南坎2引水支洞封堵算稿

1、老老撾撾南坎南坎 2 水水電電站工程站工程引水系引水系統(tǒng)統(tǒng)施工支洞封堵施工支洞封堵計計算稿算稿二二 O 一五年三月一五年三月審定：審定：審查：審查：校核：校核：編寫：編寫：目目 錄錄1.計算總說明.21.1 工程概況.21.2 計算目的.21.3 計算條件和依據(jù).21.4 參考資料.52.計算方法和過程.52.1 計算方法.52.2 計算過程.73. 計算成果分析和結(jié)論.11 21.1.計算總說明計算總說明1.1 工程概況工程概況Nam Khan 2 水電站位于老撾 Luang Probang（瑯勃拉邦）東南約 30 公里的Nam Khan 河上，是 Nam Khan 河規(guī)劃三個梯級電站中的第

2、 2 級。Nam Khan 2水電站至下游湄公河（匯入口）河道長約 68km。電站至香恩縣進(jìn)場公路約34km，距省城瑯勃拉邦公路里程約 56km，距首都萬象約 396km，13 號公路（國道）從香恩縣通過。Nam Khan 2 水電站壩址以上流域面積約 5167km2，壩址多年平均流量為67.0m3/s。工程以發(fā)電為主，水庫正常蓄水位 475m，正常蓄水位相應(yīng)庫容 6.862億 m3，最大壩高 136m，水庫總庫容 7.508 億 m3，死水位 465m，調(diào)節(jié)庫容2.291 億 m3，為年調(diào)節(jié)水庫，電站裝機(jī)兩臺，總裝機(jī)容量 130MW，平均年發(fā)電量 5.58 億 kWh。本電站為二等工程，工程

3、規(guī)模為大（2）型。主要建筑物按 1級設(shè)計，次要永久性建筑物按 2 級建筑物設(shè)計，臨時工程建筑物按 4 級建筑物設(shè)計。工程樞紐主要由鋼筋混凝土面板堆石壩、右岸開敞式溢洪道、右岸放空洞、右岸引水隧洞+右岸地面廠房組成。引水發(fā)電系統(tǒng)布置于河道右岸，采用一洞兩機(jī)的布置方式，電站設(shè)兩臺機(jī)組，裝機(jī)容量 130MW，額定流量 135m3/s。引水發(fā)電系統(tǒng)由進(jìn)水口、隧洞上平段、隧洞豎井段、隧洞下平段、壓力鋼管主管、支管、地面廠房組成。進(jìn)水口底板高程 450m；引水隧洞長 173.488m，隧洞直徑 7.0m；壓力鋼管主管長64.686m，鋼管主管直徑 5.4m；壓力鋼管支管總長 106.712m，鋼管支管直徑

4、3.7m，引水系統(tǒng)總長 363.886m。引水隧洞施工支洞布置于河道右岸，進(jìn)出口高程分別為366.3m、349.3m，平均坡度 10%，洞長約 158.0m，隧洞斷面 6.87m（寬高，城門洞形） 。1.2 計算目的計算目的引水隧洞施工已經(jīng)完成，施工支洞已失去作用，為保證引水隧洞正常運(yùn)行，施工支洞需封堵，保證引水隧洞襯砌運(yùn)行安全，本算稿通過計算，確定堵頭的封堵長度。31.3 計算條件和依據(jù)計算條件和依據(jù)本電站工程規(guī)模為大（2）型，屬二等工程，引水隧洞的建筑物等級為 2 級，因此施工支洞堵頭作為襯砌的一部分也為 2 級永久建筑物。工程設(shè)計洪水位475.23m，正常蓄水位 475.00m，校核洪水

5、位 477.86m。封堵體采用混凝土結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度等級為 C20。封堵體按照承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計。施工支洞封堵段坡度為 10%，斷面型式為城門洞型，斷面尺寸為6.8m7m。施工支洞標(biāo)準(zhǔn)斷面見圖 1，施工支洞堵頭平面布置圖見圖 2。圖 1 施工支洞標(biāo)準(zhǔn)斷面4 圖 2 施工支洞堵頭位置平面布置圖1.3.11.3.1 地質(zhì)條件地質(zhì)條件引水隧洞下平段施工支洞堵頭段（距下平段 1015m）巖性為灰黑色薄層板巖夾炭質(zhì)板巖，巖層產(chǎn)狀為 N25E/SE80，主要發(fā)育 N6070E/NW010緩傾裂隙及 N40E/NW65陡傾角裂隙，延伸長 1.25m，多近閉合無充填，部分寬 0.21cm，充填巖屑及鐵泥質(zhì)，處

