深度4～7m。圍巖總體以Ⅱ～Ⅲ類較多，洞室較穩(wěn)定。出口局部段為Ⅳ類，洞室穩(wěn)定性差，結(jié)構(gòu)面組合可能構(gòu)成不穩(wěn)定分離塊體。由于引水隧洞為十分重要的水工建筑物，第一段洞室較穩(wěn)定采用混凝土噴錨襯砌，第二段洞室采用鋼筋混凝土襯砌，確保圍巖穩(wěn)定和施工安全。表4.4巖體物理力學(xué)參數(shù)建議值表4.5圍巖參數(shù)建議值圍巖類別巖性特征堅固系數(shù)f單位彈性抗力系數(shù)K0(KN/cm3)Ⅱ微新灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r4～7～Ⅲ新鮮灰?guī)r、泥灰?guī)r2～4～Ⅳ弱風(fēng)化頁巖、泥灰?guī)r1～2～第五章興利調(diào)節(jié)和調(diào)洪計算正常庫容確定正常庫容的確定考慮擋水建筑物無閘滾水壩，壩高24m，抬升水位10m，的要求，，正常庫容120萬m3。5.2調(diào)洪計算調(diào)洪計算的目的無論在水庫的規(guī)劃階段還是在已建水庫的管理運(yùn)用階段,水庫的調(diào)洪計算總是必須的。不過,由于不同階或同一階段所遇到的具體情況不同,其計算目的是不同的.水庫在規(guī)劃階段,往往是根據(jù)水庫的設(shè)計洪水,擬訂若個泄洪措施方案,通過調(diào)洪計算,分別求出下泄洪水過程、防洪特征庫容、特征水位、壩頂高程以及投資、效益等,然后在通過綜比較,選擇技術(shù)上可行且經(jīng)濟(jì)合理的水庫、泄洪建筑物及下游防洪工程的規(guī)模和有關(guān)參數(shù)；而在水庫的運(yùn)用管理階段,庫容和泄洪建筑物的尺寸是定值,這時的調(diào)洪計算是根據(jù)某種頻率的入庫洪水或預(yù)報的入庫洪水,在不同防洪限制水位時,求出水庫的洪水位與最大下泄流量Qmax,為編制防洪調(diào)度規(guī)程、制訂防洪措施提供科學(xué)依據(jù),既要盡可能滿足下游防洪要求,又要保證水工建筑物的安全。調(diào)洪計算的原理根據(jù)水庫的水量平衡原理和水庫的蓄池關(guān)系組成方程組12Q1+Q（5.2）用已知（設(shè)計或預(yù)報）的入庫洪水過程線Q～t,由起調(diào)水位開始，逐時段連續(xù)求解方程組，從而求得水庫出流過程q～t,這就是調(diào)洪演算的基本原理。這里采用雙輔助曲線半圖解法，12Q1+Q將改寫成式(4-3)改寫成Q+V1Δt式中、、(VΔt-q2)和(VΔt+q2)均可與水庫水位Z建立函數(shù)關(guān)系，因此，可根據(jù)選定的計算時段Δt值、已知的水庫水位容積關(guān)系曲線，以及根據(jù)水力學(xué)公式算出的水位下泄流量關(guān)系曲線，事先計算并繪出曲線組:VΔt-q2=f1Zxx水庫壩址設(shè)計洪水位計算成果見表5.1，設(shè)計洪水過程線見圖5.1。表xx電站壩、廠址設(shè)計洪峰流量成果表設(shè)計洪峰流量(m3/s)239019801800156013701160268022202020175015401300xx電站壩址設(shè)計洪水過程線水庫水位～庫容關(guān)系表水庫水位～庫容關(guān)系表庫水位(m)庫容（萬m3）2762782802822842862882902922942962983003013022水庫水位～庫容關(guān)系曲線5.2.4調(diào)洪計算過程根據(jù)壩址地址條件，樞紐布置中泄洪建筑物有溢流堰堰頂高程取正常蓄水位，即294.00m。方案：將溢流堰實用堰堰頂寬度定為50m，發(fā)電引水隧洞引用流量35m3/s。溢流堰： Q=mεB式中：B為溢流堰實用堰堰頂寬度；H0為堰上水頭；m為堰流流量系數(shù)，取為0.498； ε；調(diào)洪過程：建立庫水位與下泄流量的關(guān)系：水位與下泄流量表q-v關(guān)系曲線計算表庫水位294295296297298299300301302溢洪道堰頂水頭012345678溢洪道泄量0882發(fā)電隧洞泄量353535353535353535總泄量q359172076.9庫容120222Z～q曲線曲線（V/Δt-q/2)=f1(Z)的計算：（V/Δt+q/2）=f2(Z)關(guān)系庫水位Z(m)堰頂水頭H(m)庫容（萬m3）堰頂以上庫容V/Δt下泄流量qq/2v/Δt+q/200002940120003529512962297329849172995300630172221023028圖（V/Δt+q/2）=f2(Z)曲線設(shè)計洪水位調(diào)節(jié)計算：起調(diào)水位為294.00m，調(diào)節(jié)過程如下：表5.5設(shè)計洪水調(diào)洪計算表水庫半圖解法調(diào)洪計算表（設(shè)計2%）時間時間段QQ1+Q2/2v/Δt+q/2qZ①②③④⑤⑥⑦00.0017.5035.00294.00179.731159.4562.23100.70294.502350.372