泄洪隧洞设计

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1、FJDFJD32020水利水电工程技术设计阶段泄洪隧洞设计大纲范本水利水电勘测设计标准化信息网1999年3月工程技术设计阶段泄洪隧洞设计大纲主 编 单 位: 主编单位总工程师: 参 编 单 位: 主要 编 写人 员: 软件 开 发单 位: 软件 编 写人 员:勘测设计研究院年月目次1. 引言 42. 设计依据文件和规范 43. 基本资料 44 设计原则与假定 65. 水力设计 76. 稳定分析 127. 结构设计 138. 细部设计 149. 临时及永久支护处理 1410. 构造设计 1511. 灌浆设计 1512. 抗磨损、防空蚀设计 1613. 消能防冲设计 1614. 专题研究 1615

2、. 观测设计 1616. 工程量计算 1717. 设计成果 17主要设计规范(1) SD 13484(2) SDJ 1278 及SDJ 21787(3) GB 50201-94(4) SDJ 2078(5) SDJ 1078(6) SL 4794(7) SL 6294(8) SDJ 5785(9) SL 4694(10) GBJ 86-85(11) (88)水规设字1引言工程位于 ，是以为主， 、等综合利用的水利水电枢 纽工程。坝，最大坝高 m。电站装机容量 MW,保证出力 MW,年发电量 104kWh,总库容 亿m3。本工程可行性研究报告于年月审查通过。选定坝址为。泄洪建筑物有、。泄洪隧洞为

3、。2设计依据文件和规范有关工程文件(1) 工程可行性研究报告；(2) 工程可行性研究报告审批文件；(3) 技术设计任务书；(4) 工程可行性研究阶段水工模型试验报告;(5) 可行性研究阶段中间报告及审批文件;(6) 有关专题报告。水工隧洞设计规范水利水电枢纽工程等级划分及设计标准(试行)及补充规定防洪标准水工钢筋混凝土结构设计规范水工建筑物抗震设计规范水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范水工建筑物水泥灌浆施工技术规范水利水电地下工程锚喷支护施工技术规范水工预应力锚固施工规范锚杆喷射混凝土支护技术规范水利水电工程设计工程量计算规定(试行)3基本资料工程等别及建筑物级别根据可行性研究成果，本工程

4、为等工程，泄洪洞为级建筑物。设计洪水标准(1) 泄洪洞设计洪水重现期为 a；(2) 泄洪洞校核洪水重现期为 a。宣泄流量及相应上、下游水位(1)校核洪水位m，宣泄流量m3/s，相应下游水位m；(2)设计洪水位m，宣泄流量m3/s，相应下游水位m；(3)正常蓄水位m,相应下游水位_m。泄洪隧洞主要结构尺寸(1)泄洪隧洞全长m,其中引渠段m,控制段(含闸室、溢流堰和渐变段)m，隧洞段m，出口明渠m ；(2) 控制段闸门尺寸m，闸门底坎高禾m；(3) 进口底板高禾 m,隧洞净宽m,净高m,隧洞底坡i=(4) 进口顶板曲线，侧墙曲线；(5) 溢流堰型式。地形、地质资料(1) 工程地质和水文地质报告；(

5、2) 枢纽地形图(1/10001/2000)；(3) 坝址地质平面图(1/10001/500)；(4) 泄洪洞地质纵、横剖面图(1/10001/500)；(5) 围岩分类及物理力学特性，见表1表1围岩分类及物理力学特性表洞段岩性围岩分 类容重 kN/m3单位弹性 抗力系数 MPa/cm坚硬系数 f弹性模量EGPa泊桑比P十抗剪断强度渗透系数k cm/scMPa(6) 沿泄洪洞轴线所有断层、软弱夹层及溶洞资料;(7) 河床岩体抗冲流速m/s；(8) 地震烈度度；(9) 有关地应力资料。水工建筑物设计资料(1) 枢纽总平面布置图；(2) 可行性研究阶段本工程有关的设计图；(3) 泄洪洞平面布置及纵

6、、横剖面图。水流泥沙资料(1)水容重kN/m3(2) 年均输沙量万t,含沙量kg/m3；(3) 推移质含量%，悬移质含%；(4) 泥沙容重kN/m3，干容重kN/m3；(5) 泥沙颗粒级配曲线；(6) 矿物成分有、。水工模型试验资料(1) 枢纽整体水工模型试验报告；(2) 泄洪洞水工模型试验报告。闸门门槽、启闭机布置与荷载资料(1) 门槽尺寸；(2) 启闭机型式，重量t；(3) 作用于闸门的总水推力t夹角 ()；to(4) 闸门开启时地脚螺栓受力分别为t、t、t、建筑材料钢筋混凝土(1) 混凝土标号C(2) 线膨胀系数C-1；(3)容重kN/m3；(4)允许抗压强度MPa；(5)允许抗拉强度M

7、Pa；(6)泊桑比；(7)弹性模量GPa；(8)抗渗标号S(9)抗冻标号D(10)抗磨损强度kg/ (h m3)；(11)抗空蚀强度h m2/kgo钢材品种；(2) 弹性模量GPa；(3) 抗拉强度MPa；(4) 抗剪强度MPa。4设计原则与假定设计原则(1) 泄洪隧洞属地下建筑物，设计前应深入现场踏勘，认真收集、分析研究有关水文、 泥沙、地形、地质、施工条件等有关设计资料；(2) 认真复核可行性研究阶段的设计成果；(3) 设计除执行本大纲外，还应符合有关规范、标准的规定和要求；(4) 充分考虑泄洪洞频繁运行的特殊性与维护检修的可能性；(5) 隧洞衬砌按限制裂缝开展宽度设计，如渗水对环境和建筑

