【正文】 為隧道計算點高程與死水位高程之差與動水壓力之和，第 5 頁，共 50 頁 取 P=1605— ▽ +α0 2/(2g)，隧洞水流速取 =， α0=， P=— ▽ ； α—— 山邊坡角，因引水隧洞基本與河道平行，故取 0176。 代入計算有 D≥ 1）洞身前端與 進口 漸變段銜接處 P=， 按式（ 31）有 D= m； 2)洞身斜井段 P=▽ ， 3)洞身平洞段， P==。應綜合考慮，并通過技術經濟比較確定。流速大小對斷面形態(tài)有重要影響，流速控制流速水頭損失，按引水要求采用 。地質條件差時，選用大斷面，圍巖穩(wěn)定可能無保障，這時需要選用兩條或兩條以上小斷面隧洞代替。若水平地應力大于垂直地應力時，可采用高 度小而寬度較大的斷面；若垂直地應力大于水平地應力時，可采用高度大而寬度小的斷面。對施工而言，直墻、平底有利于開挖出渣和襯砌。 橫斷面選擇 一般情況下，有壓水工隧洞橫斷面形狀宜選用圓形或馬蹄形，在地質條件差時，更第 6 頁，共 50 頁 是如此。 本工程采用有壓隧洞引水，地質條件一般，側向應力不大，采用圓形斷面。 隧洞橫斷面尺寸的經濟比較 隧洞橫斷面尺寸的確定，關系到隧洞的造價和工程效益。因此，用動能經濟分析來確定其斷面尺寸。 首先由動能經濟計算初步確定隧洞斷面尺寸，所用公式和計算成果如下： 1) 彭德舒公式 max7 H? () 代入計算有 D= 2) 經驗公式 QDH? () 或 ? () 代入計算分別有 D = 以及 D = 3) 理論計算公式 1 / 3 1 / 3 1 / n Q L? () 代入計算得 D= 由此初步確定斷面直徑為 ，對應的流速為 ? =按隧洞整體取值，初步取 ? =，此時計算斷面為 D = 隧洞縱坡設計 隧洞縱坡設計中主要考慮了以下因素： (1) 隧洞進出口滿足進出口水力學要求； (2) 隧洞縱坡應滿足施工 要求，底坡控制在 %~1%以內，便于施工期和檢修期排水及施工機械運行； 第 7 頁，共 50 頁 (3) 隧洞縱坡不宜在隧洞中部向上凸，以免中部壓坡線不滿足要求； (4) 隧洞進口高程 ，出口 (末端 )高程 。其中靠近壩內管段，因斷裂破碎帶發(fā)育，采用斜井，坡度為 1:，轉向平洞段轉彎半徑為 32m。 圖 1 中采用攔污柵與豎井分設的布置型式，其間用交通橋相接。但攔污柵塔結構抗震性能差；還需在攔污柵與豎井間，豎井與公路間設交通橋，為滿足運輸要求，交通橋建筑級別較高。 第 8 頁，共 50 頁 圖 2 中的布置方式，整體穩(wěn)定及抗震性能最好，開挖工程量最大，同時不可避免的存在高邊坡的處理問題。 圖 3 中采用攔污柵塔與閘門井相結合的布置型式，整體性好， 可避免高邊坡處理問題。巖石完整，地基承載能力滿足進水塔基礎承載力的要求。但必須對進水塔結構作詳細的動力分析，進一步論證進水塔的抗震性能，同時還需采取相應的抗震措施。 初步設計確定的水庫死水位為 ，進水口高程適當?shù)鸵恍?，在特殊干旱年份可利用水量就會多些? crS cv d? () 式中： d—— 閘門孔口高度，取 ； v—— 閘門斷面的水流速度，取 v=； crS —— 閘門門頂?shù)陀谧畹退坏呐R界淹沒深度（ m）； C—— 經驗系數(shù)， C= ，取 。為便于計算及安全考慮，取臨界淹沒深度 crS =。 攔污柵布置 柴石灘水庫 多年平均輸沙量為 60萬 M3，水庫運行按 100年考慮設計 ，泥沙淤積總量為 6000萬 M3。其引水道進口污物的清除，對于電站的安全運行尤為重要。攔污柵布置 3 孔，每孔寬 4m，高 12m，控制過柵流速，減小水頭損失。 進水口輪廓尺寸的選定 進水口 的輪廓尺寸主要取決于三個控制斷面的尺寸，即攔污柵斷面、閘門孔口斷面和隧 洞斷面。 電站設計水頭 ，屬中低水頭電站，水頭損失對電站出力影響較為明顯。喇叭形進口在垂直面上系由一 1/4的橢圓曲線組成。 但考慮到進水口整個面積較大，攔污柵啟閉困難喇叭口分為 3 孔，頂部方程為 22112 6xy??