片上水庫畢業(yè)設(shè)計9

1、河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）設(shè)計總說明本設(shè)計來源于實際工程片上水庫，片上水庫是河海流域大清河北支流拒馬河上的一座大（二）型綜合利用水利工程。水庫庫容7.16億立方米，四庫容0.44億立方米，可進行防洪、興利的調(diào)節(jié)庫容6.72億立方米。片上水庫興利任務(wù)，主要是農(nóng)業(yè)灌溉和工業(yè)供水，發(fā)電服從灌溉和工業(yè)供水，在灌溉和工業(yè)引水出口各修建一水電站，利用灌溉和工業(yè)供水發(fā)電。灌溉供水電站為季節(jié)性發(fā)電，引水流量33m/s，采用2臺機組，總裝機容量1.6萬千瓦。電站尾水位為105.0-109.6m。工業(yè)給水結(jié)合發(fā)電，引水流量為4m/s,裝機2臺機組，總裝機容量2500萬千瓦，電站尾水位為110.3.由于水頭變化范

2、圍較大，庫水位在149m一下時，工業(yè)用水用旁通管下泄，此時機組可進行檢修。水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)為百年設(shè)計，千年校核，萬年保壩。樞紐建筑物包括主壩、溢洪道、導(dǎo)流泄洪洞、灌溉發(fā)電洞及樞紐電站組成。根據(jù)工程規(guī)模及其在國民經(jīng)濟中的作用，按SDJ12-78規(guī)范中設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，工程等級為二等，水庫樞紐屬于大（二）型，主要建筑物按二級設(shè)計，次要建筑物按三級設(shè)計，臨時建筑物按四級設(shè)計。本設(shè)計的主要任務(wù)是片上水庫導(dǎo)流泄洪洞設(shè)計。設(shè)計的內(nèi)容是：確定進口高程，選擇首部進口建筑物的型式，擬定喇叭口漸變段形式，構(gòu)造及尺寸，選擇攔污柵，閘門及啟閉機械類型；根據(jù)泄洪流量確定隧洞斷面型式及尺寸，并根據(jù)水流、地質(zhì)、隧洞直徑擬定襯砌的型式及

3、尺寸，進行相應(yīng)的水力計算及結(jié)構(gòu)計算；擬定細(xì)部構(gòu)造：如灌漿孔布置、分縫、排水等。本設(shè)計的主要技術(shù)資料：本區(qū)灰?guī)r均系硅質(zhì)和白云質(zhì)灰?guī)r（白云巖），結(jié)晶程度較好，相對不易被溶蝕。堅固系數(shù)FK=4，單位彈性抗力系數(shù)K0=2KN/cm3(200Kg/3)，彈性模數(shù)E=4×105KN/2（0.4×105Kg/2）,透水性較大。本設(shè)計的原則為：通過畢業(yè)設(shè)計，使所學(xué)過的知識得到鞏固擴大加深和系統(tǒng)化，同時加強運用理論知識解決實際問題的能力，提高對實際工程的設(shè)計計算，繪圖等基本技能，并有助于培養(yǎng)和建立正確的設(shè)計思想，實事求是，刻苦鉆研，通過自己的努力從中受益，為盡快適應(yīng)將來的工作和學(xué)習(xí)打下堅實的

4、基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：隧洞，閘門；襯砌：挑流消能：閘室。The Instruction of the Design Originally design and stem from the actual projectpieces of peak reservoir,pieces of peak reservoir lie Hebei province .The reservoir controls 10000sq.km.of drainage areas,capacity of reservoir 7.16million cubic meters.Reservoir rely mainly on ir

5、rigating and generating electricity,is it prevent flood to combine.The irrigated area is set up the total trunk canal of the rice and four trunk canals to make up for 33 seconds by a flow of pilotting a ship into harbour,build the hydropower station of the pivot and hydropower station of the Chinese

6、 scholartree village in place of 24 kilometers of the total head of the canal of truck canal and low reaches,total installed capacity 31450 electricity.The reservoir prevents flood the standard is designed as a century,check in millennium,protect the dam in ten thousand years.Pivot building includin

7、g main dam,spillway,water conservancy diversion let out Hongdong,is it generate electricity the hole and pivot hydropower station make up to irrigate.According to the scale of project and role in national economy,press SDJ12Design standard in the 78 norm,project,etc.second-class,resevoir pivot belon

8、gs to the large(2)type,the main building is designed according to second,the secondary building is according to designing tertiarily,the temporary building is designed according to four grades.Main task that design originally whether pieces of peak resevoir water conservancy diversion release floodw