541.28311.89398.60296.203771.4431001.60684.73735.40297.4041236.3041471.001185.631023.40298.3051340.2551209.501502.481264.80299.0061032.256855.001269.93902.40297.807744.507634.001112.03678.30297.208529.008424.00962.73491.70296.509375.009326.00846.03363.40296.0010277.0010228.00759.63248.90295.5011180.0011132.00690.73177.60295.1012118.0012104.00631.13117.10294.701390.001376.00604.0384.40294.401468.501461.00588.1362.00294.401555.501550.00581.6351.40294.201645.001640.00575.2340.40294.10當(dāng)水庫水位為m時，入庫流量與下泄流量相等，水庫水位此時最高。此水位就是設(shè)計洪水位。校核洪水位調(diào)節(jié)計算：起調(diào)水位為294.00m，調(diào)節(jié)過程如下：表5.6校核洪水調(diào)洪計算表水庫半圖解法調(diào)洪計算表（校核0.2%）時間時間段QQ1+Q2/2v/Δt+q/2qZ①②③④⑤⑥⑦00.0017.5035.00294.001130.451260.90112.95154.8002649.1521037.40607.30546.50296.4031318.7031600.001379.501105.40298.2041837.9542075.902112.051752.80300.2052016.0051956.102375.252022.80301.4061667.0061377.902019.451575.30299.4071171.107964.301615.251124.50298.708830.458696.601321.20821.60297.409599.709502.801099.30587.30296.7010435.7010368.60947.70402.50296.2011323.4011278.20868.60298.70295.7012239.3012200.40809.20232.50295.4013168.9513137.50745.65168.00295.0014114.801492.10692.45113.40294.601578.401564.70657.4568.80294.301655.801646.90644.4548.50294.10當(dāng)水庫水位為m時，入庫流量與下泄流量相等，水庫水位此時最高。此水位就是校核洪水位。調(diào)洪計算結(jié)果見表5-7：表5-7調(diào)洪結(jié)果表工況最大泄流量(m3/s)最高位(m)設(shè)計洪水溢流堰堰頂高程294m0校核洪水溢流堰堰頂高程294m第六章樞紐布置隧洞軸線布置發(fā)電引水隧洞位于右岸，隧洞全長2251m，沿線為連綿高山。初步設(shè)計階段選擇兩個線路方案。方案一，沿線地質(zhì)條件略好，但引水線路偏長，且中間需要設(shè)置隧洞轉(zhuǎn)彎段，投資較大，水頭損失也較大。方案二地質(zhì)條件稍差，但考慮工程處理措施后，其投資較省，水頭損失較小。因此選定方案二為最終引水線路設(shè)計方案。由于引水線路不長，沿線為連綿高山，無法布置施工洞，且地質(zhì)條件相近。在洞軸線選擇時，以引水路線最短為原則，確定洞軸線。結(jié)構(gòu)設(shè)計取水口進(jìn)水閘取水口位于無閘滾水壩上游×5.0m(高×沉沙池進(jìn)水閘后設(shè)漸變段與沉沙池連接，長11.5m。底寬由5.0m漸變至20.0m,底高程由288.00m漸變至286.20m。采用鋼筋混凝土箱體結(jié)構(gòu)。沉沙池工作段平面尺寸120m×20m，底高程由286.20m漸變至285.00m，正常工作水深7.86m，邊墻高程為為鋼筋混凝土箱體結(jié)構(gòu)，沉沙池底并排設(shè)10根鋼管，為渦管排沙結(jié)構(gòu)，鋼管軸線方向與水流方向呈45°夾角。鋼管內(nèi)徑25cm,開口寬度15cm。鋼管引出沉沙池26.5m后與排沙道相連，排沙道長175m,斷面為××3m，進(jìn)口高程284.75m,啟閉平臺高程301.00m。沉沙池出口也采用漸變段與隧洞相連，長38.5m，底寬由20m漸變至4.9m，進(jìn)口高程289.00m，縱坡1/2000，采用鋼筋混凝土箱體結(jié)構(gòu)。引水隧洞，斷面為×5.9m的城門洞形。為保證隧洞圍巖穩(wěn)定，降低糙率，減少滲漏，根據(jù)地質(zhì)條件，隧洞全線分段采用鋼筋混凝土襯砌、噴C25混凝土襯護(hù)。壓力前池壓力前池由漸變段、蓄水室、溢流堰三部分組成。 