抽水蓄能電站豎井式泄洪洞設(shè)計導(dǎo)則

抽水蓄能電站豎井式泄洪洞設(shè)計導(dǎo)則DesignGuideforshaftspillwaytunnelofPumpedstoragepowerstation征求意見稿FORMTEXT2020年2月28日2020-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX發(fā)布2020-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX實施中國電力企業(yè)聯(lián)合會???發(fā)布ICS27.140P59中國電力企業(yè)聯(lián)合會標(biāo)準(zhǔn)T/CECXXXX-XXXX抽水蓄能電站豎井式泄洪洞設(shè)計導(dǎo)則1總則1.0.1為規(guī)范抽水蓄能電站豎井泄洪洞的設(shè)計，統(tǒng)一設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求，做到安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理，制定本標(biāo)準(zhǔn)。1.0.2本標(biāo)準(zhǔn)適用于抽水蓄能電站自由溢流的豎井式泄洪洞設(shè)計，包括豎井旋流式和豎井跌流式泄洪洞兩種型式。1.0.3抽水蓄能電站豎井泄洪洞設(shè)計，除應(yīng)符合本標(biāo)準(zhǔn)外，尚應(yīng)符合國家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。2術(shù)語和符號2.1術(shù)語2.1.1抽水蓄能電站Pumpedstoragepowerstation能向上水庫抽水蓄能的水電站，一般用于電網(wǎng)的調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相及事故備用。2.1.2自由溢流Freeoverflow水流沿堰頂自由下泄，不受閘門控制的泄流方式。2.1.3豎井旋流式泄洪洞Shaftswirlspillway水流經(jīng)起旋（墩）設(shè)施的引導(dǎo)，在進(jìn)口環(huán)形堰和豎井中產(chǎn)生帶有空腔的旋轉(zhuǎn)流運(yùn)動，經(jīng)豎井和退水隧洞泄入下游的泄洪洞。2.1.4豎井跌流式泄洪洞Shaftdownflowspillway水流從環(huán)形堰溢流跌入豎井底部消能，再經(jīng)退水隧洞泄入下游的泄洪洞。2.1.5環(huán)型溢流堰Ringoverflowweir布置在豎井井口溢流并控制泄洪洞泄量的環(huán)形堰。2.1.6起旋墩Startingpier布置于豎井旋流式泄洪洞環(huán)形溢流堰四周，引導(dǎo)水流產(chǎn)生旋流流動的墩體結(jié)構(gòu)。2.1.7導(dǎo)流消渦墩Diversionandvortexeliminationpier布置于豎井跌流式泄洪洞環(huán)形溢流堰四周，引導(dǎo)水流平順下泄并避免進(jìn)口水流產(chǎn)生旋渦的墩體結(jié)構(gòu)。2.1.8消能井Energydissipationwell位于豎井底部，通過井內(nèi)水墊水體的摻混、翻滾及相互剪切以消耗水流動能的消能設(shè)施。2.1.9消力墩Stillingpier布置在豎井與退水隧洞連接段起輔助消能作用的墩。2.1.10頂壓板Toppressureplate豎井旋流式泄洪洞內(nèi)布置在豎井與退水隧洞連接段之間頂部，與消力墩組合構(gòu)成洞內(nèi)水墊塘消能型式和起引導(dǎo)水流作用的壓板。2.1.11壓坡段Slopesection豎井跌流式泄洪洞內(nèi)布置置在豎井與退水隧洞連接部位頂部的收縮式壓坡結(jié)構(gòu)，使其下游水流脫離洞頂而保持退水隧洞為明流形態(tài)。2.1.12盲洞Blindhole與導(dǎo)流洞結(jié)合的豎井旋流式泄洪洞，導(dǎo)流洞堵頭下游至豎井之間的導(dǎo)流洞洞段。2.1.13退水隧洞Waterreturntunnel連接豎井和下游河道（或沖溝）之間，用來泄水或退水的隧洞。2.1.14臺階消能Stepenergydissipation利用水流流經(jīng)泄槽臺階時形成的水平軸游滾、碰撞和摻氣等而逐步消耗、分散能量的一種沿程消能方式。2.1.15消能率Efficiencyrate消能設(shè)施損耗的能量與水流初始斷面能量的比值。2.2主要符號2.2.1幾何特征RL——堰頂半徑；P——堰高；D——豎井直徑。2.2.2水力計算參數(shù)H——環(huán)形堰堰頂水頭；Q——流量；v——流速；Hd——定型設(shè)計水頭；h——水深；?H——上、下游水位落差。2.2.3水力計算系數(shù)m——環(huán)形溢流堰的流量系數(shù)Fr——弗勞德數(shù)：σ——水流空化數(shù)η——消能率n——糙率3基本規(guī)定3.0.1豎井式泄洪洞設(shè)計需根據(jù)樞紐布置收集水文、氣象、地形、地質(zhì)、地震、施工條件、環(huán)境與水土保持要求等資料。3.0.2抽水蓄能電站上水庫根據(jù)工程條件可單獨(dú)設(shè)置豎井式泄洪洞作為泄洪設(shè)施，下水庫僅設(shè)置自由溢流的豎井泄洪洞時，須設(shè)置有泄放水庫多余水量的放水孔或放水洞。與常規(guī)水庫結(jié)合布置的抽水蓄能電站單獨(dú)設(shè)置豎井式泄洪洞作為唯一泄洪設(shè)施時須進(jìn)行論證。3.0.3抽水蓄能電站上、下水庫布置有導(dǎo)流洞時，豎井式泄洪洞宜結(jié)合導(dǎo)流洞布置。豎井泄洪洞與導(dǎo)流洞結(jié)合部分除滿足本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定外，還應(yīng)滿足《水電工程施工導(dǎo)流規(guī)范》NB/T35041的相關(guān)的要求。3.0.4豎井泄洪洞的地質(zhì)勘察工作應(yīng)按照《水力發(fā)電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》GB50287的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行，豎井位置應(yīng)進(jìn)行地質(zhì)鉆孔勘探。3.0.5豎井式泄洪洞的工程建筑物級別和洪水標(biāo)準(zhǔn)按《防洪標(biāo)準(zhǔn)》GB50201的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行，消能防沖的洪水標(biāo)準(zhǔn)按《溢洪道設(shè)計規(guī)范》DL/T5166的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。3.0.6豎井式泄洪洞混凝土抗沖耐磨設(shè)計按《水工建筑物抗沖磨防空蝕混凝土技術(shù)規(guī)范》DL5207的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。3.0.7豎井式泄洪洞布置及水力設(shè)計應(yīng)通過水工模型試驗驗證。3.0.8豎井式泄洪洞宜進(jìn)行原型放水監(jiān)測工作。4布置4.1一般原則4.1.1通過水力學(xué)條件、結(jié)構(gòu)受力條件等綜合比較，可選擇采用豎井旋流式或豎井跌流式泄洪洞型式。豎井旋流式和跌流式泄洪洞基本布置型式參見附錄A。4.1.2豎井式泄洪洞的布置應(yīng)根據(jù)自然條件、樞紐布置及綜合利用要求等因素確定。4.1.3豎井式泄洪洞應(yīng)包括環(huán)形溢流堰進(jìn)水口、豎井、豎井與退水隧洞連接段、退水隧洞及出口消能防沖段等建筑物。4.1.4豎井式泄洪洞的泄量、環(huán)型溢流堰直徑及豎井直徑等應(yīng)根據(jù)下列因素通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較選定：1）水庫樞紐特性及洪水調(diào)度；2）地形、地質(zhì)條件，下游河床及兩岸的抗沖刷能力；3）運(yùn)用條件；4）造價及維護(hù)費(fèi)用等。