9、ater the design of the tunnel.The main content designed is:Confirm and import high Cheng,choose the first pattern of entering water buiding,draft the form of the horn mouth,according to release floodwater flow confirm tunnel section pattern and size,and according to rivers,geology,tunnel diameter dr

10、aft is it buid form and size to line with,carry on corresponding water conservancy and calculate and the structure is calculated,drafting the detail is being constructed.Block as to spillway water and soil design,stone of dam to make some rough sureness of the size on the whole.Main technical data o

11、riginally designed:The rock stratum,rock along the line are mainly flour sand and rock,fine sand and rock and conglomerate,the rock is comparatively hard.Firm coefficient Fk=4,unit elasitic reactance strength coeffcient water permeability is relativily great.The inclination low reaches of rock strat

12、um,export the haircut for a festival to breed. (),plays mould ().Priniciple originally designed is mainly:Through graduation project,make the knowledge studied consolidate,expanded strengthens and systematizedding,is it use theory knowledge solve ability of practical ptoblem to strengthen at the sam

13、e time,raise to actual design calculating,drawing,etc.basic skill of project,train and set up correct design philosophy,seek truth form facts,study assiduously,benefit from it through ones own efforts,finish the essential accumulation in order to meet the needs of society as soon as possible.Because

14、 time is shorter,unavoidably do uncompletly in some places,does not do it carefully,hope the teachers forgive more.Keywords: tunnel; Gateway; liner; choosing can disappear ; the floodgate room.3 目錄設(shè)計總說明1The Instruction of the Design2緒論11工程概況與基本資料21.1 工程概況及基本目的21.2 設(shè)計基本資料21.2.1 流域概況21.2.2 氣象31.2.3 洪水

15、31.2.4 年徑流41.2.5 泥沙41.2.6 特征水位及庫容41.2.7 興利調(diào)節(jié)51.2.8 水電站51.2.9 水庫淤積61.2.10 水庫淹沒71.2.11 工程地質(zhì)條件71.2.12 庫區(qū)滲漏問題71.2.13 壩址工程地質(zhì)條件81.2.14 其他建筑物的工程地質(zhì)條件91.2.15 筑壩材料101.2.16 工程等級及地震烈度111.2.17 其他數(shù)據(jù)111.2.18 樞紐主要技術(shù)指標(biāo)111.2.19壩軸線河谷斷面圖132 隧洞的選型142.1 隧洞設(shè)計的任務(wù)142.2 洞線位置的選擇142.2.2洞線位置的選擇原則142.2.3 洞線位置的選擇142.2.4 洞身斷面型式的選擇

16、143無壓洞設(shè)計163.1 隧洞的總體布置163.1.1 進口筑物的形式163.1.2 進口段的組成163.2 進口段的型式及尺寸173.2.1工作門孔口型式及尺寸的確定173.2.2 檢修門孔口尺寸的確定183.2.3漸變段的尺寸183.2.4 有壓段斷面尺寸183.2.5 進口處橢圓曲線參數(shù)的確定193.3 洞身段的選型193.3.1 斷面型式193.3.2縱坡193.3.3 斷面尺寸203.4 隧洞出口段203.4.1 出口段組成203.4.2 消能設(shè)施213.4.3 出口段尺寸確定213.5水面線計算工況及計算條件243.5.1判斷水面線的類型243.5.2水面曲線的計算243.6摻氣

17、水深的計算253.7 無壓洞段結(jié)構(gòu)計算263.7.1 襯砌尺寸確定263.7.2 彎矩分配法求解結(jié)點內(nèi)力原理263.7.3 計算簡圖與荷載273.7.4 內(nèi)力計算273.8 隧洞配筋計算333.8.1 頂拱配筋計算333.8.2 側(cè)墻配筋計算343.8.3 底板配筋計算353.9 段隧洞的抗裂驗算363.9.1 頂拱部分363.9.2 邊墻的抗裂驗算363.9.3 底板的抗裂計算374細(xì)部構(gòu)造394.1 平壓管394.2 通氣孔394.3 襯砌的分縫394.3.1橫向變形縫394.3.2襯砌的施工縫404.4 隧洞灌漿414.4.1 回填灌漿414.4.2 固結(jié)灌漿414.4.3灌漿孔布置42