；后部收縮段的兩側曲線設計為兩圓弧相切的曲線，圓弧半徑為R1=， R2=。為保證電站安全運行及遇到突然事故時，能及時截斷水流，以應付突發(fā)事故及檢修的 需要。工作閘門后井壁上設兩個 1m 1m的通氣孔至塔頂，外口設柵欄保護。進水塔靠近山體一側設交通橋與岸邊公路相連。漸變段的受力較為 不利，因此其設計應盡可能短些，其長度一般為隧洞直徑的 倍，現(xiàn)取長度為 16m。圓角半徑r可按直線規(guī)律漸變?yōu)樗矶窗霃?R， i=1:12。 第 11 頁，共 50 頁 工程處理措施 靠近進水塔的斷層，設計中采取回填混凝土塞，固結灌漿，加固這部分圍巖。塔基基底及側向圍巖接觸面打錨桿，山體的開挖回填部分用低標號混凝土回填，以增強進水塔的抗震性能。 2）根據(jù)建筑物的等級 ,確定洪水位的高程、下泄流量和相應的下游尾水位 ,作為設計的校核情況、設計情況分別進行計算。 ○2 Q p → Q max，即 Q p ＋ q＝ Q max。 4)引水系統(tǒng)水力計算選用糙率系數(shù)時 ,計算調壓室內最高涌波時取小值 ,計算最低涌波取大值。 隧洞壓坡線計算 水頭損失計算 壓力引水隧洞分首 端漸變段、標準圓形段、末端漸變段、壓力鋼管段，其中標準圓形段又分上彎管段、平洞段；平洞段底坡為 1%。 末端漸變段后為壓力鋼管，管壁厚度為 11mm， 鋼管外回填混凝土厚 。 計算成果匯總如下表 51 表 51 水頭損失計算成果表 類型 計算段 長度（ m） 水頭損失系數(shù) i? 水頭損失（ m） ?（ m） 局部水頭損失 進口漸變段 16 上斜第一弧面 上斜第二弧面 平面第一轉彎 末段漸變面 20 沿程水頭損失 斜井段 平洞段 壓力鋼管段 15 根據(jù)表 51，取引水隧洞總水頭損失 h? = 壓坡線的繪制 不計進水口水頭損失，直接從漸變段進口繪制。 （ 1） 通常不允許隧洞在負壓下運行。通過計算，若最低壓坡線低于規(guī)定時，可降低隧洞高程，或加大洞徑，或收縮隧 洞出口，或綜合采取這些措施進行調整。 (2) 以壓力鋼管末端軸線所在高程為基準面，從引水隧洞進口斷面軸線處水流具有的總水頭 T0開始，由上游至下游逐項逐段將各損失水頭累減，便得出各斷面處的總水頭；再用直線將各斷面處的總水頭相連，便得出總水頭線；繼而用各斷面處的總水頭減去該第 14 頁，共 50 頁 斷面處的流速水頭，便得出各斷面處的測壓管水頭 (z+p/r)；用直線將各斷面上的測壓管水頭連起來，便得出壓坡線。 正水錘計算的主要目的是繪制引水道沿線可能最大的內水壓力分布，為結構設計提供依據(jù)，此時水庫水位為正常蓄水位 ，下游水位為最低尾水位 ，忽略水頭損失，則計算全水頭為 。關機毛時間 Tz =14s，有效關機時間為 Ts = =。此時，水庫水位為死水位 ，下游用最低尾水位 。對于閥門直線關閉情況的水錘，根據(jù)最大壓強出現(xiàn)的時間可歸納為兩種類型： 第一相水錘和極限水錘。 將數(shù)據(jù)代入計算有： ? =，因此 0 2 .8 2 1 2 .8 2 1?? ? ? ? ?。 研究證明，當壓力管道末端 出現(xiàn)極限水錘時，無論是正水錘還是負水錘，管道沿線的最大水錘壓強都是按直線規(guī)律分布，如圖 5— 1中虛線所示。 22m ?? ?? ? （ ） 式中： ? —— 表示閥門開度變化時管道中水流動量的相對變化率， max0sHTLVg?? 。 死水位時，將 L=， max /V m s? ,g=,H0=76m, Ts= 代入（ ）計算得， 2 ? ? ， ? ? 。壓力隧洞中，排水時需要補氣，充水時需要排 氣。目前，還無法第 16 頁，共 50 頁 對通氣作出數(shù)字分析，只能根據(jù)試驗和原形觀測資料，由經驗判斷決定。 通氣孔的風速 通氣孔 的平均風速取 15m/s，也即通氣孔的面積為 1m2。若圍巖的強度足以承受集中 后的應力，即使沒有采取任何加固措施，開挖后的圍巖也是穩(wěn)定的；若圍巖強度較低，就需要采取加固措施。 