4.1.5豎井式泄洪洞進(jìn)口應(yīng)布置在穩(wěn)定的地基上，并應(yīng)考慮巖體結(jié)構(gòu)特征和地質(zhì)構(gòu)造以及建庫后水文地質(zhì)條件的變化對建筑物的不利影響。4.1.6當(dāng)下泄消能防沖標(biāo)準(zhǔn)洪水時，豎井式泄洪洞出口水流的流態(tài)及對河道的沖刷不應(yīng)影響其他建筑物的安全與正常運(yùn)行。4.1.7退水隧洞軸線宜采用直線布置。當(dāng)需要設(shè)置彎段時，應(yīng)符合《水工隧洞設(shè)計規(guī)范》DL/T5195的相關(guān)要求。4.1.8當(dāng)豎井泄洪洞與導(dǎo)流洞結(jié)合時，應(yīng)根據(jù)泄量要求，對導(dǎo)流建筑物的平面布置、斷面體型和堵頭布置等提出相應(yīng)要求。4.1.9上水庫豎井式泄洪洞出口水流宜匯入地質(zhì)情況較好的主要沖溝。4.2進(jìn)口段4.2.1應(yīng)選擇有利地形地質(zhì)條件，盡量減少對天然山坡的開挖擾動，保證進(jìn)口段岸坡施工期及運(yùn)行期的穩(wěn)定，對于進(jìn)口段外側(cè)邊坡應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定分析及必要的加固處理。4.2.2在土石壩樞紐中，當(dāng)進(jìn)口段位于上游壩坡或靠近壩肩時，進(jìn)口段水流不應(yīng)影響壩坡及壩肩穩(wěn)定。4.2.3豎井跌流式及旋流式泄洪洞進(jìn)水口均宜采用環(huán)形溢流堰控制泄量，環(huán)型溢流堰堰頂高程與正常蓄水位齊平。4.2.4采用豎井跌流式泄洪洞時，進(jìn)口宜避免產(chǎn)生漩渦及回流，進(jìn)口周邊可設(shè)置必要的導(dǎo)流防渦措施，并采用合適的開挖輪廓，引導(dǎo)水流平順入井。4.2.5旋流式豎井泄洪洞應(yīng)在環(huán)形溢流堰前設(shè)置起旋（墩）設(shè)施，起旋墩的體型布置可按附錄B規(guī)定初擬，最終應(yīng)根據(jù)水工模型試驗確定。4.2.6豎井式泄洪洞應(yīng)根據(jù)庫區(qū)漂浮物來源情況及運(yùn)行管理方式等因素，對進(jìn)口設(shè)置攔污設(shè)施的必要性進(jìn)行論證。4.3豎井段4.3.1豎井段的布置型式宜結(jié)合地形、地質(zhì)及退水隧洞布置等因素綜合確定。4.3.2豎井段宜采用埋藏式，當(dāng)?shù)匦螚l件不滿足要求時，豎井段頂部可采用岸塔式。4.3.3豎井中心線應(yīng)布置在退水隧洞軸線處。4.3.4豎井泄洪洞豎井內(nèi)徑宜與進(jìn)水口環(huán)型溢流堰末端直徑相同，經(jīng)論證，可采用變徑型式。4.3.5當(dāng)泄洪洞豎井需布置摻氣設(shè)施時，宜在環(huán)型溢流堰與豎井連接段設(shè)置摻氣坎與通氣孔。4.4豎井與退水隧洞連接段4.4.1豎井旋流式泄洪洞旋流式泄洪洞豎井與退水隧洞連接段應(yīng)設(shè)置消能設(shè)施，宜采用盲洞、消力墩和頂壓板構(gòu)成洞內(nèi)水墊塘消能方式，也可采用消能井的消能方式。4.4.2豎井跌流式泄洪洞1）豎井跌流式泄洪洞豎井與退水隧洞連接段應(yīng)設(shè)置消能井，消能井截面形狀可根據(jù)地質(zhì)條件及水力學(xué)條件采用圓形、矩形或其他形狀。消能井的深度宜取1～2D。2）豎井與退水隧洞宜以壓坡段進(jìn)行銜接，其頂部坡度宜取1：6~1：8，壓坡段末端設(shè)置通氣設(shè)施。3）當(dāng)下泄流量和水流落差較小時，可對連接段退水隧洞頂部進(jìn)行局部加高，不設(shè)壓坡段和通氣設(shè)施。4.5退水隧洞段4.5.1退水隧洞軸線宜采用直線，當(dāng)流速小于15m/s時可采用曲線布置，但應(yīng)符合下列要求：1）彎道宜設(shè)置在流速較小、水流平穩(wěn)，底坡較緩且無變化的地段；2）彎曲半徑不宜小于5倍的洞徑或洞寬，轉(zhuǎn)角不宜大于60°；3）彎道收尾應(yīng)設(shè)置長度不小于5倍洞徑或洞寬的直線段。4.5.2退水隧洞應(yīng)采用無壓隧洞型式，其底坡應(yīng)結(jié)合水力條件和施工條件確定。4.5.3退水隧洞斷面宜采用圓拱直墻式，當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較差時，也可采用圓形斷面或馬蹄形斷面。4.5.4退水隧洞段上覆巖體厚度要求按《水工隧洞設(shè)計規(guī)范》DL/T5195要求執(zhí)行。4.6出口段4.6.1出口段宜避開滑坡等不利的地質(zhì)條件。4.6.2當(dāng)下泄水流不能直接進(jìn)入河道時，應(yīng)設(shè)置出水渠，當(dāng)隧洞出口與河道高差較大時，出水渠宜采用臺階消能方式銜接河道。4.6.3出水渠軸線宜與下游河道中心線保持較小的夾角，下游防護(hù)措施應(yīng)根據(jù)河道抗沖刷能力、運(yùn)行管理要求等綜合確定。5水力設(shè)計5.1一般規(guī)定5.1.1水力設(shè)計應(yīng)包括以下內(nèi)容：1）泄流能力計算；2）進(jìn)水口水力設(shè)計；3）豎井水力設(shè)計；4）豎井與退水隧洞連接消能段水力設(shè)計；5）退水隧洞水力設(shè)計；6）出口消能防沖水力設(shè)計；7）高速水流防空蝕設(shè)計。5.1.2各項水力設(shè)計內(nèi)容，均應(yīng)經(jīng)水工模型試驗驗證。5.1.3豎井式泄洪洞水力設(shè)計應(yīng)滿足下列要求：1）泄流能力須滿足設(shè)計洪水及校核洪水下的泄量要求。2）體型邊界合理，豎井及退水隧洞水流流態(tài)穩(wěn)定，豎井旋流或跌流消能良好，出流與下游河床或沖溝水流銜接平順。3）避免洞內(nèi)發(fā)生空蝕。5.1.4泄洪洞沿程水頭損失計算的糙率系數(shù)，可按《溢洪道設(shè)計規(guī)范》DL/T5166附錄中的常用糙率建議值選取。5.2進(jìn)水口5.2.1進(jìn)口環(huán)形溢流堰宜采用實用堰型，堰面曲線按附錄A1.1計算。5.2.1豎井旋流式泄洪洞進(jìn)水口水力設(shè)計應(yīng)滿足以下要求：1）堰頂上游堰頭可采用圓弧、橢圓或冪曲線，堰頂下游堰面宜采用橢圓曲線或冪曲線。2）環(huán)形溢流堰的堰面應(yīng)盡量避免出現(xiàn)負(fù)壓。當(dāng)堰面采用冪曲線時，宜選用使堰面負(fù)壓較小的堰面體型；當(dāng)采用1/4橢圓型曲線時，設(shè)計洪水條件下堰面負(fù)壓應(yīng)小于30kPa，非常運(yùn)行工況下堰面容許出現(xiàn)的負(fù)壓值應(yīng)不大于60kPa。3）堰前起旋墩宜根據(jù)運(yùn)行水位設(shè)計為潛水型式，潛水起旋墩的數(shù)量、墩與堰的夾角及墩體高度，應(yīng)滿足產(chǎn)生穩(wěn)定旋流及泄流能力的要求。4）起旋墩宜采用流線體型與環(huán)形堰連接，起旋墩和環(huán)形堰外緣切線的角度宜取θ≤15°，起旋墩布置按附錄B1.2設(shè)計。5）起旋墩+環(huán)形溢流堰的泄流能力，根據(jù)附錄B2.1計算。5.2.2豎井跌流式泄洪洞進(jìn)水口水力設(shè)計應(yīng)滿足以下要求：1）進(jìn)口環(huán)形溢流堰面曲線宜按5.2.1第1）、第2）條設(shè)計。2）當(dāng)環(huán)形溢流堰P/RL<1(P為堰高,RL為堰頂半徑)，或者豎井周圍來流流速v>0.3m/s時，進(jìn)口處易產(chǎn)生旋流及漩渦，應(yīng)設(shè)置導(dǎo)流防渦措施，保證和提高泄流能力。導(dǎo)流防渦措施可按附錄B1.3確定。3）環(huán)形溢流堰的泄流能力，應(yīng)根據(jù)附錄B2.2計算。5.3豎井段5.3.1豎井旋流式泄洪洞豎井段水力設(shè)計應(yīng)滿足以下要求：1）旋流式豎井直徑應(yīng)滿足設(shè)計泄流量要求，應(yīng)保證形成穩(wěn)定的旋流空腔，避免發(fā)生嗆水或壅水而降低泄流能力。2）豎井直徑D可按附錄B3.1計算5.3.2豎井跌流式泄洪洞豎井段水力設(shè)計應(yīng)滿足以下要求：1）跌流式豎井直徑應(yīng)滿足設(shè)計泄流量要求，應(yīng)保證進(jìn)口為自由堰流，避免進(jìn)口發(fā)生嗆水或淹沒流等影響泄流能力。