【導(dǎo)讀】本設(shè)計(jì)來源于實(shí)際工程——松濤水利樞紐，松濤水利樞紐位于柳河干流上的松濤峽，系一級建筑物，由河床混凝土重力壩、溢洪道，右岸土壩和壩后廠房等部分組成。合方案進(jìn)行施工組織設(shè)計(jì)。流方式；隧洞設(shè)計(jì)，堵頭設(shè)計(jì)，爆破設(shè)計(jì)，出渣運(yùn)輸設(shè)計(jì)。盡快適應(yīng)將來的工作和學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

　　

【正文】 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 1～ 3 倍的洞寬，故取漸變段長為 30 m。其進(jìn)口形狀見圖 3 2 圖 3 2 進(jìn)口斷面漸變形狀 隧洞 出口 的 設(shè)計(jì) 隧洞出口的布置，應(yīng)保持水流的良好銜接，達(dá)到消能防沖的目的 ，出口的高程和型式，不僅影響出口的水流狀態(tài)，而且影響洞內(nèi)的流態(tài)。因此，出口型式與布置，應(yīng)同進(jìn)口及洞內(nèi)的流態(tài)成為整體考慮，并通過水工模型試驗(yàn)驗(yàn)證。水頭較低時(shí)，出口演變不需要設(shè)置特殊的消能設(shè)施。 由于松濤水利樞紐壩址區(qū)隧洞出口處，巖石堅(jiān)硬，隧洞的出口布置，應(yīng)保持水流的良好銜接，達(dá)到消能，防沖的目的。故本設(shè)計(jì)采用擴(kuò)散消能的形式，擴(kuò)散消能的擴(kuò)散角一般采用 5176?！?7176。，本設(shè)計(jì)擴(kuò)散角為 6176。 漸 變 段 25 30 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 隧洞的水力計(jì)算 導(dǎo)流水力計(jì)算的主要任務(wù)是計(jì)算各種導(dǎo)流泄水建筑物的泄水能力，以便確定泄水建筑物的尺寸和圍堰高程。 隧洞截面參數(shù)的確定 由前節(jié)設(shè)計(jì)可知，本隧洞斷面形式采用城門洞形，頂角為 120? 截面參數(shù)：底寬 ： B=11m 斷面高： H=16? 6m 半徑 ： r=6? 2m 面積： ) 6 01 2 0( 2 ?????? RS ? 7 1 4 8 m? ??? 其中 S扇 =40? 2=12lR ? l = 13 m mX ????? 水力半徑： R=Sx =3? 37 m 糙率 0 1 ?? nn ， 查 《 水 力 學(xué) 》（ 第 三 版 ） 表 32 可知 3 61 ???? RnC 表 3 1隧洞截面參數(shù) 隧洞截面 B H r S x R C 具體參數(shù) 11 16． 6 6． 2 171.65 51 7 72.0 隧洞流態(tài)的判斷 隧洞導(dǎo)流屬于管道泄流。其水力計(jì)算須判別水流流態(tài)。針對不同的流態(tài)有具體的水力計(jì)算方法。隧洞的水流流態(tài)有三種：無壓流、半有壓流、有壓流。 一號隧洞的流態(tài)判別 (短 274m) 依據(jù)《水利水電施工組織設(shè)計(jì)手冊》（Ⅰ） （ 1）半有壓流下限泄流流量 pcQ 為： 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 pcQ =μ dA 2 ( )pcgd? ?? （ 3 4） 式中： pc? — 半有壓流的下限臨界壅高比，為管道進(jìn)口底檻以上水深與管身高度之比； μ — 流量系數(shù)，隨進(jìn)口型式不同為（ ～ ），對于銳緣進(jìn)口可采用； ? — 進(jìn)口豎向收縮系數(shù)，為（ ～ ），粗略計(jì)算時(shí)可取 。 dA — 管道斷面面積，采用 171? 65m2 d— 管身高度，采用 d=16? 6m 。 