【正文】 限水錘 ? 由 1→ 0 負(fù)水錘 極限水錘 — ? 由 1→ 0 負(fù)水錘管道上彎點(diǎn)的富余水頭 隧洞的通氣設(shè)計(jì) 通氣和通氣設(shè)施是隧洞中不可缺少的重要組成部分。 正常蓄水位時，將 L=， max /V m s? ,g=,H0=76m, Ts=（ ）計(jì)算得， 1 ? ? ， ? ? 。若管道末端 A點(diǎn)的最大水錘為 Am? 和 Am? ，則任意點(diǎn) P 的最大水錘 maxPAmlL??? （ ） 第 15 頁，共 50 頁 和maxPAmlL??? （ ） 式中： Am? —— A點(diǎn)水錘相對壓強(qiáng)； maxP? —— P點(diǎn)正水錘相對壓強(qiáng)； maxP? —— P點(diǎn)負(fù)水錘相對壓強(qiáng)。由此可知，引水壓力管道中將發(fā)生極限水錘。 對于水錘壓強(qiáng)的計(jì)算應(yīng)首先判別其發(fā)生的是何種類型的水錘，其判別式是： 第一相水錘 0 1??? ；極限水錘 0 1??? 上述判別式中： ? —— 水錘常數(shù)， max02cVgH?? ； 0? —— 起始開度； C—— 管道中的波速，取 1200m/s； maxV —— 管道中的最大流速； g—— 重力加速度，取 ； H0—— 初始水頭，取 76m。 進(jìn)行水錘計(jì)算，最重要的是求出最大值。 負(fù)水錘計(jì)算主要目的是推求管道彎 點(diǎn)富余水頭，檢查產(chǎn)生負(fù)壓的可能性。考慮丟棄全負(fù)荷，即水輪機(jī)開度有 1 變?yōu)?0。 水錘計(jì)算 水錘計(jì)算分兩種情況 進(jìn)行：正水錘計(jì)算和負(fù)水錘計(jì)算。需要指出的是，在長隧洞設(shè)計(jì)中，若水頭損失計(jì)算參數(shù)取值不準(zhǔn)，對壓坡線計(jì)算影響較大，應(yīng)予以注意。為安全計(jì)，規(guī)定最低壓坡線應(yīng)高于洞頂 2m。結(jié)果見附圖 BS— 1。 水頭損失可按下列公式計(jì)算： 對于局部水頭損失： 22jivh g?? （ ） 式中： jh —— 局部水頭損失， m； i? —— 局部水頭損失系數(shù)； v —— 發(fā)生局部水頭損失以后（或以前）的斷面平均流速， m/s； g—— 重力加速度， 對于沿程水頭損失： 22f lvh dg?? （ ） 式中： fh —— 沿程水頭損失， m； 第 13 頁，共 50 頁 ? —— 沿程水頭損失系數(shù)，可用公式 22/38( / 4)gnd??解得， n 取； l —— 沿程長度， m； v—— 管道中的斷面平均流速， m/s； d—— 管道直徑， m； g—— 重力加速度，取 。對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)， 初步計(jì)算襯砌厚度為 。 5）按照初步總體設(shè)計(jì) ，引水口底版高程為 。相應(yīng)的上游為最低水位。 3）在計(jì)算調(diào)壓室的最高和最低涌波以及進(jìn)行壓力管道內(nèi)的水錘計(jì)算時 ,要計(jì)算電站的開機(jī)與關(guān)機(jī)的條件： ○1 ,負(fù)荷由 100%→ 0，引水道內(nèi)流量由 Q max→ 0，相應(yīng)的上游應(yīng)為最高水位。 第 12 頁，共 50 頁 第 5 章 隧洞水力設(shè)計(jì) 水力學(xué)計(jì)算原則及計(jì)算假定 1）執(zhí)行《水利水電工程技術(shù)設(shè)計(jì)階段引水式水電站水道水力學(xué)計(jì)算大綱范本》規(guī)定。進(jìn)水塔基礎(chǔ)潛入基巖 3m，以利用四周的圍巖支撐作用，來增加塔體的穩(wěn)定。側(cè)面擴(kuò)散角以 68為宜。 如圖 5所示， 11斷面為漸變段與閘門銜接面， 33斷面為漸變段與隧洞銜接面。 