2豎井直徑D應(yīng)根據(jù)附錄B3.2計算。3豎井突擴(kuò)摻氣段應(yīng)設(shè)置通氣設(shè)施，通氣孔（管）的風(fēng)速宜小于60m/s。5.4豎井與退水隧洞連接段5.4.1豎井旋流式泄洪洞采用盲洞、消力墩及洞頂壓板構(gòu)成的水墊塘消能方式時，應(yīng)滿足：1）盲洞、消力墩及洞頂壓板的組合體型，應(yīng)保證形成良好的水墊塘消能效果，并使壓板下游退水隧洞內(nèi)為穩(wěn)定的明流形態(tài)。2）消力墩體可采用三角形斷面型式，墩體頂部宜采用1200頂角，避免產(chǎn)生負(fù)壓。3）洞頂壓板宜采用倒三角型式，壓板及下游洞頂應(yīng)設(shè)通氣管（井），防止出現(xiàn)不穩(wěn)定的負(fù)壓渦。5.4.2豎井跌流式泄洪洞豎井與退水隧洞連接段水力設(shè)計應(yīng)滿足以下要求：1）豎井底部消能井的面積及深度應(yīng)滿足消能充分、水流穩(wěn)定的要求，井深一般可取豎井直徑的1.0~2.0倍。2）豎井與退水隧洞連接段頂部壓板體型應(yīng)光滑平順，使壓板下游水流脫離洞頂，應(yīng)保持退水隧洞內(nèi)為明流流態(tài)。3）壓板后宜設(shè)置通氣及補(bǔ)氣孔，保證洞頂后有足夠的通氣量。當(dāng)退水隧洞較短或洞頂余幅很大時，壓板后可不設(shè)通氣孔。5.4.3泄洪洞旋流或跌流內(nèi)消能工的消能率按附錄B.4中的公式計算。5.5退水隧洞段5.5.1退水隧洞應(yīng)設(shè)計為無壓隧洞型式，無壓隧洞水面線以上的洞頂余幅，宜為斷面面積的15%~25%以上。當(dāng)采用圓拱直墻式斷面時，水面線不宜超過直墻范圍。5.5.2退水隧洞的水面線，應(yīng)根據(jù)能量方程采用分段求和法或其他方法計算。5.6出口消能防沖5.6.1出口消能防沖的水力設(shè)計按《溢洪道設(shè)計規(guī)范》DL/T5166規(guī)定執(zhí)行。5.6.2豎井式泄洪洞出口水流匯入其它不常過流的沖溝時，應(yīng)確保不產(chǎn)生危害性沖刷。5.7防空蝕設(shè)計5.7.1豎井式泄洪洞的防空蝕設(shè)計應(yīng)包括下列部位和區(qū)域：1）溢流堰面、豎井、豎井與退水隧洞連接段等水流邊界突變處。2）消能井、消力墩、洞頂壓板處。3）水流空化數(shù)較小的部位。5.7.2豎井式泄洪洞各部位的水流空化數(shù)σ應(yīng)大于該處體型的初生空化數(shù)σi。水流空化數(shù)σ、初生空化數(shù)σi及是否發(fā)生空蝕的判別標(biāo)準(zhǔn)，可按《溢洪道設(shè)計規(guī)范》DL/T5166的附錄計算選取及判別，初生空化數(shù)σ5.7.3對于容易發(fā)生空蝕的部位和區(qū)域，可采用以下防空蝕措施：1）選取合理的體型。2）控制水流邊界壁面的局部不平整度，控制標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)按《溢洪道設(shè)計規(guī)范》DL/T5166相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。3）豎井內(nèi)的水流流速超過35m/s時，應(yīng)設(shè)置摻氣減蝕設(shè)施；正常運(yùn)行工況下豎井過流斷面不宜出現(xiàn)負(fù)壓或負(fù)壓在不引起水流空化的范圍，否則須修改體型或采取摻氣減蝕等措施。4）采用抗蝕性能良好的材料。5.8水工模型試驗技術(shù)要求5.8.1豎井泄洪洞的水工模型試驗須遵循《水利水電工程水工（常規(guī)）模型試驗規(guī)程》DL/T5244的規(guī)定。對于設(shè)置摻氣設(shè)施的情況，還須同時遵循《水電水利工程摻氣減蝕模型試驗規(guī)程》DL/T5245的規(guī)定；采用減壓模型研究泄洪洞空化空蝕問題時，須同時遵循《水電水利工程水流空化模型試驗規(guī)程》DL/T5359的規(guī)定。5.8.2豎井泄洪洞的體型設(shè)計應(yīng)通過整體水工模型試驗論證，水工模型試驗研究的主要內(nèi)容及要求有：1）驗證豎井泄洪洞的泄流能力。2）驗證環(huán)形堰進(jìn)口及豎井體型合理性。進(jìn)口段來流須保證流態(tài)平順穩(wěn)定且不產(chǎn)生明顯漩渦；豎井旋流泄洪洞的環(huán)形堰頂水流在起旋設(shè)施作用下能有效起旋，且豎井中央能形成穩(wěn)定的空腔；豎井跌流泄洪洞環(huán)形堰應(yīng)為自由堰流。3）論證豎井與退水隧洞連接段消能或消能設(shè)施體型的合理性。洞內(nèi)消能設(shè)施應(yīng)起到較好的消能率效果及調(diào)整流態(tài)的作用，同時避免發(fā)生空化空蝕及保證退水隧洞為平順的明流。4）驗證流速、壓力及摻氣減蝕等其他水力學(xué)指標(biāo)。5）驗證泄洪洞出口水流銜接及消能防沖效果。6）跌流式豎井泄洪洞采用突擴(kuò)等摻氣措施時，豎井摻氣及通氣設(shè)施體型尺寸應(yīng)根據(jù)水工模型試驗確定。7）豎井底部消能井的面積、深度等體型參數(shù)，旋流式豎井泄洪洞的消力墩+頂壓板組合消能體型，均應(yīng)經(jīng)水工模型試驗優(yōu)化確定。

6結(jié)構(gòu)設(shè)計6.1一般規(guī)定6.1.1豎井式泄洪洞的結(jié)構(gòu)設(shè)計，應(yīng)根據(jù)布置、水力設(shè)計、地基及運(yùn)用條件，結(jié)合防滲、排水、止水及錨固等工程措施，在保證工程運(yùn)行安全的的前提下，選用經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)形式及尺寸。6.1.2豎井式泄洪洞結(jié)構(gòu)設(shè)計，應(yīng)根據(jù)水工建筑物級別，采用相應(yīng)的水工建筑物結(jié)構(gòu)安全級別，見表6.1.3。表6.1.3水工建筑物級別與結(jié)構(gòu)安全級別對照表水工建筑物級別水工建筑物的結(jié)構(gòu)安全級別1Ⅰ2,3Ⅱ4,5Ⅲ6.1.3建筑物的混凝土強(qiáng)度等級、抗?jié)B等級、抗凍等級及抗沖磨要求，應(yīng)按照DL5057《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》及DL/T5207《水工建筑物抗沖磨防空蝕混凝土技術(shù)規(guī)范》執(zhí)行，寒冷地區(qū)的混凝土抗凍等級應(yīng)符合《水工建筑物抗冰凍設(shè)計規(guī)范》DL5082的規(guī)定。豎井式泄洪洞豎井及連接段混凝土強(qiáng)度等級不宜低于C35，退水隧洞混凝土強(qiáng)度等級不宜低于C30。6.1.4豎井式泄洪洞的支護(hù)設(shè)計應(yīng)根據(jù)圍巖的地質(zhì)條件、洞徑、施工程序及方法，通過工程類比、結(jié)合圍巖穩(wěn)定與結(jié)構(gòu)分析成果，選擇合適的支護(hù)型式與支護(hù)參數(shù)。6.2結(jié)構(gòu)計算6.2.1豎井式泄洪洞的結(jié)構(gòu)設(shè)計采用《水利水電工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB50199的概率極限狀態(tài)設(shè)計原則，按分項系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算，具體按照《水工建筑物荷載設(shè)計規(guī)范》DL5077、《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》DL/T5057執(zhí)行。6.2.2豎井段結(jié)構(gòu)應(yīng)分別按承載能力極限狀態(tài)及正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行計算和驗算下列內(nèi)容：1）承載能力極限狀態(tài)：井壁強(qiáng)度、豎井及消能井洞室圍巖穩(wěn)定計算，結(jié)構(gòu)構(gòu)件局部應(yīng)力驗算。