導(dǎo)流隧洞設(shè)計大綱范本

1、FCD71030 FCD水利水電工程初步設(shè)計階段導(dǎo)流隧洞設(shè)計大綱范本水利水電勘測設(shè)計標準化信息網(wǎng)1998年6月 工程初步設(shè)計階段導(dǎo)流隧洞設(shè)計大綱 主 編 單 位: 主編單位總工程師: 參 編 單 位: 主 要 編 寫 人 員: 軟 件 開 發(fā) 單 位: 軟 件 編 寫 人 員: 勘測設(shè)計研究院 年 月目 次1. 引 言 42. 設(shè)計依據(jù)文件和規(guī)范 43. 基本資料 54. 設(shè)計原則、設(shè)計任務(wù)及基本假定 85. 導(dǎo)流隧洞布置及斷面體形設(shè)計96. 水力設(shè)計117. 隧洞結(jié)構(gòu)設(shè)計138. 隧洞進出口明渠及洞臉開挖邊坡穩(wěn)定分析179. 封堵閘門結(jié)構(gòu)設(shè)計1810. 導(dǎo)流隧洞施工設(shè)計1811. 專題研究及

2、模型試驗1912. 工程量計算2013. 設(shè)計成果20附錄A 導(dǎo)流隧洞泄流計算 21附表 251 引言 工程位于 ，是以 為主， 等綜合利用的水利水電樞紐工程。樞紐建筑物由組成，最大壩高 m，正常蓄水位 m，總庫容 ×108m3，電站總裝機容量 MW，保證出力 MW，年發(fā)電量 ×108kW·h，灌溉面積 ×104km2，通航 t級船隊(舶)。壩址處多年平均流量為 m3/s，河谷為 形，谷底寬為 m，河谷形狀系數(shù) ，左右岸岸坡平均坡度為 度，兩岸及河床巖性為 。本工程預(yù)可行性研究報告于 年 月審查通過，選定壩址為 ，采用隧洞導(dǎo)流，總工期為 年。2 設(shè)計依據(jù)

3、文件及規(guī)范2.1 有關(guān)本工程文件(1) 工程預(yù)可行性研究報告；(2) 工程預(yù)可行性研究報告審批文件；(3)可行性研究設(shè)計即原初步設(shè)計任務(wù)書及項目設(shè)計大綱；(4)有關(guān)的專題報告。2.2 設(shè)計規(guī)范設(shè)計時應(yīng)遵照的有關(guān)主要規(guī)范有(不限于)：(1)DL502193 水利水電工程初步設(shè)計報告編制規(guī)程；(2)SDJ1278及 水利水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計標準(試行)及其補充規(guī)定； SDJ21787(3)SDJ33889 水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范；(4)SD13484 水工隧洞設(shè)計規(guī)范(試行)；(5)GBJ8685 錨桿噴射混凝土支護技術(shù)規(guī)范；(6)SDJ5785 水利水電地下工程錨噴支護施工技術(shù)規(guī)范；

4、(7)SL74-95或 水利水電工程鋼閘門設(shè)計規(guī)范； DL/T5039-95 (8)SDJ21283 水工建筑物地下開挖工程施工技術(shù)規(guī)范；(9)SL/T191-96或 水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范； DL/T5057-1996(10)SDJ20782 水工混凝土施工規(guī)范；(11) 其它有關(guān)的設(shè)計規(guī)范。2.3 主要參考文獻(1)水力計算手冊，武漢水利電力學(xué)院水力學(xué)教研室編，水利出版社，1980年(2)水工隧洞和調(diào)壓室，潘家錚主編，水利電力出版社，1990年(3)水工隧洞的設(shè)計理論和計算，汪胡楨編，水利電力出版社，1977年(4)地下工程噴錨支護原理和設(shè)計，王建宇編，中國鐵道出版社，1980年(5)地下

5、工程圍巖穩(wěn)定分析，于學(xué)馥、鄭穎人、劉懷恒、方正昌編，煤炭工業(yè)出版社，1983年(6)水利水電工程地下建筑物設(shè)計手冊，水利水電規(guī)劃設(shè)計總院等編，1993年(7)水利水電施工組織設(shè)計手冊，水利電力出版社，1990年3基本資料3.1 壩址及壩線本階段選定的壩址為 ，壩線為 。3.2 工程等級及建筑物級別本工程為 等工程，永久建筑物為 級建筑物，臨時建筑物為 級建筑。提示：若導(dǎo)流洞與永久泄水或引水建筑物全部或部分相結(jié)合時，相結(jié)合的部分，應(yīng)按永久建筑物級別設(shè)計。3.3 設(shè)計洪水標準根據(jù)導(dǎo)流方式設(shè)計大綱，本工程采用圍堰擋(全年或非汛期) 洪水、隧洞導(dǎo)流的導(dǎo)流方式。導(dǎo)流隧洞設(shè)計洪水重現(xiàn)期為 a，相應(yīng)設(shè)計流量

6、 m3/s。3.4 水文(1)壩址不同時段不同重現(xiàn)期洪水流量 表1 壩址不同時段洪水重現(xiàn)期流量關(guān)系表 單位：m3/s時 段洪水重現(xiàn)期，a1005020105全 年枯 水 期月 日 月 日月 日 月 日月 日 月 日月 日 月 日(2)壩址歷史實測逐月最大、最小及平均流量與逐月不同重現(xiàn)期流量 表2 壩址逐月流量特征表 單位：m3/s項 目月 份123456789101112歷年最大流量歷年最小流量多年平均流量歷史最大平均流量各月最大流量經(jīng)驗頻率流量100a50a20a10a5a(3)典型年洪水過程線；(4)導(dǎo)流隧洞進、出口位置水位流量關(guān)系曲線；(5)壩址水位庫容曲線。3.5 泥沙多年平均年輸沙量