18、4.5 隧洞的排水425 工程量445.1 土石方量445.2混凝土用量44謝辭45參考文獻46 5緒 論 片上水庫是河海流域大清河北支流拒馬河上的一座大（二）型綜合利用水利工程。水庫容7.16億立方米，四庫容0.44億立方米，可進行防洪、興利的調(diào)節(jié)庫容6.72億立方米。 導(dǎo)流泄洪洞沿洞線周圍巖石厚度大于三倍的開挖洞徑，出口段已經(jīng)避開塌滑體的東邊界，沿線巖層巖性主要是本區(qū)灰?guī)r均系硅質(zhì)和白云質(zhì)灰?guī)r（白云巖），結(jié)晶程度較好，巖石較為堅硬。 1隧洞設(shè)計應(yīng)先對基本資料進行分析。對隧洞的任務(wù)及該處的地質(zhì)情況、地形、河流附近的水文氣象特征、材料以及對外交通狀況進行大致分析。 2是根據(jù)隧洞的洞線的選擇原則，

19、并結(jié)合本工程的實際條件進行洞線位置的確定，根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)、地形、水文、施工等條件，并結(jié)合技術(shù)經(jīng)濟的比較，求定出符合當(dāng)?shù)貤l件的洞型及布置方案，最終確定出兩個方案：（1）無壓隧洞方案，（2）有壓隧洞方案。 3隧洞的總體布置：（1）隧洞進口形式及確定進口高程，考慮死水位，隧洞泄洪及施工導(dǎo)流要求，冰凍、泥沙、閘門、啟閉機械的容量等因素確定進口高程，并結(jié)合隧洞用途、地質(zhì)條件，對有壓、無壓兩個方案進行論證比較。（2）選擇首部進口建筑物形式，考慮河岸巖石的特性、地形、施工條件、造價及建筑物結(jié)構(gòu)特性，以論證方式選擇首部建筑物的形式，并擬定喇叭口、漸變段形狀、構(gòu)造及尺寸，選擇攔污柵、閘門及啟閉機械類型。4隧洞的

20、水力計算：根據(jù)泄洪流量確定隧洞斷型式及尺寸，并根據(jù)水流、地質(zhì)、隧洞直徑擬定襯砌形式及尺寸，并進行相應(yīng)的水力計算。5隧洞的結(jié)構(gòu)計算：確定結(jié)構(gòu)計算的標(biāo)準(zhǔn)是抗裂還是限裂，然后確定巖石類別和控制斷面，并對無壓段部分的襯砌進行計算。計算首先確定各項荷載，然后確定各項荷載作用下斷面所受到的軸力和彎矩之后進行量的疊加，之后進行配筋和抗裂的計算。6擬定其細(xì)部構(gòu)造，隧洞的細(xì)部構(gòu)造主要是：襯砌的分縫、隧洞灌漿孔的布置，和排水的設(shè)置。1工程概況與基本資料1.1 工程概況及基本目的本設(shè)計來源于實際工程片上水庫，片上水庫是河海流域大清河北支流拒馬河上的一座大（二）型綜合利用水利工程。水庫庫容7.16億立方米，四庫容0.

21、44億立方米，可進行防洪、興利的調(diào)節(jié)庫容6.72億立方米。片上水庫興利任務(wù)，主要是農(nóng)業(yè)灌溉和工業(yè)供水，發(fā)電服從灌溉和工業(yè)供水，在灌溉和工業(yè)引水出口各修建一水電站，利用灌溉和工業(yè)供水發(fā)電。灌溉供水電站為季節(jié)性發(fā)電，引水流量33m/s，采用2臺機組，總裝機容量1.6萬千瓦。電站尾水位為105.0-109.6m。工業(yè)給水結(jié)合發(fā)電，引水流量為4m/s,裝機2臺機組，總裝機容量2500萬千瓦，電站尾水位為110.3.由于水頭變化范圍較大，庫水位在149m一下時，工業(yè)用水用旁通管下泄，此時機組可進行檢修。水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)為百年設(shè)計，千年校核，萬年保壩。樞紐建筑物包括主壩、溢洪道、導(dǎo)流泄洪洞、灌溉發(fā)電洞及樞紐電

22、站組成。根據(jù)工程規(guī)模及其在國民經(jīng)濟中的作用，按SDJ12-78規(guī)范中設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，工程等級為二等，水庫樞紐屬于大（二）型，主要建筑物按二級設(shè)計，次要建筑物按三級設(shè)計，臨時建筑物按四級設(shè)計。1.2 設(shè)計基本資料1.2.1 流域概況 片上水庫是河海流域大清河北支流拒馬河上的一座大（二）型綜合利用水利工程。水庫總庫容7.16億立米，死庫容0.44億立米可進行防洪、興利的調(diào)節(jié)庫容6.72億立米。拒馬河發(fā)源于河北省淶源縣，流經(jīng)淶源、易縣、淶水山峽地區(qū)，至北京房山縣張坊鎮(zhèn)流入平原，并分南北兩支。南拒馬河經(jīng)淶水至北河店與易水匯流至新城白溝鎮(zhèn)，北拒馬河匯合胡良河、琉璃河后在涿州縣東茨村入白溝河，往南流至白溝鎮(zhèn)匯合

