【正文】 240 2020 月平均流量 11 692 579 489 400 12 430 421 406 378 1 348 327 322 265 2 345 338 327 269 3 469 432 410 300 4 586 499 458 327 河北工程大學畢業(yè)設(shè)計 13 續(xù)表 5 959 569 480 425 6 1120 711 607 482 導流方案的擬定 在水利水電工程導流方案的選擇時，要考慮地形，地貌，水文特性，工程主體的形式和布置，施工因素等諸多因素，其中地形和地貌條件往往是決定導流方案的主要因素。同時綜合壩址處的地形和地貌特征，此樞紐也不具備開挖明渠，采取明渠導流的條件。前期導流明渠以及底孔壩段結(jié)構(gòu)混凝土需要按永久建筑物的要求來施工，大型砂石加工及混凝土系統(tǒng)準備建筑進度難以滿足施工要求。因此，明渠導流的方式顯然是不合理的。 一般情況下，壩型和河谷地形往往是導流方案選擇的主要條件之一，此工程河床壩段采用混凝土重力壩。據(jù)統(tǒng)計分析和工程經(jīng)驗，對于混凝土壩，η 3 適合一次攔斷截流和隧洞導流。 雖 然隧洞的投資高，但前期項目的施工干擾小，因開挖出渣，混凝土澆筑時段分散，總體強度不高，截流工期有保證，風險明朗，有利于防范。本設(shè)計最終決定采用隧洞導流。隧洞的布置主要考慮地形和地質(zhì)條件，水流流速和流態(tài)要求。一般要求如下： ⑴ 充分利用地形條件，盡量使洞線最短。如無河灣，利用沖溝布置進口，也能使洞線順直。即彎道切線交角不宜小于 120176。 ⑶ 為使水流順暢，防止出口水流沖刷對岸及進出口對上下游圍堰的影響，出口段洞線與河道主流方向的交角一般不大于 30176。當有通航、放木要求時，其交角應按通航等要求確定。 ⑷ 洞線應盡量選擇在巖石新鮮，巖性堅硬，斷層較少，裂縫不發(fā)育的地層，避免通過較大斷層破碎帶。為宜。 ⑸ 進出口位置，在選擇洞線的同時，應放在地質(zhì)條件較好的部位，以利洞口穩(wěn)定。進洞處頂部巖層厚度一般在 ～ 倍洞徑之間。一般情況，截流與通航、放木均要求進口高程低一些，通常取枯水位以下 ～。 ⑺ 隧洞底坡的選擇與進出口高程密切相關(guān)，常取 1‰～ 4‰，也有采用平底的。 ⑻ 隧洞應有足夠的埋深。隧洞與永久建筑物的距離應盡量避免相互影響，必要時，需采取適當措施。 隧洞的布置 綜上所述結(jié)合本工程設(shè)計資料及地形圖，綜合分析：左岸靠右岸岸坡陡峭，且為河灣 河北工程大學畢業(yè)設(shè)計 15 突岸，右岸也較陡，但河床靠右岸有一深槽，深槽處水深約 10 米，覆蓋層厚約 10— 12 米，此深槽系河水沿構(gòu)造裂隙侵蝕沖刷而成。故經(jīng)比較選擇在左岸開挖隧洞。又由水文資料知此河流量不是很大且無通航及其他要求，故兩條隧洞采用相同斷面，底坡取 4‰，因含沙量 大，為防止泥沙淤積或門檻磨損，本著無通航等要求的河道在截流許可的條件下，進出口高程應盡量高些的原則，進口高程取枯水位以下 ，即 — = 米 隧洞的條數(shù)與布置 兩條或多條隧洞，一般在下列情況采用： 導流流量較大，要求較大的過水面積，而地質(zhì)條件又不允許開挖過大斷面。 ⑵ 大斷面隧洞施工難度大，工期過長，影 響圍堰截流時間，先打通一條較小隧洞進行截流，然后用兩條或多條隧洞導流。 ⑷ 運行方面的特殊要求，如為通航、放木設(shè)置專用隧洞。隧洞條數(shù)的選擇，須根據(jù)地質(zhì)地形條件、樞紐總體布置、是否與永久隧洞結(jié)合等進行綜合分析比較。 兩條或多條隧洞布置在一岸或兩岸時，需根據(jù)具體情況而定。多條隧洞的高程布置，在滿足截流、通航、放木等條件下，一般按不同高程布置為好，有利于隧洞施工和后期封堵。導流隧洞常有明流和壓力流兩種工作狀態(tài)，明、壓流交替不可避免。因此，隧洞斷面形式與尺寸，不僅滿足前期導流，還必須考慮中、后期施工渡汛的要求。由于明、壓流交替過度段的流態(tài)極不穩(wěn)定，隧洞工作狀態(tài)的設(shè)計，應力要求避免在圍堰最高擋水位置發(fā)生明、壓流交替過度狀態(tài)。