7、 萬ta；多年平均含沙量 kgm3；實測最大含沙量 kgm3；懸移質(zhì)平均粒經(jīng) mm。3.6氣象(1)壩址氣溫和水溫 表3 壩址氣溫與水溫表 單位：項 目月 份全年123456789101112月平均氣溫月平均最高氣溫月平均最低氣溫絕對最高氣溫絕對最低氣溫月平均水溫(2)降雨量、蒸發(fā)量及濕度表4壩址降雨量、蒸發(fā)量及濕度表項 目月 份全年123456789101112平均降雨量，mm平均蒸發(fā)量，mm平均相對濕度，%年最大降雨量 mm，最大降雨強度 mmd，平均降雨天數(shù) d。(3)風(fēng)速 表5 壩址風(fēng)速表 單位：ms項 目月 份全年123456789101112平 均 風(fēng) 速平均最大風(fēng)速極 大 風(fēng) 速

8、風(fēng)向為 ，吹程 km。(4)冰壩址冰凍期為 月 日至 月 日，平均結(jié)冰厚度 m；流冰期為 月 日至 月 日，持續(xù)時間 d。3.7 地形及地質(zhì)資料3.7.1 地形及工程地質(zhì)(1)壩址區(qū)(包括導(dǎo)流隧洞)地形圖(1:10001:2000)；(2)壩址區(qū)及導(dǎo)流隧洞沿程工程地質(zhì)平面圖(1:10001:2000)；(3)導(dǎo)流隧洞沿程工程地質(zhì)縱剖面(包含隧洞沿程巖性、圍巖類別、地質(zhì)構(gòu)造特性及詳細的工程地質(zhì)描述與圍巖穩(wěn)定性評價表)及地質(zhì)橫剖面圖(1:10001:2000)；(4)有關(guān)地應(yīng)力特性指標巖體內(nèi)垂直地應(yīng)力為 MPa，水平地應(yīng)力為 MPa，最大主應(yīng)力為 MPa，方向為 ；最大剪切應(yīng)力為 MPa，方向為

9、。提示：應(yīng)力條件應(yīng)考慮自重應(yīng)力場及自重構(gòu)造應(yīng)力場兩種情況。(5)導(dǎo)流隧洞沿程圍巖物理力學(xué)特性表6 導(dǎo)流隧洞沿程圍巖物理力學(xué)特性表圍巖類別極限抗壓強度MPa容許承壓Mpa容重kN/m3彈性模量MPa變形模量Mpa泊桑比堅固系數(shù)彈抗系數(shù)KPa/m摩擦系數(shù)巖/巖斷層(大裂隙)面干濕抗剪f抗剪斷fcMPafcMPa(6)導(dǎo)流隧洞進、出口洞臉和明渠邊坡工程地質(zhì)描述及穩(wěn)定性評價與建議的開挖邊坡值。提示：主要說明進出口洞臉及明渠邊坡巖性，風(fēng)化程度，覆蓋層厚度，斷層、裂隙發(fā)育程度及走向、傾向、傾角，巖體完整性，山崩、危崖及不穩(wěn)定巖體、滑坡等情況，并對邊坡進行穩(wěn)定性評價，針對不同巖性及風(fēng)化完整程度分別給出合適的

10、開挖邊坡值。(7)喀斯特巖溶洞特性。3.7.2 水文地質(zhì)(1)導(dǎo)流隧洞沿程水文地質(zhì)特性。(2)地下水的分層、埋深及水源補給和水的化學(xué)性質(zhì)。(3)透水巖體或巖基的分布、厚度，承壓水的可能分布高程及巖體的滲透系數(shù)。(4)河床沖淤變遷資料。3.7.3 本工程地震基本烈度為度，設(shè)計烈度為度。3.8 水工建筑物設(shè)計資料(1)樞紐總平面布置圖。(2)各主要建筑物和壩段剖面圖及主要工程量。(3)各主要泄水建筑物的泄量曲線及運用要求。3.9 建筑材料(1)砂石骨料的產(chǎn)地、儲量和物理力學(xué)性質(zhì)及堿骨料反應(yīng)試驗成果。(2)采用水泥的產(chǎn)地、品種及標號。(3)摻合料、外加劑的品種、性質(zhì)及指標。(4)采用的新材料的性質(zhì)及

11、指標。3.10 導(dǎo)流規(guī)劃及其技術(shù)指標提示：包括各導(dǎo)流時段的檔、泄水建筑物及導(dǎo)截流標準和流量。3.11 其它有關(guān)的資料(1)導(dǎo)流工程施工進度安排與要求。(2)國內(nèi)外水工隧洞的施工水平資料。(3)壩址上、下游供水要求。(4)施工期通航資料。提示：施工期通航的船運量，通航季節(jié)，船舶及筏運噸位、尺寸、吃水深度，船及木筏編隊型式數(shù)量及運行情況，行船允許流速、坡降等。(5)施工期過漁、過木的要求。(6)壩址區(qū)及導(dǎo)流隧洞沿程現(xiàn)有交通狀況。(7)在梯級電站中，上游已建電站對削減導(dǎo)流流量及枯水期調(diào)峰時增泄流量的有關(guān)資料。(8)臨時或永久跨導(dǎo)流隧洞進、出口明渠的交通要求。4 設(shè)計原則、設(shè)計任務(wù)及基本假定4.1 設(shè)

12、計原則(1)導(dǎo)流隧洞設(shè)計除執(zhí)行本大綱外，還應(yīng)符合有關(guān)的規(guī)程、規(guī)范、標準的規(guī)定和要求。(2)設(shè)計前應(yīng)深入現(xiàn)場踏勘，選擇洞線，詳細了解并掌握地形地貌、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)資料，并充分分析研究有關(guān)的設(shè)計資料。(3)導(dǎo)流隧洞布置應(yīng)與水工樞紐布置綜合考慮，并滿足施工導(dǎo)截流要求。(4)導(dǎo)流隧洞設(shè)計應(yīng)做到因地制宜，技術(shù)先進，隧洞沿程地質(zhì)條件及水力學(xué)條件良好，施工方便，進度快，經(jīng)濟合理，安全可靠，確保質(zhì)量。(5)應(yīng)積極推廣使用國內(nèi)外先進的設(shè)計經(jīng)驗，并不斷總結(jié)提高。4.2 設(shè)計任務(wù)(1)導(dǎo)流隧洞及進、出口建筑物布置與斷面體形設(shè)計。(2)水力設(shè)計。(3)結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定設(shè)計。(4)導(dǎo)流隧洞進、出口明渠及下游消能防沖工程設(shè)