23、南拒馬河后為大清河。 拒馬河位于太行山東麓，流域面積約10000km2。地形特點，西部為山區(qū)，流域面積約5000km2，東部為平原。山區(qū)多為石質(zhì)山區(qū)，植被較少，坡度較陡。僅上游淶源以上分水嶺處于黃土高原邊緣地區(qū)。平原河槽較窄，坡度很緩。本流域且為華北暴雨中心所在，因此洪水大，危害較為嚴(yán)重。本工程可為東部平原房、淶、涿灌區(qū)的一百多萬畝農(nóng)田灌溉、北京生活及工業(yè)用水提供水源。1.2.2 氣象 本流域處于山區(qū)，夏季炎熱多雨。附近張坊站平均年降雨量740mm，年平均氣溫約為11.6，年內(nèi)氣溫變化較大，最高溫度達43.5，最低溫度-26。降雨主要集中在七、八月份，多年平均降雨量470mm，占全年降雨量的6

24、5%，七、八月降雨又主要集中在幾次暴雨上，特點是強度大，雨量集中。由于天氣系統(tǒng)及地形抬升的相互影響，張坊上游的紫荊關(guān)一帶極易形成暴雨，如1950年8月上旬、1955年8月中旬、1956年、1963年8月上旬均出現(xiàn)日降雨量大于100mm的暴雨。暴雨過程一般為2-3天。1.2.3 洪水 本流域洪水均為暴雨洪水，主要發(fā)生在七、八月份，一次洪水歷時5天左右。較大洪水多是單峰型，陡漲陡落，雙峰或多封不多，且為小水年。據(jù)實測20年資料統(tǒng)計，洪峰流量最大為9920m3/s（1963年），最小洪水為45m3/s（1965年）相差220倍，1963年三天洪量最大為5.67億立米，1965年三天最小洪量0.08億

25、立米，相差77倍（實測洪水系表列從略）。 本流域調(diào)查最大洪水為1801年，洪峰流量20000m3/s?？紤]到下游為寬闊平原，并有京廣鐵路經(jīng)過，大壩為土壩等情況，校核洪水采用1000年一遇，設(shè)計洪水采用100年一遇。 實測資料中，以1963年洪水最大，1956年次之，洪峰流量分別為9920m3/s和4200m3/s，以1963年、1956年平均概化過程線為典型，按洪峰流量比值放大計算設(shè)計洪水、校核洪水過程線，如圖1.1所示。圖1.1 片上水庫設(shè)計、校核洪水過程線1.2.4 年徑流 本水庫上游擬建紫荊關(guān)水電站，年徑流按紫荊關(guān)-張坊站區(qū)間的徑流量計算，紫-張區(qū)間年徑流量最大為14.55億立米（195

26、6-1957年），最小為1.27億立米（1965-1966年），相差11倍，1951-1970年19年系列平均值為5.74億立米。1.2.5 泥沙 本流域泥沙主要集中在汛期，汛期沙量占全年的99%。據(jù)實測資料，紫-張區(qū)間多年平均輸沙量為46萬噸，推移質(zhì)占總沙量的20%。紫荊關(guān)水電站建成后，本庫多年平均來沙量為55萬噸。1.2.6 特征水位及庫容（1）設(shè)計洪水 考慮到本水庫應(yīng)有一定的防洪庫容以攔蓄洪水，若降低洪水位對防洪、興利效益大為不利，而若提高洪水位，可能降低京-原鐵路標(biāo)準(zhǔn)或進行局部改建，協(xié)調(diào)二者，本庫設(shè)計洪水位定位186.8m（P=1%），相應(yīng)庫容為6.09億m3。（2）校核洪水 京-原鐵