漸變段長22.5m，底寬由4.9m漸變至24m,底高程由287.875m漸變至285.07m，蓄水室底高程285.07m,邊墻頂高程0m。設(shè)計正常蓄水位292.07m，最高靜水位293.30m，在機(jī)組突然開機(jī)時，蓄水室最高涌水位292.79m，機(jī)組突然停機(jī)時，蓄水室最低降水位291.39m。蓄水室底板末端設(shè)沉沙槽，左端設(shè)沖沙孔，斷面尺寸1m×1m，底高程284.07m，進(jìn)口設(shè)閘門一道，排沙采用水流沖沙與人工清淤相結(jié)合的方式。為排泄機(jī)組突然停機(jī)時產(chǎn)生的大量棄水，在前池左端布置溢流堰。堰頂高程293.30m，溢流堰下游側(cè)設(shè)泄水槽，槽寬2m,底高程283.30m，底坡1/100，棄水經(jīng)泄槽匯集后排入山溝。第七章沉沙池布置與水力計算進(jìn)口段設(shè)計7.1.1進(jìn)口段布置進(jìn)口段包括：進(jìn)水喇叭口、閘門室、攔污柵、沖水閥和連接沉沙池的漸變段等幾個部分。本引水系統(tǒng)進(jìn)口段考慮設(shè)置可以動水中閉的事故兼檢修閘門。取水口的型式有兩種方案：一種是有壓取水口方案，即取水口設(shè)胸墻（潛孔式），閘門高度由正常水位確定，一種是開敞式取水口，即不設(shè)胸墻（露頂式），閘門高度由校核洪水位確定。前一種方案閘門較矮，但需增加胸墻的混凝土量。后一種方案是閘門較高，但不需設(shè)置胸墻。初步考慮設(shè)置胸墻方案。進(jìn)水閘前設(shè)引水渠，斷面為梯形，底寬5m，邊坡坡度1:0.44，底高程288.00m，采用混凝土漿砌石護(hù)坡。7.進(jìn)水喇叭口進(jìn)口曲線應(yīng)滿足以下要求：=1\*GB3①減小局部水頭損失，提高泄水能力；=2\*GB3②控制負(fù)壓，防止空蝕。根據(jù)以上要求，進(jìn)水口常采用胸墻和邊墻順?biāo)鞣较蛉媸湛s的平底矩形斷面，其體形應(yīng)符合孔口泄流的形態(tài)，避免產(chǎn)生不利的負(fù)壓和空蝕破壞，同時還應(yīng)盡量減少局部水頭損失，以提高泄流能力。喇叭口的胸墻和邊墻采用橢圓曲線，其方程為：x2a為橢圓長半軸，對于胸墻曲線約等于閘門處的孔口高度H，對于邊墻曲線約等于閘門處的孔口寬度B；b為橢圓短半軸，對于胸墻曲線約為H/3，對于邊墻曲線約為（1/3~1/5）B。對于胸墻曲線，本工程H=6.0m，B=5.0m。所以進(jìn)水喇叭口的胸墻曲線方程為：x對于邊墻曲線，本工程b取B/3。 所以進(jìn)水喇叭口的邊墻曲線方程為：x對于有壓進(jìn)水口，采用長軸為水平的1/4橢圓曲線。7.1.3閘門室閘門室布置在進(jìn)水口后緊挨著進(jìn)水口，設(shè)事故兼檢修平板門一孔。根據(jù)SL279-2002《水工隧洞設(shè)計規(guī)范》規(guī)定可知道：進(jìn)口段閘門孔的高度應(yīng)與洞身段斷面高度相同，故進(jìn)口段閘門孔高度為m。則進(jìn)口段閘門孔為6.0×m的長方形斷面。7.1.4攔污柵進(jìn)水口的攔污柵垂直布置，攔污柵的平面形狀可以是平面的或多邊形的，前者便于清污，后者可增大攔污柵處的過水面積，該進(jìn)水口采用平面攔污柵。根據(jù)實際情況，取攔污柵高度h=8m,攔污柵總寬度b應(yīng)大于隧洞進(jìn)水口頂板和邊墻順?biāo)鞣较蛉媸湛s構(gòu)成的平底矩形的寬度，由于有壓隧洞的進(jìn)水口，常采用長軸為水平的1/4橢圓曲線。故攔污柵總寬度b>5+2×2=9m，取b=10m。本工程攔污柵采用機(jī)械清污。由于工程所處地理位置冬季有短暫的結(jié)冰期，所以要采取措施防止攔污柵封凍。如冬季仍能保證全部柵條完全埋在水下，則水面形成冰蓋后，下層水溫高于0度，柵面不會結(jié)冰。如柵條露出水面，則要設(shè)法防止柵面結(jié)冰。可采用兩種方法。一種方法是在柵面上通過50V以下電流，形成回路，使柵條發(fā)熱。另一種方法是將壓縮空氣用管道通道攔污柵上游面的底部，從均勻布置的噴嘴中噴出，形成自下向上的夾氣水流，將下層溫水帶至柵面，并增加水流紊動，防止柵面結(jié)冰。這時要相應(yīng)減小水電站引用流量以免吸入大量起泡。在冬季氣溫低時，可根據(jù)實際情況采取以上兩種方法來防止攔污柵封凍。7.1.5充水閥充水閥直接設(shè)在平板閘門上，利用閘門拉桿啟閉。此外，進(jìn)水口設(shè)有可靠的測壓設(shè)施，以便監(jiān)視攔污柵前后的水位差，以及閘門在開啟前的平壓情況。7.1.6漸變段漸變段長11.5m，底寬由5m漸變至20m，底高程由288.00m，漸變至286.20m。為混凝土箱體結(jié)構(gòu)。沉沙池設(shè)計沉沙池布置根據(jù)地形地質(zhì)條件結(jié)合樞紐總體布置，引水系統(tǒng)布置在右岸山體內(nèi)，由進(jìn)水口、沉沙池、引水隧洞、壓力前池以及壓力管道組成。 根據(jù)引水系統(tǒng)總體布置，進(jìn)水閘后設(shè)漸變段與沉沙池連接，長m，。