13、計。(5)封堵閘門結(jié)構(gòu)設(shè)計。(6)導(dǎo)流隧洞施工設(shè)計。(7)工程量計算。4.3 基本假定(1)導(dǎo)流隧洞由進口明渠、進水塔、洞身段及出口明渠與消能段組成。(2)導(dǎo)流隧洞設(shè)計包括隧洞施工期、運行期、封堵期三種情況。(3)導(dǎo)流隧洞型式采用(有壓式或無壓式) 。5 導(dǎo)流隧洞布置及斷面體形設(shè)計5.1 導(dǎo)流隧洞布置的基本原則(1)導(dǎo)流隧洞布置應(yīng)與電站樞紐總布置相協(xié)調(diào)，盡量與永久泄洪或引水建筑物結(jié)合，對沿線建筑物及周圍環(huán)境影響較小。(2)隧洞沿程地質(zhì)條件及水力學(xué)條件良好，工程量較少。(3)滿足施工導(dǎo)截流要求、與主體工程結(jié)合的部分應(yīng)滿足永久運用要求。(4)滿足施工期通航、過木及冬季排冰的要求。5.2 導(dǎo)流隧洞布

14、置5.2.1 洞線選擇提示：洞線選擇關(guān)系到圍巖的整體穩(wěn)定、工程造價、施工工期和運行安全等問題，是導(dǎo)流隧洞設(shè)計的關(guān)鍵，必須充分掌握基本資料，進行必要的水力計算，并根據(jù)地形、地質(zhì)、水力學(xué)、施工、運行、沿線建筑物、樞紐總布置以及對周圍環(huán)境的影響等因素綜合考慮，通過可能方案的技術(shù)經(jīng)濟比較選定。(1) 在滿足樞紐總布置要求的條件下，洞線應(yīng)選在沿線地質(zhì)構(gòu)造簡單，巖體完整穩(wěn)定，巖石堅硬，上覆巖層厚度大，水文地質(zhì)條件好，施工方便的地區(qū)。洞線與巖層、構(gòu)造斷裂面及主要軟弱帶應(yīng)具有較大的夾角，對整體塊狀結(jié)構(gòu)巖體，其夾角一般不應(yīng)小于30°，對于層狀巖體，特別是層間結(jié)合疏松的高傾角薄巖層，其夾角一般不應(yīng)小于4

15、5°。(2) 在高地應(yīng)力區(qū)，洞線應(yīng)與最大水平主應(yīng)力方向一致或盡量減少其夾角。(3) 相鄰兩隧洞間巖體厚度一般不應(yīng)小于二倍洞徑(或洞寬)，巖體較好時，并輔以合理的施工措施，可酌情放寬到不小于一倍洞徑(或洞寬)。(4)洞線在平面上應(yīng)盡可能布置成直線，如果必須采用曲線時，彎曲半徑不宜小于5倍的洞徑(或洞寬)，轉(zhuǎn)角不應(yīng)大于60°。5.2.2 導(dǎo)流隧洞進、出口布置提示：(1)進、出口布置應(yīng)根據(jù)樞紐總布置，上、下游圍堰位置，地形地質(zhì)條件，使水流順暢，進流均勻，出流平穩(wěn)，與下游水流良好銜接，并有利于防淤、防沙、防冰、防木、防沖及防污等。滿足過水流量及設(shè)置閘門的要求；進、出口應(yīng)選在地質(zhì)構(gòu)造

16、簡單，風(fēng)化覆蓋層較淺的地區(qū)，盡量避開不良地質(zhì)構(gòu)造、山崩、危崖、滑坡等地區(qū)，并應(yīng)盡可能避免高邊坡的開挖，當(dāng)無法避免時，應(yīng)仔細分析開挖后邊坡的穩(wěn)定性，并注意分析研究加固處理措施。(2)隧洞進、出口高程應(yīng)根據(jù)水流流態(tài)，截流要求，減小導(dǎo)截流工程量及過木、通航、排冰對進出口水流銜接的要求等方面綜合考慮選擇確定；進口高程一般應(yīng)在枯水位或以下，出口高程不應(yīng)使隧洞產(chǎn)生淹沒出流或產(chǎn)生大的跌落。5.2.3 施工支洞布置提示：對于較長導(dǎo)流隧洞，應(yīng)考慮設(shè)置施工支洞，支洞的數(shù)目及長度應(yīng)根據(jù)沿線地形、地質(zhì)條件、施工方法、對外交通情況、并有利于均衡各段隧洞的工程量及工期的要求等分析決定。施工支洞的位置亦是主洞洞線布置的主要

17、考慮因素之一。5.3 導(dǎo)流隧洞斷面體形及尺寸設(shè)計5.3.1 隧洞斷面體形及尺寸設(shè)計原則(1)滿足地形、地質(zhì)、地應(yīng)力等要求，便于施工。(2)滿足導(dǎo)流、截流泄量要求，具有較強的超泄能力，并使導(dǎo)、截流工程綜合費用最低。(3)斷面體形應(yīng)與水流流態(tài)相協(xié)調(diào)，保證水流順暢，斷面尺寸應(yīng)滿足水力學(xué)有關(guān)要求。(4)滿足通航、過木、排冰等要求。5.3.2 隧洞縱斷面及底坡設(shè)計提示：(1)導(dǎo)流隧洞縱斷面一般為坡度較小的直斜式斷面，若洞身段必須設(shè)置豎曲線或陡坡時，應(yīng)結(jié)合水力條件及施工方法一起考慮；對于無壓隧洞，豎曲線半徑一般不應(yīng)小于5倍的洞徑(或洞寬)，有壓隧洞可適當(dāng)降低要求，陡坡的坡度30°60°