6、地下水位之下，局部見滲水現(xiàn)象。受緩傾角裂隙影響，毛洞成形稍差，開挖后局部存在小規(guī)模掉塊現(xiàn)象，為類圍巖。堵頭段圍巖地質(zhì)條件參見附照片 1、2，建議地質(zhì)參數(shù)如下表。表表 1 南坎南坎 2 水電站施工支洞堵頭段建議地質(zhì)參數(shù)表水電站施工支洞堵頭段建議地質(zhì)參數(shù)表地層巖性變形模量（GPa）巖/巖抗剪（斷）強(qiáng)度巖/砼抗剪斷強(qiáng)度地層巖性風(fēng)化程度密度(g/cm3)允許承載力(MPa)泊松比水平鉛直ffC(MPa)fC(MPa)深灰色、灰黑色薄層板巖夾炭質(zhì)板巖微新2.652.50.302.04.00.550.700.600.800.70注：表中數(shù)據(jù)根據(jù)為地質(zhì)所提建議值。5附照片 1 施工支洞與下平段交叉口照片 1

7、附照片 2 施工支洞與下平段交叉口照片 21.3.21.3.2 計算工況計算工況6施工支洞堵頭設(shè)計時，根據(jù)結(jié)構(gòu)在施工、安裝、運(yùn)行、檢修等不同時期可能出現(xiàn)的不同作用、結(jié)構(gòu)體系和環(huán)境條件，按以下三種設(shè)計狀況進(jìn)行設(shè)計：持久狀況；短暫狀況；偶然狀況。（1）持久狀況。持久狀況下，堵頭垂直方向受到自身重力和支持力作用，堵頭水平方向受到水壓力、摩擦力和抗剪斷凝聚力作用，水壓力取決于正常蓄水位。因此，持久狀況下需用正常蓄水位設(shè)計計算。工況一：持久狀況下正常蓄水位 475.00m；表表 2 南坎南坎 2 水電站引水系統(tǒng)施工支洞封堵計算持久工況計算表水電站引水系統(tǒng)施工支洞封堵計算持久工況計算表施工支洞計算工況載荷

8、組合計算水位壓坡線高程（m）底板高程（m）水頭（m）引水施工支洞持久工況基本組合正常蓄水位時壓坡線474.5347.9126.6注：壓坡線數(shù)據(jù)由水工專業(yè)提供。（2）短暫狀況。在結(jié)構(gòu)施工和使用過程中出現(xiàn)的概率較大而持續(xù)時間較短的情況，如施工、檢修等。在施工狀態(tài)、檢修狀態(tài)下，載荷基本組合包括堵頭垂直方向的重力和支持力，不受水平方向力。因此，短暫狀況下不需要計算。工況二：施工短暫狀況下施工條件時無水推力；工況三：檢修短暫狀況下施工條件時無水推力；（3）偶然狀況。在使用過程中出現(xiàn)的概率較小且持續(xù)時間很短的情況，如地震和校核洪水位。參照南側(cè)臨近流域 Nam Ngum 干流上在建工程N(yùn)am Ngum 5

9、水電站（直線距離約 45km）地震動參數(shù)，Nam Khan 2 水電站工程場地50 年超越概率 10%的地震動峰值加速度為 0.15g，相應(yīng)地震基本烈度為度，根據(jù)抗震設(shè)計規(guī)范，可不進(jìn)行地震作用計算。偶然狀況下，堵頭垂直方向受到自身重力和支持力作用，堵頭水平方向受到水推力、摩擦力和抗剪斷凝聚力作用，水壓力取決于校核洪水位。因此，偶然狀況下需用校核洪水位設(shè)計計算。工況四：偶然狀況下校核洪水位 477.86m；由以上分析，施工支洞依據(jù)校核洪水位壓坡線計算，施工支洞堵頭計算工況見下表 3。表表 3 南坎南坎 2 水電站引水系統(tǒng)施工支洞封堵計算偶然工況計算表水電站引水系統(tǒng)施工支洞封堵計算偶然工況計算表施

