【文章內(nèi)容簡介】 ，BH=15f178。=285㎡，可得f=，取f=。則B==；H==?？紤]到隧洞襯砌等實際情況，需要適當加大隧洞的開挖面積，故取B=16m，H=20m。孔高=H+f=，適當?shù)墓案遞=，隧洞的斷面尺寸為16m20m。 方案一斷面 方案二：采用兩條隧洞泄流，故需單挑隧洞過流面積： 斷面尺寸計算過程：，令弧形半徑R=2f，則根據(jù)幾何幾何關(guān)系可得f=，取f=，則底寬：，底高：考慮到隧洞襯砌等實際情況，需要適當加大隧洞的開挖面積，故取L=11m，h=?？赘逪=h+f=，適當?shù)墓案遞=，隧洞的斷面尺寸為11m。 一號洞斷面 二號洞斷面 隧洞的進口高程及坡降由于水利樞紐屬于大型建筑物，壩址河床高程為410m，隧洞處頂部巖石通常在13倍的洞徑之間。因為沒有通航、放木要求，河中含沙量大，最大約為5kg/m179。，考慮到泥沙的淤積，進水高程選在枯水位以下1m，即418—1=417m。對于無壓隧洞的底坡取決于進口高程，為了自流排水，便于檢修，底坡應大于2‰，為了便于開挖出渣和襯砌施工，有軌運輸?shù)乃矶吹灼聭∮?％。經(jīng)綜合分析考慮，本設計采用底坡為4‰。方案一：由松濤水利樞紐壩址區(qū)地形圖上量的布置導流隧洞的長度，取L=600m；則方案一隧洞出口高程計算得：417—L4‰=416m。方案二：由松濤水利樞紐壩址區(qū)地形圖上量的布置導流隧洞的長度，一號洞，二號洞=720Mm，則兩條隧洞的出口高程可計算得：1號洞：2號洞：洞口的位置，取決于地形，地質(zhì)條件，洞頂巖層厚度應滿足隧洞的要求。通常盡量減少明挖，避免開挖高邊坡，不僅有利于縮短工期，在經(jīng)濟上也是合理的。進口段采用塔式建筑物，在山坡前的水庫里建造封閉式的塔，塔頂設置操作室和啟閉機的進口結(jié)構(gòu)形式。封閉式塔身橫斷面可以是矩形、圓形。本設計采用矩形斷面，由于隧洞進口位置覆蓋層較薄，不能滿足結(jié)構(gòu)穩(wěn)定要求，塔式進水口能夠滿足要求。良好的進口形狀，對于提高進水能力和防止氣蝕破壞具有明顯的效果，在閘門前設置漸變段，漸變段的長度通常為13倍洞寬，采用四分之一橢圓曲線，即： 式中a、b分別為橢圓的半長軸和半短軸依據(jù)《水利水電施工組織設計》（Ⅰ）a/ha/b對于兩側(cè)和矩形收縮的矩形空口，一般采用a/h=(h為孔高），a/b=34，取a/h=，則a===，取a=，,則： 所以橢圓曲線方程為：隧洞進口段是由喇叭口段的矩形逐漸演變成拱門形，為了使水流連接平順，減少水力損失，漸變段長度一般不小于13倍的洞寬，故取漸變段長為30m。 進口斷面漸變形狀 隧洞的出口設計 隧洞出口的布置，應保持水流的良好銜接，達到消能防沖的目的，出口的高程和形式，不僅影響出口的水流形態(tài)，而且影響洞內(nèi)的流態(tài)。因此，出口形式與布置應同進口及洞內(nèi)的流態(tài)成為整體考慮，并通過水工模型試驗驗證。水頭較低時，出口演變不需要布置特殊的消能設施。 由于松濤水利樞紐壩址區(qū)隧洞出口處，巖石堅硬，隧洞的出口布置，應保持水流的良好銜接，達到消能反沖的目的。故本設計采用擴散消能的形式，擴散消能的擴散角一般采用5176。7176。，本設計擴散角為6176。 隧洞的氣蝕破壞及防止措施 導流隧洞多數(shù)時間處于明流狀態(tài)，汛期出現(xiàn)有壓流，常有明、壓流交替過渡，需防止出現(xiàn)氣蝕。