【正文】 25176。2）挑流鼻坎反弧半徑的尺寸確定反弧半徑對(duì)水流的銜接和挑距都有一定的影響，當(dāng)反弧半徑過(guò)小時(shí)，水流將產(chǎn)生過(guò)大的離心慣性水頭，使挑距減小，甚至形成跌水，一般情況下，采用下面的公式進(jìn)行計(jì)算： R= （8—10） [2] （46） 式中——校核洪水位閘門全開(kāi)的時(shí)候鼻坎末端處的水深。 = [2] （47） 式中：q ——鼻坎前沿處單寬流量 H ——堰上水深，相當(dāng)于閘底板處水深。 P ——堰頂與下游河床的高差，此處相當(dāng)于閘室底板高程與下游河床的高 Z——坎頂與出口地面的高差 流速系數(shù)： [2] （48） [2] （49） ——堰頂與坎頂?shù)母卟?，相?dāng)于閘室底板與坎頂?shù)母卟睢? ——益流區(qū)的水平投影。根據(jù)本工程的具體情況初步擬訂的挑流消能段采用擴(kuò)散的形式。選定的擴(kuò)散的坡度為1：8，下泄量為為530 m3/s,則單寬流量q= /B =530/ = m3/(sm)。閘室底板處水深H=8m.在保證自由挑流的前提下，隧洞出口鼻坎高程不低于下游最高水位。根據(jù)上述條件，計(jì)算參數(shù)如下：洞出口與地面的高差：Z == m閘室底板與坎頂?shù)母卟睿?= m 溢流區(qū)的水平投影為 ：300~350m,本設(shè)計(jì)取330m = = = = = = = m 但是由于 R= （8—10） ，現(xiàn)在選取R=8，則 R=8 =8 = m 。3）反弧中心角的確定 反弧段與前面段坡段相切，由tan = 1/8,得 =176。 + =+25176。=25176。+176。=176。圖34消能段布置圖 4）挑距的計(jì)算 挑距的計(jì)算公式為： L=1/g [V12sincos+V1cos] [2] (410) 式中：——為挑射角，=25176。 V1 ——壩頂水面流速。m/s； h1 ——壩頂垂直方向水深m； h2 ——壩頂至地面的高差 m 。 庫(kù)水位與挑流坎坎頂?shù)母卟睿篐0 = = m,流速系數(shù)=： V = = = m/s壩頂水面流速為 V1 === 坎頂平均水深 h =520/(10) = m,坎頂垂直水流方向水深。 h1 =hcos =cos25176。= m 坎頂至地面的高差： h2 = = m 將上述各值代入到公式（1—10）得： L=1/g [V12sincos+V1cos] =1/[ +] = m5）沖坑深度沖刷坑深度取決于水流的沖刷能力和河流的抗沖能力。沖坑系數(shù)的選定：堅(jiān)硬完整的巖石 k=~ ，堅(jiān)硬但完整性較差的巖石k=~，軟弱破碎，裂隙發(fā)育的巖石k=~.沖坑深度按下式進(jìn)行計(jì)算: = –t [2] (411) 式中：α——沖坑系數(shù)。 q ——單寬流量 q =520/ =(sm) H ——上下游水位差 H = = m t ——下游水深 t = m 則： =13= m6）校核坑深 因?yàn)樵谛：怂幌略O(shè)計(jì)的挑射距離 L = ＞== m所以滿足要求。 第五章 水力計(jì)算隧洞的總體布置和各段尺寸擬定以后，應(yīng)該對(duì)隧洞進(jìn)行必要的水力計(jì)算，以驗(yàn)證隧洞總體布置形式和尺寸的合理性。隧洞水力計(jì)算的任務(wù)有：驗(yàn)算隧洞的過(guò)流能力，計(jì)算隧洞的導(dǎo)流、泄洪過(guò)程曲線，計(jì)算水面線驗(yàn)算隧洞的凈空尺寸以及隧洞的消能計(jì)算。通過(guò)隧洞的水力計(jì)算，完成對(duì)隧洞總體布置形式和尺寸的驗(yàn)算，確定其合理性，對(duì)不滿足要求的形式和尺寸做出修改意見(jiàn)；并重新進(jìn)行水力計(jì)算，直至滿足要求，本設(shè)計(jì)由于時(shí)間所限，對(duì)不合理尺寸僅提出修改意見(jiàn)，不再進(jìn)行重復(fù)的水力計(jì)算。 隧洞的過(guò)流能力的大小取決于控制斷面，在設(shè)計(jì)洪水和校核洪水的情況下控制斷面為有壓段未斷面，即工作閘門處斷面。