在閘門之后設(shè)置一個 矩形斷面過渡到圓形斷面的漸變段。檢修閘門和工作閘門的啟閉由卷揚(yáng)機(jī)完成。設(shè)置事故閘門和檢 修門，其尺寸為 7m 7m，均為平板閘門。喇叭口尺寸為寬 高 =4m 12m,三孔，如圖 4 所示。 第 10 頁，共 50 頁 喇叭口的頂板曲線和邊墻通常采用橢圓曲線，其方程為： 22221xyab?? 式中： a為橢圓長半軸，對于頂板曲線約等于閘門處的孔口高度 H，對于邊墻曲線 約等于閘門處的孔口寬度 B； b 為 橢圓短半軸，對于頂板曲線約為 H/3，對于邊墻曲線約為（ 1/5 1/3） B。 進(jìn)水口的輪廓尺寸及線型設(shè)計(jì)，須盡可能保證最優(yōu)的水流條件，盡可能減少水頭損失，在閘門前設(shè)置矩形喇叭型進(jìn)口。進(jìn)水口的輪廓應(yīng)能光滑地連接著三個斷面，使得水流平順，流速變化均勻，水流與四周側(cè)壁之間無負(fù)壓及渦流。在攔污柵前后埋設(shè)水位計(jì)，運(yùn)行過程中可隨時了解攔污柵的污物堵塞情況，及時清污以保證電站的正常運(yùn)行?？紤]到庫水位漲落幅度大，且上游人畜分布密集，汛期污物排放量大，采用清污機(jī)清污的方式。無排沙排污設(shè)施。 綜上所述，同時考慮在進(jìn)水口底坎高于淤沙高程的原則下，初選進(jìn)水口高程為 。 代入計(jì)算有 crS =。根據(jù)已建工程的原型觀測分析表明，不出現(xiàn)吸氣漩渦的臨界淹沒深度可按下面的戈登（ ）經(jīng)驗(yàn)公式估算。 進(jìn)水口體型設(shè)計(jì) 第 9 頁，共 50 頁 進(jìn)口高程選擇 有壓進(jìn)水口應(yīng)低于水庫運(yùn)行中可能出現(xiàn)的最低水位（死水位），并有一定的淹沒深度，以避免出現(xiàn)漏斗狀吸氣漩渦，并防止有壓引水隧洞內(nèi)出現(xiàn)負(fù)壓， 同時有壓進(jìn)水口的底部高程應(yīng)高于設(shè)計(jì)淤泥高程。但結(jié)構(gòu)的抗震性能相對較差，鑒于國內(nèi)其他已建工程的經(jīng)驗(yàn)，綜合權(quán)衡，選定進(jìn)水口的布置型式為圖 3 所示。與圖 2相比較，開挖工程量小，塔基可置于上 震旦系南沱組（ zbn）頁巖上。進(jìn)水塔置于震旦系南沱組（ zbn）頁巖上，高邊坡處理工程量大，若處理不還對今后的工程運(yùn)行將產(chǎn)生極為不利的影響?？傊?，整個布置不緊湊。此布置方式開挖工程量較小，邊坡開挖高度也不大。 第 4 章 進(jìn)水口設(shè)計(jì) 進(jìn)水口布置設(shè)計(jì) 電站進(jìn)水口為深式 進(jìn)水口，受地形及斷層的限制，進(jìn)水口布置只能在小范圍內(nèi)選擇，以下對進(jìn)水口布置型式進(jìn)行三種方案 的比較。 除去壩內(nèi)埋管段，初步取隧洞縱坡 i=1%。根據(jù)工程的特點(diǎn)，用綜合分析法分析：根據(jù)各隧洞斷面尺寸方案的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)指標(biāo)的優(yōu)劣程度，進(jìn)行綜合分析而確定方案。隧洞長達(dá) 377m，其投資占整個工程投資的比重比較大。便于采用鉆巖機(jī)開挖，加快施工進(jìn)度；水力特性好，同樣的斷面，具有最大的過水能力； 有內(nèi)外壓力作用下，受力條件最好。進(jìn)出口和漸變段等洞段可采用方形或矩形。應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇。 (3) 從圍巖受力條件考慮，曲線形邊界受力條件較好，直墻式受力條件較差。在高地應(yīng)力地區(qū)的隧洞，斷面高寬比，應(yīng)與地應(yīng)力條件相適應(yīng)。 有壓隧洞的過水能力僅取決于洞全長的水頭損失 ,而與洞的縱坡無關(guān) ,與洞的埋深即洞在上游水位下的深度無關(guān) .