10、工支洞計算工況載荷組合計算水位壓坡線高程（m）底板高程（m）水頭（m）引水施工支洞偶然工況偶然組合校核洪水位時壓坡線476.5347.9128.67注：壓坡線數(shù)據(jù)由水工專業(yè)提供。1.4 參考資料參考資料（1） 水工隧洞設(shè)計規(guī)范DL/T5195-2004 ，P34，封堵體設(shè)計計算。（2） 施工組織設(shè)計手冊 1P775 ，堵頭長度及穩(wěn)定計算。（3） 水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范DL/T5057-2009， P254，結(jié)構(gòu)設(shè)計狀況。（4） 混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范DL5108-1999， P29，材料分項系數(shù)。2.計算方法和過程計算方法和過程2.1 計算方法計算方法2.1.1.2.1.1.按抗剪斷強(qiáng)度公式計算

11、按抗剪斷強(qiáng)度公式計算SCfAKPl式中：P設(shè)計水頭總推力，KN；K安全系數(shù)，可取 2.33.0，取 K=3；堵頭長度，m；lA斷面面積，A=42.6m2；S為堵頭全斷面混凝土橫斷面上的接觸長度，直墻段僅取 2/3，頂拱不計，此處 S=11.6m；混凝土容重，取=24KN/m3；混凝土與巖石的摩擦系數(shù)，按地質(zhì)建議值取=0.8；ff混凝土與巖石接觸面的抗剪斷凝聚力，按地質(zhì)建議值取=700KPa。CC2.1.2.2.1.2.按柱狀體進(jìn)行抗滑穩(wěn)定計算按柱狀體進(jìn)行抗滑穩(wěn)定計算作用效應(yīng)函數(shù) RPS(.)8抗力函數(shù) RRRRACWfR(.)式中：滑動面上封堵體承受的全部切向作用之和，KN；RP滑動面上封堵體

12、全部法向作用之和，向下為正，KN;RW混凝土與圍巖的摩擦系數(shù)和摩擦系數(shù)的材料分項系數(shù)（見混凝土重力mRf,壩設(shè)計規(guī)范.DL5108-1999，表 8.2.1-2） ，1=0.8/1.3=0.62；fmRf混凝土與圍巖的粘聚力和粘聚力材料分項系數(shù)（見混凝土重力壩設(shè)mRC,計規(guī)范.DL5108-1999，表 8.2.1-2） ，=700/3=233.33KPaCmRC封堵體與圍巖接觸面的面積，取底板和 2/3 直墻段作為有效面積，m2。RA按照承載能力極限狀態(tài)設(shè)計的一般表達(dá)式：)(1),(0ddkQkGfRQGS其中：結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)；本工程堵頭按 2 級永久建筑物考慮，結(jié)構(gòu)安全級別為02 級，取

13、1.0（見水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范.DL5057-2009，5.1.3） ；設(shè)計狀況系數(shù)；持久狀況1，偶然狀況0.85（見水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范.DL5057-2009，5.2.1） ；結(jié)構(gòu)系數(shù)，?。ㄒ娀炷林亓卧O(shè)計規(guī)范.DL5108-1999，表d2 . 1d8.2.1-3） ；永久荷載分項系數(shù)，取0.95（見水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范.DL5057-GG2009，5.1.7） ；可變荷載分項系數(shù)，?。ㄒ娝せ炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范.DL5057-Q2 . 1Q2009，5.1.7） ；永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值；kG可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值。kQ92.2 計算過程計算過程2.2.1.2.2.1. 抗剪斷強(qiáng)度公式計算抗剪斷

14、強(qiáng)度公式計算1、持久狀況，工況一：（1）施工支洞堵頭工況一計算施工支洞與引水隧洞相交部位典型斷面尺寸，頂拱面積=18.16m2，直墻1A段面積=24.48m2；正常蓄水位壓坡線高程是 474.5m，施工支洞連接引水隧2A洞底板高程是 347.9m，最大水頭為=126.6m，支洞直墻段高度是=3.6m，2h3h支洞頂拱段高度是=3.4m，計算壓力時，頂拱段以相應(yīng)斷面最低點處壓力作4h31為該斷面的計算壓力，矩形段以相應(yīng)斷面最低點處壓力作為該斷面的計算壓21力，則頂拱受到壓力水頭是=-=121.87m，矩形段受到壓力水頭是1h2h3h314h=-=124.8m。1h2h213h頂拱推力1p=9.8

15、1 121.87 18.16=21710.05KN11181. 9Ahp 直墻段推力2p=9.81 124.8 24.48=29970.57KN21281. 9Ahp總推力 P=+=21710.05+29970.57=51681.07KN1p2p已知混凝土容重 r=24KN/m3，洞子斷面面積 A=42.6m2，洞子斷面有效周長S=6.8+2 2 3.6/3=11.6m，參考地質(zhì)提供的混凝土/巖石抗剪斷強(qiáng)度指標(biāo)建議值， 取=0.8，=700kpa，堵頭長度為：fC=17.35mSCfAKPl7006 .118 . 0246 . 2407.168150 . 32、偶然狀況，工況四：（1）施工支洞