隧洞無(wú)壓段底坡為陡坡（i＞），泄流能力不受洞長(zhǎng)的影響，按短洞工作者考慮，并且e/h≤，因此此處采用的有壓管孔流公式進(jìn)行計(jì)算。 [2] （51）式中：u—流量系數(shù)見(jiàn)表（32） W—隧洞出口的斷面面積； To—上游水面與隧洞出口底板高程差T及上游行近流速水頭之和，一般可認(rèn)為To≈T； Hp—隧洞出口斷面平均單位勢(shì)能，hp=+/r；其中 a—出口斷面洞高：/r為下出口斷面平均單位壓能，為改善出口斷面與下游邊界的銜接條件，使出口斷面負(fù)壓得以消除，可取/r=。本工程即為此種情況hp=+=a。式（51）中的流量小數(shù)u，可由式（52）計(jì)算。 [2] （52）式中：w—隧洞出口斷面面積，—某一局部能量損失系數(shù)，與之相應(yīng)的流速所在的斷面為（根號(hào)內(nèi)第二項(xiàng)中的）；Li—隧洞某一段的長(zhǎng)度，與之相應(yīng)的斷面的面積，水力半徑和謝齊系數(shù)分別為（指根號(hào)內(nèi)第三項(xiàng)中的），和。根號(hào)內(nèi)的第二項(xiàng)的求和，包括由隧洞進(jìn)口上游的漸變流斷面開(kāi)始至隧洞出口斷面之間的全部局部能量損失系數(shù)（不包括出口能量損失系數(shù)），由于本設(shè)計(jì)隧洞為短管洞，不考慮沿積水頭損失，即公式根號(hào)內(nèi)的第三項(xiàng)為0，即 [2] （53）出現(xiàn)水頭損的部位有：（1）入口處（2）攔污柵處（3）前漸變段（4）后漸變段（5）門槽。（1）隧洞設(shè)計(jì)為嗽叭口進(jìn)水口，其局損系數(shù) =（2）攔污柵的柵片截面形狀為矩形，截面寬S在（8～12mm）內(nèi)，設(shè)計(jì)取S=10mm，柵片間距b在5cm～20cm，設(shè)計(jì)取b=10cm，欄污柵處水頭損失系數(shù)由公式： [2] （54）式中：β—柵片形狀系數(shù)，取β=；S—柵條寬度，S=；b—柵條間距，b=10cm；—柵面傾角，=。計(jì)算得： （3）閘門后漸變段為由矩形漸變?yōu)閳A形，水頭損失系數(shù) =；（4）出口漸變段為由圓形漸變?yōu)榫匦?，水頭損失系數(shù) =；（5）檢修閘門門槽水頭損失系數(shù)取 =。表21 流量系數(shù)計(jì)算表參數(shù)部位入口攔污柵Sin =漸變段（1）漸變段（2）門槽23 =設(shè)計(jì)洪水情況下，過(guò)流能力驗(yàn)算的條件：庫(kù)水位位于設(shè)計(jì)洪水位，即▽庫(kù)=▽設(shè)=，閘門開(kāi)度按全開(kāi)計(jì)算。= = ＜=520 未能滿足設(shè)計(jì)要求，尺寸偏小，分析其原因是在初設(shè)尺寸時(shí)采用的流量系數(shù)偏大，可采取加大隧洞尺寸的措施來(lái)解決。校核情況下，過(guò)流能力驗(yàn)算的前提條件是：庫(kù)水位位于校核供水位，即▽庫(kù)=▽標(biāo)=。閘門開(kāi)度為全開(kāi)的工況，仍采用公式（51），計(jì)算得： = = ＜=530 通過(guò)以上驗(yàn)算，隧洞的尺寸偏小，其原因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)時(shí)采用的流量系數(shù)偏大，Ⅲ采取加大洞身尺寸的辦法來(lái)解決，但由于時(shí)間所限，本設(shè)計(jì)不再進(jìn)行重新計(jì)算。隧洞在泄洪過(guò)程中，確定水面線的形式及位置，在工程實(shí)踐中具有十分重要的意義，從水面線中可以查出最大水深，明確隧洞中水面位置從而校核凈空尺寸能否滿足要求，斷面尺寸是否合理。水面線的計(jì)算的目的是確定最高水面線，因此，以校核洪水情況做為計(jì)算工況，庫(kù)內(nèi)水位為校核洪水位不變。閘門情況采用閘門全開(kāi)工況。