房建偉畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算書

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 說明書題 目 甘龍河水電站泄洪隧洞優(yōu)化設(shè)計(jì) 專 業(yè) 水利水電工程 班 級(jí) 2011級(jí)6班 學(xué) 生 房建偉 指導(dǎo)教師 鐘 亮 重慶交通大學(xué) 2015年目錄目錄- 2 -第1章 擋水壩壩型擬定及剖面設(shè)計(jì)11.1 壩址、壩軸線選擇及壩型擬定11.2 壩體尺寸和壩頂高程擬定11.2.1 壩頂高程擬定11.2.2 壩頂寬度81.2.3 上下游邊坡與馬道81.3 確定泄水建筑物9第2章 泄洪隧洞洞身斷的優(yōu)化設(shè)計(jì)102.1 方案一：右岸圓形有壓隧洞設(shè)計(jì)計(jì)算102.1.1 有壓隧洞最小覆蓋層確定102.1.2 隧洞斷面設(shè)計(jì)112.1.3 設(shè)計(jì)洪水位水力計(jì)算122.1.4 校核洪水位時(shí)的水力計(jì)

2、算142.1.5 圓形有壓隧洞的襯砌計(jì)算162.1.6 理正巖土計(jì)算 5.1版軟件計(jì)算襯砌182.2 方案二：左岸圓型有壓隧洞設(shè)計(jì)計(jì)算192.2.1 隧洞斷面設(shè)計(jì)192.2.2 設(shè)計(jì)洪水位水力計(jì)算212.2.3 校核洪水位時(shí)的水力計(jì)算232.2.4 圓形有壓隧洞的襯砌計(jì)算242.2.5 理正巖土計(jì)算 5.1版軟件計(jì)算襯砌262.3 方案三：左岸城門洞型無壓隧洞設(shè)計(jì)計(jì)算272.3.1 無壓隧洞水力計(jì)算272.3.2 校核洪水時(shí)的過流能力校核292.3.3 水面線的計(jì)算302.3.4 隧洞襯砌332.3.5 理正巖土計(jì)算 5.1版軟件計(jì)算襯砌35第3章 左右岸有壓隧洞工程量計(jì)算與方案比選373.1

3、 右岸有壓隧洞373.2 左岸有壓隧洞373.3 左右岸方案比選38第4章 左岸單價(jià)分析及設(shè)備價(jià)格404.1 圓形隧洞混凝土綜合襯砌單價(jià)分析404.1.1 計(jì)算圓形隧洞混凝土材料單價(jià)404.1.2 計(jì)算圓形隧洞模板制作單價(jià)404.1.3 計(jì)算圓形隧洞鋼模板制作、安裝綜合單價(jià)434.1.4 計(jì)算圓形隧洞混凝土拌制單價(jià)444.1.5 計(jì)算圓形隧洞混凝土運(yùn)輸單價(jià)454.1.6 計(jì)算圓形隧洞混凝土澆筑單價(jià)464.1.7 計(jì)算圓形隧洞混凝土襯砌綜合單價(jià)474.2 城門洞形隧洞混凝土綜合襯砌單價(jià)分析484.2.1 計(jì)算城門洞形隧洞混凝土材料單價(jià)484.2.2計(jì)算城門洞形隧洞模板制作單價(jià)484.2.3 計(jì)算

4、城門洞形隧洞鋼模板制作、安裝綜合單價(jià)514.2.4 計(jì)算城門洞形隧洞混凝土拌制單價(jià)524.2.5 計(jì)算城門洞形隧洞混凝土運(yùn)輸單價(jià)524.2.6 計(jì)算城門洞形隧洞混凝土澆筑單價(jià)524.2.7 計(jì)算城門洞隧洞混凝土襯砌綜合單價(jià)534.3 隧洞石方開挖單價(jià)分析534.4 鋼筋制作與安裝單價(jià)分析544.5 工程量對(duì)比564.5.1 圓形有壓隧洞洞身段石方開挖量、襯砌量564.5.2 城門洞形無壓隧洞洞身段石方開挖量、襯砌量57第5章 推薦方案的泄洪隧洞設(shè)計(jì)595.1 進(jìn)口閘門段設(shè)計(jì)595.2 進(jìn)水喇叭口設(shè)計(jì)595.3 進(jìn)口漸變段計(jì)算595.4 出口閘門段設(shè)計(jì)：595.5 出口漸變段計(jì)算605.6 理正

5、巖土計(jì)算 5.1版軟件計(jì)算襯砌605.7 出口消能段的設(shè)計(jì)605.7.1 拋物線擴(kuò)散段605.7.2 挑距的計(jì)算612015屆水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)第1章 擋水壩壩型擬定及剖面設(shè)計(jì)1.1 壩址、壩軸線選擇及壩型擬定根據(jù)甘龍河的流域規(guī)劃，水電開發(fā)共分四級(jí)開發(fā)，即營(yíng)盤嶺、堰塘灣、甘龍河和五堆電站，甘龍河水電樞紐工程為第三級(jí)。壩址位于烏江的支流甘龍河下游，距金家壩鎮(zhèn)1.0km，距酉陽縣城47km，樞紐區(qū)位于官清鄉(xiāng)，引水隧洞由官清鄉(xiāng)至小河鄉(xiāng)，長(zhǎng)7144m，電站廠房位于小河鄉(xiāng)下游1.6km的甘龍河左岸。水庫大壩地理坐標(biāo)東經(jīng)108º 419北緯28º 3728，北距離酉陽縣城47km

