【導(dǎo)讀】為2∶1，基巖堅(jiān)硬完整，地形地質(zhì)條件優(yōu)越。露，沖溝發(fā)育，巖石受節(jié)理裂隙切割，崩落巖石形成險(xiǎn)灘急流。壩址區(qū)氣候溫和，多年平均氣溫℃。最高氣溫42℃，最低氣溫-10℃。水庫(kù)正常蓄水位285米，死水位237米，汛期防洪限制。山早期侵入體，大致可分為中細(xì)粒斑狀花崗巖和粗?；◢弾r。巖石風(fēng)化不嚴(yán)重，兩岸卸荷裂隙較發(fā)育，深有10∽14米，裂。補(bǔ)給季節(jié)影響很大。域，除地表局部段為硅質(zhì)板巖外，外部均為細(xì)粒斑狀花崗巖，巖石新鮮完整，水建筑物及廠房設(shè)烈度按7度考慮。電站在系統(tǒng)中的作用是進(jìn)行電力補(bǔ)償調(diào)節(jié)，提高枯水期出力及系統(tǒng)的可靠性，億立方米，庫(kù)容系數(shù)高達(dá)調(diào)節(jié)性能極好。合運(yùn)行的補(bǔ)償效益,裝機(jī)容量定為50萬(wàn)千瓦，年平均發(fā)電量?jī)|度。作用大，遠(yuǎn)期將成為華中電網(wǎng)主要調(diào)峰與事故備用的電源點(diǎn)。業(yè)的均衡用水，在下游出口已開工修建小水電站形成反調(diào)節(jié)水庫(kù)。足下游工農(nóng)業(yè)用水的需要及梯級(jí)水電站的效益。于發(fā)展養(yǎng)殖，同時(shí)利用庫(kù)區(qū)人文和自然景觀開發(fā)旅游業(yè)。

　　

【正文】 D2；錐管的單邊擴(kuò)散角可取 θ =70~90，取 ； h3 為直錐管的高度，增大直錐管的高度可以減少肘管的水頭損失，由計(jì)算可知 h3= 米。 (2)肘管 肘管是一變斷面 的彎管，其進(jìn)口為圓斷面，出口為矩形斷面，水流在肘管中由于轉(zhuǎn)彎受到離心力的作用，使得壓力和流速分布很不均勻，而在轉(zhuǎn)彎后流向水平段時(shí)又形成擴(kuò)散，因而在肘管中產(chǎn)生較大的水力損失。 影響這種損失最主要的因素是 : 轉(zhuǎn)彎的曲率半徑和肘管的斷面變化規(guī)律，曲率半徑越小則產(chǎn)生的離心力越大，一般推薦使用的合理半徑 R=（ `） D4，外壁 R6用上限，內(nèi)壁 R7用下限。為了減少水流在轉(zhuǎn)彎處的脫流及渦流損失，因此將肘管出口作成收縮斷面，并使斷面的高度縮小寬度增大，高寬比約為 ，肘管進(jìn)、出口面積比約在 左右。 當(dāng)水頭大于 150m 或尾水管中的平均流速大于 6m/s 時(shí)，為了防止高速水流的沖刷剝蝕，肘管內(nèi)需加鋼板襯砌，為使鋼板便于成形采用圓形進(jìn)口斷面經(jīng)橢圓斷 面過度到矩形斷面的肘管。 對(duì)于水電站，設(shè)計(jì)水頭為 米〈 150 米，為了防止高速水流的沖刷剝蝕，其尾水管的肘管內(nèi)需加鋼板襯砌，為使鋼板便于成形采用圓形進(jìn)口斷面經(jīng)橢圓斷面過度到矩形斷面的肘管。其細(xì)部可參考，〈〈水力機(jī)械〉〉圖 438。 (3)出口擴(kuò)散段 出口擴(kuò)散段是一水平放置斷面為矩形的擴(kuò)散管，其出口寬度一般與肘管出 口寬度相等，其頂板向上傾斜，仰角α =10 ~13oo，長(zhǎng)度 L3=LL1（ 23） D1；其底板呈水平。 當(dāng)出口寬度過大時(shí)，可按結(jié)構(gòu)要求加設(shè)中間支墩。 對(duì)本設(shè)計(jì)，由于出口寬度為 米，須加設(shè)支墩 。 尾水管的總高度 h 和總長(zhǎng)度 L 是影響尾水管性能的重要因素。 總高度 h 是由導(dǎo)葉底環(huán)平面到尾水管底板之間的垂直高度，由于肘管是尾水管中對(duì)能量影響最重要的部分，因而其尺寸應(yīng)當(dāng)由實(shí)驗(yàn)確定并不允許隨意更改， h1和 h2由轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)確定。 對(duì)本設(shè)計(jì)其取值分別為 h1= 米， h2= 米 所以增大尾水管高度時(shí)，主要是增大直錐管的高度 h3,增大尾水管的 h，對(duì)減小水力損失和提高 η w是有利的 .對(duì)混流式水輪機(jī)，尾水管中產(chǎn)生的真空渦帶在嚴(yán)重情況下不僅影響機(jī)組的運(yùn)行而且還會(huì)影響到尾水管引起機(jī)組和廠房的震動(dòng)，為了改善這一狀況也常采取增大尾水管高度 h 的辦法 ,但過分增大尾水管的高度，就會(huì)加深廠房的開挖，從而引起工程投資的增加。 