以上幾點是相互聯(lián)系、相互制約的，設計時要統(tǒng)一考慮，綜合分析。 加固及襯砌形式選擇 水工隧洞設計規(guī)范 (DL/T5195—— 2022)及有關地下工程的規(guī)范規(guī)定，將圍巖分為穩(wěn)定、基本穩(wěn)定、局部穩(wěn)定性差、不穩(wěn)定和極不穩(wěn)定五類。不論 哪種分類，所依據(jù)的都是圍巖的自然特征。 根據(jù)圍巖分類，引水隧洞 Ⅱ類圍巖占 71%， Ⅲ類圍巖約占 29%。開挖過程中應進行一次支護，確保圍巖穩(wěn)定和施工安全。對表面裂隙發(fā)育或者具有碎塊的巖石，采用掛鋼絲網(wǎng)噴混凝土作一次支護。 ① 普氏理論法 塌落拱高度： 22B mHh f?? () 頂拱為圓弧時的圍巖垂直荷載： q=??h () 側向圍巖水平荷載： 2122 ()(45 )2ke qme q h mm tg???? ? ?? ?? () 第 19 頁，共 50 頁 式中： H —— 斷面開挖高度， 7m； B —— 洞室開挖寬度， 7m； h —— 圍巖可能塌落高度， m； e1 —— 洞頂部側向圍巖水平荷載， kN/m2； e2 —— 洞底部側向圍巖水平荷載， kN/m2； f —— 圍巖堅固系數(shù)，取 f=~2，； q —— 圍巖垂直荷載， kN/m2； ? —— 圍巖重度，平均值 ； ?K —— 換算摩擦角 (?)，取 ?K=60?~65?； m—— m=~ 計算成果見表 61： ② 圍巖壓力系數(shù)法 q=Sy???B () e=SX???h () 式中： Sy —— 垂直向圍巖壓力系數(shù)，取 ； Sx —— 水平向圍巖壓力系數(shù)，取 ； h —— 洞室開挖高度， ； B—— 洞室開挖寬度， m； e — — 側向圍巖水平荷載， kN/m2； q —— 圍巖垂直荷載， kN/m2； ? —— 圍巖重度， kN/m3； 計算成果見表 62。對有壓隧 洞，內水壓力 等于水庫水位 減去計算斷面 處的總水頭損失，特殊荷載尚應該加上水錘壓力水頭。 表 63 內水壓力按隧洞分段計算成果表（單位： m） 計算點 (樁號 ) 基面 總水頭 h? 局部水頭損失累計 沿程水頭損失累計 極限正水錘 不計水錘內水壓力 計水錘時內水壓力 內水壓力 （ MPa） 0+ 0+ 0+ 0+ 0+ 0+ 地震荷載 設計隧洞洞身時可不考慮地震荷載，但對隧洞的進出口建筑物，需按現(xiàn)行 《水工建筑物抗震設計規(guī)范》 對地面建筑結構的有關規(guī)定執(zhí)行。 代入 計算 得 cP =； gP =； P g=24 kN/m3 灌漿荷載 當 固結 (或回填 )灌漿壓力與外水壓力接近時，可不考慮灌漿壓力。 地層彈性抗力 只有巖體較好時，才產生有效的彈性抗力，本隧洞 III類巖石段可能產生彈性抗力。 巖體好時，在頂部中心角大約 90176。 荷載組合 根據(jù)施工、運行和檢修等情況，分別 考慮最不利的荷載組合，一般應遵循下列組合原則： (1) 垂直圍巖壓力與側向圍巖壓力使頂拱產生的應力符號相反，互相有所抵消。在其它部位也應考慮類似情況。灌漿壓力大于外水壓力時，頂拱部位只計灌漿壓力，其余部位為外水壓力；灌漿壓力小于外水壓力時則可不計。 荷載組合 分四種工況 ，見表 67。鋼筋混凝土襯砌的應力計算時，對 III 類圍巖及更差的 圍巖是把圍巖當成荷載，把襯砌當成結構進行結構計算；而對 II 類及更好的圍巖，則僅將圍巖視為承載結構，一般要求采用下述方法進行： (1) 彈性力學法：包含彈性和彈塑性兩種方法，主要適用與 I、 II、 III 類圍巖； (2) 結構力學法：適用于 IV、 V 類圍巖及更差的圍巖； (3) 混凝土及鋼筋混凝土襯砌的強度及配筋計算，可按現(xiàn)行《水工鋼筋混凝土結構設計規(guī)范》的有關規(guī)定進行。 (2) 對巖性較均一，處于 I、 II、