【正文】 高供水保證率，我們在進水口處設(shè)置兩孔的取水口，根據(jù)取水口和引水隧洞的漸變比例，一般比例為西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 19 1:~1:2 之間，我們選擇 米寬的取水口，其中，中墩厚度為 米，即取水口單孔寬度為 7米，頂部高程與攔河壩同高，為 米。 至于出水口的高程，是通過下游水位以及水力發(fā)電機組的安裝高程以及調(diào)壓室等多個條件確定，并且需要多次校核，多次調(diào)整才能得出正確的高程，我們會西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 20 在調(diào)壓室的計算中提到。（由后面結(jié)構(gòu)計算得出） 調(diào)壓井的布置 調(diào)壓井布置為埋藏式，主要由井筒、井筒底板下部的分岔洞和交通洞等組成?！?85176。并布置公路連接開關(guān)站、尾水平臺、交通洞和通風(fēng)洞。 1 QD V? (53) 或者 1 4 eQD V?? (54) 式中： 1D —— 壓力鋼管的直徑，單位： m Q —— 引水發(fā)電設(shè)計流量，單位： 3/ms V —— 引水隧洞平均流速，單位： /ms eV —— 壓力鋼管 的經(jīng)濟流速，單位 : /ms,我國的經(jīng)濟流速一般采用4~6 /ms。 方 案 單 位 方案一 方案二 方案三 洞 徑 m 隧洞流速 m/s 管徑 m 壓力鋼管流速 m/s 總水頭損失 m 其中 隧洞水頭損失 m 管道水頭損失 m 引水道水頭損失系數(shù) 其中 隧洞水頭損失系數(shù) 管道水頭損失系數(shù) 發(fā)電引用流量 m3/s 213 213 213 設(shè)計枯水年枯期平均出力 萬 kW 引水系統(tǒng)直接投資 萬元 電量損失差 億 kW v —— 局部水頭損 失處的水流流速 g —— 重力加速度 表 53 局部水頭損失系數(shù)ξ值表 序 號 部位 形狀 水頭損失系數(shù)ξ 備注 1 進水口 v為管道均勻段之流速 2 攔污柵 β — 柵條形狀系數(shù)，見表 A3 s— 柵條寬度 b— 柵條間距 a— 柵面傾角 v— 過柵平均流速 3 門槽 ～ (一般用 ) v取槽前后平均流速 4 矩形變圓 (漸縮 ) v取漸變段平均流速， 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 27 5 圓變矩形 (漸縮 ) 流速取 6 圓斷面漸 擴大 ξ i 查圖 A1 流速取 v1 7 圓斷面漸 縮小 ξ d 查圖 A2 流速取 v1 8 圓弧彎道 D— 洞徑 R— 彎道半徑 θ — 彎道轉(zhuǎn)角 9 出水口 A A2為出口前后斷面 積。9 30= 31 63 = 31 63 = 7690 20 0 90dR ?? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?由于一共有 5 個轉(zhuǎn)彎的地方，角度大小不一，水頭損失不一，為了簡化計算平均水頭損失系數(shù)取值為 。 隧洞各段的高程下降值： iih Li?? 第一段高程下降值： 1 0 1 1 220 .26 1 010 8 37h z z L i m? ? ? ? ? ? ? 第二段高程下降值： 2 1 2 2 209 010 8 7h z z L i m? ? ? ? ? ? ? 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 32 第三段高程下降值： 3 2 3 3 2 0 9 8 0 .0 0 1 0 8 2 .2 7h z z L i m? ? ? ? ? ? ? 第四段高程下降值： 4 4 3 4 3 3 7 7 0 .0 0 1 0 8 3 .6 5h z z L i m? ? ? ? ? ? ? 第五段高程下降值： 5 4 5 5 241 1 08 z z L i m? ? ? ? ? ? ? 第六段高程下降值： 6 5 6 6 172 08 z z L i m? ? ? ? ? ? ? 由于管道內(nèi)流速不變，因此202vg? 為定值，則有： 220 1 3 .3 5 0 .5 72 2 9 .8 1v mg? ???? 故方程 221 1 1 2 2 21222 wp v p vz z hg g g g????? ? ? ? ? ? 可以化為 111iii i w ippz z hgg?????? ? ? ? 移項得： 1 1 1 1 1i i ii i w i i w ip p pz z h h hg g g? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? 