采用鋼筋混凝土箱體結(jié)構(gòu)。沉沙池采用渦管排沙。7.2.2沉沙池斷面尺寸確定沉沙池設(shè)計水深h=7.86m，正常工作流量Q=35m3/s，根據(jù)資料來水中值粒徑D=0.25mm。沉沙池長度為L，寬度為b。 根據(jù)沙莫夫公式Vc代入以上數(shù)值得啟動流速Vc=0.41m/s。可得寬度b≥m，取b=20泥沙沉降速度w=-9y式中y—為水的運(yùn)動粘滯力系數(shù)取10-6m2/s代入數(shù)值可得泥沙沉降速度為m/s，可得沉沙池長度L≥87.09，取L=120m。.3沉沙池水力計算一、沉速計算 1、水的運(yùn)動粘滯系數(shù)y(cm2/s)： yt2) t溫度（°2、中間變量變A ps泥沙密度（g/cm3）pspw水密度（g/cm3） pwg重力加速度（cm/s2) g=981 A=g(ps/pw3、粒徑級沉速w(cm/s) 1）、當(dāng)粒徑d<=0.062mm時： w=Ad22）、當(dāng)粒徑d=0.062~2.00mm時：(lgSa+3.790)2+(lgM-5.777)粒徑判數(shù)： M=A13d/(3）、當(dāng)粒徑d>2.0mm時： w=4.58(10d)14）、粒徑組平均沉速Pwj(cm/s) Pwwj粒徑組下限粒徑沉速 wj+1二、沉降率計算 1、各粒徑組沉降率niknik=1-e-h式中：h=di(pwj)Lk/qki粒徑組編號，按粒徑由小到大，i=1，2，…，n qk池段單寬流量，m3di恢復(fù)飽和系數(shù)pwj粒徑組平均沉速，cm/sLk池段長，mqk=Qk/BQk池段平均流量，m3，定期沖洗式為引用流量。B池寬，m di=K(pwi/u)pwj粒徑組平均沉速，cm/s u摩阻流速，m/s K系數(shù)，當(dāng)沉沙池寬度與深度之比在之間時，取，u=nvg1/2/R1/6 v池段平均流速，m/s g=9.81m/s2 R池段平均過水?dāng)嗝嫠Π霃?，m n池段糙率。本工程各個參數(shù)數(shù)值及計算結(jié)果見表：t(0)=25y(cm2/s)=y1/3=y2/3=n=Q(m3/s)=35B(m)=20H(m)=K=qk(m3/s)=v(m/s)=0.22264631R=U(m/s)=A=A1/3=M=A1/3/(10y2/3)=N=A/(1800y)=T=(Ay)1/3=a=K/U=Lk=120Lk/qk=68.57142857e=組1#2#3#4#5#6#7#8#粒徑d(mm)12粒徑范圍大于2小于某粒徑%100粒徑組%x=M*d2.72146.803427.2137z=(lgx-5.777)228.539218.8548c=(39.0-z)1/20.02500.38620.6983粒徑沉速wi(cm/s)wi=Ad20.01000.06270.2509wi=10c(Ay)1/30.67845.933912.1765wi=4.58(10d)1/220.4824粒徑組平均沉速pwj(cm/s)0.01000.02510.12540.41251.32383.91528.500215.7925粒徑組平均沉速pwj(m/s)0.00010.00030.00130.00410.01320.03920.08500.1579恢復(fù)飽和系數(shù)ai=K(pwi/U)0.36620.46040.68850.92721.24101.62751.97552.3064r=ai*pw*Lk/qk0.00250.00790.05920.26231.12664.369311.514724.9763各粒徑組沉降率nik=1-e-r0.00250.00790.05750.23070.67590.98731.00001.0000β0.07370.92103.02929.720862.4163115.9626渦管截沙率0.08890.09340.12650.24100.56660.91560.99531.0000沉沙池渦管設(shè)計渦管工作運(yùn)行方式 渦管是一根水平橫鋪在渠底頂部開口的管子。當(dāng)水流切向沖入渠管開口時，對渦管中的水體產(chǎn)生一個動量矩，使之繞其自身軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，形成螺旋流。螺旋流將落入渦管的推移質(zhì)卷揚(yáng)懸浮起來，隨水體作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，并排出渠外。由于水流輸送懸移質(zhì)的能力遠(yuǎn)大于輸送推移質(zhì)的能力，因此，渠中推移質(zhì)容易通過渦管排除。懸移質(zhì)含沙量沿垂線的分布具有上細(xì)下粗、上稀下濃的特性進(jìn)入渦管的水流是高含沙濃度的臨底層，所以可以用較少的水量將較多而粗的懸移質(zhì)排走。因而不論對排推移質(zhì)或懸移質(zhì)，渦管排沙工程都是有效且經(jīng)濟(jì)的。7.