本設(shè)計(jì)流量系數(shù)取μ =，進(jìn)口收縮系數(shù)取 ? =，管道斷面面積 dA = m2，管身 高度 d= m，將數(shù)據(jù)代入上式，則有： mdH pcpc ???? ? pcQ =μ dA 2 ( )pcgd? ?? smd 2 4 4)( 7 ?????? ?? =179。 半有壓流與有壓流分界點(diǎn)的上游臨界壅高比 Fc? 為： FcFc Hd?? （ 3 5） 式中： Fc? — 形成有壓流時(shí)進(jìn)口底檻以上的水深， m； d— 管身高度， m 。 從實(shí)際的工程實(shí)踐及模型試驗(yàn)觀測到的數(shù)據(jù)值來看， Fc? 不是一個(gè)單一的數(shù)值。當(dāng)上游水位漸增，從半有壓流到有壓流時(shí)，其分界點(diǎn)的 Fc? 值較高；而當(dāng)水位漸落，從有壓流到半有壓流時(shí)，則出口處產(chǎn)生一定的負(fù)壓而 水流暫不脫壁，使在更低的 Fc? 值才能形成半有壓流。 由于 洞內(nèi)流態(tài)還受洞長，坡度等因素影響，情況比較復(fù)雜，而目前用以計(jì)算的 公式尚不夠成熟，近似計(jì)算，可以采用經(jīng)驗(yàn)值 Fc? =， FcH = Fc? d=? = （ 2）相應(yīng)的臨界流量可用有壓 流公式計(jì)算： 12 ( )F c d F cQ A g d d iL? ? ? ? ? ? （ 3 6） 式中： dA — 管道斷面面積， Ad=； ?— 有壓流出口水頭比； Fc? — 由前面可知 Fc? = i— 底坡坡率， i=4‰ L— 隧洞洞長， 1l =274m； 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 d— 管身高度， m； μ — 流量系 μ = 11211811l g ld c d?? ? ? ? ? ? ? ? ? （ 3 7） 式中： ?? — 進(jìn)口及管內(nèi)局部損失系數(shù)之和； c— 管道的謝才系數(shù)， c=； R— 水力半徑， R=； 查《水利水電工程施工設(shè)計(jì)手冊》第一卷表 2520，得 喇叭形進(jìn)口處： ?? =； 閘門槽處： ?? =； 矩形變拱門形漸變處： ?? = ?? =?? + ?? +?? =++= μ = 12181 glcd????= smQ Fc 2 4 8)( ??????????? . 二號隧洞的流態(tài)判別 (長 431m) （ 1）半有壓流下限 2 ( )P c d pcQ A g d? ? ? ? ?=／ s （ 2）臨界流量 12 ( )F c F cQ A d g d d iL? ? ? ? ? ? （ 3 8） 181122 12 ?????????? ?dcgl?? smQ Fc 32 2 0 0)( ??????????? 綜上所述，當(dāng)上游流量小于 m3／ s時(shí)為明流。 當(dāng)上游流量大于 4448m3／ s 為有壓流 當(dāng)上游流量介于 m3／ s與 4448m3／ s之間為半有壓流。 由于設(shè)計(jì)流量 Q=5130m3／ s 大于 FCQ ，故隧洞內(nèi)水流流態(tài)為有壓流。 隧洞堵頭的設(shè)計(jì) 封堵體位置及結(jié)構(gòu)體型 導(dǎo)流泄水建筑物隧洞、涵洞、底孔完成導(dǎo)流任務(wù)后，需進(jìn)行封堵。封堵方法，一般先在進(jìn)口進(jìn)行截流、堵漏，然后按永久建筑物要求或其他泄水建筑物。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 在選用封堵方法時(shí)，主要考慮：施工簡單，造價(jià)經(jīng)濟(jì)等因素，參照已建工程 — 湖北省白蓮河工程導(dǎo)流涵管的封堵，最終決定采用定向爆破斷流，山坡土閉氣，快速筑好進(jìn)口圍堰之后，在靜水條件下立即澆筑水工混凝土搶作為臨時(shí)堵頭，繼面抽水，再澆筑隧洞的永久混凝土堵頭。 