對于拱門形斷面，由于底部過水面積大，有利于截流、通航、放木、施工也比較方便。其高寬比一般用 ～ ，頂拱圓心角為 120176。據(jù)統(tǒng)計，國內(nèi)導流隧洞單位面積的過水流量 一般在 6～ 20 m3／（ s 根據(jù)松濤水利樞紐的水文條件，本中設(shè)計成為有壓流，設(shè)計流量定位為 5130 m3／ s 。 隧洞的斷面尺寸取決于通過流量的大小。兩者相加，總造價最小的斷面尺寸即為經(jīng)濟斷面。因此隧洞的斷面尺 寸選擇往往不能單從經(jīng)濟上分析。如果不能滿足，需要加大隧洞斷面，降低圍堰高程，減小洞內(nèi)流速。如果水頭過低，洞內(nèi)流速過小，就不能充分發(fā)揮隧洞的泄洪能力。直墻高寬比 Hb =。 m2），則所需隧洞的過流面積為： ?A VQ （ 3 m2）代入上式得： A=285 m2 本設(shè)計采用兩條隧洞泄流，故所需單條隧洞過流面積： A1=285/2= m2 半徑 R=,L= 3 R=,H= 345 R= 斷面尺寸計算過程：如圖 3 因此隧洞的斷面尺寸為 11*13. 5 圖 隧洞斷面 (單位： m) 隧洞的進口高程及坡降 由于水利樞紐屬于大型建筑物，壩址河床高程為 410m ,隧洞處頂部巖層通常在 1～ 3倍的洞徑之間。有松濤水利樞紐壩址區(qū)地形圖上量的布置導流隧洞的長度，一號洞 1L =431 m，二號洞 2L =274 m則兩條隧洞的出口高程可計算得： 1 號洞： 417 1L ? 4‰ = 2 號洞： 417 2L ? 4‰ = 隧洞進口的設(shè)計 洞口的位置，取決于地形，地質(zhì)條件，洞頂巖層厚度應滿足隧洞的要求。 進口段采用塔式建筑物，在山坡前的水庫里建造封閉式的塔，塔頂設(shè)置操縱室和啟閉機的進口結(jié)構(gòu)形式。本設(shè)計采用矩形斷面，由于隧洞進口位置覆蓋層較薄，不能滿足結(jié)構(gòu)穩(wěn)定要求，塔式進水口能夠滿足要求。 2） 式中： a,b 分別為橢圓的半長軸和半短軸 依據(jù) 《水利水電施工組織設(shè)計手冊》（Ⅰ）表 248 即表 3 1 推薦值表 a／ h ～ ～ ～ ～ a／ b 對于兩側(cè)和頂部收縮的矩形空口，一般采用 ah =～ （ h 為孔高）， ab =3～ 4，本設(shè)計 h=，取 ah =，則 a==? =，取 a= m，由表 25 查得 ab = 則： 25 1 0 .02 .5 2 .5abm??? 所以橢圓曲線方程為： 22125 10xy?? （ 3其進口形狀見圖 3 2 進口斷面漸變形狀 隧洞 出口 的 設(shè)計 隧洞出口的布置，應保持水流的良好銜接，達到消能防沖的目的 ，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)。水頭較低時，出口演變不需要設(shè)置特殊的消能設(shè)施。故本設(shè)計采用擴散消能的形式，擴散消能的擴散角一般采用 5176。本設(shè)計擴散角為 6176。 隧洞截面參數(shù)的確定 由前節(jié)設(shè)計可知，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 》（ 第 三 版 ） 表 32 可知 3 61 ???? RnC 表 3其水力計算須判別水流流態(tài)。隧洞的水流流態(tài)有三種：無壓流、半有壓流、有壓流。 4） 式中： pc? — 半有壓流的下限臨界壅高比，為管道進口底檻以上水深與管身高度之比； μ — 流量系數(shù)，隨進口型式不同為（ ～ ），對于銳緣進口可采用； ? — 進口豎向收縮系數(shù)，為（ ～ ），粗略計算時可取 。 本設(shè)計流量系數(shù)取μ =，進口收縮系數(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。 5） 式中： Fc? — 形成有壓流時進口底檻以上的水深， m； d— 管身高度， m 。當上游水位漸增，從半有壓流到有壓流時，其分界點的 Fc? 值較高；而當水位漸落，從有壓流到半有壓流時，則出口處產(chǎn)生一定的負壓而 水流暫不脫壁，使在更低的 Fc? 