6、，南距李溪鎮(zhèn)23km，壩址和廠址均有鄉(xiāng)村公路與國道319和326線相連，交通較方便。初步設(shè)計(jì)階段在選定壩址上比較了兩條壩線，綜合比較，上壩線地形稍陡，強(qiáng)風(fēng)化帶厚度相對(duì)較薄，相對(duì)隔水層埋藏較淺，工程地質(zhì)條件略優(yōu)于下壩線，故推薦上壩線方案。在選定的壩線上進(jìn)行堆石壩的瀝青混凝土心墻和混凝土面板兩種防滲形式的比選。就壩基工程地質(zhì)條件而言，修建瀝青混凝土心墻堆石壩和混凝土面板堆石壩都是可行的，可結(jié)合水工建筑物的布置選擇相應(yīng)的防滲形式。 本設(shè)計(jì)中選擇了混凝土面板堆石壩。1.2 壩體尺寸和壩頂高程擬定1.2.1 壩頂高程擬定由于土石壩是不允許漫頂溢流的，因此壩頂高程由水庫靜水位加上風(fēng)浪壅水增加高度、壩面波浪

7、爬高及安全超高確定，同時(shí)壩頂高程的計(jì)算，應(yīng)同時(shí)考慮以下4種情況：設(shè)計(jì)洪水位加正常運(yùn)用條件的壩頂超高；正常蓄水位加正常運(yùn)用條件的壩頂超高；校核洪水位加非常運(yùn)用條件的壩頂超高；正常蓄水位加非常運(yùn)用條件的壩頂超高，再按規(guī)范規(guī)定加地震安全加高。查碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范SL2742001壩頂超高按下式計(jì)算：Y=R+e+A式中：Y壩頂在水庫靜水位以上的超高，m；R最大波浪在壩坡上的爬高，m；e最大風(fēng)壅水面高度，m；A安全加高查碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范有：表1.1壩的安全加高h(yuǎn)c運(yùn)用情況壩的級(jí)別1234、5設(shè)計(jì)情況（基本情況）1.501.000.700.5校核情況（特殊情況）山區(qū)、丘陵0.700.500.400.

8、30從剖面圖上量得445m水位對(duì)應(yīng)的壩前水深H為94.6m，446.31m水位對(duì)應(yīng)的壩前水深H為95.91m表1.2 超高值h 的計(jì)算的基本數(shù)據(jù)正常蓄水位設(shè)計(jì)洪水校核洪水正常蓄水位（非常）水位（m）445445446.31445吹程D（m）461.26461.26466.04461.26風(fēng)速（m/s）24241616安全加高（m）0.70.700.400.4水庫面積S（萬m2）484484484484水庫容積V（萬m3）15190151901581015190平均水深Hm（m）31.3831.3832.6731.38壩前水深H(m)94.694.695.9194.6（1）正常蓄水位（正常）查碾

9、壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范SL2742001得：正常運(yùn)用條件下的3級(jí)、4級(jí)和5級(jí)壩，采用多年平均年最大風(fēng)速的1.5倍；非常運(yùn)用條件下，采用多年平均年最大風(fēng)速。由資料查得多年平均最大風(fēng)速W為16m/s，由cad平面圖量得吹程D為556.72m。正常運(yùn)用條件下，W=16×1.5=24m/s。按內(nèi)陸峽谷水庫，宜采用官廳水庫公式計(jì)算(適用于庫水較深，v020m/s及D20km） 式中hgD/W2<250，取累積頻率為5%的波高h(yuǎn)5%Lm平均波長(zhǎng)(m)。不同累積頻率P(%)下的波高可由平均波高與平均水深的比值和相應(yīng)的累積頻按表中規(guī)定的系數(shù)計(jì)算求得。表1.3 不同累積頻率下的波高與平均波高比值P(

10、%)hm/Hm0.010.112451014205090<0.13.422.972.422.232.021.951.711.601.430.940.370.1-0.23.252.822.302.131.931.871.641.541.380.950.43因?yàn)閔m/Hm<0.1，查表1.3，5%累積頻率下的波高h(yuǎn)p與平均波高h(yuǎn)m比值為1.95m。 hm=0.68/1.95=0.35m有效波高h(yuǎn)s可取累積頻率為14%的波高h(yuǎn)14%=1.6m波浪爬高：設(shè)計(jì)波浪爬高值應(yīng)根據(jù)工程等級(jí)確定，3級(jí)壩采用累積頻率為1%的爬高值。正向來波在單坡上的平均波浪爬高可按下式或有關(guān)規(guī)定計(jì)算:式中：Rm 波浪

11、的平均爬高；K 斜坡的糙率滲透性系數(shù)，根據(jù)護(hù)面類型查表3.4得K= 0.9；Kw 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，由查表3.5得Kw =1；m 單坡的坡度系數(shù)，本設(shè)計(jì)取m=2.3表1.4 糙率及滲透性系數(shù)K護(hù)面類型 K光滑不透水護(hù)面(瀝青混凝土) 1.00混凝土或混凝土板 0.90草皮 0.85-0.90砌石 0.75-0.80拋填兩層塊石(不透水基礎(chǔ)) 0.60-0.65拋填兩層塊石(透水基礎(chǔ)) 0.50-0.55表1.5 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)Kw11.522.533.545Kw1.001.021.081.161.221.251.281.30不同累積頻率下的波浪爬高Rp可由平均波高與壩迎水面前水深的比值和相應(yīng)的累積頻率P(%