27、路在拒馬河左側(cè)穿越，有十余座橋涵通過庫區(qū)，橋梁高程最低者為190.44m，墩頂高程為190.26m?？紤]在校核洪水時不影響鐵路正常通車，校核洪水定位190.1m（P=0.1%），相應(yīng)庫容為7.16億m3。（3）死水位 本庫為綜合利用水利樞紐，死水位確定應(yīng)考慮工業(yè)、給水、灌溉、發(fā)電等用水要求，確定為130.0m。（4）汛限水位 根據(jù)下游河道現(xiàn)有行洪能力，按1955年洪水限泄1300m3/s時，洪水不漫灘；遇1963年洪水限泄3000m3/s，不超過下游河道泄洪能力；遇校核洪水時，限泄最大流量7000m3/s；水位達到190m時，相應(yīng)泄量為18000m3/s。根據(jù)上述分級標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)洪水過程線，調(diào)洪

28、計算按分級控制確定防洪庫容，求得設(shè)計洪水位以下防洪庫容2.98億m3，設(shè)計洪水位至190m庫容0.56億m3。故總防洪庫容為3.54億m3，相應(yīng)汛限水位為167.5m。1.2.7 興利調(diào)節(jié) 本庫工業(yè)需水4.0m3/s。農(nóng)業(yè)灌溉毛定額為400m3/畝。水庫蒸發(fā)損失350萬m3/年。依據(jù)紫-張區(qū)間多年實測徑流量，加上紫荊關(guān)水電站汛期棄水量，進行徑流調(diào)節(jié)計算，由時歷法求得調(diào)節(jié)流量保證曲線及平、枯水年調(diào)節(jié)流量(見圖1.2，表1.1)。圖1.2 片上水庫流量保證率曲線表1.1 調(diào)節(jié)流量表標(biāo)準(zhǔn)毛調(diào)節(jié)流量秒立米折合毛水量億立米凈調(diào)節(jié)水量億立米工業(yè)用水量億立米灌溉用水量億立米平水年14.74.634.531.

29、263.27枯水年10.53.313.211.261.95由表1.1可見，平水年可用的灌溉水量為3.27億m3，可灌溉82萬畝，遇到枯水年，可灌溉49萬畝。1.2.8 水電站 片上水庫興利任務(wù)，主要是農(nóng)業(yè)灌溉和工業(yè)供水，發(fā)電服從灌溉和工業(yè)供水，在灌溉和工業(yè)引水出口各修建一水電站，利用灌溉和工業(yè)供水發(fā)電。灌溉供水電站為季節(jié)性發(fā)電，引水流量33m3/s，采用2臺機組，總裝機容量1.6萬千瓦。電站尾水位為105.0109.6m。 工業(yè)給水結(jié)合發(fā)電，引水流量為4m3/s，裝機2臺機組，總裝機容量2500千瓦，電站尾水水位為110.3m。由于水頭變化范圍較大，庫水位在149m以下時，工業(yè)用水用旁通管下泄

30、，此時機組可進行檢修。1.2.9 水庫淤積 本庫庫區(qū)河道縱坡約2.5%，屬帶狀均勻淤積，淤積前后河底比降基本不變，河道多年平均含沙量約1kg/m3，主要集中在汛期。水庫淤積按50年考慮，建庫后前10年流域來沙量1200萬m3，后40年紫荊關(guān)建庫后，水庫來沙量為2500萬m3，50年淤沙量為3700萬m3，根據(jù)各高程的淤積量，庫容曲線見圖1.3。圖1.3 片上水庫水位庫容、面積曲線1.2.10 水庫淹沒 水庫主要由基巖組成，第四紀(jì)堆積物不多，沒有坍岸、浸沒問題，水庫兩岸沖溝發(fā)育，溝內(nèi)均有居民點分布，耕地主要分布在階地上和沖溝邊。沿庫區(qū)左岸有京原鐵路，張坊至浦洼公路和輸電線等穿過。水庫淹沒面積在校

31、核洪水位190m時為20km2，汛期最高蓄水位179m時為16.3km2。1.2.11 工程地質(zhì)條件 本區(qū)除第四系地層外，均為中震旦系，霧迷山組地層（Z2w），分層、厚度及巖性見表1.2。表1.2 地層厚度及巖性編號巖性厚度/m相應(yīng)壩區(qū)分層編號備注Z52w板狀、厚層狀白云巖夾少量頁巖、石英巖、底部為雜色石英礫巖400Z42w厚層白云巖180-200Z32w硅質(zhì)條帶灰?guī)r夾硅質(zhì)白云巖220-250Z22w硅質(zhì)條帶狀、斑點狀白云質(zhì)灰?guī)r（局部變質(zhì)成大理巖）夾絹云母片巖（在與輝綠巖接觸處滑石化）300-400Z2wZ2wZ2w本層為壩基地層Z12w厚層硅質(zhì)白云巖約250 輝綠巖和片巖透水性甚微，是本區(qū)相