豎井地面以上結(jié)構(gòu)，應(yīng)按《水電工程水工建筑物抗震設(shè)計規(guī)范》NB35047的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行驗算。2）正常使用極限狀態(tài)：井壁裂縫寬度、豎井地面以上結(jié)構(gòu)變形計算。6.2.3豎井結(jié)構(gòu)按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時，應(yīng)考慮以下兩種作用效應(yīng)組合：1）基本組合—持久設(shè)計狀況或短暫設(shè)計狀況下，永久作用與可變作用的效應(yīng)組合；2）偶然組合—偶然設(shè)計狀況下，永久作用、可變作用與一種偶然作用的效應(yīng)組合。6.2.4豎井結(jié)構(gòu)按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計時，應(yīng)考慮作用的標(biāo)準(zhǔn)組合。標(biāo)準(zhǔn)組合—持久設(shè)計狀況下，永久作用、可變作用均采用標(biāo)準(zhǔn)值為作用代表值的組合。6.2.5基本組合與標(biāo)準(zhǔn)組合由下列1）~4）款的永久和可變作用產(chǎn)的效應(yīng)組合，偶然組合應(yīng)在基本組合下計入下列5）~7）款的一個偶然作用。結(jié)構(gòu)自重；水庫上游正常蓄水位、設(shè)計洪水位及防滲排水設(shè)施正常工作時的外水壓力；圍巖壓力；施工工況下的灌漿壓力；水庫上游校核洪水位時的外水壓力；地震作用；其他出現(xiàn)機(jī)會很少的作用。豎井結(jié)構(gòu)承載能力極限狀態(tài)作用的荷載組合按表6.2.4考慮。表6.2.4豎井結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)設(shè)計作用組合表效應(yīng)組合設(shè)計狀況計算工況襯砌自重圍巖壓力內(nèi)水壓力外水壓力灌漿壓力地震作用基本組合持久狀況正常運(yùn)行工況√√√√短暫狀況施工工況√√√√檢修工況√√√偶然組合偶然狀況校核洪水位運(yùn)行工況√√√√地震工況√√√√√標(biāo)準(zhǔn)組合持久狀況正常運(yùn)行工況√√√√注：1應(yīng)根據(jù)各種作用同時發(fā)生的概率，選擇計算中最不利的組合；2地震工況下的水壓力按正常蓄水位計算，有論證時可另作規(guī)定。6.2.6豎井鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)可采用結(jié)構(gòu)力學(xué)或彈性力學(xué)方法計算，對于地質(zhì)條件、結(jié)構(gòu)復(fù)雜或伸出地面高度較大的豎井結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)內(nèi)力及變形宜采用有限元法進(jìn)行分析計算。6.2.7當(dāng)豎井周圍地質(zhì)條件較差，且周圍存在明顯的不對稱土荷載或圍巖壓力時，宜按偏壓荷載進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算與穩(wěn)定分析，并采取相應(yīng)的結(jié)構(gòu)措施。6.2.8進(jìn)水口底板及沿巖石開挖邊坡襯護(hù)而成的貼坡式邊墻等，可按彈性地基上的板或梁進(jìn)行內(nèi)力計算，根據(jù)《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》DL/T5057并參照類似工程經(jīng)驗配筋。6.2.9退水隧洞的結(jié)構(gòu)及配筋計算參照《水工隧洞設(shè)計規(guī)范》DL/T5195執(zhí)行。6.3進(jìn)口段襯護(hù)6.3.1進(jìn)口外側(cè)底板高程應(yīng)低于堰頂高程不小于1m~2m。6.3.2進(jìn)口段外側(cè)底板可采用現(xiàn)澆混凝土護(hù)面，厚度可采用0.5m左右，當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較好時，可不進(jìn)行襯護(hù)。6.3.3進(jìn)口段外側(cè)底板結(jié)構(gòu)分縫可采用平縫，有防滲要求時，縫中應(yīng)設(shè)止水；底板襯砌與環(huán)型溢流堰間應(yīng)設(shè)置結(jié)構(gòu)縫。6.3.4進(jìn)口外側(cè)邊坡應(yīng)根據(jù)地形地質(zhì)條件、地下水位及水庫運(yùn)行等因素進(jìn)行設(shè)計，按照《水電水利工程邊坡設(shè)計規(guī)范》DL/T5353進(jìn)行穩(wěn)定分析，對嚴(yán)寒地區(qū)應(yīng)按《水工建筑物抗冰凍設(shè)計規(guī)范》DL/T5082考慮水庫凍融作用的影響。6.4環(huán)形溢流堰6.4.1環(huán)形溢流堰的結(jié)構(gòu)型式應(yīng)采用整體式，環(huán)向不設(shè)結(jié)構(gòu)縫。6.4.2環(huán)型溢流堰堰口直徑與豎井內(nèi)徑之比小于2時，溢流堰外側(cè)邊壁可采用直立式結(jié)構(gòu)；當(dāng)環(huán)型溢流堰堰口直徑與豎井內(nèi)徑之比大于2時，溢流堰外側(cè)邊壁可采用倒懸式結(jié)構(gòu)。6.4.3起旋墩采用與環(huán)型溢流堰分離的結(jié)構(gòu)；導(dǎo)流消渦墩宜用與環(huán)型溢流堰整澆的結(jié)構(gòu)。6.5豎井段6.5.1豎井應(yīng)采用鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度不宜小于1m，襯砌配筋應(yīng)采用雙層配筋。6.5.2當(dāng)考慮地震設(shè)防，且豎井周邊地質(zhì)條件較差或豎井伸出地面高度較大時，應(yīng)進(jìn)行抗震計算，且需采取加強(qiáng)其整體性和剛度等抗震措施。6.5.3作用在豎井襯砌上的最大外水壓力，宜采用水庫運(yùn)行的最高水位，一般不考慮折減。6.5.4豎井段水平施工縫應(yīng)設(shè)鍵槽和止水。6.5.5豎井與圍巖的相互連接應(yīng)設(shè)置錨筋，并將錨筋與豎井襯砌中的內(nèi)側(cè)鋼筋焊接。6.6豎井與退水隧洞連接段6.6.1豎井與退水隧洞連接段受力條件復(fù)雜，其結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)考慮水流脈動荷載的振動作用，宜采用有限元法或邊值法計算。在地質(zhì)條件較差的情況下宜對其進(jìn)行動力分析驗算。6.6.2消能井深度在保證消能效率的同時，宜深入弱風(fēng)化及以下巖石3m～5m。6.6.3消能井?dāng)嗝婷娣e不應(yīng)小于豎井?dāng)嗝婷娣e，其底板厚度不宜小于2m，襯砌厚度宜取1m~2m，具體襯砌厚度依據(jù)水力條件、圍巖地質(zhì)參數(shù)及結(jié)構(gòu)條件經(jīng)計算后確定。6.6.4消能墩和頂壓板與混凝土襯砌應(yīng)可靠連接。6.6.5豎井與退水隧洞連接處上、下洞口宜設(shè)置圓形倒角，倒角半徑可取1.5m～2m。6.6.6連接段宜設(shè)置錨筋，并將錨筋與連接段襯砌中的內(nèi)側(cè)鋼筋焊接。6.7退水隧洞6.7.1退水隧洞的結(jié)構(gòu)及配筋計算按照《水工隧洞設(shè)計規(guī)范》DL/T5195要求執(zhí)行。6.7.2退水隧洞宜采用圓拱直墻式斷面，圓拱中心角90°～180°，當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較差時或洞軸線與巖層夾角較小時，也可采用圓形或馬蹄形斷面。6.7.3地質(zhì)條件較差時，帷幕前退水隧洞外水壓力應(yīng)采用水庫運(yùn)行水位計算，一般不考慮折減系數(shù)。6.8出口段6.8.1設(shè)置有臺階消能段時，根據(jù)地形地質(zhì)條件，可采用分離式結(jié)構(gòu)或整體式結(jié)構(gòu)。6.8.2應(yīng)根據(jù)出口段地質(zhì)條件結(jié)合水工模型試驗成果，在出口段設(shè)置必要的海漫消能措施和防掏墻等下游河岸防護(hù)設(shè)施。6.9灌漿和防滲6.9.1豎井段、連接段及帷幕前的退水隧洞段的圍巖應(yīng)進(jìn)行固結(jié)灌漿處理，帷幕后的退水隧洞段可根據(jù)地質(zhì)條件研究確定。固結(jié)灌漿的參數(shù)，可按工程類比或現(xiàn)場試驗確定。6.9.2連接段、退水隧洞段襯砌頂拱與圍巖之間應(yīng)進(jìn)行回填灌漿，回填灌漿壓力可采用0.2~0.3Mpa。6.9.3退水隧洞與防滲帷幕立面相交處，應(yīng)設(shè)置固結(jié)灌漿加強(qiáng)段與防滲帷幕可靠搭接。