12、)按表規(guī)定的系數(shù)計(jì)算求得。表1.6 不同累積頻率下的爬高與平均爬高比值P( %)hm/H0.112451014203050<0.12.662.232.071.091.841.641.531.391.220.960.1-0.32.442.081.941.801.751.571.481.361.210.97>0.32.131.861.761.651.611.481.391.311.190.99hm/H<0.1，查表1.6，1%累積頻率下的波浪爬高Rp與平均爬高的比值為2.23。因風(fēng)向與壩軸線法線夾角為17°，波浪爬高應(yīng)按正向來波計(jì)算爬高值乘以折減系數(shù)=0.99。所以計(jì)算

13、波浪爬高風(fēng)壅水面高度：式中：e 計(jì)算處的風(fēng)壅水面高度，mD 風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度， D=461.26mK 綜合摩阻系數(shù)取3.6×10-6 計(jì)算風(fēng)向與壩軸線法線的夾角17°W 計(jì)算風(fēng)速， m/s. 壩前平均水深，m；可忽略不計(jì)正常蓄水位加正常運(yùn)用條件下的壩頂超高：H=445m+1.30m+0.7m=447.0m（2）設(shè)計(jì)洪水位（同正常蓄水位計(jì)算方法相同）因?yàn)閔m/Hm<0.1，查表3.3，5%累積頻率下的波高h(yuǎn)p與平均波高h(yuǎn)m比值為1.95m。 hm=0.68/1.95=0.35m有效波高h(yuǎn)s可取累積頻率為14%的波高h(yuǎn)14%=1.6m波浪爬高：設(shè)計(jì)波浪爬高值應(yīng)根據(jù)工程等級(jí)確定，3

14、級(jí)壩采用累積頻率為1%的爬高值。正向來波在單坡上的平均波浪爬高可按下式或有關(guān)規(guī)定計(jì)算:hm/H<0.1，查表1.6，1%累積頻率下的波浪爬高Rp與平均爬高的比值為2.23。因風(fēng)向與壩軸線法線夾角為17°，波浪爬高應(yīng)按正向來波計(jì)算爬高值乘以折減系數(shù)=0.99。所以計(jì)算波浪爬高風(fēng)壅水面高度：可忽略不計(jì)設(shè)計(jì)洪水位正常運(yùn)用條件下的壩頂超高：H=445m+1.30m+0.7m=447.00m（3）校核洪水位（同正常蓄水位計(jì)算方法相同）因?yàn)閔m/Hm<0.1，查表1.3，5%累積頻率下的波高h(yuǎn)p與平均波高h(yuǎn)m比值為1.95m。 hm=0.41/1.95=0.21m有效波高h(yuǎn)s可取累積

15、頻率為14%的波高h(yuǎn)14%=1.6m波浪爬高：設(shè)計(jì)波浪爬高值應(yīng)根據(jù)工程等級(jí)確定，3級(jí)壩采用累積頻率為1%的爬高值。正向來波在單坡上的平均波浪爬高可按下式或有關(guān)規(guī)定計(jì)算:hm/H<0.1，查表1.6，1%累積頻率下的波浪爬高Rp與平均爬高的比值為2.23。因風(fēng)向與壩軸線法線夾角為17°，波浪爬高應(yīng)按正向來波計(jì)算爬高值乘以折減系數(shù)=0.99。所以計(jì)算波浪爬高風(fēng)壅水面高度： 可忽略不計(jì)校核洪水位非常運(yùn)用條件下的壩頂超高：H=445m+0.82m+0.3m=447.53m（4）正常蓄水位（非常）（同正常蓄水位計(jì)算方法相同）因?yàn)閔m/Hm<0.1，查表1.3，5%累積頻率下的波高h(yuǎn)

16、p與平均波高h(yuǎn)m比值為1.95m。 hm=0.41/1.95=0.21m有效波高h(yuǎn)s可取累積頻率為14%的波高h(yuǎn)14%=1.6m波浪爬高：設(shè)計(jì)波浪爬高值應(yīng)根據(jù)工程等級(jí)確定，3級(jí)壩采用累積頻率為1%的爬高值。正向來波在單坡上的平均波浪爬高可按下式或有關(guān)規(guī)定計(jì)算:hm/H<0.1，查表1.6，1%累積頻率下的波浪爬高Rp與平均爬高的比值為2.23。因風(fēng)向與壩軸線法線夾角為17°，波浪爬高應(yīng)按正向來波計(jì)算爬高值乘以折減系數(shù)=0.99。所以計(jì)算波浪爬高風(fēng)壅水面高度：可忽略不計(jì)正常蓄水位加非常運(yùn)用條件還需要加地震涌浪高度取0.6m正常蓄水位非常運(yùn)用條件下的壩頂超高：H=445m+0.82