18、為宜。(2)隧洞縱坡應(yīng)與地形地貌、進出口高程，水流流態(tài)，施工要求綜合考慮，一般為315；對于有壓導(dǎo)流隧洞可采用較小底坡，對無壓導(dǎo)流隧洞應(yīng)采用較大底坡，以產(chǎn)生急流水流流態(tài)為好。5.3.3 隧洞橫斷面體形設(shè)計提示：(1)常見的隧洞斷面體形有圓型、馬蹄型、城門型和矩型。對有壓隧洞多采用圓型斷面，若洞徑和內(nèi)外水壓力不大，也可采用便于施工的其它斷面型式；無壓隧洞多采用圓拱直墻式斷面，頂拱圓心角一般在90°180°，斷面寬高比一般為1.01.5，尚應(yīng)與地應(yīng)力條件相適應(yīng)，若水平地應(yīng)力大于垂直地應(yīng)力時，可采用“矮胖型”斷面，若垂直地應(yīng)力大于水平地應(yīng)力時，可采用“瘦高型”斷面；對地質(zhì)條件較差

19、，側(cè)壓力較大的圍巖，應(yīng)采用馬蹄形斷面；矩型斷面是為了適應(yīng)孔口閘門的要求而采用，多出現(xiàn)在隧洞進、出口段。(2)對于較長隧洞，可采用多種斷面型式或襯砌型式，不同斷面之間應(yīng)設(shè)置漸變段，為保證洞內(nèi)水流平順，漸變段的邊界曲線應(yīng)采用平緩曲線過渡，并應(yīng)便于施工；漸變段長度應(yīng)適中，太短水頭損失大，太長施工麻煩，一般取1.52.0倍洞徑；有壓隧洞漸變段的圓錐角以采用6°10°為宜，高流速無壓隧洞漸變段的體形應(yīng)通過試驗確定。本工程宜采用 斷面。5.3.4 隧洞橫斷面尺寸設(shè)計提示：(1)導(dǎo)流隧洞的橫斷面尺寸，應(yīng)根據(jù)導(dǎo)流流量，結(jié)合進口高程，圍堰高程，施工要求，截流要求，漂木、排冰、航運要求，結(jié)構(gòu)條

20、件，下閘封堵條件，與永久建筑物結(jié)合布置時應(yīng)考慮永久要求等因素，通過技術(shù)經(jīng)濟比較決定。(2)對低流速的無壓隧洞，若通氣條件良好，在恒定流條件下，洞內(nèi)水面線以上空間不宜小于隧洞斷面面積的15%，其高度不應(yīng)小于40cm，對較長的隧洞和不襯砌或噴錨襯砌的隧洞，上述數(shù)值應(yīng)適當(dāng)增加；高流速無壓隧洞的橫斷面尺寸應(yīng)經(jīng)過試驗確定，頂拱夾角應(yīng)選較小角度，并應(yīng)考慮摻氣的影響，在摻氣水面線以上的空間，一般為橫斷面面積的15%25%，當(dāng)采用圓拱直墻式斷面時，水面線不應(yīng)超出直墻范圍，當(dāng)水流有沖擊波時，應(yīng)盡量將沖擊波波峰限制在直墻范圍內(nèi)。經(jīng)過論證有通航或過木要求的隧洞，過水?dāng)嗝娉叽绾退婢€以上空間，彎曲半徑和轉(zhuǎn)角，應(yīng)按有關(guān)

21、規(guī)范規(guī)定決定。5.3.5 隧洞進、出口體形及尺寸設(shè)計提示：(1)隧洞進口按進流方式分為開敞式和深水式兩種。深水式進口按其后接洞內(nèi)流態(tài)可分為深式長管進口(后接有壓隧洞)和深式短管進口(后接無壓隧洞)兩類。開敞式進口的布置必須圓滑平順，避免在進口前產(chǎn)生漩渦和回流；常用的結(jié)構(gòu)型式為平面上呈弧型、迎水面直立的弧形直立墻式和自上游起由斜臥漸變?yōu)橹绷⒌呐で鷫κ?，直立墻的弧線曲率半徑不宜過小，扭曲墻式的順水向長度不應(yīng)小于閘前最大水深的兩倍。對于深水長管進口，應(yīng)采用頂部和兩側(cè)三向收縮具有橢圓曲線的型式；孔口寬高比一般為1.5左右，側(cè)墻橢圓曲線的短半軸應(yīng)大于五分之一的孔口寬度。對于深式短管進口，閘門前一般要始終

22、保持收縮體形，段內(nèi)壓力分布應(yīng)盡量達到沿程平滑遞減，不允許出現(xiàn)負壓，且應(yīng)滿足過水能力要求。(2)隧洞進口建筑物常用的結(jié)構(gòu)型式有岸塔式、豎井式、塔式、斜坡式及閘孔式幾種，根據(jù)地形地質(zhì)條件，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較選擇采用。閘門井尺寸應(yīng)滿足閘門吊裝要求；啟閉機室底板高程應(yīng)根據(jù)導(dǎo)流隧洞下閘蓄水時下閘及啟閉機撤退時間要求確定，并應(yīng)留有一定的安全余度；對于峽谷河床，當(dāng)滿足啟閉機械撤退要求的啟閉機安裝高程很高，導(dǎo)致進口建筑物工程量較大時，根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟比較，可不考慮啟閉機械撤退，僅考慮下閘時間確定其安裝高程。(3)對于有壓隧洞出口洞段應(yīng)采用收縮體形，收縮率應(yīng)為80%90%；出口消能建筑物常見的有平面擴散、消力坎、消力池