16、堵頭工況四計算施工支洞與引水隧洞相交部位典型斷面尺寸，頂拱面積=18.16m2，直墻1A10段面積=24.48m2；校核洪水位壓坡線高程是 476.5m，施工支洞連接引水隧2A洞底板高程是 347.9m，最大水頭為=128.6m，支洞直墻段高度是=3.6m，2h3h支洞頂拱段高度是=3.4m，計算壓力時，頂拱段以相應(yīng)斷面最低點處壓力作4h31為該斷面的計算壓力，矩形段以相應(yīng)斷面最低點處壓力作為該斷面的計算壓21力，則頂拱受到壓力水頭是=-=123.87m，矩形段受到壓力水頭是1h2h3h314h=-=126.8m。1h2h213h頂拱推力1p=9.81 123.87 18.16=22066.8

17、0KN11181. 9Ahp 直墻段推力2p=9.81 126.8 24.48=30450.87KN21281. 9Ahp總推力 P=+=22067.39+30450.87=52517.66KN1p2p已知混凝土容重 r=24KN/m3，洞子斷面面積 A=42.6m2，洞子斷面有效周長S=6.8+2 2 3.6/3=11.6m，參考地質(zhì)提供的混凝土/巖石抗剪斷強(qiáng)度指標(biāo)建議值， 取=0.8，=700kpa，堵頭長度為：fC=17.63mSCfAKPl7006 .118 . 0246 . 2466.251750 . 32.2.2.2.2.2.按柱狀體進(jìn)行抗滑穩(wěn)定計算按柱狀體進(jìn)行抗滑穩(wěn)定計算1、持久

18、狀況，工況一：施工支洞與引水隧洞相交部位典型斷面尺寸，頂拱面積=18.16m2，直墻1A段面積=24.48m2；正常蓄水位壓坡線高程是 474.5m，施工支洞連接引水隧2A洞底板高程是 347.9m，最大水頭為=126.6m，支洞直墻段高度是=3.6m，2h3h支洞頂拱段高度是=3.4m，計算壓力時，頂拱段以相應(yīng)斷面最低點處壓力作4h31為該斷面的計算壓力，矩形段以相應(yīng)斷面最低點處壓力作為該斷面的計算壓2111力，則頂拱受到壓力水頭是=-=121.87m，矩形段受到壓力水頭是1h2h3h314h=-=124.8m。1h2h213h頂拱推力1p=9.81 121.87 18.16=21710.0

19、5KN11181. 9Ahp 直墻段推力2p=9.81 124.8 24.48=29970.57KN21281. 9Ahp總推力 P=+=21710.05+29970.57=51681.07KN1p2p堵頭受垂直向力（重力）標(biāo)準(zhǔn)值為：G= A（A 為 A1A2）l =2442.6 1022.4 (KN) ll設(shè)計值 P=PQ0 =1.011.251681.66=63021.20(KN) 設(shè)計值 GGG0 =1.010.951022.4 =971.28 (KN)ll作用效應(yīng)函數(shù)：P=63021.20 (KN)(.)RSP=11.6 （m2） （是底板與邊墻 2/3 的面積）RA s ll s抗力

20、函數(shù)：(.)RRRRRfWC A=0.62971.28 233.3311.6 =3304.38lll則 R（）S（）dr1 3304.38 63021.202 . 11l得 22.89ml2、偶然狀況，工況四：（1）施工支洞堵頭工況四計算施工支洞與引水隧洞相交部位典型斷面尺寸，頂拱面積=18.16m2，直墻1A12段面積=24.48m2；校核洪水位壓坡線高程是 476.5m，施工支洞連接引水隧2A洞底板高程是 347.9m，最大水頭為=128.6m，支洞直墻段高度是=3.6m，2h3h支洞頂拱段高度是=3.4m，計算壓力時，頂拱段以相應(yīng)斷面最低點處壓力作4h31為該斷面的計算壓力，矩形段以相應(yīng)斷面最低點處壓力作為該斷面的計算壓21力，則頂拱受到壓力水頭是=-=123.87m，矩形段受到壓力水頭是1h2h3h314h=-=126.8m。1h2h213h頂拱推力1p=9.81 123.87 18.1