32、對隔水層。 本區(qū)普遍發(fā)育有兩組構(gòu)造裂隙，第一組走向約為北東70°度，第二組走向約為北西300-340°度，均為陡傾角裂隙。本區(qū)地震烈度為7度。1.2.12 庫區(qū)滲漏問題 右岸沿庫邊有輝綠巖墻，從付壩埡口向上游一直延伸到六渡村對岸，自然形成了庫區(qū)良好隔水層，輝綠巖分布高程只在局部地段低于庫水位，170m以下不存在滲漏問題，170m以上與庫水接觸范圍較短，約為400-500m，滲徑約為3km，水頭壓力小，滲漏是微小的。 左岸庫內(nèi)灣子溝存在向庫外鄰谷滲漏問題，但不會產(chǎn)生大面積滲漏，沿局部裂隙的滲漏量較微小。 總觀，庫區(qū)滲漏性質(zhì)屬局部巖溶裂隙性滲漏，滲漏量較小，不致嚴(yán)重影響水庫效益

33、。1.2.13 壩址工程地質(zhì)條件（1）河床覆蓋層 河床寬600余米為第四系沖積砂卵石層所覆蓋，厚度為15-28m，靠左右岸邊各有一沖蝕槽，左側(cè)為古河床，以卵石層為主。地下水位約為105-106m。通過抽水試驗，滲透系數(shù)K最小為2.74×10-4m/s，最大8.56×10-3m/s，一般為（2.315.79）×10-3m/s，砂卵石層須防滲處理。 在砂卵石層中，有砂質(zhì)黏土及細(xì)沙夾層。 砂質(zhì)夾層分布在壩線下游02鉆孔附近，高程一般89-91m，厚度1.5-1.8m，這些夾層順河方向延伸稍長，以窄條帶狀分布在古河床西側(cè)漫灘邊緣和古河床死洼處。河床右岸發(fā)現(xiàn)有含碎石、卵石的

34、砂質(zhì)黏土層，在基巖面上部，屬巖石的風(fēng)化殘積層，厚度約1-2m。 總觀，這些夾層分布范圍不大，厚度較薄，一般位置較深，因此對壩體穩(wěn)定影響不大，但應(yīng)摸清具體分布范圍，論證其對壩體穩(wěn)定的影響和確定處理措施。（2）巖溶、滲漏問題 從巖性看，本區(qū)灰?guī)r均系硅質(zhì)和白云質(zhì)灰?guī)r（白云巖），結(jié)晶程度較好，相對不易被溶蝕。據(jù)鉆孔分析，本區(qū)巖溶發(fā)育，一是在壩址區(qū)高程70-90m較多發(fā)育，二是在片巖層的上下層面處較多發(fā)育，但溶洞很少，也很小。深層巖溶問題是不存在的，主要表現(xiàn)為巖溶裂隙。 據(jù)壓水試驗，壩基巖石透水性較大，單位吸水量算術(shù)平均值為3.2升/分，大值平均值為14.5升/分，對壩基滲漏不利。但在壩下基巖中第2層絹

35、云母片巖，在壩下普遍分布，厚度3-7m，沒有間斷現(xiàn)象，隔水性好，是防滲的有利條件。不存在順河斷層。壩基防滲處理時，河床砂卵石層宜做防滲墻，其下第2層片巖出露部分風(fēng)化較嚴(yán)重，宜進行帷幕灌漿，伸入基巖內(nèi)3-5m，至新鮮巖層處。兩岸帷幕灌漿處理深度，左岸宜20-60m（伸入基巖），右岸巖石透水性較小，平均處理深度可為25m。（3）地下水動態(tài) 壩址區(qū)地下水位坡降較小，右岸為地下水補給河水。左岸地下水有一“凹陷帶”，主要是該段為古河床主流線部位，砂礫石層中孤石較多，透水性大，使該段地下水位稍低。兩岸地下水位較低，一般在106-110m左右，故存在繞滲問題，應(yīng)適當(dāng)向兩岸適當(dāng)延長帷幕線，以減少繞滲量。（4）