7監(jiān)測設(shè)計7.1一般規(guī)定7.1.1泄洪建筑物應(yīng)根據(jù)其級別、水頭、泄量、結(jié)構(gòu)型式及地質(zhì)條件，設(shè)置必要的監(jiān)測項目。7.1.2監(jiān)測設(shè)計布置遵循以下原則：1）以監(jiān)測結(jié)構(gòu)的安全狀態(tài)為主，驗證設(shè)計和科學(xué)研究為輔。2）監(jiān)測測點(diǎn)宜設(shè)置在地質(zhì)和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特殊部位，水力學(xué)專項監(jiān)測應(yīng)結(jié)合水工模型試驗確定部位。3）監(jiān)測項目宜少而精，能全面反映建筑物運(yùn)行工況的基礎(chǔ)上，有針對性的突出重點(diǎn)，做到各監(jiān)測項目相互協(xié)調(diào)和資料分析相互驗證。4）數(shù)據(jù)采集宜采用自動化系統(tǒng)，符合精度要求，方便、直觀，各監(jiān)測數(shù)據(jù)能相互對比、校核。7.2監(jiān)測項目7.2.1原型監(jiān)測包括安全監(jiān)測和水力學(xué)專項監(jiān)測。7.2.2安全監(jiān)測項目應(yīng)根據(jù)建筑物級別、水頭、泄量、結(jié)構(gòu)型式及地質(zhì)條件，選設(shè)圍巖變形、錨桿應(yīng)力、鋼筋應(yīng)力等監(jiān)測。7.2.3水力學(xué)專項監(jiān)測包括水位、流態(tài)、流速、壓力、消能、空化空蝕、通氣及摻氣、振動等監(jiān)測。水力學(xué)監(jiān)測設(shè)計應(yīng)符合《水利水電工程水力學(xué)原型觀測規(guī)范》SL616的有關(guān)規(guī)定。7.2.4導(dǎo)流洞封堵體，宜進(jìn)行接縫位移和滲透壓力等監(jiān)測。

附錄A豎井式泄洪洞基本型式及附圖A．1自由溢流的豎井泄洪洞主要分為豎井跌流和旋流式泄洪洞兩種型式。A．2豎井旋流式泄洪洞基本型式及附圖豎井旋流式泄洪洞一般由起旋墩+環(huán)形溢流堰進(jìn)口段、旋流豎井段、盲洞+消力墩+洞頂壓板的水墊塘消能段、退水隧洞段及出口段組成（見圖A.2-1）。圖A.2-1豎井旋流式泄洪洞的基本布置型式A．3豎井跌流式泄洪洞基本型式及附圖豎井跌流式泄洪洞一般由井口導(dǎo)流防渦設(shè)施、環(huán)形溢流堰、跌流豎井段、消能井段、退水隧洞段及出口段組成（見圖A.3-1）。圖A.3-1豎井跌流式泄洪洞的基本布置型式

附錄B水力設(shè)計計算方法及公式B．1環(huán)形堰面曲線B.1.1豎井旋流式泄洪洞堰面曲線（1）環(huán)形堰頂下游曲線采用橢圓曲線（參見圖例B.1.1-1）時，即按下式計算：x2a2式中：a——橢圓曲線長半軸，可取a=(2.2~2.5)b；b——橢圓曲線短半軸，可取b=x、y——堰面曲線縱、橫坐標(biāo)。圖B.1.1-1旋流豎井泄洪洞進(jìn)口堰面及起旋墩（2）環(huán)形堰頂下游堰面采用冪曲線（圖B.1.1-2）時，宜采用加大堰口半徑RL'的方法形成堰面負(fù)壓較小的堰面體型，其值可由圖B.1.1-3按H0/RL查取RL圖例B.1.1-2環(huán)形實用堰冪曲線圖B.1.1-3RL'/RL與H表B.1.1環(huán)形實用堰堰面曲線方程堰頂上游曲線堰頂下游曲線方程限界值方程限界值2.00.2-0.2370.1035-0.1903.200.3-0.2090.0893-0.1662.250.4-0.1740.0764-0.1451.453.00.2-0.2190.0972-0.1553.500.3-0.1890.0817-0.142.150.4-0.1560.0655-0.121.350.150.2-0.1920.0724-0.1603.450.3-0.1640.0627-0.1252.150.4-0.1320.504-0.1051.35B.1.2豎井旋流式泄洪洞進(jìn)口起旋墩設(shè)計1、起旋墩墩體數(shù)量不宜過多或過少，以6~8個為宜；2、墩體沿環(huán)形堰對稱布置，墩體形狀宜采用流線型。圖例B.1.2-1豎井泄洪洞進(jìn)口起旋墩（桐城抽水蓄能電站上水庫）B.1.3跌流豎井泄洪洞進(jìn)口的導(dǎo)流防渦型式井口的導(dǎo)流防渦型式，可參考圖例B.1.3-1和圖例B.1.3-2.圖例B.1.3-1井口導(dǎo)流防渦型式（水工設(shè)計手冊）圖例B.1.3-2瓊中抽水蓄能電站上水庫豎井泄洪洞進(jìn)口導(dǎo)流墩B．2泄流能力計算公式B.2.1豎井旋流式泄洪洞中，起旋墩+環(huán)形實用堰的泄流能力按下列公式計算：Q=m2πRL2g式中：Q——流量，m3/s；RL——堰口半徑，m;H——環(huán)形堰堰頂水頭，m;g——重力加速度，m/s2；m——環(huán)形溢流堰流量系數(shù)，對于起旋墩+環(huán)形溢流堰面采用橢圓曲線的型式，，流量系數(shù)可按下式計算：m=0.19+0.035(H/RL上式的適用條件范圍為：0.22≤H/RL≤0.7，當(dāng)泄洪洞設(shè)計流量較大時，B.2.2跌流式豎井泄洪洞的環(huán)形實用堰采用冪曲線時，其泄流能力同樣按公式（B.2.1-1）計算，環(huán)形堰的流量系數(shù)m則按下式推求：m=mdσ式中：mdmd=0.507?σl——考慮井口開挖輪廓影響的系數(shù)，可由圖Bσp——考慮堰高影響的系數(shù)，可由圖BkH——考慮堰上水頭Hi≠σn——考慮進(jìn)口防渦設(shè)施影響的系數(shù)，可按表B.2.1查取。圖B.2.1-1環(huán)形實用堰流量系數(shù)的幾種修正系數(shù)表B.2.1考慮防渦設(shè)施影響的系數(shù)B.2.3跌流式豎井泄洪洞的環(huán)形實用堰采用橢圓曲線時，其泄流能力按公式（B.2.1-1）計算，環(huán)形堰的流量系數(shù)m可按下式計算：m=0.56（H/RL）上式的適用條件范圍為：0.15≤H/B.3豎井直徑計算B3.1豎井旋流式泄洪洞的豎井直徑，可按下列公式估算：D=Qm2g式中：D——豎井直徑，m;Qm——最大設(shè)計流量，m3/s;g——重力加速度，m/s2。B.3.2豎井跌流式泄洪洞的豎井直徑，可參考式（B.3.1-1）估算，也可按以下方法計算喉管處的最小豎井直徑：對于環(huán)形實用堰，堰頂處斷面（圖B.3.2-1）平均流速可按下式計算：vR=Q堰下水舌中心點(diǎn)軌跡方程為：y=gx2水舌自由表面交匯處的水流流速：vyn=v豎井喉管處的最小直徑d0可按下式估算：d0=4Q圖B.3.2-1環(huán)形實用堰溢流水舌軌跡示意圖B．4泄洪洞消能率計算公式：η=1?(?+V2式中：η——消能率；?H——上游水位與退水隧洞水流平順段或出口處的水位落差；h——退水隧洞水流平順段或出口處水深；v——退水隧洞水流平順段或出口斷面的平均流速；g——重力加速度。B．5退水隧洞水面線計算公式退水隧洞水面線應(yīng)根據(jù)能量方程，采用分段求和法進(jìn)行求解，可參考《溢洪道設(shè)計規(guī)范》附錄中的泄槽水力計算公式進(jìn)行計算：B．6高速水流防空蝕設(shè)計泄洪洞水流空化數(shù)σ、可能發(fā)生空化水流的邊壁表面應(yīng)進(jìn)行不平整度控制的標(biāo)準(zhǔn)、若干體型的初生空化數(shù)可參考《溢洪道設(shè)計規(guī)范》附錄計算或選取。B．7水力計算中常用的糙率n值，參考《溢洪道設(shè)計規(guī)范》附錄中的常用糙率建議值選取。