根據(jù)試驗(yàn)一般可做如下選擇：對(duì)于比轉(zhuǎn)速高的混流式水輪機(jī)（ D1〈 D2）取h≥ D1,為了保證機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性不得低于 D1。 本設(shè)計(jì)中，由已知資 料知 h= 總長(zhǎng)度 L 是指從機(jī)組中心到尾水管出口的水平距離，增長(zhǎng) L 會(huì)使尾水管端面增大，從而可減少出口流速以提高 η w，但過分增長(zhǎng) L 會(huì)增大水力沿程損失和房尺寸，反而不利。因此通常取 L=（ ） D1。 本設(shè)計(jì)取為 L= 尾水管的示意圖下圖所示： 由推薦的尾水管尺寸知 : 尾水管的尺寸如表下表所示 : 參數(shù) 1D h L 5R 4D 4h 6h 1L 5h 5Z 1 ? 參數(shù) 4B a 6R 1a 7R 2a 8R 3D 3h 5Z ? 單位 :米 9 結(jié)構(gòu)計(jì)算 隧洞的結(jié)構(gòu)的計(jì)算 1． 隧洞部分： 隧洞洞徑： ? 隧洞內(nèi)水壓： 0H =調(diào)壓室最高涌波水位 —— 隧洞洞頂高程 222?? ? 隧洞內(nèi)水壓強(qiáng)度： P= wrgH ? ? ? 310 ? = 圍巖單位彈性抗力系數(shù)：31200 KgK cm? 2． 襯砌部分： 考慮到圓形有壓隧洞，采用雙筋混凝土襯砌技術(shù)成熟，結(jié)合有關(guān)工程事例，參照 《水電工程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》，《水利技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)匯編 .水利水電卷 .普通建筑物設(shè)計(jì)》，《水工設(shè)計(jì)手冊(cè) .水電站建筑物》，混泥土與鋼筋選行如下： 混泥土標(biāo)號(hào)： 250 號(hào) 彈性模 量 522 .8 5 1 0n KgE cm?? 軸心抗壓 aR 145?2Kgcm 彎曲抗壓 180wR ?2Kgcm 泊松比 ? ＝ 16 抗拉強(qiáng)度 lR ＝ 2Kgcm 抗裂 19fR?2Kgcm 設(shè)計(jì)抗拉安全系數(shù)： K? (特殊 鋼筋標(biāo)號(hào) : I級(jí)鋼筋 (3 號(hào) ) ? 鋼筋的彈性模量 gE ＝ ? 6102Kgcm 設(shè)計(jì)的強(qiáng)度 gR ＝ 28002Kgcm 彈性特征系數(shù) A＝ 000 .0 1 (1 )0 .0 1 (1 ) (1 2 )nnEKEK?????? ? ? ? : gh?????_____鋼筋混泥土結(jié)構(gòu) 混泥土的允許軸向拉力 gh?????＝ ffRK ( 2Kgcm ) ? ? 2Kgcm 其中 :鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗裂安全系數(shù) fK ＝ g?????鋼筋的允許應(yīng)力 g?????ggRK? ( 2Kgcm ) ? ( 2Kgcm ) 1931? ( 2Kgcm ) 其中 :鋼筋混泥土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度安全系數(shù) ? : gi?襯砌內(nèi)圈的鋼筋應(yīng)力 (2Kgcm) g? 襯砌外圈的鋼筋應(yīng)力 (2Kgcm) if 內(nèi)圈鋼筋的斷面面積 ( 2cm ) f 外鋼筋的斷面面積 ( 2cm ) F 襯砌橫截面的面積 rF 襯砌橫截面的折算面積 rF =F + 2()g inE f f cmE ? h 襯砌的有效厚度 cm a 內(nèi)外圈鋼筋的保護(hù)層厚度 (cm) 1. 按混泥土襯砌未出現(xiàn)裂縫來計(jì)算 : 先只按照內(nèi)水壓作用計(jì)算 : 襯砌厚度： h＝ [][ 1][]ghi gh prA p?? ? ??=57cm 由于只考慮例如內(nèi)水壓 力 ,為安全起見 ,取 h＝ 65cm 2．荷載組合 : a. 水工建筑物 （ 1）正常的運(yùn)行情況 圍巖壓力 +襯砌的自重 +宣泄洪水時(shí)的內(nèi)水壓力 +外水壓力 （ 2）施工檢修情況 圍巖壓力 +襯砌的自重 +可能出現(xiàn)的最大的內(nèi)水壓力 （ 3）非常運(yùn)行的情況 圍巖壓力 +襯砌的自重 +宣泄洪水時(shí)的內(nèi)水壓力 +外水壓力 b．水利水電工程畢業(yè)設(shè)計(jì)指南 兩種情況：第一種情況，均勻的內(nèi)水壓力 +山巖壓力 +不均勻的內(nèi)水壓力+襯砌的自重 +山巖的彈性抗力。 