36、左岸崩坡積物 左岸壩肩分布有一崩-坡積物，順河向長約1000m，寬約120m，表面以30°坡傾向河谷，高程140m處厚度最大，約47m，以上逐漸變薄。坡積物下基巖地形呈階梯狀。坡積物主要為土、碎石及大塊石，表層土的含量較多，約占50%，形成土夾碎石和塊石，碎石塊石不起骨架作用，只局部地段塊石較多。經(jīng)試驗，屬中等失陷性，浸水下沉問題不嚴(yán)重，但厚度較大，總下沉量較大。野外試驗變形模量算術(shù)平均值為681kg/cm2，壓縮性不嚴(yán)重。滲透系數(shù)為1×10-5m/s，下部透水嚴(yán)重。筑壩時可不挖除，但須做好防滲處理，以免蓄水后，因滲漏惡化庫區(qū)地質(zhì)條件。 1.2.14 其他建筑物的工程地質(zhì)條

37、件（1）埡口付壩 大壩右岸有一埡口，谷底高程141.0m，谷底寬60m，谷底覆蓋砂質(zhì)黏土，厚度6-8m。在壩高192m高程處，谷寬230m。谷底右側(cè)沿斷層有輝綠巖墻侵入體，走向為北西330-340°，傾向南西，傾角80°，寬52m。輝綠巖風(fēng)化嚴(yán)重，全風(fēng)化帶厚約10m，半風(fēng)化帶厚約15m，單位吸水量約0.09-4.3升/分。 埡口右側(cè)巖層走向北西340°，傾向北東，傾角10°，在高程145-157米處分布有兩層片巖，下邊一層已滑石化，極軟弱，遇水崩解。埡口左側(cè)巖層走向近南北，傾向東，傾角10°，在高程185.5-138米處，有兩層片巖分布。 據(jù)上

38、述地質(zhì)情況，埡口為一斷層，不利地質(zhì)條件比較集中，承載力低，抗滑穩(wěn)定性較低，修建砼溢洪道不利，而在此修建土石付壩問題不大。但應(yīng)進行防滲處理，建議處理深度：右側(cè)一般30m，左側(cè)一般15-20m，斷層與輝綠巖墻侵入體接觸帶處處理深度不小于50m。（2）溢洪道 在付壩左側(cè)山坡上，開挖布置溢洪道。該地段巖層產(chǎn)狀平緩，微傾向上游，傾角 6-10°。溢洪道底板以下約27m處（高程約129m），有第4層片巖分布，該層片巖在溢洪道閘線下游220m處，于溢洪道斜坡段底板下出露，需作局部處理?？傆^，溢洪道工程地質(zhì)條件良好，但在閘底板處，北西向裂隙較發(fā)育，須進行基巖固結(jié)灌漿處理。因此處山體較?。?60m高程

39、處僅300余米），為防止?jié)B漏，該處表層20m范圍內(nèi)，須進行帷幕灌漿處理。（3）農(nóng)業(yè)引水發(fā)電洞 發(fā)電洞位于主壩右岸山脊下部，洞軸線前段為北西300°，后段為北西278°，在樁號0+187.5m處洞線轉(zhuǎn)折。洞線橫穿緩背斜軸部，在Z2w5、6層硅質(zhì)、白云質(zhì)灰?guī)r中通過，巖層產(chǎn)狀近水平，但巖石新鮮、堅硬、完整，透水性小，單位吸水量為0.004-0.008升/分，地下水位約110.6-105.6m，低于洞身。進口段，洞頂以上約20m處，有第6層片巖，但距離較遠(yuǎn)，不影響洞身穩(wěn)定。從轉(zhuǎn)點到出口段，洞線方向與背斜軸交角約33°，與北東、北西兩組裂隙均成斜交，對洞頂穩(wěn)定影響不大。洞身

40、斜井段至出口，洞頂部位于第5層片巖內(nèi)，可挖除。在斜井段下部約高程170m處，洞線穿過第5層片巖，應(yīng)加強襯砌，以防漏水惡化工程地質(zhì)條件。洞身與壩體最近處（樁號0+187.5m），巖體厚度約50m，是洞徑的5倍。此處接近背斜軸部，發(fā)育有北西裂隙，同時考慮水頭較大（約0.7MPa），建議此段加厚襯砌，并壩體設(shè)計時，考慮排水措施，以免影響壩體穩(wěn)定。進出口洞臉均為巖石邊坡，工程地質(zhì)條件良好。（4）導(dǎo)流洞 位于右岸，其工程地質(zhì)條件與發(fā)電洞基本相同，但在樁號0+360-560段，洞頂約15-10m處，分布有第6層片巖，及在樁號0+770-1+050段，第4層片巖與洞頂相交或在洞頂以上約10m處分布。特別是在