17、m+0.3m+0.6m=446.82m表1.7 四種工況下的壩高工況正常蓄水位加正常運(yùn)用條件設(shè)計(jì)水位加正常運(yùn)用條件校核洪水位加非常運(yùn)用條件正常蓄水位加非常運(yùn)用條件壩頂高程447.00m447.00m447.53m446.82m壩頂高程取以上四種情況的最大值：447.53m，因此防浪墻除防浪外，在特殊情況還要有擋水功能，所以除要求防浪墻進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定復(fù)核外，并要求設(shè)伸縮縫及止水。根據(jù)已建壩的經(jīng)驗(yàn)，防浪墻一般高出壩頂1012m。壩頂上設(shè)防滲體1m高防滲墻，故取設(shè)計(jì)壩頂高程為447.53m-1m=446.53m1.2.2 壩頂寬度壩頂寬度主要取決于交通、運(yùn)行、施工、構(gòu)造、抗震、防汛及其他特殊要求。當(dāng)

18、無特殊要求時(shí)，對(duì)高壩壩頂最小寬度可選用10-15m，對(duì)中低壩可選用5-10m。當(dāng)壩頂有交通要求時(shí)，其寬度應(yīng)按照道路等級(jí)要求遵照交通部門的有關(guān)規(guī)定來確定。又壩高大于70米，屬于高壩。綜合考慮各因素，本設(shè)計(jì)方案壩頂寬度采用10m。1.2.3 上下游邊坡與馬道土石壩壩坡的陡緩直接影響著工程的安全性與經(jīng)濟(jì)性，因而在選擇時(shí)應(yīng)特別重視。壩坡的確定，常需綜合考慮壩型、壩高、壩的等級(jí)、壩體及壩基材料的性質(zhì)、所承受的荷載、施工和運(yùn)用條件等因素。一般參照已建成類似工程經(jīng)驗(yàn)擬定壩坡，再經(jīng)過計(jì)算分析逐步修改確定。在滿足穩(wěn)定要求的前提下，應(yīng)盡可能使壩坡陡些，以減少壩體工程量。土石壩上游壩坡長(zhǎng)期浸泡于水中，土的抗剪強(qiáng)度下

19、降，會(huì)降低壩體的穩(wěn)定性。所以當(dāng)材料相同時(shí)，上游坡常比下游坡緩，對(duì)于同一側(cè)的壩坡，水下部分常比水上部分緩，鋼筋混凝土面板堆石壩比土壩陡。本設(shè)計(jì)中，根據(jù)資料，取上游壩坡1：2 ，下游壩坡1：1.5。下游每隔30m設(shè)置馬道。設(shè)置馬道有利于壩坡穩(wěn)定，防止壩面沖刷，便于觀測(cè)和檢修、設(shè)置排水設(shè)備，也可作為交通之用，考慮這些因素其寬度取為2.0m。 壩體剖面圖如圖1.1： 圖1.1 壩體剖面圖1.3 確定泄水建筑物由資料可知設(shè)計(jì)洪水位時(shí)下泄流量3610 m3/(s*m)，泄洪隧洞下泄流量1450 m3/(s*m)，校核洪水位時(shí)下泄流量為4690 m3/(s*m)，泄洪隧洞下泄流量2180 m3/(s*m)。

20、泄洪隧洞以外流量通過溢洪道下泄。第2章 泄洪隧洞的優(yōu)化設(shè)計(jì)2.1 方案一：右岸圓形有壓隧洞設(shè)計(jì)計(jì)算2.1.1 有壓隧洞最小覆蓋層確定 根據(jù)水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范SL279-2002，隧洞布置原則，有壓隧洞洞身的垂直和側(cè)向覆蓋厚度(不包括覆蓋層)，當(dāng)圍巖較完整無不利結(jié)構(gòu)面，采用混凝土或鋼筋混凝土?xí)r，可按不小于0.4倍內(nèi)水壓力水頭控制。當(dāng)考慮圍巖彈性抗力時(shí)，圍巖厚度不少于三倍洞涇。甘龍河流域內(nèi)處于淤積平衡時(shí)的淤沙高程為360.5m，校核洪水位為446.31m，死水位為407m，考慮汛期的洪水預(yù)泄，初步設(shè)計(jì)洞底高程394.5m，洞徑初步擬為13m，1m襯砌，隧洞內(nèi)徑12m。取覆蓋層厚度38m。根據(jù)水工隧洞

21、設(shè)計(jì)規(guī)范DLT5195-2004對(duì)覆蓋層厚度進(jìn)行校核有圖2.1 壓力隧洞圍巖覆蓋厚度左岸C=51.81*1.3/2. 75*cos30=28.28m右岸C=51.81*1.3/2.75*cos45=34.64m覆蓋層厚度取為38m選定洞線進(jìn)行水力計(jì)算。進(jìn)水口底板高程394.5m394.5+38+12=444.5m394.5-0.018*497m=385.55m （尾部地板高程） 2.1.2 隧洞斷面設(shè)計(jì) (1)進(jìn)口閘門段設(shè)計(jì)： 圖2.2 漸變段閘門段布置為矩形B=H=D=12m（2）進(jìn)水喇叭口設(shè)計(jì)：喇叭口頂板和邊墻橢圓曲線: a-取(11.5)D，取Db-取(1/31/2)D，取1/3D由水利