通常，為了見效隧洞的內(nèi)水壓力荷載值 ,有壓隧洞洞線應(yīng)盡量抬高 ,但是必須保證在任何工作條件下，或 非恒定流的情況 ,洞頂處的水壓力值不得小于~. (2) 地質(zhì)和地應(yīng)力條件，主要涉及圍巖穩(wěn)定問題。 (1)有壓隧洞多采用圓形斷面，地質(zhì)條件差時宜選用圓形或者馬蹄形；無壓隧洞宜采用圓拱直墻斷面。 隧洞斷面尺寸選擇 形狀與尺寸選擇原則 隧洞斷面形狀選擇應(yīng)考慮的主要因素有：隧洞流態(tài)、流速、地質(zhì)條件、地應(yīng)力情況、圍巖加固形式及施工方法等。； D —— 圍巖覆蓋厚度。 隧洞圍巖的覆蓋厚度 隧洞圍巖的最小覆蓋厚度 水輪機(jī)蝸殼軸線高程為 ，進(jìn)水口高程為 ，死水位 按照抗抬理論規(guī)定，不襯砌有壓隧洞的最小覆蓋厚度，一般按洞內(nèi)靜水壓力小于洞頂以上圍巖重量的要求確定 (圖 1)。每次轉(zhuǎn)彎半徑均為 32m。由于 最大 引用流量為 ，為了降低洞內(nèi)流速，減少水 頭損失， 避免設(shè)置調(diào)壓井 ，降低工程造價 ，加快施工進(jìn)度，電站采用 單管 集中 方式供水 ，壓力鋼管之后設(shè)置分叉管，并在每臺機(jī)組之前設(shè)置事故閥門，以保證任意一臺機(jī)組檢修或發(fā)生事故時不致影響其他機(jī)組運(yùn)行。 根據(jù)樞紐總體布置，在左岸山體 處布置電站引水隧洞進(jìn)水口。 第 4 頁，共 50 頁 第 3 章 隧洞布置與洞徑復(fù)核與優(yōu)化 隧洞布置 根據(jù)地形地質(zhì)條件結(jié)合樞紐總體布置， 引水系統(tǒng)布置在左岸山體內(nèi)，由進(jìn)水口、引水隧洞以及壓力管道組成。 水位及引用流量 (1) 水庫水位 水庫正常蓄水位： ； 水庫死水位 (最低 )： ； (2) 引用流量 本引水系統(tǒng) 最大 引用流量 ； (3) 特征水頭 第 3 頁，共 50 頁 設(shè)計(jì)水頭 （計(jì)算水頭） ； 最大水頭 ； 最小水頭 ； 加權(quán)平均水頭 ； 壩趾高程為： 。壩基弱風(fēng)化巖體除個別頁巖層及特殊構(gòu)造帶濕抗壓強(qiáng)度小于 25MPa外 ,其余均大于 50MPa， 均能滿足強(qiáng)度要求。 地形地質(zhì)條件優(yōu)越，淹沒損失較小 ，壩址區(qū)為橫向谷，壩段長 550m，河道平直，河道流向 S50oE，河底高程 155~1556m，比降 %河谷呈“ V”形，兩岸地形基本對稱，右岸坡稍內(nèi)凹，在壩頂高程 30o~70o，坡面較平整，以上為 40o~60o，坡面起伏較大，并有坡壁相間，局部還有小陡壁，壩頂以上坡度為 40o~50o。流域多年平均降水量 ,而 5— 10 月的汛期降水量達(dá) ，占全年降水的%。 工程地質(zhì)水文資料 本隧洞區(qū) 屬 亞熱帶高原季風(fēng)氣候區(qū)，雨量充沛，年平均降雨量在 1100 毫米左右，流域面積廣闊，水資源、礦產(chǎn)資源、植物資源十分豐富。 第 2 頁，共 50 頁 第 2 章 設(shè)計(jì)基本資料 綜合利用要求 柴石灘水庫具有灌溉、發(fā)電、防洪、工業(yè)用水及生態(tài)環(huán)境保護(hù)等綜合效益。充分考慮隧洞沿線的復(fù)雜地質(zhì)條件，特別是不良地質(zhì)洞段，針對不同地質(zhì)條件，作出合理的設(shè)計(jì)。但因隧洞穿越地層多，沿線工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件復(fù)雜，且不易搞清。設(shè)計(jì)內(nèi)容，包含設(shè)計(jì)參數(shù)選擇、隧洞總體設(shè)計(jì)、水力設(shè)計(jì)、一次支護(hù)設(shè)計(jì)、不良地質(zhì)洞段處理、細(xì)部設(shè)計(jì) 、施工技術(shù)要求 及其他輔助設(shè)施設(shè)計(jì)。 