渦管設(shè)計一、渦管尺寸確定目前渦管設(shè)計大多建立在經(jīng)驗基礎(chǔ)上，現(xiàn)采用具有代表性的姆塔羅（）法計算。設(shè)計沉沙池底并排設(shè)置10根渦管排沙。先假定渦管與水流方向夾角θ=45°，渦管直徑D=25cm,開口寬度b=15cm。渦管泄量：QA=式中A—渦管的過流面積；g—重力加速度；h—渦管中心以上水深；μ—流量系數(shù)。將數(shù)值代入上式可得渦管泄流量QAm3/s渦管縱向流速VR=4Q入管水流參數(shù)KD=QbQAh=1.77，因為KD<4，則管內(nèi)泥沙不淤積要求的最小值在渦管岀流為QAΔhE 式中B—為沉沙池寬度；代入數(shù)值可得Δh 實際水頭為h+f=7.86+α 綜上所述ΔhE二、渦管排沙能力復(fù)核 渦管分流比W=Q 懸移質(zhì)渦管截沙率采用石河子大學(xué)張開泉推導(dǎo)出的公式： E=1 式中E—為截沙率；W—為渦管分流比；β=6ωKu（是反應(yīng)泥沙重力作用與水流紊動擴(kuò)散作用相對關(guān)系指標(biāo)ω沙粒沉速，u為沉沙池中水流摩阻流速。 按上式計算各粒徑組的截沙率Ei，則沉沙池的總截沙率E=E三、渦管挾沙力計算 渦管挾沙力指的是在臨界不於條件下單位渦管水體所能挾帶的泥沙重量。以S表示，S=GS/Q，單位用Kg/m3 影響挾沙力的因素眾多，現(xiàn)用量綱分析法建立挾沙公式如下：S=K(Kg/m3，α=，R為渦管水力半徑，θ為渦管與水流方向夾角，ω為某粒徑沙粒沉降速度，h為渦管中心到水面的距離。以中值粒徑D=0.25mm為例，將各個參數(shù)數(shù)值代入上式得單位渦管水體挾沙力S為Kg/m3。本工程所用直徑D=25cm的渦管挾沙力為S0第八章隧洞布置與洞徑復(fù)核與優(yōu)化8.1隧洞的布置根據(jù)地形地質(zhì)條件結(jié)合樞紐總體布置，引水系統(tǒng)布置在右岸山體內(nèi)，由進(jìn)水口、沉沙池、引水隧洞、壓力前池以及壓力管道組成。引水系統(tǒng)軸線按垂直、側(cè)向埋深符合規(guī)范要求的條件下，力求是軸線最短的原則確定。根據(jù)樞紐總體布置，在右岸壩頭處布置電站引水隧洞進(jìn)水口。進(jìn)水口底版高程根據(jù)水庫294.00m的死水位以及淹沒深度、泥沙淤積等確定為289.00m。由于單組引用流量為35m3/s，相對較不大，為了降低洞內(nèi)流速，減少水頭損失，電站采用單機(jī)單管方式供水。詳見平面布置圖。隧洞的斷面尺寸選擇8.2.1形狀與尺寸選擇原則隧洞斷面形狀選擇應(yīng)考慮的主要因素有：隧洞流態(tài)、流速、地質(zhì)條件、地應(yīng)力情況、圍巖加固形式及施工方法等。應(yīng)綜合考慮，并通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。(1)有壓隧洞多采用圓形斷面，地質(zhì)條件差時宜選用圓形或者馬蹄形；無壓隧洞宜采用圓拱直墻斷面。流速大小對斷面形態(tài)有重要影響，流速控制流速水頭損失，按引水要求采用3.5m/s的流速。按下面的公式計算水頭損失：?H式中：?H——L——隧洞長度;R——水力半徑;C——謝才系數(shù);ζi————隧洞中水流速度.有壓隧洞的過水能力僅取決于洞全長的水頭損失,而與洞的縱坡無關(guān),與洞的埋深即洞在上游水位下的深度無關(guān).通常，為了見效隧洞的內(nèi)水壓力荷載值,有壓隧洞洞線應(yīng)盡量抬高,但是必須保證在任何工作條件下，闊非恒定流的情況,洞頂處的水壓力值不得小于1.5~2.0m.(2)地質(zhì)和地應(yīng)力條件，主要涉及圍巖穩(wěn)定問題。地質(zhì)條件差時，選用大斷面，圍巖穩(wěn)定可能無保障，這時需要選用兩條或兩條以上小斷面隧洞代替。在高地應(yīng)力地區(qū)的隧洞，斷面高寬比，應(yīng)與地應(yīng)力條件相適應(yīng)。若水平地應(yīng)力大于垂直地應(yīng)力時，可采用高度小而寬度較大的斷面；若垂直地應(yīng)力大于水平地應(yīng)力時，可采用高度大而寬度小的斷面。由于風(fēng)化剝蝕卸荷使本區(qū)地應(yīng)力大大釋放，卸荷深度一般在30米以上，故本區(qū)的應(yīng)力場是一種重分布的應(yīng)力場。(3)從圍巖受力條件考慮，曲線形邊界受力條件較好，直墻式受力條件較差。對施工而言，直墻、平底有利于開挖出渣和襯砌。應(yīng)根據(jù)實際情況選擇。8.2.2橫斷面選擇一般情況下，無壓壓水工隧洞橫斷面形狀宜選用城門洞形或馬蹄形，在地質(zhì)條件差時，更是如此。進(jìn)出口和漸變段等洞段可采用方形或矩形。本工程采用無壓隧洞引水，地質(zhì)條件一般，側(cè)向應(yīng)力不大，采用城門洞形斷面。便于采用鉆巖機(jī)開挖，鉆爆施工，加快施工進(jìn)度。8.2.3隧洞縱坡設(shè)計隧洞縱坡設(shè)計中主要考慮了以下因素： (1)隧洞進(jìn)出口滿足進(jìn)出口水力學(xué)要求； (2)隧洞縱坡應(yīng)滿足施工要求，不能太陡，暫取1/2000； (3)隧洞縱坡不宜在隧洞中部向上凸，以免中部壓坡線不滿足要求； (4)隧洞底板進(jìn)口高程289.0m，出口(末端)高程m。