22、設(shè)計(jì)參考規(guī)范： 故橢圓方程： （平底，三面收縮形式） (3)進(jìn)口漸變段計(jì)算漸變段： 圖2.3 漸變段s漸變中斷面寬度； a漸變中斷面高度；r漸變中角隅園弧半徑； L漸變段長(zhǎng)度；B矩形斷面起始寬度 H矩形斷面起始長(zhǎng)度；D 圓形斷面終端直徑； x 長(zhǎng)度變化參數(shù)。注：采用直線收縮，相應(yīng)各參數(shù)含義位置如右圖所示。漸變段長(zhǎng)度：進(jìn)水口的漸變段長(zhǎng)度一般選取為隧洞直徑的（1.52.0）倍，因此L=1.5 D=18m(4)出口閘門段設(shè)計(jì)： 出口斷面面積宜收縮為洞身斷面的85%-90% 0.9S孔頂壓坡取為1:8所以選取寬：B=10m， 高:H=10m（5）出口漸變段計(jì)算 圖2.4 出口漸變段出水口的漸變段長(zhǎng)度一

23、般選取為隧洞直徑的（1.52.0）倍，L=1.5 D=18m2.1.3 設(shè)計(jì)洪水位水力計(jì)算(1)設(shè)計(jì)洪水位時(shí)的水力計(jì)算（1）過流能力校核有壓隧洞自由出流按式（2.1）計(jì)算： 式（2.1）µ流量系數(shù)，由式(2.2)計(jì)算；隧洞出口斷面面積，100m2；T0上游水面線與隧洞出口底板高程差T及上游行進(jìn)流速水頭之和， 445-385.5=59.5mhp隧洞出口斷面水流的平均勢(shì)能， 10m其中a斷面出口洞高，10m式（2.1）中的，可由式（2.2）計(jì)算 （2.2） 式中隧洞出口斷面面積，100m2i隧洞第i段上的局部能量損失系數(shù)，斷面面積為i;li隧洞第i段的長(zhǎng)度，水利半徑和謝才系數(shù)分別為i、R

24、i和Ci。謝才系數(shù)C可由式（2.3）曼寧公式計(jì)算： (2.3)式中n糙率系數(shù)，取為0.017；R斷面水力半徑。由式（2.2）算流量系數(shù)得： (2.4)隧洞泄量為=2229.65m3/s（2）計(jì)算總水頭線和測(cè)壓管水頭線沿程水頭損失可由式（2.4）算： 式（2.5）式中l(wèi)i第i段的長(zhǎng)度；Ci第i段的長(zhǎng)度；Ri第i段的水力半徑；Vi第i段的水流流速。局部水頭損失可由式（2.5）計(jì)算： 式（2.6）式中i隧洞第i段上的局部能量損失系數(shù)，可查表取值； Vi第i段的水流流速。 表2.1 設(shè)計(jì)水位水利計(jì)算表12345678管段i()iii2li()Ri(m)喇叭形進(jìn)水口1440.72 0.030.016 一

25、道門槽0.30.156 進(jìn)水口漸變段128.520.81 0.050.033 183.00 70.643 洞身段113.040.92 4003.00 70.643 出口漸變段106.520.98 0.10.095 182.74 69.595 二道門槽1001.00 0.20.200 出口斷面1001.00 總和0.500 436續(xù)表2.1 設(shè)計(jì)水位水利計(jì)算表910111213141516172gl/Ci2Rivi(m/s)vi2/2g(m)hji=(4)*(12)(m)hfi=(9)*(12)(m)hwi(m)H=水位-出口底板高層-hwi（m）zi+pi/=Hi-v2/2g(m)10.069

26、 5.168 0.155 1.705 57.745 52.577 1.550 0.022 0.014 11.282 6.488 0.324 0.143 2.173 57.277 50.789 0.491 0.415 12.827 8.386 4.114 6.287 53.163 44.777 0.025 0.024 13.612 9.444 0.944 0.235 7.466 51.984 42.539 14.500 10.716 2.143 9.609 49.841 39.124 14.500 10.716 9.609 49.841 39.124 0.453 9.609 2.1.4 校核洪水

27、位時(shí)的水力計(jì)算（1）過流能力校核按（2.1）式計(jì)算，流量系數(shù)、出口斷面面積、hp保持不變，T0=446.31-385.5=60.81m隧洞泄量為: =2258.96m3/s>2180 m3/s(2)計(jì)算總水頭線和測(cè)壓管水頭線表2.2 校核水位水利計(jì)算表12345678管段i()iii2li()Ri(m)喇叭形進(jìn)水口1440.72 0.030.016 一道門槽0.30.156 進(jìn)水口漸變段128.520.81 0.050.033 183.00 70.643 洞身段113.040.92 4003.00 70.643 出口漸變段106.520.98 0.10.095 182.74 69.595

28、 二道門槽1001.00 0.20.200 出口斷面1001.00 總和0.500 436續(xù)表2.2 校核水位水利計(jì)算表910111213141516172gl/Ci2Rivi(m/s)vi2/2g(m)hji=(4)*(12)(m)hfi=(9)*(12)(m)hwi(m)H=水位-出口底板高層-hwi（m）zi+pi/=Hi-v2/2g(m)15.139 11.681 0.350 3.855 56.955 45.274 3.504 0.022 0.014 16.962 14.665 0.733 0.324 4.912 55.898 41.234 0.491 0.415 19.285 18.