8、物的安全无影响时可按开 裂设计；(6) 在枢纽布置时应按“一洞多用”原则，尽量利用临时建筑物改建成泄洪洞；(7) 高流速泄洪洞应通过水工模型试验确定平面布置、竖曲线进出口体型、门槽型式等。 设计假定(1) 泄洪隧洞断面的结构计算一般按平面问题分析；(2) 泄洪洞进、出口边坡、底板基础抗滑稳定，按刚体极限平衡法采用抗剪或抗剪断公 式计算；(3) 泄洪洞断面设计按基本荷载组合控制，由特殊荷载组合复核；(4) 泄洪洞进、出口一倍洞径或洞宽的长度内结构计算不计围岩的弹性抗力。5水力设计泄洪洞泄量复核计算无压明流隧洞泄量计算公式(1) 非淹没堰流：Q =b mb、2gH3 2(1)(2) 淹没堰流：“Q

9、 = Q Q mb、丢H32(2)c s F0式中：Q流量，iWs；。侧收缩系数；C。淹没系数；sm流量系数；b溢流面净宽，m；H0计入行进流速水头的堰前水头，m；g重力加速度，m/s2有压短管出口泄量计算公式Q =卩g (H-h)(3)式中：卩流量系数；A控制断面孔口面积，m2；h0闸门全开时的收缩断面水深，m 其余符号同（1）式。有压隧洞泄量计算公式(1) 非淹没出流：Q 二 J2gH(2) 淹没出流：Q 二 ：2gZ1c y 、y 2gi1 + yL ()2 + y I- ()2八WC 2 R W丿ii i i当非淹没出流时，3/3=1i式中：Z0上、下游水位差（计入行进流速水头的有效水

10、头），m；卩一一流量系数；CE某一局部能量损失系数；il隧洞某一段长度，m；13隧洞出口断面面积，m2；C谢才系数；1R水力半径；13断面面积；ig重力加速度。沿程水面线计算进水口闸室段水面线计算无压开敞式进水口需计算控制断面（图1和图2的C-C断面）水深札：式中：h控制断面水深，m；kq计算断面单宽流量，m3/（sm）；H0计算断面渠底以上的总水头，m； 巾泄槽底板与水平面的夹角，（）;考虑了水头损失的流速系数。提示：实用堰控制断面为反弧末端处断面；宽顶堰控制断面可近似为连接点以下3hk处断面。无压、有压短进口隧洞洞身段水面线计算（1）计算洞口断面水深提示：根据进口型式及进口段水面线计算结果

11、确定。(2)洞身水面计算(图3)，其公式如下:E - EAs = sd=rsui - J式中：EsdAs流段末端的断面比能，m；EsuAs流段始端的断面比能，m；i洞身段底坡;J A s流段的平均水力坡度。av 22gJ=(J +Jd)/2u d(10)(11)式中：h断面清水水深；a流速系数；J 流段第一点的水力坡度；uJds流段第二点的水力坡度；vAs流段平均流速，m/s；C谢才系数；R水力半径，m；g重力加速度，m/s。收缩段水面线计算急流通过渐变的收缩段时冲击波计算公式:-tgp (J1 + 8Fr 2 sin 2 p - 3)tg。二丄112tg 2 p + J1 + 8Fr 2 s

12、in 2 p -1-2 =1C -1 + 8 Fr 2 sin 2 p 一 1) y 211i(12)(13)(14)式中：e边墙转折角度;F 弗劳德数;rB波角；y水流深度。提示：如果泄洪洞在平面上有弯道，应计算出边墙收缩产生的冲击波及弯道横向水面高度。无压隧洞掺气水深计算 L vh = 1 + 二 hb100 _式中：hb计入波动及掺气的水深，m；h不计入波动及掺气的水深，m；v不计入波动及掺气的计算断面上的平均流速，m/s；(15)修正系数，一般为，视流速和断面收缩情况而定，当流速大于20m/s时,宜采用较大值。沿程水面线计算成果表及沿程水面线(1) 沿程水面线计算成果。编号计算断面 (

13、桩号)平均流速V m/s不计入掺气及波动的水深hm计入掺气及波动的水深hm表2沿程水面线计算成果统计表(2)绘制沿程水面线。有压泄洪隧洞需绘制沿程顶板水头线(压坡线)提示：(1)绘制压坡线时，先算出局部水头损失和沿程水头损失，以出口断面底板高程为基准 面，从进口断面开始绘制总水头线，再用总水头线减去流速水头，便得压坡线。(2) 设计中严禁有压流与无压流交替出现的水力学现象。出口消能计算挑流消能(图4)图4(1 )挑流距离L计算L=x +L(16)p cv 2 sin 9con0 + vconG 丫 v 2 sin 2 9 + 2 g (As + hconB)tgP2 g (As + hcon9)v2con 20(17)(18)(19)式中：h、v分别为鼻坎出口断面的水深，m和流速，m/s；0水舌射出角； s鼻坎顶点至河床面的高差，m ；g重力加速度，m/s2；T从下游水位起算的冲刷深度，m；B 水舌外缘与下游水面的夹角。(2)冲刷深度t计算t = Kq 0.5 Z 0.25 一 h(20)式中：t冲刷坑深度，m；q