本導(dǎo)則用詞說明1為便于在執(zhí)行本規(guī)范條文時區(qū)別對待，對要求嚴(yán)格程度不同的用詞說明如下：1）表示很嚴(yán)格，非這樣做不可的用詞：正面詞采用“必須”，反面詞采用“嚴(yán)禁”；2）表示嚴(yán)格，在正常情況均應(yīng)這樣做的用詞：正面詞采用“應(yīng)”，反面詞采用“不應(yīng)”或“不得”；3）表示允許稍有選擇，在條件許可時首先應(yīng)這樣做的用詞：正面詞采用“宜”，反面詞采用“不宜”；表示有選擇，在一定條件下可以這樣做的用詞，采用“可”。2條文中指明應(yīng)按其他有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行的寫法為：“應(yīng)符合……的規(guī)定”或“應(yīng)按……執(zhí)行”。

引用標(biāo)準(zhǔn)名錄《水利水電工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB50199《防洪標(biāo)準(zhǔn)》GB50201《水力發(fā)電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》GB50287《水電工程水工建筑物抗震設(shè)計規(guī)范》NB35047《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》DL/T5057《水工建筑物荷載設(shè)計規(guī)范》DL5077《水工建筑物抗冰凍設(shè)計規(guī)范》DL/T5082《溢洪道設(shè)計規(guī)范》DL/T5166《水工隧洞設(shè)計規(guī)范》DL/T5195《水工建筑物抗沖磨防空蝕混凝土技術(shù)規(guī)范》DL5207《水利水電工程水工（常規(guī)）模型試驗規(guī)程》DL/T5244《水電水利工程摻氣減蝕模型試驗規(guī)程》DL/T5245《水電水利工程邊坡設(shè)計規(guī)范》DL/T5353《水電水利工程水流空化模型試驗規(guī)程》DL/T5359《水電工程施工導(dǎo)流規(guī)范》NB/T35041《水利水電工程水力學(xué)原型觀測規(guī)范》SL616

中國電力企業(yè)聯(lián)合會標(biāo)準(zhǔn)抽水蓄能電站豎井式泄洪洞設(shè)計導(dǎo)則T/CECXXXX-201X條文說明目錄TOC\o"1-1"\h\u1總則 303基本規(guī)定 314布置 325水力設(shè)計 356結(jié)構(gòu)設(shè)計 427監(jiān)測設(shè)計 44

1總則1.0.2抽水蓄能電站集雨面積小，泄洪建筑物一般泄量小，由于有上下兩個水庫調(diào)節(jié)，泄洪建筑物一般運(yùn)行幾率也較小，自由溢流的豎井式泄洪洞較為適用，已有較多應(yīng)用，見表1.0.2。自由溢流的豎井式泄洪洞依據(jù)豎井內(nèi)的水流流態(tài)分為豎井旋流式和豎井跌流式泄洪洞兩種型式。兩種型式的泄洪洞在井口布置和消能方式上有所不同。當(dāng)豎井高度超過100m時，豎井內(nèi)水流流速較高，容易引起流激振動和空化空蝕問題，應(yīng)對水力學(xué)及結(jié)構(gòu)設(shè)計等進(jìn)行專門研究。表1.0.2自由溢流的豎井式泄洪洞應(yīng)用情況序號名稱型式泄量（m3/s）豎井高度(m)1廣東清遠(yuǎn)抽水蓄能電站上水庫自由溢流豎井旋流泄洪洞14.8372廣東清遠(yuǎn)抽水蓄能電站下水庫自由溢流豎井旋流泄洪洞534.2583海南瓊中抽水蓄能電站上水庫自由溢流豎井跌流泄洪洞70244廣東梅州抽水蓄能電站上水庫自由溢流豎井跌流泄洪洞60625湖南平江抽水蓄能電站上水庫自由溢流豎井跌流泄洪洞95726安徽桐城抽水蓄能電站下水庫自由溢流豎井旋流泄洪洞451.4613基本規(guī)定3.0.2抽水蓄能電站上下兩個水庫，正常運(yùn)行時只允許存有一個水庫有效庫容的水量，多余來水需及時排走，故下水庫僅設(shè)置自由溢流的豎井泄洪洞時，必須設(shè)置泄放水庫多余水量的放水孔或放水洞。與常規(guī)水庫結(jié)合布置的抽水蓄能電站，其水庫有可能有較大的集雨面積，洪峰流量較大，考慮到豎井泄洪洞因豎井直徑限制而僅有較小的超泄能力，遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水泄洪時存在安全隱患，故單獨(dú)設(shè)置豎井式泄洪洞作為唯一泄洪設(shè)施時必須進(jìn)行論證。3.0.7豎井式泄洪洞豎井段及其與退水隧洞的連接段水力條件復(fù)雜，本標(biāo)準(zhǔn)提出了水力設(shè)計的方法，但其最終布置及水力設(shè)計應(yīng)通過水工模型試驗驗證。3.0.8豎井式泄洪洞運(yùn)行經(jīng)驗少，故提出本條要求。4布置4.1一般原則4.1.1豎井旋流式泄洪洞在旋流的離心力作用下能增大堰面及豎井壁面壓力，有利于防止豎井發(fā)生空化空蝕；通過水流的旋轉(zhuǎn)摩擦及空氣摻混作用，還能保證較高的消能率；但豎井旋流洞進(jìn)口起旋結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，與導(dǎo)流洞結(jié)合時，其洞內(nèi)消力墩、頂壓板等結(jié)構(gòu)只能在導(dǎo)流洞下閘蓄水時才能施工；由于水流離心力的作用，旋流式豎井對圍巖地質(zhì)條件要求較高。豎井跌流式泄洪洞進(jìn)口結(jié)構(gòu)較簡單，跌流式豎井對豎井處圍巖地質(zhì)條件要求相對較低，但受到消能水流的紊動作用，消能井受力條件較差，豎井底部3~5m應(yīng)位于弱風(fēng)化及以下巖層；與導(dǎo)流洞結(jié)合時，豎井跌流式泄洪洞需提前施工消能井。由于消能井內(nèi)流態(tài)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)受力條件較差，對于低水頭的工程比較適用，對于100m水頭以上的工程采用豎井跌流式泄洪洞時應(yīng)經(jīng)專門論證。兩種型式各有優(yōu)缺點(diǎn)，故宜通過水力學(xué)條件、結(jié)構(gòu)受力條件綜合比較選擇。4.1.2在峽谷中筑壩而岸坡較陡的情況下，或?qū)Я魉矶纯梢愿慕橥怂矶吹囊徊糠謺r，采用豎井式泄洪洞較為有利。在純抽水蓄能電站中，上水庫集雨面積通常較小，下泄流量不大，豎井式泄洪洞比較適用。當(dāng)不能采用壩身泄洪且兩岸無有利埡口布置溢洪道時，采用開敞式溢洪道往往需大面積的土石方明挖，采用與導(dǎo)流洞相結(jié)合的豎井式泄洪洞不僅可避免大面積的土石方明挖對生態(tài)環(huán)境的不利影響，還可減少工程造價。4.1.4此條主要是確定合適的泄量、溢流堰及豎井直徑，即確定豎井式泄洪洞規(guī)模，是一個涉及多方面因素的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較問題。針對某一特定工程，其洪水標(biāo)準(zhǔn)及入庫流量是一定的，豎井式泄洪洞的泄流能力不僅關(guān)系到工程投資的變化，也與周邊的生態(tài)環(huán)境息息相關(guān)，故需對擬定的泄量方案進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，以確定合適的泄流能力。根據(jù)國內(nèi)目前采用豎井式泄洪洞的已建或在建土石壩工程資料，在設(shè)計和校核情況下，分別按最大下泄流量與相應(yīng)的入庫流量之比進(jìn)行統(tǒng)計，以分析在大多數(shù)情況下的泄量范圍，詳見表4.1.4。表4.1.4國內(nèi)部分工程最大泄量與入庫流量比值統(tǒng)計項目設(shè)計校核備注入庫流量（m3/s）下泄

（m3/s）比率入庫流量（m3/s）下泄