29、956 9.299 14.210 46.600 27.643 0.025 0.024 20.466 21.348 2.135 0.531 16.876 43.934 22.586 21.800 24.222 4.844 21.721 39.089 14.867 21.800 24.222 21.721 39.089 14.867 0.453 21.721 2.1.5 圓形有壓隧洞的襯砌計(jì)算(1)、主要作用力的計(jì)算a.圍巖壓力鉛直圍巖壓力 式（2.7）水平圍巖壓力 式（2.8）式中 Sy鉛直圍巖系數(shù)，0.20.3，取0.25； Sx水平圍巖系數(shù)，0.050.1，取0.075；H洞室高度；B洞室底

30、寬；R27.5N/m3巖石容重；經(jīng)計(jì)算，鉛直圍巖壓力、水平圍巖壓力分別為82.5kpa、24.75kpa。b.圍巖的彈性抗力可按下式計(jì)算： 式（2.9）式中 K彈性抗力系數(shù)，可按式（2.10）計(jì)算y襯砌外法向位移。 式（2.10）其中K01m半徑單位彈性抗力系數(shù)，78Mpa/cmre洞涇。600cmc.內(nèi)水壓力內(nèi)水壓力=均勻內(nèi)水壓力+無水頭洞內(nèi)滿水壓力其中，均勻內(nèi)水壓力由洞內(nèi)壁以上水頭產(chǎn)生，其值為h；無水頭洞內(nèi)滿水壓力是指洞內(nèi)充滿水、洞頂壓力為零、洞底壓力等于d時(shí)的水壓力。h=445-406.5=38.5m d=12md.外水壓力可按式（2.11）估算： 式（2.11）式中Pe作用在襯砌結(jié)構(gòu)外

31、表面的地下水壓力，kN/m2;e外水壓力折減系數(shù)，可按表2.3確定；取0.4w水的重度，Kn/m3，一般采用9.81kN/m3He地下水位線至隧洞中心的作用水頭34m表2.3外水壓力折減系數(shù)e值級(jí)別地下水活動(dòng)狀態(tài)地下水對(duì)圍巖穩(wěn)的影響e值1洞壁干燥或潮濕無影響00.202沿結(jié)構(gòu)面有滲水或滴水風(fēng)化結(jié)構(gòu)面充填物質(zhì)，地下水降低結(jié)構(gòu)面的抗減強(qiáng)度，對(duì)軟弱巖體有軟化作用0.100.403沿裂隙或軟弱結(jié)構(gòu)面有大量滴水、線狀流水或噴水泥化軟弱結(jié)構(gòu)面充填物質(zhì)， 地下水降低結(jié)構(gòu)面的抗減強(qiáng)度，對(duì)中硬巖體有軟化作用0.250.604嚴(yán)重滴水， 沿軟弱結(jié)構(gòu)面有小量涌水地下水沖刷結(jié)構(gòu)面中充填物質(zhì)，加速巖體風(fēng)化，對(duì)斷層等軟弱

32、帶軟化泥化，并使其膨脹崩解，以及產(chǎn)生機(jī)械管涌；有滲透壓力，能鼓開較薄的軟弱層0.400.805嚴(yán)重股狀流水， 斷層等軟弱帶有大量涌水地下水沖刷攜帶結(jié)構(gòu)面充填物質(zhì)，分離巖體，有滲透壓力，能鼓開一定厚度的斷層等軟弱帶，能導(dǎo)致圍巖塌方0.651.00注：當(dāng)有內(nèi)水組合時(shí)，e應(yīng)取較小值，無內(nèi)水組合時(shí)，e應(yīng)取較大值。如無防滲設(shè)施，隧洞進(jìn)口水位為庫水位，出口為 0，其間用直線連接，來近似表示外水壓力。 式（2.12）e.襯砌自重單位面積自重為：g=c h式中 c襯砌材料容重，25.0 kN/m3h襯砌厚度 1m2.1.6 理正巖土計(jì)算 5.1版軟件計(jì)算襯砌所需要輸入的主要荷載參數(shù)如表2.4：表2.4 圓形有

33、壓隧洞洞身段襯砌所需要輸入主要的荷載參數(shù)側(cè)向山巖壓力(kN/m)頂部山巖壓力(kN/m)內(nèi)水壓力水頭(m)外水壓力水頭(m)外水壓力折減系數(shù)頂拱灌漿壓力(kPa)頂拱灌漿壓力作用范圍角（o）其它段灌漿壓力(kPa)襯砌容重(kN/m3)24.7582.550.5340.430060.00.025.0主要結(jié)果整理如表2.5所示：表2.5圓形有壓隧洞洞身段襯砌主要計(jì)算結(jié)果襯砌厚度（m）混凝土等級(jí)縱筋等級(jí)箍筋等級(jí)箍筋間距（mm）單側(cè)鋼筋1C25級(jí)(fy=310kPa，fyk=335kPa)級(jí)(fy=210kPa，fyk=235kPa)10012D20內(nèi)力配筋計(jì)算：計(jì)算結(jié)論:經(jīng)過4次計(jì)算,達(dá)到各點(diǎn)設(shè)定