23、、綜合消力池、輔助綜合消能工、面流消能及消力戽消能等型式，一般最常采用的為消力池(坎)、綜合消力池、輔助綜合消能工等型式，設(shè)計時根據(jù)工程實際情況選擇采用，必要時通過水力學(xué)試驗驗證其布置及結(jié)構(gòu)體形設(shè)計。本工程隧洞進口體形宜采用 ，進口建筑物結(jié)構(gòu)型式采用 ，出口消能型式采用 。6 水力設(shè)計6.1 設(shè)計內(nèi)容及基本假定6.1.1 設(shè)計內(nèi)容(1)導(dǎo)流隧洞泄流能力計算。(2)設(shè)計流量下，無壓隧洞水面線計算及有壓隧洞壓坡線計算。(3)設(shè)計流量下，無壓隧洞摻氣水深及彎道水流計算。(4)通航、過木、排冰水力計算。(5)消能防沖水力設(shè)計。(6)下閘封堵的水力計算。6.1.2 基本假定(1)計算泄流能力應(yīng)采用分級流

24、量計算其泄量關(guān)系。(2)局部水頭損失系數(shù)及糙率按本范本附表A1、附表A2取值。(3)其它計算參數(shù)按有關(guān)規(guī)程、規(guī)范及手冊確定。6.2 水力計算6.2.1 泄流能力計算(1)有壓隧洞泄流能力計算。(2)無壓隧洞泄流能力計算。提示：計算方法及公式均參見本范本附錄A。6.2.2 無壓隧洞水面線及有壓隧洞壓坡線計算(1)水面線計算提示：對于無壓隧洞水面線計算，需先判斷水面線類型，然后采用分段求和法計算，計算公式為：式中： Esu為流段上游斷面比能，m；Esd為流段下游斷面比能，m；I 為隧洞底坡；J 流段平均水力坡度，Ku，Kd分別表示流段上、下游斷面的特征流量，根據(jù)均勻流公式計算；S為流段長度。(2)

25、壓坡線計算提示：先逐項求出局部水頭損失 ，并逐段算出沿程水頭損失 ，然后以出口斷面底板高程為基準面，從進口斷面水流具有的總水頭T。開始，由上游至下游逐項逐段將各損失水頭累減，得出各斷面的總水頭，以各斷面的總水頭減去相應(yīng)斷面的流速水頭，便得各斷面的測壓管水頭(ZP/r)，用直線連接各斷面的測壓管水頭線便得到壓坡線。6.2.3 無壓隧洞彎道水流及摻氣水深計算：(1) 彎道水流計算提示：彎道水面超高值可按下式計算：hKV2Bg中式中： K為超高系數(shù)，與謝才系數(shù)C有關(guān)，取值見附表A8；V為斷面平均流速，m/s；B為水面寬，m；中為彎道中心半徑，m； h為彎道橫斷面上凹岸與凸岸水位之差，m； g為重力加

26、速度。(2) 摻氣水深計算提示：摻氣水深可按下式計算：式中： ha為摻氣后的水深，m； h、V、R分別為未摻氣水流的水深(m)、流速(m/s)、水力半徑，m； 為表面的絕對粗糙度，對n0.014的混凝土，0.002m。上式適用范圍：h>1.2m；0.6m<R<1.4m；15m/s<V<30m/s。6.2.4 消能防沖水力設(shè)計提示：根據(jù)參考文獻水力學(xué)計算手冊，對選定的消能型式進行水力設(shè)計計算，計算公式略。6.2.5 通航、過木、排冰水力計算提示：按有關(guān)規(guī)程規(guī)范進行計算。6.2.6 下閘封堵的水力計算提示：結(jié)合下閘流量選擇，進行下閘后上游庫水位計算。7 隧洞結(jié)構(gòu)設(shè)計7

27、.1 隧洞結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要內(nèi)容(1)進、出口明渠結(jié)構(gòu)設(shè)計；(2)隧洞進水塔穩(wěn)定及結(jié)構(gòu)設(shè)計；(3)隧洞襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計；(4)隧洞封堵結(jié)構(gòu)設(shè)計。7.2 基本假定7.2.1 設(shè)計工況(1)導(dǎo)流隧洞施工期；(2)導(dǎo)流隧洞運行期；(3)導(dǎo)流隧洞下閘封堵期。7.2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計計算假定提示：對有關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容，根據(jù)結(jié)構(gòu)型式及所采用的計算方法、計算模式，提出相應(yīng)的計算假定。7.2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計安全系數(shù)提示：結(jié)構(gòu)設(shè)計安全系數(shù)主要包括：(1) 穩(wěn)定安全系數(shù)；(2) 構(gòu)件安全系數(shù)；(3) 邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)；(4) 允許應(yīng)力值等。 安全系數(shù)按有關(guān)規(guī)范規(guī)定取值。7.3 進、出口明渠結(jié)構(gòu)設(shè)計7.3.1 設(shè)計內(nèi)容(1)導(dǎo)墻(

28、或邊墻)的穩(wěn)定及基礎(chǔ)應(yīng)力計算；(2)底板及邊襯結(jié)構(gòu)計算。7.3.2 基本荷載及其組合表7 荷載及其組合表設(shè)計工況荷載組合結(jié)構(gòu)自重水壓力滲透壓力土壓力(或邊墻)導(dǎo) 墻施工期基本組合運行期基本組合封堵期基本組合及邊襯底 板施工期基本組合運行期基本組合封堵期基本組合7.3.3 荷載計算基本指標(1)結(jié)構(gòu)自重，鋼筋混凝土容重 kN/m3。(2)水壓力，水容重0 kN/m3。(3)滲透壓力，滲透壓力折減系數(shù) 。(4)土壓力，土料容重2 kN/m3。7.3.4 結(jié)構(gòu)計算提示：(1)抗滑穩(wěn)定計算抗剪公式f.抗剪斷公式（f.）/式中： 、為抗剪及抗剪斷的安全系數(shù)；f、f為混凝土與基礎(chǔ)的抗剪及抗剪斷摩擦系數(shù)，f