（m3/s）比率瓊中18642.850.2325070.380.28抽水蓄能電站梅州195400.21251600.24平江110700.64148950.64績溪232880.383261270.39金平1731430.832572040.79常規(guī)電站桃源191165.20.863012570.85從以上成果可見，在抽水蓄能電站中，下泄流量與入庫流量之比約為0.2~0.7。豎井式泄洪洞的泄流能力要通過經(jīng)濟(jì)分析和具體設(shè)計才能確定，以上資料可供設(shè)計時參考。4.1.5豎井式泄洪洞進(jìn)口地基與邊坡應(yīng)保持穩(wěn)定，否則應(yīng)采用工程處理措施。由于巖層的產(chǎn)狀、地下水壓力等均對建筑物與邊坡的穩(wěn)定有較大的影響，因此，豎井式泄洪洞的進(jìn)口地基與邊坡還應(yīng)結(jié)合巖層的產(chǎn)狀及水文地質(zhì)條件綜合分析穩(wěn)定性，以保證工程安全。4.1.8當(dāng)豎井泄洪洞與導(dǎo)流洞結(jié)合時，導(dǎo)流洞堵頭位置不同，會影響豎井底部流態(tài)，故提出本條要求。4.1.9針對上水庫豎井式泄洪洞位置選擇余地較大的特點(diǎn)，提出本條要求。4.2進(jìn)口段4.2.4對于豎井跌流式泄洪洞，當(dāng)其進(jìn)口有嚴(yán)重的水流旋渦時，可使泄流量降低60%~75%，故應(yīng)使進(jìn)口周圍有合適的開挖輪廓，并設(shè)置必要的導(dǎo)流防渦措施，引導(dǎo)水流平順入井，保證和提高泄流能力。根據(jù)不同的地形情況，井口開挖輪廓及導(dǎo)流防渦措施可參照《水工設(shè)計手冊》第二版第7卷相關(guān)部分進(jìn)行設(shè)計。4.2.5起旋墩是形成豎井旋流的關(guān)鍵設(shè)施，且墩體與環(huán)形堰為小角度切向銜接型式，其體型布置對起旋效果及泄流能力的影響很大，故本條強(qiáng)調(diào)須根據(jù)水工模型試驗來確定。4.2.6較大的漂浮物對豎井式泄洪洞的安全運(yùn)行有影響，故提出本條要求。4.3豎井段4.3.2泄洪時豎井段結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，故宜采用埋藏式，當(dāng)?shù)匦蔚刭|(zhì)條件不滿足要求時，豎井段頂部可采用岸塔式，但外露高度不宜過大。4.3.5當(dāng)泄洪洞豎井流速高于35m/s或水流空化數(shù)小于0.3時，應(yīng)在豎井段設(shè)置摻氣設(shè)施，位置宜選取在環(huán)型溢流堰與豎井連接段部位。旋流式豎井井壁在旋流作用下一般為正壓，可不設(shè)置摻氣設(shè)施。根據(jù)國內(nèi)已建或在建跌流式豎井泄洪洞工程資料，抽蓄電站多數(shù)跌流式豎井中未設(shè)置通氣設(shè)施，而常規(guī)水電站工程如金平電站、桃源水庫及大石門電站跌流式豎井泄洪洞豎井中均布置了環(huán)型摻氣設(shè)施，詳見表4.3.5。表4.3.5國內(nèi)已建或在建跌流式豎井泄洪洞豎井摻氣設(shè)施布置情況序號工程名稱最大泄量（m3/s）豎井內(nèi)徑（m）豎井摻氣設(shè)施1瓊中743.8無2梅州604無3平江92.24無4績溪1275無5桃源水庫2577環(huán)型摻氣坎6金平水電站2026.5環(huán)型摻氣坎4.4豎井與退水隧洞連接段4.4.1旋流式泄洪洞依靠水流旋轉(zhuǎn)摩擦損失消煞一部分水流能量后，還需要在豎井與退水隧洞連接段進(jìn)一步消能。已建的清遠(yuǎn)抽水蓄能電站下庫豎井旋流泄洪洞及正在建設(shè)的桐城抽水蓄能電站，均采用了盲洞、消力墩和頂壓板構(gòu)成洞內(nèi)水墊塘消能方式。沙牌水電站的旋流泄洪洞采用豎井底部設(shè)置消能井的方式。5水力設(shè)計5.1一般規(guī)定5.1.1本條規(guī)定了豎井式泄洪洞水力設(shè)計的主要內(nèi)容，附錄B給出了相應(yīng)的計算方法、公式及圖表。5.1.2鑒于豎井式泄洪洞的水力條件及洞內(nèi)消能較為復(fù)雜，當(dāng)前水力學(xué)計算方法尚不能對一些復(fù)雜問題給出準(zhǔn)確的解答，因此本條對豎井式泄洪洞進(jìn)行水工模型試驗研究的必要性進(jìn)行了規(guī)定。5.1.3本條一方面強(qiáng)調(diào)豎井式泄洪洞必須滿足設(shè)計及校核工況下泄流能力的要求，另一方面強(qiáng)調(diào)水力設(shè)計要保證洞內(nèi)消能效果良好，滿足工程防洪和消能防沖的要求。5.1.4水頭損失計算精確度的關(guān)鍵是正確選用洞壁糙率系數(shù)n值及各項局部阻力系數(shù)。參照《溢洪道設(shè)計規(guī)范》DL/T5166附錄選取糙率n值時，當(dāng)計算退水隧洞水面線以確定邊墻高度時取大值；當(dāng)計算水流能量、流速等水力要素時取小值。5.2進(jìn)水口5.2.1對于豎井旋流或跌流泄洪洞，進(jìn)口環(huán)形堰頂下游堰面均宜采用橢圓曲線或冪曲線。在已建的清遠(yuǎn)抽水蓄能電站豎井旋流泄洪（見圖5.2.1）及梅州、平江及瓊中抽水蓄能電站的豎井跌流泄洪洞（見圖5.2.2）中，為方便堰頂與垂直豎井進(jìn)行900轉(zhuǎn)彎銜接，環(huán)形堰面均采用了1/4橢圓曲線。大石門水電站豎井溢洪道（泄洪洞）進(jìn)口堰面設(shè)計為WES冪曲線（見圖5.2.2），堰面下游末端采用了突擴(kuò)摻氣方式與豎井連接。圖5.2.1清遠(yuǎn)抽水蓄能電站上庫豎井旋流泄洪洞進(jìn)口環(huán)形堰面及起旋墩豎井旋流式泄洪洞須在自由溢流式環(huán)形堰進(jìn)口布置起旋墩，在起旋墩導(dǎo)流作用下形成豎井旋流。在清遠(yuǎn)抽水蓄能電站上、下庫豎井旋流泄洪洞進(jìn)口設(shè)計中，提出了結(jié)構(gòu)相對簡單、尺寸較小潛水起旋墩型式，保證低水位時在進(jìn)口形成有效的旋轉(zhuǎn)流，在高水位時不僅形成強(qiáng)力旋轉(zhuǎn)流并保證較大的泄流能力。這種潛水起旋墩的流動機(jī)制為：當(dāng)堰上水深較淺時水流沿著墩壁進(jìn)入豎井，產(chǎn)生豎井旋轉(zhuǎn)流運(yùn)動；當(dāng)水深超過墩頂時，在慣性力的作用下水流自動調(diào)節(jié)入流角而加大泄量，在底層旋轉(zhuǎn)流的拖曳作用下同步旋轉(zhuǎn)。從潛水起旋墩的起旋機(jī)制來看，起旋墩的數(shù)量越多、墩與堰的銜接夾角越小，水流的旋轉(zhuǎn)力度就越大，進(jìn)口起旋效果越強(qiáng)及更利于消除豎井負(fù)壓，但泄流能力會隨之降低。因此起旋墩數(shù)量n及墩與堰的夾角θ應(yīng)綜合考慮旋流效果及泄流能力確定，保證低水位時在進(jìn)口能形成有效的旋轉(zhuǎn)流，在高水位時不僅形成強(qiáng)力旋轉(zhuǎn)流并保證較大的泄流能力。在清遠(yuǎn)抽水蓄能電站上、下庫豎井旋流泄洪洞潛水起旋墩+環(huán)形堰設(shè)計中，經(jīng)模型試驗研究采用了沿環(huán)形堰周對稱布置6~8組流線型起旋墩（見附錄圖B.1.2-1）的方式，起旋墩和環(huán)形堰外緣切線的角度取為10o。對于起旋墩+環(huán)形堰的泄流能力，影響其流量系數(shù)m的主要因素是起旋墩的數(shù)量n，墩與堰的夾角θ，堰頂相對水頭H/RL、相對起旋墩高h(yuǎn)/H和堰斷面曲線形式，以及相對堰高P/H，相對起旋墩長度L/H和寬度W/H等參數(shù)（見附錄圖B.1.1-1）。在附錄B2.1給出的起旋墩+環(huán)形堰泄流能力計算公式中，其流量系數(shù)m是中國水利水電科學(xué)研究院的董興林等根據(jù)清遠(yuǎn)抽水蓄能電站上、下庫旋流泄洪洞環(huán)形堰的試驗資料（水利學(xué)報，2011年第1期），再參考傳統(tǒng)的喇叭形堰有、無分流墩的流量系數(shù)資料提出的經(jīng)驗計算式。由于流量系數(shù)不太精確，水力設(shè)計中應(yīng)結(jié)合模型試驗充分驗證。當(dāng)模型試驗中實測流量低于設(shè)計流量時，可以通過調(diào)整潛水墩的高度來滿足設(shè)計流量的要求。調(diào)整原則為實測流量偏小就略降低墩高，反之實測流量偏大可以略增加墩高。5.2.2豎井跌流式泄洪洞1.豎井跌流泄洪洞進(jìn)口環(huán)形堰面曲線型式設(shè)計與豎井旋流泄洪洞基本一致，故按5.2.1條要求進(jìn)行設(shè)計即可。瓊中抽水蓄能電站豎井跌流式泄洪洞進(jìn)口環(huán)形堰面采用的橢圓曲線型式見圖5.2.2（a），大石門水電站豎井跌流式溢洪道（泄洪洞）進(jìn)口堰面采用的WES冪曲線型式見圖5.2.2(b)。