正常水深的計(jì)算 [1] （55）式中：b—底寬；n—隧洞的糙率，；k—由參考文獻(xiàn)[2]上冊(cè)附圖Ⅱ查得：ho/b=，ho=8=： [2] （56）式中：q—隧洞的單寬流量m3/（），—?jiǎng)幽苄拚禂?shù)，可近似取為1； g —重力加速度；== m因h0＜，＞，低于臨界水深，因此水面曲線的類型為C2型，水面曲線的計(jì)算采用分段求和法，就是把非均勻流分成若干段，利用能量方程由控制水深的一端逐段向另一端推算，最后將各斷面求得的水深邊起來(lái)就得水面曲線，計(jì)算的基本公式為：公式采用： =hf [2] （57）式中：Es—斷面比能 Es=h+ hf—沿程水頭損失：式（57）中，具有下標(biāo)i和i+1的量，分別表示計(jì)算流段的下游斷面和上游斷面的水力要素：各計(jì)算公式為 C= v=Q/A已知，h1=，令hs=，求兩斷面之間的距離s，將已知數(shù)值代入上列各公式中，分別求得： = = m其余各流段的試算方法完全相同，為清晰可見(jiàn)，采用列表法進(jìn)行，見(jiàn)表（51）深孔閘后洞內(nèi)無(wú)壓流的流速很大，一般都要考慮時(shí)因水流摻氣而增加的水深，以得設(shè)計(jì)隧洞的高度。隧洞摻氣水流不同于溢流壩和陡槽的摻氣水流，其特點(diǎn)是隧洞的底坡較緩，水深較大，沿程雍高。矩形過(guò)水?dāng)嗝嫠矶磽綒馑鞴浪愎綖? lg [2] （58）式中: ha—摻氣后的水深；H、v、R—分別為未摻氣水流的水深，流速和水力半徑； △—表面的絕對(duì)相糙度，對(duì)于混凝土可近似取△≈。對(duì)其計(jì)算仍采用列表方式，見(jiàn)表（51）通過(guò)水面線的計(jì)算，可知水面線最高處小于8m，原設(shè)計(jì)的洞身高度偏小，現(xiàn)對(duì)其尺寸做如下修改，見(jiàn)圖36。 圖36隧洞修改尺寸圖＞凈空面積的計(jì)算： m2 m2 ＞15%故滿足凈空面積的要求。h(m)A(m2)X(m)R(m)(m)CV10233317456789108482211 表51水面線的計(jì)算表 第六章 無(wú)壓洞段結(jié)構(gòu)計(jì)算位移法求解節(jié)點(diǎn)位移的原理是：先將節(jié)點(diǎn)固定（加剛臂），按兩端固定構(gòu)件計(jì)算各桿端載常數(shù)，計(jì)算形常數(shù)，求出以節(jié)點(diǎn)位移表示的各桿端內(nèi)力：彎矩和推力；然后再放松節(jié)點(diǎn)（解除剛臂），按照節(jié)點(diǎn)平衡原則求出在不平衡桿端內(nèi)力作用下的節(jié)點(diǎn)位移，節(jié)點(diǎn)位移求出后，即可進(jìn)一步求出桿端內(nèi)力及結(jié)構(gòu)內(nèi)力。 無(wú)壓洞段襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖，取為襯砌的厚度中線位置，如圖61。 圖6—1無(wú)壓洞計(jì)算簡(jiǎn)圖作用在隧洞襯砌上的荷載有：山巖壓力，內(nèi)水壓力，外水壓力，襯砌自重及灌漿壓力，溫度荷載，地震力和施工荷載等。其中，灌漿壓力（預(yù)應(yīng)力襯砌除外）屬于施工期臨時(shí)荷載，僅當(dāng)數(shù)值很大時(shí)有必要驗(yàn)算：溫度荷載及混凝土干縮，膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力，主要由工程和構(gòu)造措施來(lái)消除：隧洞深埋于圍巖內(nèi)，受地震影響小，洞身襯砌計(jì)算時(shí)一般可不考慮地震的影響，施工荷載與施工檢修過(guò)程中機(jī)械力有關(guān)，此外不做討論。隧洞外水壓力計(jì)算較為復(fù)雜，且為了安全起見(jiàn)，不計(jì)外水壓力作用；綜上所述，隧洞襯砌計(jì)算所考慮的荷載有：山巖壓力，襯砌自重，內(nèi)水壓力。隧洞混凝土襯砌是封閉結(jié)構(gòu)，屬于內(nèi)力超靜定，采用位移法應(yīng)首先確定多余未知量，由于結(jié)構(gòu)及其所受荷載左右對(duì)稱