29、 ， f ；為混凝土與基礎(chǔ)的抗剪斷粘結(jié)力， a；為作用在單位長度上垂直力總合，k；為作用在單位長度上水平力總合，k。(2)抗傾穩(wěn)定計算m抗/傾式中：m為抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)；抗為對導(dǎo)墻趾點的抗傾力矩總和；傾為對導(dǎo)墻趾點的傾覆力矩總和。(3)基礎(chǔ)應(yīng)力計算 /±/2式中：為導(dǎo)墻基底的垂直應(yīng)力；為基礎(chǔ)截面以上的全部垂直力；為基礎(chǔ)截面以上的全部荷載對截面形心的力矩總和；為導(dǎo)墻基礎(chǔ)截面的寬度。(1) 導(dǎo)墻的穩(wěn)定及基礎(chǔ)應(yīng)力計算(2)底板及邊襯結(jié)構(gòu)計算提示：(1)底板及邊襯結(jié)構(gòu)計算采用彈性地基梁計算方法進行計算。 (2)對于出口明渠護坦底板尚需進行抗浮穩(wěn)定計算?？垢》€(wěn)定計算公式為： 式中：為抗浮穩(wěn)定安

30、全系數(shù)；為護坦自重；為底板上的動水壓力；為錨固力，ng；g為單根錨筋抗拔力，；n為一塊護坦板錨筋根數(shù)；為護坦底板下滲透壓力；n為水流脈動壓力， 為脈動壓力系數(shù)，一般取 0.1。7.4 進水塔穩(wěn)定及結(jié)構(gòu)設(shè)計7.4.1 設(shè)計內(nèi)容(1)進水塔穩(wěn)定計算(2)進水塔結(jié)構(gòu)計算7.4.2 基本荷載及其組合表8荷載及其組合設(shè)計工況荷載組合結(jié)構(gòu)自重水壓力滲透壓力風(fēng)壓力浪壓力 (或冰壓力)金屬結(jié)構(gòu)重施工期基本組合運行期基本組合封堵期基本組合7.4.3 荷載計算基本指標(1)結(jié)構(gòu)自重，鋼筋混凝土容重 kN/m3；(2)各設(shè)計工況的水壓力，水容重0 kN/m3；(3)滲透壓力，滲透壓力折減系數(shù) ；(4)風(fēng)壓力，根據(jù)規(guī)

31、范規(guī)定的全國最大風(fēng)壓力分布圖選擇風(fēng)壓力值，對于選擇的值尚應(yīng)乘振動系數(shù)1.5和空氣動力系數(shù)1.4；(5)浪壓力，計算風(fēng)速 m/s，吹程 km；(6)冰壓力；(7)金屬結(jié)構(gòu)重量，包括閘門及啟閉機重量。7.4.4 進水塔穩(wěn)定及結(jié)構(gòu)計算提示：穩(wěn)定計算包括：抗傾穩(wěn)定計算；抗滑穩(wěn)定計算；基礎(chǔ)應(yīng)力計算。按整體結(jié)構(gòu)進行計算，計算公式同7.3.4。(1)穩(wěn)定計算提示：按平面框架結(jié)構(gòu)進行計算。(2)結(jié)構(gòu)計算7.5 隧洞襯砌結(jié)構(gòu)計算7.5.1 基本荷載及其組合表9荷載及其組合設(shè)計工況荷載組合結(jié)構(gòu)自重山巖壓力內(nèi)水壓力外水壓力灌漿壓力施工期基本組合運行期基本組合封堵期基本組合7.5.2 荷載計算(1)結(jié)構(gòu)自重，鋼筋混凝

32、土容重 kN/m3；(2)山巖壓力，對于類圍巖可不計圍巖的松動壓力，對、類圍巖，按下式計算： q(0.10.2)1B式中： 1為巖石容重，1 kN/m3；B為隧洞的開挖寬度，m；q為均勻分布的垂直圍巖松動壓力，kN/m2； 對于、類圍巖按松動介質(zhì)平衡理論計算山巖壓力，其計算公式：式中： fk為巖石堅固系數(shù)；(3)內(nèi)水壓力，根據(jù)水力計算得到的洞內(nèi)水面線或壓坡線計算內(nèi)水壓力，水的容重。 kN/m3；(4)外水壓力，外水壓力折減系數(shù)可參考SD13484規(guī)范附錄三選用；(5)灌漿壓力，按固結(jié)或回填灌漿選擇灌漿壓力。提示：(1)對于混凝土襯砌的隧洞，襯砌結(jié)構(gòu)計算應(yīng)按上述荷載組合，采用規(guī)范SD13484附

33、錄四七推薦的計算方法及計算程序進行計算。當(dāng)圍巖條件較復(fù)雜時，建議采用有限元法計算。 (2)對于噴錨襯砌的隧洞，噴錨襯砌設(shè)計可按規(guī)范SD13484附錄八推薦的方法進行計算。7.5.3 襯砌計算7.6 導(dǎo)流隧洞封堵結(jié)構(gòu)設(shè)計7.6.1 封堵體位置及結(jié)構(gòu)體形選擇提示：(1)導(dǎo)流隧洞封堵體位置應(yīng)選在巖體新鮮完整，地質(zhì)條件良好的位置。 (2)封堵體位置應(yīng)與大壩帷幕灌漿位置相適應(yīng)，盡量選在大壩帷幕灌漿軸線部位，對于不受帷幕灌漿影響的導(dǎo)流隧洞，封堵體也不宜距帷幕灌漿中心線太遠。對于拱壩，封堵體應(yīng)設(shè)置于壩肩受力范圍之內(nèi)。(1)封堵體位置選擇本工程封堵體位置宜設(shè)置在 。提示：導(dǎo)流隧洞封堵體過去最常用的為重力式，在