（a）瓊中抽水蓄能電站（b）大石門水電站圖5.2.2典型已建豎井跌流式泄洪洞進(jìn)口環(huán)形堰面曲線2.在相同的設(shè)計水頭之下，橢圓型環(huán)形溢流堰的體型較實用堰偏瘦，堰面易出現(xiàn)負(fù)壓。負(fù)壓隨著堰頂水頭的增加而增大，隨著b/a值的增大而減小(a為鉛錘半軸，b為水平半軸)。在保證泄流能力滿足要求的情況下，為改善堰面壓力分布，堰頂曲線中的b/a盡可能選擇較大值。已建或在建部分抽蓄工程豎井跌流泄洪洞模型試驗研究得到堰面負(fù)壓情況如下：（1）梅州抽水蓄能電站：環(huán)形堰頂上游曲線采用半徑為0.5m的圓弧，堰頂下游曲線為1/4橢圓曲線，橢圓方程為x2/22+y2/102=1，堰頂半徑3.5m。堰頂在各個設(shè)計洪水頻率之下都為自由堰流，堰頂有負(fù)壓出現(xiàn)，但負(fù)壓值不大，最大的負(fù)壓為-4.86kPa。（2）平江抽水蓄能電站：環(huán)形溢流堰為1/4橢圓形堰，堰頂高程1062.00m，堰頂上游為圓弧，堰頂下游曲線方程x2/9+y2/36=1，堰頂半徑5m，溢流堰外緣半徑6m。堰頂在各個設(shè)計洪水頻率之下均能夠保持為自由堰流，堰頂有負(fù)壓出現(xiàn)，最大負(fù)壓為-6.51kPa。（3）瓊中抽水蓄能電站：溢流堰采用無閘控制環(huán)形實用堰，環(huán)形堰頂曲線采用1/4橢圓曲線，橢圓方程為x2/12+y2/2.22=1。環(huán)形堰直徑5.8m，堰頂高程567.00m，與正常蓄水位齊平。在堰頂增加了導(dǎo)流設(shè)施以穩(wěn)定堰頂流態(tài)，實施方案堰頂也有負(fù)壓出現(xiàn)，但量值較小。3.堰高P對環(huán)形溢流堰堰頂?shù)牧鲬B(tài)和泄流能力有較大的影響，當(dāng)環(huán)形溢流堰堰高較小，由于行近流速較大，水流容易在堰頂處形成環(huán)流，進(jìn)而影響環(huán)形溢流堰的泄流能力。表5.2.2為三個工程進(jìn)口環(huán)形堰體型參數(shù)以及水力學(xué)模型試驗參數(shù)。表5.2.2各工程堰頂參數(shù)及水力學(xué)參數(shù)表工程堰高P堰頂半徑RsP/Rs堰頂流速v堰頂流態(tài)梅州抽水蓄能93.52.570.12無旋流瓊中抽水蓄能2.52.90.860.72堰頂有旋流平江抽水蓄能192.57.60.19無旋流當(dāng)環(huán)形溢流堰堰頂有環(huán)流形成時，需要在堰頂增設(shè)導(dǎo)流墩，以此來穩(wěn)定堰頂流態(tài)，導(dǎo)流墩宜徑向布置于堰頂曲線外側(cè)，不宜布置于堰面上。為穩(wěn)定水流流態(tài)，減小墩后水翅以及節(jié)省工程量，導(dǎo)流墩可以采取不等高間隔布置等方式（見附錄B1.3），具體可采用水工模型試驗確定。5.3豎井段5.3.1本條強(qiáng)調(diào)旋流式泄洪洞的豎井直徑尺寸必須滿足設(shè)計流量下形成穩(wěn)定旋流的要求，附錄B中豎井直徑估算公式（B.3.1-1）已得到沙牌、瓦屋山、溪洛渡、小灣和清遠(yuǎn)等旋流洞模型試驗的驗證。豎井的泄流能力由其最小空腔（喉部）斷面控制，原蘇聯(lián)MC實驗室對連接螺旋渦室下部的豎井尺寸進(jìn)行研究，得出關(guān)系式：D=2式中：FrvQ——流量。根據(jù)試驗結(jié)果，考慮旋流空腔半徑ra與豎井半徑R之比為0.4時渦井不發(fā)生嗆水現(xiàn)象，得到附錄B中給出的豎井直徑估算公式B（3.1-1）；1984年JainSC在文獻(xiàn)（JournalofHydraulicEngineering）中也針對引水道與豎井切線連接的旋流豎井，根據(jù)相對最小空腔半徑ra/R=0.5，給出了相同的計算公式。美國IOWA大學(xué)采用不同的研究方法也獲得同樣的計算公式（水力發(fā)電學(xué)報，1995年第3期）。5.3.2跌流式泄洪洞的豎井直徑尺寸同樣須滿足設(shè)計流量的過流要求。因此從不影響泄洪洞泄流能力角度出發(fā)，進(jìn)口宜控制為自由堰流條件，豎井直徑大小則應(yīng)至少滿足避免進(jìn)口不發(fā)生嗆水或淹沒流的條件。在梅州、平江及瓊中抽水蓄能電站的豎井跌流泄洪洞中，在適當(dāng)增大豎井直徑條件下，模型試驗表明豎井內(nèi)還能形成有穩(wěn)定中空通氣腔及大量摻氣的跌流形態(tài)。對于等直徑豎井或漸縮式豎井，均需估算豎井喉部控制斷面的（最?。┲睆?。附錄B3.2給出了兩種估算方式，一種是參考旋流式泄洪洞豎井直徑計算公式式（B.3.1-1）進(jìn)行估算；另一種是從堰流水力學(xué)原理，根據(jù)堰流水舌軌跡方程計算自由水面交匯位置，再根據(jù)水流能量方程確定豎井控制斷面的流速，進(jìn)而根據(jù)泄洪洞設(shè)計流量就可以估算豎井的過流面積及直徑。對于采用突擴(kuò)方式形成脫壁跌流的豎井，豎井喉部控制斷面的直徑同樣可采用該方法估算，突擴(kuò)尺寸及相關(guān)通氣要求則需通過模型試驗論證。5.4豎井與退水隧洞連接段5.4.1清遠(yuǎn)抽水蓄能電站下庫豎井旋流泄洪洞設(shè)計及模型試驗中，提出了盲洞、消力墩及洞頂壓板組成的洞內(nèi)水墊塘消能方式（見圖5.4.1），模型試驗實測及計算的洞內(nèi)消能率達(dá)80%，工程建成后的實際過流運(yùn)行情況良好。由于這種盲洞+消力墩及洞頂壓板形成水墊塘的消能方式及機(jī)理復(fù)雜，其體型組合在保證形成良好消能效果同時，還應(yīng)避免在消力墩、洞頂壓板等部位產(chǎn)生負(fù)壓及發(fā)生空化空蝕問題，因此消力墩及洞頂壓板的具體體型應(yīng)通過水工模型試驗充分論證和確定。圖5.4.1清遠(yuǎn)抽蓄電站下庫豎井旋流泄洪洞盲洞+消力墩+洞頂壓板的水墊塘消能布置5.4.2《水工設(shè)計手冊》中指出豎井式泄洪洞底部消能井深度應(yīng)根據(jù)模型試驗確定，設(shè)計估算時可取豎井直徑的1.0~1.2倍。從消力井的水力特性來看，在一定的范圍內(nèi)隨著消力井深度的增加，消能效率會提高，但當(dāng)消力井深度達(dá)到一定量值后，消力井的消能效率將基本上為一個定值，在這種情況下，加大消力井深度，只能導(dǎo)致工程投資的增加，無助于提高豎井式泄洪洞的消能效率。幾個典型豎井跌流泄洪洞消能井模型試驗研究如表5.4.2所示：

表5.4.2典型豎井跌流泄洪洞工程消能井深度工程堰頂至消能井底板高差m豎井直徑Dm消能井井深hmh/D梅州抽水蓄能504.05.751.44瓊中抽水蓄能193.871.84大石門水電站49.5551.00金平水電站906.510.981.69桃源水庫657121.71消能井的井深的合理選定，除了考慮消能效果（消能率）外，還需要考慮足夠的水墊深度，防止消能井底部承受較大的水舌沖擊壓力及脈動荷載。因此幾個工程中消能井的最終設(shè)計深度達(dá)到了1.5~2.1D范圍，詳見圖5.4.2：（1）我國大石門水電站豎井溢洪道（泄洪洞）模型試驗表明，消能井井深取1.0D（豎井直徑）時已滿足消能要求，為有利于防止初始運(yùn)行過程中消力井內(nèi)水墊深度有限時出現(xiàn)跌落水流對消力池底部沖擊的問題，最終采用了1.5D的消力井井深方案。（2）海南瓊中抽水蓄能電站跌流式豎井泄洪洞消能井井深取為1.8D，梅州抽水蓄能電站豎井泄洪洞消能井的井深約為2.1D。（a）梅州抽蓄電站(b)海南瓊中抽蓄電站圖5.4.2典型抽蓄電站跌流式豎井泄洪洞的消能井布置5.5退水隧洞段5.5.1壓板段末宜設(shè)置通氣孔，保證洞頂后有足夠的通氣量和適當(dāng)?shù)模髁鳎鈮?。幾個典型工程的通氣孔設(shè)置如表5.5.1所示。表5.5.1典型豎井跌流泄洪洞工程壓坡段通氣孔體型工程最大泄量m3/s通氣孔形狀尺寸梅州抽水蓄能60圓形D=0.8m金平水電站202圓形D=2.0m/1.0m(上部/下部)平江抽水蓄能93圓形D=0.7m5.5.2退水（無壓）隧洞中水流屬于明渠非均勻流，水面線計算時，需首先判斷水面線類型，再按分段求和法計算，可參考《溢洪道設(shè)計規(guī)范》DL/T5166附錄中的泄槽水力計算公式進(jìn)行計算。5.7防空蝕設(shè)計5.7.2根據(jù)水工建筑物的運(yùn)行經(jīng)驗，空蝕破壞一般都在流速大于15m/s時發(fā)生。因此，為避免發(fā)生空蝕，對于流速大于15m/s的過水建筑物，如進(jìn)口、消力墩等水流邊界突變部位，宜慎重