只有適當選擇進口的形式和洞內(nèi)流態(tài)，一般不會出現(xiàn)氣蝕。對于導流與泄洪結(jié)合的隧洞，洞內(nèi)流速有可能超過40m/s，極易引起氣蝕破壞。由于本設計允許最大流速為18m/s，一般不會出現(xiàn)嚴重的氣蝕。為了提高抗氣蝕能力，還必須正確的選擇襯砌材料和混凝土標號。實驗表明，混凝土標號提高（大于R250），水灰比降低（），坍落度減小（不大于78）都能使抗氣蝕性能增強?；炷凉橇闲壕鶆?qū)箽馕g有利，即一級配混凝土優(yōu)于二級配，最大粒徑不超過4cm為宜。 圍堰設計 圍堰時導流工程中的臨時擋水建筑物，用來維護基坑，保證水工建筑物能在干地施工。在導流任務完成以后，如果圍堰對永久建筑物的運行有妨礙或沒有考慮作為永久建筑物的一部分時，應予以拆除。圍堰作為臨時建筑物，除應滿足一般擋水建筑物的基本要求外，其特點為：（1） 施工期短，一般要求在一個枯水期內(nèi)完成，并在當年汛期擋水。（2） 一般需進行水下施工，而水下作用質(zhì)量往往不易保證。（3） 圍堰常拆除，尤其是下游圍堰。因此，對圍堰的基本要求有：（1） 具有足夠的穩(wěn)定性、防滲性、抗沖性和一定的強度要求，在布置上應力求水流順暢，不發(fā)生嚴重的局部沖刷。（2） 圍堰基礎及其岸坡連接的防滲處理措施要安全可靠，不致產(chǎn)生嚴重集中滲漏和破壞。（3） 圍堰結(jié)構(gòu)宜簡單，工程量小，便于修建和拆除，便于搶進度。（4） 圍堰形式選擇要盡量利用當?shù)夭牧?，降低造價，縮短工期。（5） 必要時應設置抵抗冰凌，筏船沖擊破壞的設施。圍堰雖是一種臨時性擋水建筑物，但對工程施工作用很重要，必須按照設計要求進行修筑，否則，輕則滲水量大，增加基坑排水設備容量和費用，重則可能發(fā)生潰堰的嚴重后果，拖延工期，增加造價。這種嚴重的教訓，以往也曾發(fā)生過，應引起足夠的重視。（1） 土石圍堰 結(jié)構(gòu)簡單，可就地取材，充分利用開挖棄料，既可機械化施工，又可人工填筑；既便于快速施工又易于拆除；并可在任何地基上修建。所以，是用的最廣泛的一種圍堰形式。但其斷面尺寸較大，抗沖能力差，一般用于橫向圍堰。在寬闊河床中，如果有可靠的防沖措施，也可作為縱向圍堰。土石圍堰一般不允許過水；堰面采取防護措施后，也常用作過水圍堰，如上猶江、大化等工程的土石圍堰，單寬流量達到40m179。/s。（2） 混凝土圍堰具有抗沖能力大，防滲性能好，斷面尺寸小，易于同永久性建筑物結(jié)合，并允許過水等特點，故雖造價較高,國內(nèi)外仍廣泛使用?；炷羾咭话阋笮藿ㄔ诨鶐r上，并與基巖良好結(jié)合。在枯水期基巖出露的河灘上修建縱向圍堰，較易滿足上述要求，故我國多采用混凝土縱向圍堰，并常與永久導墻相結(jié)合?；炷翙M向圍堰，以采用拱形居多如劉家峽、烏江渡、緊水灘等工程。烏江渡上游拱圍堰，成功的在動水中進行了水下施工。（3） 鋼板樁格型圍堰斷面尺寸小，抗沖能力強，可以修建在基巖上或非基巖上，堰頂澆筑混凝土面板也可作過水圍堰。修建時可以進行干地施工或水下施工，鋼板樁的回收率可達70％以上，故在國內(nèi)外得到廣泛使用。我國葛洲壩工程采用了圓筒形鋼板樁格型圍堰作為縱向圍堰的一部分。（4） 竹籠圍堰在我國南方盛產(chǎn)楠竹地區(qū)，充分利用當?shù)夭牧系男问街?。如果采用鉛絲籠填石代替竹籠也是同一種類型。竹籠的使用年限一般為12年，竹材經(jīng)防腐處理后可達24年。