值才能形成半有壓流。 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； 河北工程大學畢業(yè)設(shè)計 21 d— 管身高度， m； μ — 流量系 μ = 11211811l g ld c d?? ? ? ? ? ? ? ? ? （ 3 8） 181122 12 ?????????? ?dcgl?? smQ Fc 32 2 0 0)( ??????????? 綜上所述，當上游流量小于 m3／ s時為明流。 由于設(shè)計流量 Q=5130m3／ s 大于 FCQ ，故隧洞內(nèi)水流流態(tài)為有壓流。封堵方法，一般先在進口進行截流、堵漏，然后按永久建筑物要求或其他泄水建筑物。 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)。堵頭中部設(shè)有灌漿廊道，對接縫和固壁巖層進行固結(jié)灌漿 。 3封堵示意圖 堵頭長度和穩(wěn)定計算 本設(shè)計上下游隧洞均設(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 河北工程大學畢業(yè)設(shè)計 23 由設(shè)計資料知壩頂高程為 539m，安全超高 1m，計算時 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 。 9），得堵頭的最小長度為： 8 6 10 40 .0( )17 5 24 00 2 51 10lm????? ? ? ? 實際采用 ? 。 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????? ? ? ? 實際采用： ? 。 5 下游 河北工程大學畢業(yè)設(shè)計 25 4 隧洞的施工設(shè)計 導流隧洞施工，地下建筑物的施工，主要包括洞室?guī)r石開挖、出渣、臨時支護、混凝土襯砌、洞室灌漿及質(zhì)量檢查等。 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機式開挖和鉆孔爆破式開挖。這種方法對巖層地質(zhì)條件適應性強、開挖成本低，尤其適合巖石堅硬，長度相對短的洞室施工。對于非圓形斷面隧洞的開挖，通常通過調(diào)整底盤傾角來實現(xiàn)。 掘進機開挖和傳統(tǒng)鉆爆法開挖的比較： ⑴ 利用機械切割，擠壓破碎，能使掘進、出渣、襯砌支護等作業(yè)平行；連續(xù)地進行，工作條件比較安全，節(jié)省勞力，整個施工過程能較好地實現(xiàn)機械化和自動化控制。掘進機挖掘的洞壁比較落平整，斷面均勻，超欠挖量少，圍巖擾動少，對襯砌支護有利。當隧洞長度較短時采用掘進機并不經(jīng)濟。對于選定的掘進機，其允許的洞徑變化不能超過 0010? ，由于掘進機機身長度的限制，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，掘進機的掘進速度將大大降低。 ⑸ 刀具更換，風管送進，電纜延伸，機器調(diào)整等輔助工作占用時間較長。 ⑹ 掘進機掘進時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設(shè)備。原因如下： ⑴ 本設(shè)計需開挖兩條隧洞，且需同時開挖，如選用兩臺掘進機費用太高，并且施工現(xiàn)場也不好布置。 ⑶ 隧洞的轉(zhuǎn)彎半徑小于 150m，也不宜采用掘進機。 ⑸ 鉆孔爆破法對巖層地質(zhì)條 件適應性強，且開挖成本低，尤其適合巖石堅硬，長度相對較短的洞室開挖。 隧洞開挖有全斷面開挖、斷面部分開挖和導洞開挖等方法。襯砌或支護施工，須待全洞貫通后或待總安排而定。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。分部開挖適用于圍巖較差，洞徑過大的平洞開挖。在地質(zhì)條件較差，圍巖允許暴露時間不宜壺久的條件下，可采用上部開挖一段以后，將頂拱襯砌支護好，再進行下部開挖，以策安