34、抗力條件和法向位移一致!配筋結(jié)果：襯砌內(nèi)側(cè)縱筋最大面積As = 1870.0mm2，外側(cè)縱筋最大面積As1 = 1870.0mm2；縱筋面積總和As = 3740.0mm2。箍筋最大面積Av = 224.7mm2。截面尺寸抗剪驗(yàn)算：滿足。裂縫計(jì)算：計(jì)算結(jié)論:經(jīng)過4次計(jì)算,達(dá)到各點(diǎn)設(shè)定抗力條件和法向位移一致!圖2.5 圍巖壓力計(jì)算圖2.2 方案二：左岸圓型有壓隧洞設(shè)計(jì)計(jì)算2.2.1 隧洞斷面設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)洞底高程394.5m，洞徑初步擬為13m，襯砌1m，內(nèi)徑12m。圖2.6 漸變段取覆蓋層厚度38m。394.5+38+12=444.5m（地面線）394.5-0.018*459=386.24m （尾部

35、底板高程） (1)進(jìn)口閘門段設(shè)計(jì)： 閘門段布置為矩形B=H=D=12m（2）進(jìn)水喇叭口設(shè)計(jì)：喇叭口頂板和邊墻橢圓曲線: a-取(11.5)D，取Db-取(1/31/2)D，取1/3D由水利設(shè)計(jì)參考規(guī)范： 故橢圓方程： （平底，三面收縮形式） (3)進(jìn)口漸變段計(jì)算漸變段： 圖2.7 漸變段s漸變中斷面寬度； a漸變中斷面高度；r漸變中角隅園弧半徑； L漸變段長(zhǎng)度；B矩形斷面起始寬度 H矩形斷面起始長(zhǎng)度；D 圓形斷面終端直徑； x 長(zhǎng)度變化參數(shù)。注：采用直線收縮，相應(yīng)各參數(shù)含義位置如右圖所示。漸變段長(zhǎng)度：進(jìn)水口的漸變段長(zhǎng)度一般選取為隧洞直徑的（1.52.0）倍，因此L=1.5 D=18m(4)出口

36、閘門段設(shè)計(jì)： 出口斷面面積宜收縮為洞身斷面的 85%-90%取0.9S孔頂壓坡取為1:8所以選取寬：B=10m，高:H=10m （5） 出口漸變段計(jì)算 圖2.8 漸變段出水口的漸變段長(zhǎng)度一般選取為隧洞直徑的（1.52.0）倍，L=1.5 D=18m2.2.2 設(shè)計(jì)洪水位水力計(jì)算設(shè)計(jì)洪水位時(shí)的水力計(jì)算：（1）過流能力校核有壓隧洞自由出流按式（2.13）計(jì)算： 式（2.13）µ流量系數(shù)，由式(2.2)計(jì)算；隧洞出口斷面面積，100m2；T0上游水面線與隧洞出口底板高程差T及上游行進(jìn)流速水頭之和， 445-386.24=58.76mhp隧洞出口斷面水流的平均勢(shì)能， 10m其中a斷面出口洞高

37、，10m式（2.1）中的，可由式（2.14）計(jì)算 （2.14） 式中隧洞出口斷面面積，100m2i隧洞第i段上的局部能量損失系數(shù)，斷面面積為i;li隧洞第i段的長(zhǎng)度，水利半徑和謝才系數(shù)分別為i、Ri和Ci。謝才系數(shù)C可由式（2.3）曼寧公式計(jì)算： (2.15)式中n糙率系數(shù)，取為0.017；R斷面水力半徑。由式（2.2）算流量系數(shù)得：隧洞泄量為=2227.5m3/s（2）計(jì)算總水頭線和測(cè)壓管水頭線沿程水頭損失可由式（2.16）算： 式（2.16）式中l(wèi)i第i段的長(zhǎng)度；Ci第i段的長(zhǎng)度；Ri第i段的水力半徑；Vi第i段的水流流速。局部水頭損失可由式（2.17）計(jì)算： 式（2.17）式中i隧洞第i

38、段上的局部能量損失系數(shù)，可查表取值；Vi第i段的水流流速。表2.6 設(shè)計(jì)水位水力計(jì)算表12345678管段i()iii2li()Ri(m)喇叭形進(jìn)水口1440.72 0.030.016 一道門槽0.30.156 進(jìn)水口漸變段128.520.81 0.050.033 183.00 70.643 洞身段113.040.92 375.493.00 70.643 出口漸變段106.520.98 0.10.095 182.74 69.595 二道門槽1001.00 0.20.200 出口斷面1001.00 總和0.500 411.49續(xù)表2.6 設(shè)計(jì)水位水力計(jì)算表910111213141516172gl

39、/Ci2Rivi(m/s)vi2/2g(m)hji=(4)*(12)(m)hfi=(9)*(12)(m)hwi(m)H=水位-出口底板高層-hwi（m）zi+pi/=Hi-v2/2g(m)10.069 5.168 0.155 1.705 57.055 51.887 1.550 0.022 0.014 11.282 6.488 0.324 0.143 2.173 56.587 50.099 0.460 0.390 12.827 8.386 3.862 6.035 52.725 44.339 0.025 0.024 13.612 9.444 0.944 0.235 7.214 51.546 42.