隧洞堵頭的位置，設(shè)在靠上游或壩基下部，并與壩基防滲帷幕連接成防滲系統(tǒng)。因?qū)Я魉矶磾嗝孑^大，堵頭體積也大，為防止產(chǎn)生溫度裂縫，須分段分層澆筑，并有降溫措施。堵頭中部設(shè)有灌漿廊道，對接縫和固壁巖層進(jìn)行固結(jié)灌漿 。 1爆破石渣 2山坡土前閉氣段 3草袋黃土后閉氣段 4臨時(shí)堵頭混凝土墻 5隧洞上覆巖體 3 3封堵示意圖 堵頭長度和穩(wěn)定計(jì)算 本設(shè)計(jì)上下游隧洞均設(shè)堵頭 混凝土塞的最小長度可根據(jù)極限平衡重要條件由下式求出： cfA kpI ?? ?? （ 3 9） 式中： l,A— 堵頭長度，斷面面積，其中 A=； K— 安全系數(shù)，一般取 ，本設(shè)計(jì)取 ； P— 作用水頭之推力； ? — 混凝土容重，324 mt?? F— 混凝土與巖石孔隙壓縮系數(shù)（或混凝土）的摩阻系數(shù)，一般取 ，取 ； ? — 導(dǎo)流隧洞或涵管的周長， m C— 混凝土與巖石的粘結(jié)力，一般取 Pa410)205( ?? ，取 Pa510 。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 由設(shè)計(jì)資料知壩頂高程為 539m，安全超高 1m，計(jì)算時(shí) 取壩前最大水頭，上游取壩前最高水位 ，下游據(jù) 200 年一遇的最大流量 6900 sm3 ，查水位與流量關(guān)系曲線，得出下游水位最高為 。 一、 上游： 81 0 0 0 9 . 8 1 0 4 . 6 1 7 1 . 6 5 1 . 7 6 1 0PN? ? ? ? ? ? 將各數(shù)值代入式（ 3 9），得堵頭的最小長度為： 8 6 10 40 .0( )17 5 24 00 2 51 10lm????? ? ? ? 實(shí)際采用 ? 。 圖 3 4 二、 下游： 711 0 0 0 9 . 8 1 4 . 4 6 1 4 . 4 6 1 1 1 . 1 2 1 02PN? ? ? ? ? ? ? ? 堵頭長度為： 7 2 10 6( )17 5 24 00 2 51 10lm????? ? ? ? 實(shí)際采用： ? 。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 圖 3 5 下游 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 4 隧洞的施工設(shè)計(jì) 導(dǎo)流隧洞施工，地下建筑物的施工，主要包括洞室?guī)r石開挖、出渣、臨時(shí)支護(hù)、混凝土襯砌、洞室灌漿及質(zhì)量檢查等。同時(shí)還須妥善解決施工動力供應(yīng)、洞外交通運(yùn)輸、通風(fēng)、散煙、除塵、排水和照明等問題。 隧洞開挖方式的比較及選取 目前常用的隧洞開挖方式有掘進(jìn)機(jī)式開挖和鉆孔爆破式開挖。 鉆孔爆破法開挖：一直是地下建筑物巖石開挖的主要施工方法。這種方法對巖層地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)、開挖成本低，尤其適合巖石堅(jiān)硬，長度相對短的洞室施工。 掘進(jìn)機(jī)式開挖：目前已生產(chǎn)的掘進(jìn)機(jī)大多適用于圓形斷面，地質(zhì)條件良好，巖石硬度適中、巖性變化不大的隧洞。對于非圓形斷面隧洞的開挖，通常通過調(diào)整底盤傾角來實(shí)現(xiàn)。掘進(jìn)機(jī)一般多用于平洞的全斷面開挖，對大型隧洞的開挖，也可先采用掘進(jìn)機(jī)開挖導(dǎo)洞，而后采用傳統(tǒng)的鉆爆方法開挖。 掘進(jìn)機(jī)開挖和傳統(tǒng)鉆爆法開挖的比較： ⑴ 利用機(jī)械切割，擠壓破碎，能使掘進(jìn)、出渣、襯砌支護(hù)等作業(yè)平行；連續(xù)地進(jìn)行，工作條件比較安全，節(jié)省勞力，整個(gè)施工過程能較好地實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化控制。 ⑵ 在地質(zhì)條件單一，巖石硬度適宜的情況下，可以提高掘進(jìn)速度。掘進(jìn)機(jī)挖掘的洞壁比較落平整，斷面均勻，超欠挖量少，圍巖擾動少，對襯砌支護(hù)有利。 ⑶ 但掘進(jìn)機(jī)開挖設(shè)備復(fù)雜昂貴，安裝費(fèi)工費(fèi)時(shí)。當(dāng)隧洞長度較短時(shí)采用掘進(jìn)機(jī)并不經(jīng)濟(jì)。 ⑷ 掘進(jìn)機(jī)不能靈活適應(yīng)洞徑、洞軸線走向，地質(zhì) 條件與巖性等方面的變化。對于選定的掘進(jìn)機(jī)，其允許的洞徑變化不能超過 0010? ，由于掘進(jìn)機(jī)機(jī)身長度的限制，隧洞的轉(zhuǎn)彎半徑不能小于 150~450m，對于斷層，破碎帶等不良地質(zhì)條件，掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)速度將大大降低。對堅(jiān)硬巖石刀具磨損很快。 ⑸ 刀具更換，風(fēng)管送進(jìn)，電纜延伸，機(jī)器調(diào)整等輔助工作占用時(shí)間較長。若掘進(jìn)機(jī)發(fā)生故障，會影響全部工程的施工。 ⑹ 掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)時(shí)釋放大量熱量工作面上環(huán)境溫度較高，因此要求有較大的通風(fēng)設(shè)備。 綜合 以上兩種方法的比較，依據(jù)設(shè)計(jì)資料，選用鉆孔爆破法、開挖。原因如下： ⑴ 本設(shè)計(jì)需開挖兩條隧洞，且需同時(shí)開挖，如選用兩臺掘進(jìn)機(jī)費(fèi)用太高，并且施工現(xiàn)場也不好布置。 ⑵ 導(dǎo)流隧洞較大，但洞長較短，不宜采用掘進(jìn)機(jī)。 ⑶ 隧洞的轉(zhuǎn)彎半徑小于 150m，也不宜采用掘進(jìn)機(jī)。 ⑷ 如果掘進(jìn)機(jī)出現(xiàn)故障，對工期影響很大，如果在截流前不能按時(shí)竣工，會使工期延 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 后一年。 ⑸ 鉆孔爆破法對巖層地質(zhì)條 件適應(yīng)性強(qiáng)，且開挖成本低，尤其適合巖石堅(jiān)硬，長度相對較短的洞室開挖。 隧洞的開挖程序 平洞長施工程序的選擇，主要取決于地質(zhì)條件的好壞，斷面尺寸的大小，平洞軸線長短以及施工機(jī)械化水平等因素；同時(shí)還要處理好平面平行運(yùn)動同開挖精悍臨時(shí)支撐，平洞開挖與襯砌或支護(hù)的關(guān)系，以便各頂工作在相對狹小的工作面上有條不紊地進(jìn)行。 隧洞開挖有全斷面開挖、斷面部分開挖和導(dǎo)洞開挖等方法。 全斷面開挖：全斷面開挖是將平洞整個(gè)斷面一次開挖成洞。襯砌或支護(hù)施工，須待全洞貫通后或待總安排而定。這種方法適用于圍巖堅(jiān)固穩(wěn)定 10~8?f ，有大型開挖襯砌設(shè)備，設(shè)備能力和斷面大小能適應(yīng)，平洞軸線不太長的情況。洞內(nèi)工作場面比較大，施工組織因工作面寬而比較容易安排，施工干擾也較易解決，有利于提高平洞施工速度。 斷面分部開挖：將整個(gè)斷面分成 若干和塊，分層分塊開挖推進(jìn)。分部開挖適用于圍巖較差，洞徑過大的平洞開挖。如果圍巖比較穩(wěn)定，洞線又不太長，可分部開挖掘進(jìn)，貫通以后再進(jìn)行襯砌。在地質(zhì)條件較差，圍巖允許暴露時(shí)間不宜壺久的條件下，可采用上部開挖一段以后，將頂拱襯砌支護(hù)好，再進(jìn)行下部開挖，以策安全。分部開挖的主要優(yōu)點(diǎn)是不一 定需要大型設(shè)備，