柴石灘水庫混凝土面板堆石壩是目前我國在建的 100m 以上高面板壩之一 。引水隧洞長 377m，洞徑 ，底坡 i=。 引水發(fā)電隧洞布置在大壩左岸山體內(nèi)，主副廠房及升壓站布置在大壩左岸下游壩腳處。 。 ，左岸坡 35176。 壩址 河谷呈 V形，兩岸地形基本對稱，在壩頂高程以下，右岸山坡坡度 30176。水庫正常蓄水位 ，總庫容 億 m3 ，有效庫容 m3 ，為多年調(diào)節(jié)水庫?；炷撩姘宥咽瘔?，最大壩高 103m，壩頂長 。第 1 頁，共 50 頁 第 1 章 引 言 工程概況 柴石灘水庫位于中國云南省昆明市宜良縣境內(nèi)，是珠江流域規(guī)劃中南盤江中下游梯級的龍頭水庫，距昆明市 84km、距宜良縣 28km。水庫控制流域面積 4556km2 。壩址處多年平均流量 /s，年徑流量 m3 。壩后式電廠，裝機(jī)容量 320 萬 kW，最大引用流量 /s，設(shè)計(jì)水頭 。 ～37176。 ～ 37176。壩段基巖主要為砂巖、頁巖、礫巖、白云巖等。引水發(fā)電系統(tǒng)的主要建筑物包括：進(jìn)口明渠、進(jìn)水塔、隧洞、岔道、主副廠房及升壓站等。地震基本烈度 度。 設(shè)計(jì)范圍 本設(shè)計(jì)范圍，包含從隧洞進(jìn)口開始到壓力鋼管末端處 止 。 設(shè)計(jì)主要思想 設(shè)定本引水隧洞埋深較大，所經(jīng)過的大部分地段圍巖地質(zhì)條件較好。目前地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論尚不完善，要用多種理論和方法進(jìn)行分析計(jì)算。設(shè)計(jì)中應(yīng)詳細(xì)地對各種條件下的圍巖穩(wěn)定進(jìn)行分析，注重圍巖的加固，采用新奧法 (NATM 法 )施工，充分發(fā)揮圍巖的承載能力，做到簡化襯砌結(jié)構(gòu)，加快施工進(jìn)度，縮短工期，降低工程造價。 工程等級與建筑物級別 本工程水庫總庫容 億 m3，裝機(jī)容量 3 20 萬 kw，按《水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)》 (DJ1802022)規(guī)定，樞紐工程等別為Ⅱ 等，工程規(guī)模為大（ 2）型，發(fā)電 (或引水 )隧洞為本工程之主要建筑物，應(yīng)按 2級建筑物設(shè)計(jì)。冬暖夏涼，干濕季節(jié)分明的特點(diǎn)。流域多年平均徑流深 ,年徑流系數(shù)為 。壩區(qū)的地層有前震旦系牛頭山組（ Ptn）、上震旦系南沱組（ Zbn）、陡山組（ Zdb）和燈影組（ Zdbn）為一套以碎屑巖為主和上部碳酸鹽巖沉積巖系 , 壩基大部分置于 Ptn 、 Zbn、 Zdb 和 和Zdbn 厚達(dá)數(shù)百米的石英砂巖、冰積礫巖、粉砂巖、頁巖及硅質(zhì)白云巖之上， , 兩壩肩局部置于 Zdbn 粘板巖、砂質(zhì)白云巖上。壩基河床沖積層厚 5~8 m，為砂卵石及漂石 。 地震烈度 (1) 基本地震烈度： ； (2) 設(shè)計(jì)地震烈度 ： 。引水系統(tǒng)軸線按垂直、側(cè)向埋深符合規(guī)范要求的條件下，力求是軸線最短的原則確定。進(jìn)水口底版高程根據(jù)水庫 的死水位以及淹沒深度、泥沙淤積等確定為 。 引水隧洞從控制點(diǎn) A1 開始，與壩軸線成 90 角延伸到控制點(diǎn) A2，然后右轉(zhuǎn) 60 角，繼續(xù)向前延伸到控制點(diǎn) B1。詳見平面布置圖。 全、強(qiáng)風(fēng)化層不襯砌壓力隧洞圖1 壓力隧洞圍巖覆蓋厚度 即 D? P?w K /(?Rcosα) () 式中： ?R —— 巖體的重度， ?R =ρg= =25506 N/m3； ?w—— 水的重度， ?w=9800 N/m3 K —— 安全系數(shù)，取 ； P —— 內(nèi)水壓力，