40、101 14.500 10.716 2.143 9.357 49.403 38.687 14.500 10.716 9.357 49.403 38.687 0.428 9.357 2.2.3 校核洪水位時(shí)的水力計(jì)算（1）過流能力校核按（2.1）式計(jì)算，流量系數(shù)、出口斷面面積、hp保持不變，T0=446.31-386.24=60.07m隧洞泄量為: =2257 m3/s>2180 m3/s（2）計(jì)算總水頭線和測(cè)壓管水頭線表2.7 校核水位水利計(jì)算表12345678管段i()iii2li()Ri(m)喇叭形進(jìn)水口1440.72 0.030.016 一道門槽0.30.156 進(jìn)水口漸變段128

41、.520.81 0.050.033 183.00 70.643 洞身段113.040.92 375.493.00 70.643 出口漸變段106.520.98 0.10.095 182.74 69.595 二道門槽1001.00 0.20.200 出口斷面1001.00 總和0.500 411.49續(xù)表2.7 校核水位水利計(jì)算表910111213141516172gl/Ci2Rivi(m/s)vi2/2g(m)hji=(4)*(12)(m)hfi=(9)*(12)(m)hwi(m)H=水位-出口底板高層-hwi（m）zi+pi/=Hi-v2/2g(m)10.069 5.168 0.155 1.

42、705 58.365 53.197 1.550 0.022 0.014 11.282 6.488 0.324 0.143 2.173 57.897 51.409 0.460 0.390 12.827 8.386 3.862 6.035 54.035 45.649 0.025 0.024 13.612 9.444 0.944 0.235 7.214 52.856 43.411 14.500 10.716 2.143 9.357 50.713 39.997 14.500 10.716 9.357 50.713 39.997 0.428 9.357 2.2.4 圓形有壓隧洞的襯砌計(jì)算(1)、主要作用

43、力的計(jì)算a.圍巖壓力鉛直圍巖壓力 式（2.18）水平圍巖壓力 式（2.19）式中 Sy鉛直圍巖系數(shù)，0.20.3，取0.25； Sx水平圍巖系數(shù)，0.050.1，取0.075； H洞室高度； B洞室底寬； R27.5N/m3巖石容重；經(jīng)計(jì)算，鉛直圍巖壓力、水平圍巖壓力分別為82.5kpa、24.75kpa。b.圍巖的彈性抗力可按下式計(jì)算： 式（2.20）式中 K彈性抗力系數(shù)，可按式（2.21）計(jì)算y襯砌外法向位移。 式（2.21）其中K01m半徑單位彈性抗力系數(shù)，78Mpa/cm re洞涇。600cmc.內(nèi)水壓力內(nèi)水壓力=均勻內(nèi)水壓力+無水頭洞內(nèi)滿水壓力其中，均勻內(nèi)水壓力由洞內(nèi)壁以上水頭產(chǎn)生，

44、其值為h；無水頭洞內(nèi)滿水壓力是指洞內(nèi)充滿水、洞頂壓力為零、洞底壓力等于d時(shí)的水壓力。h=445-406.5=38.5md=12md.外水壓力可按式（2.22）估算： 式（2.22）式中Pe作用在襯砌結(jié)構(gòu)外表面的地下水壓力，kN/m2;e外水壓力折減系數(shù)，可按表2.3確定；w水的重度，Kn/m3，一般采用9.81kN/m3He地下水位線至隧洞中心的作用水頭20.52m表2.8外水壓力折減系數(shù)e值級(jí)別地下水活動(dòng)狀態(tài)地下水對(duì)圍巖穩(wěn)的影響e值1洞壁干燥或潮濕無影響00.202沿結(jié)構(gòu)面有滲水或滴水風(fēng)化結(jié)構(gòu)面充填物質(zhì)，地下水降低結(jié)構(gòu)面的抗減強(qiáng)度，對(duì)軟弱巖體有軟化作用0.100.403沿裂隙或軟弱結(jié)構(gòu)面有大

45、量滴水、線狀流水或噴水泥化軟弱結(jié)構(gòu)面充填物質(zhì)， 地下水降低結(jié)構(gòu)面的抗減強(qiáng)度，對(duì)中硬巖體有軟化作用0.250.604嚴(yán)重滴水， 沿軟弱結(jié)構(gòu)面有小量涌水地下水沖刷結(jié)構(gòu)面中充填物質(zhì)，加速巖體風(fēng)化，對(duì)斷層等軟弱帶軟化泥化，并使其膨脹崩解，以及產(chǎn)生機(jī)械管涌；有滲透壓力，能鼓開較薄的軟弱層0.400.805嚴(yán)重股狀流水， 斷層等軟弱帶有大量涌水地下水沖刷攜帶結(jié)構(gòu)面充填物質(zhì)，分離巖體，有滲透壓力，能鼓開一定厚度的斷層等軟弱帶，能導(dǎo)致圍巖塌方0.651.00注：當(dāng)有內(nèi)水組合時(shí)，e應(yīng)取較小值，無內(nèi)水組合時(shí)，e應(yīng)取較大值。如無防滲設(shè)施，隧洞進(jìn)口水位為庫水位，出口為 0，其間用直線連接，來近似表示外水壓力。e.襯砌自重單位面積自重為：g=c h式中 c襯砌材料容重，25.0 kN/m3 h襯砌厚度 1mg=c h =25 kN/m22.2.5