選定隧洞調(diào)壓井的過水?dāng)嗝嬷行木€為計算高程，則死水位 1871 的位置水頭 ： 0— 0 斷面位置水頭： 0 187 1 184 28. 5z ? ? ? 0— 0 斷面壓強水頭： 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 33 0/ 187 1 184 9 22P g h? ? ? ? ? ? 建立 0— 0與 1— 1 斷面的能量方程： 10 11 0 . 2 3 7 2 2 0 . 5 7 8 2 1 . 6 5 9 2wpp h h mgg??? ? ? ? ? ? ? ? ? 故滿足最小 2m 厚度。 當(dāng) 39。39。 0 . 9 1 39。根據(jù)本工程的實際情況，主要有三種不同類別的圍巖，他們分別是Ⅲ類、Ⅳ類和Ⅴ類圍巖，所處圍巖以板巖夾千枚巖為主，部分中厚層狀層紋理發(fā)育的變質(zhì)石英砂巖夾板巖、千枚巖，薄 — 中厚層灰?guī)r，地質(zhì)部門初步推測，Ⅲ類圍巖約占 70%，Ⅳ、Ⅴ類圍巖約占 30% 。 表 72 混凝土的各種極限強度（公斤 /厘米 2） 編號 應(yīng)力狀態(tài) 混凝土標(biāo)號 100 150 200 250 300 1 軸心受壓 80 115 145 175 210 2 彎曲受壓 100 140 180 220 260 3 軸心受拉 11 15 20 4 彎曲受拉 18 24 28 33 37 可得 gh?????=33，但是只是比較老的規(guī)范，經(jīng)過折算，我們采用 gh?????=25，則有： ? ?? ?25 1 cm? ?????? ? ? ? ???? 表明，三類圍巖只需 厘米的襯砌厚度便可以滿足需要，但是根據(jù)襯砌的最小厚度規(guī)范，因此我們采用 30cm。 拉應(yīng)力系數(shù) Kt 砼允許拉應(yīng)力 (σσ ) Mpa 那么則有巖石和混凝土的彈性特征因數(shù)： ? ?? ?? ?000 .0 1 10 .0 1 1 1 2KA K??? ? ????? ? ?? ? ? ? ? （ 711） 代入數(shù)據(jù)可得： ? ?? ? ? ?0 . 0 1 2 1 0 0 0 0 0 1 0 . 1 6 7 4 0 0 0 . 7 50 . 0 1 2 1 0 0 0 0 0 1 0 . 1 6 7 1 2 0 . 1 6 7 4 0 0A ? ? ? ???? ? ? ? ? ? 注意：襯砌計算均采用 kg/cm2 和 kg/cm3 為單位 則有襯砌厚度： 1ghbghprAp??????? ?????? ? ??? ????? （ 712） 式中 br —— 為水工隧洞過流 半徑，為 =450cm。 由此，我們便可以確定調(diào)壓室的基本尺寸，底板高程 ，頂部高程，面積為 ，但是由于調(diào)壓實處地質(zhì)情況不是很好，主要是Ⅲ 1類圍巖，難以形成 33米 直徑的圓頂，因此我們將圓形的調(diào)壓室設(shè)置成 ?9m矩形的調(diào)壓室，其高程不變，故調(diào)壓室的最終斷面面積為 。 增加負(fù)荷時的最低涌波計算 當(dāng)阻抗孔尺寸滿足 下圖所示 SS 時 ： (即最合適的尺寸 )時，可按下式近似地計算最低涌波值： ? ?m i n 0 . 1 39。 0 2102 w cogA h hLA v? ?? （ 64） 當(dāng) 39。 v —— 壓力引水道流速 m/s； 0wh —— 壓力引水道損失， m； wnh —— 壓力管道水頭損失， m； K —— 系數(shù)，一般可以采用 ~； 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 35 代入數(shù)據(jù)得： ? ?210198 2 81 Am ?? ? ? ? ???? ? ? ??? ??? 則對應(yīng)的調(diào)壓室直徑為 ，選擇 ，阻抗孔的尺寸一般采取壓力引水道尺寸的 15％ ~50％，因此采取直徑為 4m的阻抗孔。 wh —— 2斷面之間的水頭損失， m。228 176。 則有： 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 26 223 . 3 5 1 0 1 9 8 . 1 7 9 7 . 6 18 1 . 7 6 2 . 2 5fhm? ? ?? 由于我們在調(diào)壓室設(shè)計時候需要采取最小的糙率時候，即 n=，那么161 2 .2 5 9 5 .3 90 .0 1 2C ? ? ?則有： 223 . 3 5 1 0 1 9 8 . 1 7 9 5 . 5 99 5 . 3 9 2 . 2 5fhm? ? ?? 局部水頭損失 局部水頭損失主要有進水口，攔污柵，漸縮段，閘門槽，漸變段以及轉(zhuǎn)彎和出口閘門損失等。