8.2.4隧洞橫斷面尺寸的擬定隧洞橫斷面尺寸的確定，關(guān)系到隧洞的造價和工程效益。隧洞長達(dá)2250m，引用流量35m3/s，其投資占整個工程投資的比重比較大。因此，用動能經(jīng)濟(jì)分析來確定其斷面尺寸。根據(jù)工程的特點(diǎn)，用綜合分析法分析：根據(jù)各隧洞斷面尺寸方案的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)指標(biāo)的優(yōu)劣程度，進(jìn)行綜合分析而確定方案。首先由動能經(jīng)濟(jì)計算初步確定隧洞斷面尺寸，所用公式和計算成果如下： 1）對于無壓隧洞理論計算公式b=(nQ式中b—矩形斷面的寬度；Q—流量（m3n，i—，暫取n=；暫取i=1/2000代入計算得b=m由此初步確定城門洞形斷面底寬為m，。隧洞水力設(shè)計.1水力學(xué)計算原則及計算假定1）執(zhí)行《水利水電工程技術(shù)設(shè)計階段引水式水電站水道水力學(xué)計算大綱范本》規(guī)定。2）根據(jù)建筑物的等級,確定洪水位的高程、下泄流量和相應(yīng)的下游尾水位,作為設(shè)計的校核情況、設(shè)計情況分別進(jìn)行計算。3)引水系統(tǒng)水力計算選用糙率系數(shù)時,根據(jù)襯砌的不同分段選取。4）按照可研報告，引水口底版高程為289.00m不再改變。.2隧洞過流能力計算由于第一段（樁號0+000～0+060）的洞身襯砌為普通鋼筋混凝土襯砌，第二段（樁號0+70～0+450）洞身襯砌為鋼?；炷烈r砌，第一段糙率較第二段糙率大，隧洞洞身段各段縱坡一致，斷面一致，所以洞身段的過流能力取決于一段。無壓隧洞（長洞）洞身段的過流能力，按明渠均勻流公式計算：（8.3）對于矩形斷面：ω=bh0x=b+2h0R=ω/xC=R1/6/n第一段隧洞底坡i=1/2000，斷面寬度m，滿足無壓凈空面積界限（15%）時的水深h0=4.57m，對于鋼筋砼襯砌n=0.015。ω=bh0×=2m2x=b+2h0=+2×mR=ωmC=R1/6/n=1.591/6/0.015=××/2000)1/2m3/s＞Q設(shè)=35m3/s洞身過流能力滿足要求。.3正常運(yùn)用情況隧洞水面線計算=1\*GB2⑴第一段（樁號0+000～0+060）正常運(yùn)用情況隧洞洞前水位293m，引用流量Q=35m3/s。隧洞長度L1=1500m，進(jìn)口底板高程289m，縱坡i=1/2000，寬度m，單寬流量m3/s·m，n=0.015。1.長短洞判別：判別公式：lk=(5～12)H上游水深H=293－289=4mlk=(5～12)×4=20～60m，取lk=60m<L1=1500m，屬長洞。2.隧洞底坡的判別：根據(jù)《水力學(xué)計算手冊》（武漢水利電力學(xué)院）P394頁，對隧洞底坡的判別：可設(shè)無壓均勻流水深h0趨于洞高a。求此時的流量，繼求出臨界水深hk。當(dāng)h0>hk，為緩坡，反之為陡坡。h0m，過水?dāng)嗝婷娣eω=m2，濕周mR=ωmC=R1/6/n=1.351/6××/2000)1/2m3/s臨界水深：mh0>hk，為緩坡隧洞。3.求Q=35m3/s時洞內(nèi)正常水深h0：計算公式：經(jīng)試算：h0m4.求Q=35m3/s時洞內(nèi)臨界水深hk：計算公式：hk=α=1.0，經(jīng)計算：hkm5.求Q=35m3/s時洞內(nèi)水面線（即求進(jìn)口斷面處的水深hc′與隧洞末端水深hs）：進(jìn)口水流為寬頂堰流，泄流能力按寬頂堰流公式計算：當(dāng)σs=1。取流量系數(shù)m=0.36、b=4.9m、H0=4m，將以上數(shù)值代入上式可求當(dāng)上游水位為292m時隧洞的極限過流能力：=3/s＞Q設(shè)=35m3/s滿足要求。由于隧洞的實際過流流量Q設(shè)=35m3/s，小于淹沒出流與自由出流界限時的流量m3/s，所以此時洞內(nèi)應(yīng)為淹沒出流。進(jìn)口斷面處水深hc′的計算公式：即隧洞進(jìn)口底板高程起算的上游總水頭H0=293－289=4mm，Q=35m3/s查《水力學(xué)》（西安理工大學(xué)水利學(xué)研究所）P205頁表9-6可知：σc′/H0則hc′H0×m，即隧洞進(jìn)口斷面處水面高程為292.86m。隧洞末端斷面處水深hs的計算：按明渠非均勻流用分段求和法計算。即已知隧洞起始斷面水深h1，假設(shè)系列h2、h3、…、hn、hn+1、…，求ΔSn-n+1與∑S=ΔS1-2+S2-3+…+ΔSn-n+1+…，當(dāng)∑S等于隧洞長度時對應(yīng)斷面的水深即為hs。計算公式：，，，，經(jīng)計算hsm（計算詳見表8.1），即該段隧洞末端斷面處水面高程為292.21m。hkm＜h0m＜hsm，洞內(nèi)為a1型雍水曲線。6.