竹籠圍堰允許過水，對基巖或軟弱地基均能使用。它的斷面較小具有一定的抗沖能力，可作縱向圍堰，也可用于橫向圍堰。單竹籠填石施工不易機械化，一般需人工進行。采用竹籠圍堰的工程有富春江等。（5） 木籠圍堰在五十年代施工的工程中使用較多。它具有斷面尺寸小、抗沖能力強、施工速度快等優(yōu)點。堰頂加混凝土面板后可以過水。因此，用作縱向圍堰具有明顯的優(yōu)越性。但它的木材耗量大，木材較難回收和重復使用。在當前木材短缺的情況下，使用范圍受到限制。如果用預制鋼筋混凝土構(gòu)件代替木籠，也是一種類型。（6） 草土圍堰它是我國勞動人民長期同洪水斗爭的智慧結(jié)晶之一。早在1761年前，已在寧夏引黃灌區(qū)渠口工程上應用，至今黃河流域的渡口工程中仍普遍采用。在西北地區(qū)的水利水電工程中廣為用于。草土圍堰施工簡單、速度快、造價低、便于修建和拆除。并具有一定的抗沖防滲能力，對基礎沉陷變形適應性好，可用于軟基或巖基。可作為縱向圍堰或橫向圍堰，但堰頂不能過水。一般使用年限為12年。（7） 其他圍堰榪槎圍堰、粘土圍堰或麻袋圍堰、木樁圍堰等，一般用于小型工程。榪槎圍堰在四川地區(qū)治河改流工程中廣為應用。也可用鋼材代替榪槎，則適用性更大。草袋或麻袋圍堰常用于防洪搶險的臨時加高后基坑抽水后的子堰。木板樁圍堰只能用于軟弱的土質(zhì)或砂質(zhì)地基，橋墩施工使用較多，小型水利工程也有使用。 圍堰形式的選擇本設計松濤水利樞紐采用隧洞導流，圍堰形式的選擇應結(jié)合實際情況而定，現(xiàn)對上述形式分析如下：由于榪槎圍堰、粘土草袋圍堰，木板樁圍堰等，一般用于小型工程，而本水利樞紐工程屬于大型工程，故不宜采用這幾種圍堰。對于草土圍堰，一般使用年限為12年，而本工程擋水建筑物屬于Ⅳ級建筑物，使用年限為3年，且本樞紐壩址附近不能滿足草土圍堰材料要求，故也不宜使用。竹籠圍堰和木籠圍堰由于材料取用受限制，倘若采用需浪費大量人力、物力和財力，增加工程造價，故不宜采用。對于土石圍堰、混凝土圍堰和鋼板樁格型圍堰，是目前國內(nèi)外普遍采用的三種圍堰形式。由于本工程采用隧洞導流，開挖隧洞產(chǎn)生大量的土石材料，適宜用于修建土石圍堰，降低工程造價，而混凝土圍堰與鋼板樁格型圍堰，需要進行加工處理，增加工程造價，故本工程采用均質(zhì)土石圍堰。 圍堰的平面布置圍堰的平面布置是一個很重要的問題，如果布置不當，維護基坑的面積過大會增加排水設備容量；過小會妨礙主體工程施工，影響工期；更有甚者，會造成水流宣泄不順暢，沖刷圍堰及其基礎，影響主體工程的安全施工。圍堰的平面布置一般應按大量方案，主體工程輪廓和對圍堰的要求而定。本設計采用全段圍堰法導流，基坑是由上下游圍堰和兩岸構(gòu)成的。上下游橫向圍堰的布置取決于主體工程的輪廓。通常，基坑坡址與主體工程輪廓之間的距離不應小于2030m，以便布置排水設施，交通運輸?shù)缆芳岸逊挪牧虾湍０宓?。至于基坑開挖邊坡的大小，則與地質(zhì)條件有關(guān)。此外，布置圍堰時，應盡量利用有利地形，減小圍堰的高度和長度，從而減小圍堰的工程量。同時，還應結(jié)合泄水建筑物考慮圍堰的布置，以確保圍堰的安全。松濤水利樞紐工程壩址區(qū)的實際情況，本設計選取基坑坡趾與主體工程之間的輪廓為20m，參考《水利工程施工》， 圍堰布置圖土石圍堰按其材料組成可分為均質(zhì)土圍堰和土石混合圍堰；按防滲體結(jié)構(gòu)分為斜墻圍堰和心墻圍堰；按防滲材料可分為塑形和剛性斜墻圍堰，塑形和剛性心墻圍堰等。