34、設(shè)計時應(yīng)結(jié)合工程實際情況，選擇比較先進的堵頭型式，如拱式、棱臺式，以加快工程施工進度，減少工程量，節(jié)約工程投資。龍羊峽水電站成功地采用了棱臺式堵頭，獲得了良好的技術(shù)經(jīng)濟效益。(2)封堵體結(jié)構(gòu)體形選擇本工程堵頭型式采用 。提示：(1)導(dǎo)流隧洞封堵體應(yīng)按永久建筑物設(shè)計，設(shè)計與校核水位同大壩設(shè)計標準一致。 (2)封堵體長度按極限平衡理論，采用如下公式計算 抗剪公式： 抗剪斷公式： 式中：、為抗剪及抗剪斷的安全系數(shù)； f、f為混凝土與基巖的抗剪及抗剪斷摩擦系數(shù)，f，f； 為混凝土與基礎(chǔ)的抗剪斷粘結(jié)力，a； 為作用在堵頭上的總水壓力(包括地震動水壓力)及泥沙壓力，k； 為堵頭混凝土容重，kN/m3； 為

35、封堵體斷面周長(一般不計頂拱)； 為封堵體截面面積，m2。7.6.2 封堵體穩(wěn)定計算8 隧洞進、出口明渠及洞臉開挖邊坡穩(wěn)定分析及處理設(shè)計提示：邊坡穩(wěn)定分析計算，可采用剛體極限平衡理論或有限元、無限元、離散元等分析方法進行分析計算。最常用的計算方法為剛體極限平衡理論，它具有計算簡便、可滿足工程設(shè)計要求的特點。8.1 邊坡穩(wěn)定分析計算本設(shè)計采用 進行計算。提示：根據(jù)邊坡穩(wěn)定分析計算，對邊坡進行錨固處理設(shè)計。錨固措施主要有：澆混凝土或噴混凝土襯砌、錨桿、錨樁、予應(yīng)力錨索、混凝土抗滑樁及混凝土抗剪洞等，根據(jù)實際情況選擇單一措施或組合措施進行邊坡加固處理，具體設(shè)計方法參見有關(guān)規(guī)程規(guī)范及手冊。8.2 邊坡

36、錨固處理設(shè)計本工程采用 措施進行邊坡加固處理。9 封堵閘門結(jié)構(gòu)設(shè)計9.1 封堵閘門結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù)(1)閘門結(jié)構(gòu)設(shè)計；(2)啟閉設(shè)備選型及布置設(shè)計。9.2 基本假定9.2.1 設(shè)計工況按設(shè)計條件及校核條件兩種工況進行設(shè)計。9.2.2 荷載及其組合表10 荷載及其組合設(shè)計工況水壓力泥沙壓力設(shè)計條件校核條件9.3 荷載計算基本指標提示：閘門擋水水頭應(yīng)留有余地，以便能在導(dǎo)流洞下閘蓄水時閘門安全擋水或渡汛，為封堵體施工創(chuàng)造良好的條件，提供充足的時間。下閘水頭應(yīng)滿足閘門拼裝和沉放要求。(1)水壓力計算，水的容重0 kNm3，設(shè)計及校核條件下閘門擋水水頭分別為 m和 m，下閘水頭 m，提門動水頭 m。(2)

37、泥沙壓力計算，泥沙浮容重kN/m3，泥沙內(nèi)摩擦角 °。提示：閘門結(jié)構(gòu)設(shè)計采用結(jié)構(gòu)力學(xué)方法，按水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范或水工鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范進行結(jié)構(gòu)計算。根據(jù)結(jié)構(gòu)計算成果確定閘門厚度、閘門門槽尺寸及單節(jié)閘門重量與總重量。9.4 閘門結(jié)構(gòu)設(shè)計提示：根據(jù)單節(jié)閘門重量及總重量，由最大允許動水提門水頭計算啟門力，確定啟閉設(shè)備最大容量，選擇合適的啟閉設(shè)備型式，啟閉機一般布置于進水塔頂部。9.5 啟閉設(shè)備選型及布置設(shè)計10 導(dǎo)流隧洞施工設(shè)計10.1 施工方法、施工布置、施工進度設(shè)計提示：根據(jù)導(dǎo)流洞布置及洞線沿程地形地質(zhì)情況，選擇合適的施工機械及施工方法，布置相 應(yīng)的施工支洞、出碴及混凝土施工道路，

38、編制單工作面單循環(huán)工作進度及隧洞施工總 進度，以保證工程按期完成，按時截流。隧洞施工設(shè)計可參見水利水電工程初步設(shè) 計階段地下工程施工設(shè)計大綱范本有關(guān)內(nèi)容。(1) 導(dǎo)流隧洞一般均采用鉆爆法施工，開挖方法有全斷面法、臺階法、導(dǎo)洞輻射法、支 撐拱法、核心開挖法等，按照圍巖分類，隧洞斷面尺寸，機械設(shè)備能力，工程進度等 因素綜合考慮選擇。(2) 隧洞出碴及混凝土運輸方式有無軌運輸及有軌運輸兩種。無軌運輸時，道路最 大縱坡應(yīng)14%；有軌運輸時，道路縱坡宜2。 (3)隧洞襯砌作業(yè)可與開挖作業(yè)順序進行或與其平行交叉進行。襯砌方式有全斷面一 次襯砌(適用于地質(zhì)條件良好的中小隧洞)及分塊襯砌(斷面尺寸較大，地質(zhì)條

39、件 較差時可采用先邊頂拱后底拱的分塊型式；地質(zhì)條件較好時，可采用先底拱后 邊頂拱的分塊型式)兩種，根據(jù)具體情況選擇采用。本工程隧洞開挖方法應(yīng)采用 ，出碴方式采用 ，混凝土襯砌作業(yè)順序采用 ，襯砌方式采用 。提示：隧洞進、出口擋水圍堰一般為預(yù)留巖坎，宜可采用草土圍堰及混凝土圍堰。圍堰高度一般按擋1020年一遇洪水位設(shè)計。圍堰拆除方法一般為在汛后逐漸下挖，最后采用爆破拆除。10.2 施工圍堰布置及拆除設(shè)計本工程隧洞進口擋水圍堰采用，出口圍堰采用，圍堰設(shè)計洪水標準采用。10.3 導(dǎo)流洞封堵施工設(shè)計提示：包括封堵閘門吊裝、開挖、混凝土澆筑及灌漿施工，提出合理的施工方案及施工方法與進度計劃。為了簡化溫度