凈空面積和凈空高度復(fù)核：該段隧洞洞內(nèi)水深為m（進(jìn)口斷面處）～m（末端斷面處），凈空高度m～m，均大于0.4m，滿足凈空高度要求。隧洞凈空面積m2～m2，隧洞總面積m2，凈空面積為總面積的%～%。滿足要求。=2\*GB2⑵第二段（樁號0+070～0+450）隧洞洞前水位即為第一段末端水位292.21m，引用流量Q=35m3/s。隧洞長度L2=750m，進(jìn)口底板高程2883/s·m，n=0.011。長短洞判別：上游水深H=292.21－288.25mlk=(5～12)×～m，取lkm＜L2=750m，屬長洞。2.隧洞底坡的判別：h0m，過水?dāng)嗝婷娣eωm2，濕周mR=ωmC=R1/6/n=1.351/6××/2000)1/2m3/s臨界水深：mh0>hk，為緩坡隧洞。3.求Q=35m3/s時洞內(nèi)正常水深h0：計算公式：經(jīng)試算：h0m4.求Q=35m3/s時洞內(nèi)臨界水深hk：計算公式：hk=α=1.0，經(jīng)計算：hkm5.求Q=35m3/s時洞內(nèi)水面線隧洞出口斷面處水深hs的計算：按明渠非均勻流用分段求和法計算。經(jīng)計算hsm（計算詳見表8.2），即隧洞末端斷面處水面高程為292.07m。hk=1.732m＜h0=2.667m＜hs=4.195m，洞內(nèi)為a1型雍水曲線。6.凈空面積和凈空高度復(fù)核：該段隧洞洞內(nèi)水深為m（進(jìn)口斷面處）～m（末端斷面處），凈空高度m～222，凈空面積為總面積的%～%，滿足要求。（3）水頭損失計算引水系統(tǒng)分取水口閘門段、漸變段、沉沙池段、隧洞進(jìn)口段、洞身段、隧洞出口段。計算成果匯總?cè)缦卤肀硭^損失計算成果表類型計算段長度（m）水頭損失系數(shù)水頭損失（m）（m）局部水頭損失閘門段5進(jìn)口漸變段10隧洞進(jìn)口段15隧洞出口段10沿程水頭損失沉沙池段120532隧洞第一段15000.79隧洞第二段750根據(jù)表，取引水隧洞總水頭損失m隧洞結(jié)構(gòu)設(shè)計.1設(shè)計原則及假定隧洞的開挖，使得原始應(yīng)力場重新分布，在孔口周邊產(chǎn)生了應(yīng)力集中。若圍巖的強(qiáng)度足以承受集中后的應(yīng)力，即使沒有采取任何加固措施，開挖后的圍巖也是穩(wěn)定的；若圍巖強(qiáng)度較低，就需要采取加固措施。對圍巖的加固，一般應(yīng)遵循下列原則和基本假定：(1)一切加固圍巖的工程措施，都是為了加固不良圍巖、維持圍巖穩(wěn)定；(2)應(yīng)當(dāng)把所采取的工程措施(如支護(hù)、襯砌等)與圍巖視為統(tǒng)一的復(fù)合體，即考慮支護(hù)和襯砌與圍巖的共同作用；(3)在支護(hù)、襯砌與圍巖的復(fù)合體中，圍巖應(yīng)當(dāng)是承受荷載(如內(nèi)、外水壓力等)的主體，因此，應(yīng)最大限度的利用圍巖，充分發(fā)揮圍巖的作用；(4)為了節(jié)約投資，加快水工隧洞的建設(shè)速度，應(yīng)當(dāng)盡量地把加固圍巖所采取的措施壓縮到最小的限度以內(nèi)，并充分發(fā)揮其作用；(5)以充分考慮圍巖承載能力的基礎(chǔ)上，應(yīng)因地制宜地采用相應(yīng)的加固措施，以維持圍巖的穩(wěn)定性；(6)考慮到水工隧洞的特點(diǎn)，加固措施還應(yīng)滿足水流摩阻小、水量滲漏損失少的原則；襯砌采用混凝土或鋼筋混凝土襯砌時，按限裂寬度為進(jìn)行限制；(7)內(nèi)水外滲將危及圍巖、山坡及臨近建筑物的安全時，應(yīng)結(jié)合巖體覆蓋厚度、圍巖條件，綜合分析選用堵(如襯砌、灌漿)、截(如設(shè)置防滲帷幕)、排(如排水孔、排水廊道)等措施，以改善加固結(jié)構(gòu)與圍巖的工作條件；(8)對于水工隧洞的設(shè)計，應(yīng)當(dāng)做到勘測、設(shè)計、施工及監(jiān)測緊密結(jié)合。以上幾點(diǎn)是相互聯(lián)系、相互制約的，設(shè)計時要統(tǒng)一考慮，綜合分析。8.4.2設(shè)計荷載確定圍巖壓力(1)對類圍巖，考慮把巖體作為主要承載結(jié)構(gòu)，對開挖后的孔口周邊應(yīng)力進(jìn)行分析，必要時進(jìn)行加固處理，即在未支護(hù)前，可按下式估算垂直圍巖壓力：~0.2)B（8.4）取系數(shù)0.12計算，有kN/m2。(2)對IV、V類圍巖，如圖3、圖4，將圍巖當(dāng)做荷載，把支護(hù)或襯砌當(dāng)做承載結(jié)構(gòu)，可按松散介質(zhì)平衡理論估算圍巖松動壓力，選擇最不利荷載組合情況，并按下面的公式進(jìn)行綜合分析計算，作為二次支護(hù)襯砌厚度決定和配筋的依據(jù)。