（1） 均質(zhì)土圍堰堰體采用均一土料，一般采用沙壤土或砂質(zhì)粘土，也有采用風化砂。它具有結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，防滲性好等優(yōu)點。但斷面較大，壩址附近須有豐富的料源。（2） 塑形斜墻圍堰一般采用土料作防滲結(jié)構(gòu)，石渣作堰體可充分利用開挖棄料。斜墻和墻體施工干擾小，便于搶進度和深水施工。并且，基坑防滲處理和堰體填筑可同時進行，以利基坑提早抽水。但水中拋填土質(zhì)斜墻坡度較緩、斷面較大，往往增加了縱向圍堰或隧洞、明渠的長度。也可采用塑料作斜墻，則斷面尺寸可減小，這是一種新型防滲結(jié)構(gòu)，需要進行研究試驗，以利推廣。（3） 塑形心墻圍堰同斜墻圍堰一樣可充分利用開挖棄料外，其斷面尺寸較斜墻小，有利與縱向圍堰、隧洞或明渠的布置。單心墻圍堰施工水深不宜過深，在深水中拋土料時心墻斷面較大，坡度不易控制。并且，心墻和填筑殼體需循環(huán)升高，起落差不宜過大?；A防滲處理與心墻填筑也不能同時進行。（4） 剛性斜墻圍堰一采用混凝土、瀝青或渣油混凝土作斜墻。起水下部分的防滲結(jié)構(gòu)，可采用沖擊鉆造孔混凝土防滲墻連接，也可用水下戧土或帷幕灌漿防滲。單結(jié)構(gòu)復雜，如果堰體沉陷過大易引起斜墻裂縫。（5） 剛性心墻圍堰有混凝土、瀝青或渣油混凝土心墻，沖擊鉆造孔混凝土防滲心墻及鋼板樁心墻等，木板心墻也屬于此類形式。一般都需建在基巖上，并與地基良好連接。但圍堰水下填筑時無法壓實，墻身應力條件較差。因此，單排墻的堰高一般不易大于20m。堰高為2540m時可采用雙排墻，以分擔滲透水位。根據(jù)松濤水利樞紐工程壩址的地形條件，水文和水流情況，材料來源，布置要求及施工條件等進行分析，并參考白山電站的工程經(jīng)驗，本設計上游圍堰采用黃土心墻土石圍堰。 土石圍堰填料選擇本設計采用隧洞開挖出的渣料作為土石圍堰的填筑，中間心墻采用壩體周圍豐富的黃土填筑。堰頂高程取決于導流設計流量及圍堰的工作條件。（1） 下游圍堰的堰頂高程由下式?jīng)Q定： 式中：下游水位高程，m 下游水位高程，m 波浪爬高，m δ圍堰安全超高，m本設計采用不過水圍堰，圍堰級別為Ⅳ級，查《水利工程施工》表13，取圍堰安全超高δ=。根據(jù)已知柳河水文資料，從河流水位流量關(guān)系中查出下游水位=。計算波浪的平均爬高：參考《水工建筑物》土石壩的波浪平均爬高公式： 式中：與壩坡的糙率和滲透性有關(guān)的系數(shù)，本設計取= 經(jīng)驗系數(shù)，參考《水工建筑物》表52，本設計取= m堰坡系數(shù)，m=ctgα，α為堰頂傾角，取m=2 分別表示平均波高和波長，m計算平均波高：由于柳河河面寬5060m，取平均寬B=56m，庫面狹長，取庫面波浪吹程D=5B，則吹程D=556=280m，參考《水工建筑物》平均波高按下式計算： 式中：g重力加速度，取g=； v風速，m/s D吹程，m將D=280m，v=17m/s代入上式計算得，=。計算波浪平均周期，按下式： 帶入數(shù)據(jù)有：計算平均波長按下式： 將=，得：=。將數(shù)據(jù)，帶入上式，得： =下游圍堰堰頂高程：=++=下游圍堰高：==（2） 上游圍堰堰頂高程由下式?jīng)Q定： 式中：上游圍堰堰頂高程，mZ上下游水位差，m