40、控制，減少分縫分塊及混凝土與巖石間的接觸灌漿，加快工程施工進度，建議封堵堵頭采用微膨脹混凝土封堵。11 專題研究及模型試驗11.1 專題研究(必要時)(1)工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件較差或高地應(yīng)力區(qū)的大跨度隧洞圍巖穩(wěn)定分析專題研究。(2)當(dāng)隧洞進、出口邊坡較高，地質(zhì)條件較差時，宜進行隧洞洞臉邊坡穩(wěn)定分析及錨固處理設(shè)計研究。(3)大流量、高流速隧洞的水力學(xué)模型試驗及專題研究。(4)當(dāng)有過木、通航、排冰要求時，應(yīng)進行專門的模型試驗及專題研究。(5)當(dāng)與永久建筑物結(jié)合時，應(yīng)進行專門的水力學(xué)模型試驗及專題研究。11.2 模型試驗初步設(shè)計階段，對推薦的導(dǎo)流隧洞布置方案應(yīng)進行水工模型試驗。12 工程量計算12

41、.1 工程量計算內(nèi)容提示：隧洞工程量計算內(nèi)容包括導(dǎo)流隧洞進、出口明渠及洞臉、洞身段、進水塔、導(dǎo)流洞封堵體、施工支洞、施工道路、施工圍堰等項目的開挖、回填、混凝土澆筑、噴混凝土、干砌或漿砌石、鋼筋、鋼材、錨桿(或錨樁、予應(yīng)力錨索)、固結(jié)灌漿、回填灌漿、排水孔等工程量，應(yīng)根據(jù)建筑物的幾何尺寸及設(shè)計布置情況分項詳細計算，再乘以相應(yīng)的設(shè)計階段系數(shù)，最終列出工程量匯總表。12.2 工程量計算的階段系數(shù)初步設(shè)計階段各項工程量計算的階段系數(shù)參見表11。表11 工程量計算的階段系數(shù)表混凝土土石方開挖土石方填筑、干砌石、漿砌石鋼材鋼筋灌漿工 程 量 (104m3)300300100100505030030010

42、0100505030030010010050501.021.051.051.081.081.111.111.141.021.051.051.081.081.111.111.141.021.051.051.081.081.111.111.141.051.051.1513 設(shè)計成果13.1 設(shè)計說明書及計算書(1)導(dǎo)流隧洞設(shè)計說明書。(2)導(dǎo)流隧洞水力設(shè)計計算書。(3)導(dǎo)流隧洞結(jié)構(gòu)設(shè)計計算書。(4)導(dǎo)流隧洞封堵設(shè)計計算書。(5)封堵閘門結(jié)構(gòu)設(shè)計說明書及計算書。(6)工程量計算書。13.2 設(shè)計圖紙(1)導(dǎo)流隧洞布置圖及結(jié)構(gòu)體形圖。(2)閘門、啟閉設(shè)備布置圖及結(jié)構(gòu)體形圖。(3)導(dǎo)流隧洞施工布置及施工

43、方法示意圖。13.3 工程量匯總表附錄A 導(dǎo)流隧洞泄流計算A1 隧洞水流流態(tài)判別A1.1 對iik的緩坡隧洞(i為底坡，ik為臨界坡)a1.2 為無壓流2ma1.2 為半有壓流(1)a2m 為有壓流式中：為自進口上游漸變流斷面到隧洞出口斷面間的局部能量損失系數(shù)之和；為舍齊系數(shù)； l為洞長；為滿流時的水力半徑； i為隧洞底坡； a為洞高； 出口斷面佛汝德數(shù)的平方，當(dāng)出口斷面周邊為大氣時，由試驗得 1.62；當(dāng)出口斷面上游有底板時，認為界限狀態(tài)下的出口斷面水深為臨界水深hk，即ahk，則有 1。A1.2 對iik的陡坡隧洞a1.2 為無壓流1.2a1.5 為半有壓流a1.5 為有壓流A2 無壓流隧

44、洞泄流計算A2.1 長、短洞判別(1)當(dāng)?shù)灼聻榫徠露呌谄狡?，長短洞的界限長度為lk(512)H，當(dāng)洞長llk為長洞；llk為短洞。(2)當(dāng)?shù)灼陆咏R界底坡ik時，lk1.3(512)H。(3)當(dāng)?shù)灼聻槎钙?iik)，泄流能力不受洞長影響，按短洞工作考慮。A2.2 短洞泄流計算(2)短洞泄流能力不受洞長影響，進口水流為寬頂堰流，按寬頂堰流公式計算泄流量。式中：b為矩形隧洞過水?dāng)嗝娴膶挾?，?dāng)過水?dāng)嗝鏋榉蔷匦螘r，bk/hk；hk為臨界水深；k為相應(yīng)于hk時的過水?dāng)嗝婷娣e；s為淹沒系數(shù)，當(dāng)下游水位較高，已淹沒進口的收縮斷面，使該處的水深hc0.75H0時，為淹沒出流，s值與比值hc/H0有關(guān)，當(dāng)hc0.75H0時，為自由出流，s1，當(dāng)淹沒時，hc可近似的以下游水位減去進口底板高程而得；hc為進口斷面處的水深；H0 為以隧洞進口斷面底板高程起算的上游總水頭；m 為流量系數(shù)，決定進口翼墻的型式、上游水庫或渠道的過水?dāng)嗝婷娣e與隧洞過水?dāng)嗝婷娣e之比，一般取m0.320.36，若進口翼墻較平順，斷面縮窄較小，應(yīng)取較大的m值，反之應(yīng)取較小的m值，見附表A3。A2.3 長洞泄流計算對于長洞，一般需要由下游向上游推算水面曲線，以求得進口斷面處的水深hc