故本階段推薦扎窩水電站隧洞直徑為 ，相應(yīng)壓力鋼管直徑為 。 尺寸確定的計算過程 引水隧洞直徑的確定 由引水流量為 213m3/s,根據(jù)彭德舒公式以及經(jīng)濟流速公式： QD V? (51) 或者 4eQD V?? (52) 式中： D —— 引水隧洞的直徑，單位： m Q—— 引水發(fā)電設(shè)計流量，單位： 3/ms V—— 引水隧洞平均流速，單位： /ms eV —— 引水隧洞的經(jīng)濟流速，單位 : /ms,我國的經(jīng)濟流速一般 采用~4 /ms。 E，安裝高程 ，尾水與柳坪正常蓄水位相接。 E，溝谷狹窄，呈“ V”型谷，兩岸谷坡陡峻、山體雄厚。引水隧洞全線采用鋼筋混凝土襯砌，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類圍巖段的襯砌厚度分別為 30cm、 50cm、 70cm。 臨界淹沒計算公式： 12crS CVd? (41) 式中： crS —— 臨界淹沒深度 C —— 經(jīng)驗系數(shù)， 其值為 ~，對于對稱的進水口取小值，側(cè)向進水口取大值。取水口布置在右岸，采用“正向泄洪排沙，側(cè)向取水”的布置型式。樞紐建筑物主要由首部樞紐、引水建筑物和廠區(qū)建筑物等組成。但進水口處在凹岸，有利于取水；其次，根據(jù)黑水河的走向，在滿足施工工期的支洞布置條件下，布置在右岸引水隧洞洞線比較順暢，且穿越子母河溝和扎窩溝洞頂覆蓋厚度達(dá) 150m 左右，不存在繞溝問題，同時引水路線的長度僅為 ，比布置在左岸距離短；再次，左岸 有三條沖溝，而右岸只有西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 18 兩條，選擇右岸可降低施工難度和支護成本；最后，右岸的山體較為完整，整體性較左岸好。 （ 2）進出口位置合適：進出口水流應(yīng)平順對稱，避免產(chǎn)生渦流，防止水流的沖刷。 施工開挖條件：洞線應(yīng)與樞紐其他建筑物保持一定距離以免洞室開挖爆破影響建筑物基巖的穩(wěn)定。設(shè)計時必須根據(jù)隧洞的用途，綜合考慮地形地質(zhì)、施工，樞紐總體布置及 對周圍環(huán)境的影響等各種因素，擬定不同方案，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較后確定。 閘線的選擇 閘址區(qū)河谷相對開闊，考慮首部樞紐閘壩及下游消能防沖建筑物的布置，初步擬定了兩條閘線進行比較。根據(jù)《水閘設(shè)計規(guī)范》 (SL2652021)，水閘閘下消能防沖設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為 30 年一遇，相應(yīng)洪水流量 1190m3/s。 ～ ⑥層崩坡積塊碎石土（ Q4col+dl） 200～ 250 15～ 20 101 25～27176。懸移質(zhì)顆粒 最大粒徑 ，中數(shù)粒徑 ，粒徑大于 的沙重占 %。廠址位于赤不蘇溝溝口以上約 200～ 300m的左岸，集水面積 765 km2。另外，隨著我國水利工程建設(shè)的步伐日益加快，現(xiàn)在越來越多的投資者青睞地下電站，因此引水隧洞也得到了迅猛的發(fā)展，要想在水果隧洞的選擇、布置和襯砌上既安全又經(jīng)濟，就只有對水工隧洞進行學(xué)習(xí)和研究，本次設(shè)計就是在扎窩水電站的前期勘測設(shè)計資料上對水工隧洞的布置和設(shè)計，一方面 加強對整個水利工程知識的認(rèn)識，還要了解和掌握水工隧洞設(shè)計的具體步驟和方法，為以后的學(xué)習(xí)工作打下良好的基礎(chǔ)。 設(shè)計內(nèi)容主要為引水發(fā)電系統(tǒng)中的壓力隧洞，具體包括隧洞的選線、水力計算、隧洞尺寸 擬定、襯砌形式選擇 、襯砌配筋計算以及細(xì)部構(gòu)造設(shè)計等。電站采用 引水式開發(fā)，開發(fā)任務(wù)為發(fā)電，兼顧下游環(huán)境生態(tài)用水， 電站裝機容量 150MW，工程樞紐由攔河閘壩、取水口、引水隧洞、調(diào)壓井、壓 力管道及地下發(fā)電廠房等水工建筑物組成。興建扎窩水電站既符合四川省發(fā)展水電支柱產(chǎn)業(yè)方針，也符合 “西部大開發(fā)”的要求，同時對發(fā)展當(dāng)?shù)厣贁?shù)民族地區(qū)經(jīng)濟，加快當(dāng)?shù)刎S富的水能資源開發(fā)，盡快將資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)濟優(yōu)勢，使黑水縣人民早日脫貧致富，提高當(dāng)?shù)厝罕娢镔|(zhì)、生活水平都具有積極的 推動作用。 水庫特