第二種情況，均勻的內(nèi)水壓力 +不均勻的內(nèi)水壓力 +襯砌的自重 +山巖的彈性抗力 c水工壓力 隧洞結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)的原則（水工隧洞的設(shè)計(jì)的規(guī)范） 基本的荷載：圍巖的壓力 +襯砌的自重 +設(shè)計(jì)條件下的內(nèi)水壓力 +水錘壓力+圍巖抗力穩(wěn)定的襂流情況下的地下水壓力 特殊荷載：校核水位時(shí)的內(nèi)水壓力 +水錘壓力 +地下水壓力 +施工荷載 +灌漿壓力 +地震荷載。 參照相關(guān)的書籍最后選定的荷載的組合為： 圍巖垂直松動(dòng)壓力 ,襯砌自重 ,洞內(nèi)滿水而無(wú)水頭時(shí)的壓力 . 3．根據(jù)《有壓引水隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范》知 :在在上述荷載作用下 ,可采用彈性抗力為一固定規(guī)律變化 .利用結(jié)構(gòu)力學(xué)方法求解 . ⑴ .該 方法基本假定為 : ① 襯砌周圍介質(zhì)的特性以彈性抗力系數(shù)表示 。 ② 襯砌受力后 ,考慮圍巖的彈性抗力 ,而不計(jì)襯砌與圍巖的摩擦力 。 ③ 彈性抗力分布范圍 ,假定作用與中心角為 270 的部分襯砌上 . ⑵ .荷載作用的假定 : ① 荷載對(duì)稱與頂拱 ,垂直職工心線 。 ② 垂直和側(cè)向的圍巖松動(dòng)壓力按均勻分布考慮 。 ③ 襯砌自重沿襯砌中心線均勻分布 。 ④ 隧洞滿水而無(wú)水頭時(shí) ,水壓力的作用方向及外水壓力的作用方向 均與襯砌中心線直交 . 1） .圍巖松動(dòng)壓力 q : 假定圍巖松動(dòng)壓力分布在襯砌上部半圓上 ,各斷面上的彎矩與軸力按下式計(jì)算 : M＝ q? r? 0r [A? +B+Cn(1+? )] N=q? 0r [D? +E+ (1 )Fn ?? ] 式中 :? ＝ 20irr = 2 irnr? ?? ? ? ? n＝3 01 nEIr r k?=321inrr rkEI???????? q= yS ? 1? ? B 0 .0 2 2 .7 8 .5 4 .5? ? ? ? ?? nEI襯砌剛度 nEI 6 3 6 362 8 . 5 1 0 2 8 . 5 1 0 3 . 1 4 4 . 9 0 . 6 56 . 4 8 3 1 0 rh?? ? ? ? ? ? ? ??? 代入上式： n＝63 3 61 1 3 . 1 36 . 4 8 3 1 00 . 0 6 4 1 64 . 5 7 5 4 . 9 1 2 0 0 1 0 1 0???? ? ? ? ? 2） 斷面與垂直線成不同傾角 ? 的系數(shù)如下表所示，并求解各斷面 M， N值。 .襯砌自重 g 假定襯砌為等厚度 ,各斷面的彎矩和軸向力按下列公式計(jì)算 : ? ?? ?2 1111M gr A B nN gr C D n?? g為 21m 襯砌的重量 , 2 5 0 .6 5 1 6 .2 5g rc h? ? ? ? c? 為混凝土的容重， 1A 、 1B 、 1C 、 1D 為斷面與垂直線成不同傾角 ? 的系數(shù) , 3).洞內(nèi)滿水而無(wú)水頭時(shí)的水內(nèi)力； 根據(jù)公式 M＝ 2 22()wir r A B n? ? ? ? N＝ 2 22()wir C D n? ?? 其中 w? －水的容重 n－系數(shù) M＝ 2 2 2 2 21 0 4 .5 7 5 4 .2 5 ( 1 3 .1 3 ) 8 2 6 .3 6 ( 1 3 .1 3 )A B A B? ? ? ? ? ? ? ? N＝ 2 2 2 2 21 0 4 . 2 5 ( 1 3 . 1 3 ) 1 8 0 . 6 2 5 ( 1 3 . 1 3 )C D C D? ? ? ? ? ? ? 各種工況下的計(jì) 算結(jié)果 斷面 山巖壓力 襯砌自重 無(wú)水頭滿水壓力 M N M N M N 0?? 4??? 2??? 34??? 34??? 最后求得的鋼筋的面積 疊加結(jié)果 鋼筋的面積 ( 2cm ) M N if of 襯砌的內(nèi)、外層的鋼筋的面積按下列公式計(jì)算： 00( ) ( ) 22 [ ] ( )pi gN N h a Mf has += 邋 00( ) ( ) 22 [ ] ( )po gN N h a Mf has = 邋 式中： a－襯砌斷面中鋼筋保護(hù)層的厚度 0h －襯砌斷面的有效的高度，即 0h ＝ h－ a,h 為襯砌斷面的厚度 pN 內(nèi)水壓力作用下，在襯砌中產(chǎn)生的軸向作用