①普氏理論法塌落拱高度：=（8.5）頂拱為圓弧時的圍巖垂直荷載：h（8.6）側(cè)向圍巖水平荷載： 式中：H——斷面開挖高度，m； B——洞室開挖寬度，m； h——圍巖可能塌落高度，m； e1——洞頂部側(cè)向圍巖水平荷載，kN/m2； e2——洞底部側(cè)向圍巖水平荷載，kN/m2； f——圍巖堅固系數(shù)，取f=1.5~2，； q——圍巖垂直荷載，kN/m2； ——圍巖重度，平均值kN/m3； K——換算摩擦角()，取K=60~65；m——計算成果見表：②圍巖壓力系數(shù)法 q=SyB e=SXh式中：Sy——垂直向圍巖壓力系數(shù)，??； Sx——水平向圍巖壓力系數(shù)，取0.05； h——洞室開挖高度，m； B——洞室開挖寬度，m；e——側(cè)向圍巖水平荷載，kN/m2； q——圍巖垂直荷載，kN/m2； ——圍巖重度，kN/m3；計算成果見表。表普氏理論法計算圍巖壓力成果表計算點(diǎn)覆蓋層厚（m）（KPa）e1（KPa）e2（KPa）fm引0+65///3引0+65///3引1+70///4引1+652引1+65引2+602引2+602引2+60表圍巖壓力系數(shù)法計算圍巖壓力成果表計算點(diǎn)覆蓋層厚（m）SxeSyq引0+25.48////引0+25.48////引1+////引1+25.52引1+25.52引2+25.5引2+25.5引2+7325.58.4.2.2內(nèi)水壓力水荷載是水工隧洞的主要荷載。對無壓隧洞，根據(jù)隧洞內(nèi)水面線即可計算內(nèi)水壓力。內(nèi)水壓力按隧洞分段計算成果見表6-3（按正常水位計算）。表內(nèi)水壓力按隧洞分段計算成果表（單位：m）計算點(diǎn)洞內(nèi)水位內(nèi)水壓力引0+引0+引1+引1+引1+引2+引2+引2+.3外水壓力(1)根據(jù)鉆孔資料，地質(zhì)巖性較好，巖石滲透系數(shù)較小，工程為Ⅳ等小Ⅰ工程，主要建筑物為4級，綜合考慮可不計外水壓力。.4地震荷載設(shè)計隧洞洞身時可不考慮地震荷載，但對隧洞的進(jìn)出口建筑物，需按現(xiàn)行《水工建筑物抗震設(shè)計規(guī)范》對地面建筑結(jié)構(gòu)的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。本地區(qū)地震基本烈度按=7\*ROMANVII級考慮，因地震而引起的隧洞附加荷載為：(1)附加山巖壓力 （8.7）(2)地震水壓力(水平橫向作用) （8.8）(3)襯砌自重慣性力 Pg=Kcc（8.9）上三式中：KC——地震系數(shù),查表取KC=1/80；R——kN/m3；CP——地震縱波在巖石里的傳播速度，粗略取2000m/s；T0——地震波的周期，取1s；c——襯砌重度，24kN/m3；——巖石泊松比，；——水重度，10℃kN/m3。代入計算得MPa；MPa；gkN/m3.5灌漿荷載當(dāng)固結(jié)(或回填)灌漿壓力與外水壓力接近時，可不考慮灌漿壓力。固結(jié)(或回填)灌漿壓力一般為0.2~0.3MPa，當(dāng)回填灌漿壓力與圍巖壓力不同時考慮。.6地層彈性抗力只有巖體較好時，才產(chǎn)生有效的彈性抗力，本隧洞=3\*ROMANIII類巖石段可能產(chǎn)生彈性抗力。當(dāng)襯砌向內(nèi)變形時，不產(chǎn)生彈性抗力，只有襯砌向外變形時，才產(chǎn)生彈性抗力，其值為： P=K（8.10）式中：P——地層彈性抗力，kN/m2；K——地層彈性抗力系數(shù)，kN/m3；——襯砌向外變位值，m。巖體好時，在頂部中心角大約90°范圍之外的襯砌變形指向圍巖，作用有彈性抗力，其分布規(guī)律為：（8.11）式中：、分別為=和=處襯砌受到的彈性抗力，為以隧洞圓心為圓心，自隧洞頂拱頂端逆時針旋轉(zhuǎn)到計算斷面所成的夾角。荷載組合根據(jù)施工、運(yùn)行和檢修等情況，分別考慮最不利的荷載組合，一般應(yīng)遵循下列組合原則：(1)垂直圍巖壓力與側(cè)向圍巖壓力使頂拱產(chǎn)生的應(yīng)力符號相反，互相有所抵消。一般估算的圍巖壓力不一定十分準(zhǔn)確，尤其是側(cè)向圍巖壓力的準(zhǔn)確性就更差一些，這時宜不計側(cè)向壓力。在其它部位也應(yīng)考慮類似情況。(2)灌漿壓力與外水壓力不要疊加。(4)考慮圍巖抗力時，可少計或不計側(cè)向圍巖壓力，不計底拱的反壓力。荷載組合分四種工況，見表。表荷載組合表荷載組合垂直圍巖壓力側(cè)向圍巖壓力襯砌自重內(nèi)水壓力外水均勻壓力外水非均勻壓力灌漿壓力彈性抗力地震基本正常運(yùn)行工況非常運(yùn)行工況特殊檢修工況施工期8.5鋼筋混凝土襯砌設(shè)計基本設(shè)計資料按構(gòu)造要求，初步設(shè)計鋼筋混凝土襯砌厚度為70cm。采用雙層配筋，限制開裂寬度來設(shè)計。混凝土襯砌采用C25，壓力鋼管段采用C15；鋼筋采用=2\*ROMANII級鋼；結(jié)構(gòu)系數(shù)=1.35，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)=1.0，設(shè)計狀況系數(shù)持久狀況取1.0，短暫狀況取0.95，偶然狀況取0.85。相