41、樁號0+770-0+800段，有北東向高角度裂隙密集帶，巖層產(chǎn)狀近水平，對洞頂穩(wěn)定不利，應(yīng)采取相應(yīng)措施。（5）工業(yè)供水洞位于左岸，洞軸線沿北西313°。洞身位于地下水位以上，巖層產(chǎn)狀近水平，但新鮮完整，多與洞線近垂直，影響較小，且洞徑較小，一般沒有問題。洞進口為崩坡積物，其內(nèi)摩擦角為27°，應(yīng)做好洞口左右兩側(cè)邊坡襯砌保護，以免在水下坍塌，影響管路正常運行。1.2.15 筑壩材料 （1）土料及砂石料土料，壩上下游均有料場，上游料場儲量141.89萬m3，運距1.2km，有效土層厚度2-5m；下游料場儲量263.85萬m3，運距2km，有效土層厚度一般約3-4m。砂石料，料場主

42、要在壩下游，總儲量為4751.2萬m3，其中上游料場儲量89.5萬m3（占總儲量的1.9%）。平均運距12km。土料及砂石料儲量均滿足需要。據(jù)試驗，土場土料大部分為中壤土，少量為輕壤土及重壤土，部分含有少量僵石，土料質(zhì)量符合筑壩要求。但在埋藏深度2m以下的部分土料含水量大于20%，應(yīng)合理開采，減少翻曬工作量。砂礫料質(zhì)量，東莊料場，含泥量達24%，且缺少中間粒徑，級配欠佳，壓實性差，使用時應(yīng)采取措施?？傆^，各料場砂礫料的中間粒徑略少，含砂量大，加權(quán)平均值69%。大于150mm的顆粒多者約占13.4%。上壩時，礫料集中現(xiàn)象難于避免，應(yīng)采取相應(yīng)措施，保證壩體滲透穩(wěn)定性。（3）砼骨料及塊石料河床砂卵石

43、，多為堅硬火成巖及灰?guī)r，渾圓度較好，作砼粗骨料符合要求；細(xì)骨料一般偏細(xì)，且量缺少，開采時勢棄料量比例較大。建議采用壩下游鐵索崖一帶為砼骨料場，擬開采量為65萬m3。壩體護坡塊石料：在壩上游兩岸，西溝及下游鐵索崖一帶均可開采。以鐵索崖一帶較好，多系厚層，相對完整。其他地方因夾片巖及薄層，相對利用率較低。（4）筑壩材料技術(shù)指標(biāo)土料初始孔隙水壓力系數(shù)B=0.3，凝聚力c=14.0kPa，堆石孔隙n=0.33，變形模量68.1MPa，其余指標(biāo)見表1.3。表1.3 防滲體壤土及砂礫料設(shè)計指標(biāo)筑壩材料名稱容重（kN/m3）內(nèi)摩擦角（度）滲透系數(shù)K（cm/s）d（干）s（濕）b(飽和)f（?。┧纤氯劳?

44、6.719.320.310.322.520.51×10-6砂礫料（壩體）19.620.622.112.135321×10-2堆石體19.64037砂礫料（壩基）19.622.112.1321×10-31.2.16 工程等級及地震烈度本工程為大二型，主要建筑物：攔河壩、溢洪道、隧洞、廠房、引水洞為2級建筑物。設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為1000年一遇。地震設(shè)計烈度取為7度。本區(qū)多年平均最大風(fēng)速V多=18m/s。水庫吹程D=2.5km。1.2.17 其他數(shù)據(jù)溢洪道閘底板與基巖摩擦系數(shù)f=0.6。閘基允許應(yīng)力6.0MPa。隧洞巖石堅固系數(shù)fk=4，單位彈性

45、抗力系數(shù)K0=2kN/cm3，彈模E=4×105 kN/cm2。1.2.18 樞紐主要技術(shù)指標(biāo)樞紐主要技術(shù)指標(biāo)見表1.4、1.5。表1.4 水庫特征值項目數(shù)量相應(yīng)尾水位/m下泄流量m3/s備注壩頂高程/m192.0參考校核水位/m190.1104.0（壩后）1900千年一遇設(shè)計水位/m186.8109.6（灌溉電站后）1140百年一遇汛后最高蓄水位/m186.8汛期限制水位/m167.5發(fā)電最低水位/m138.0105.0（灌溉電站后）死水位/m130.0總庫容億/m37.16防洪庫容億/m33.62興利庫容億/m36.09共用庫容億/m32.99死庫容億/m30.44汛期興利庫容/

46、億m33.10表1.5 樞紐建筑物序號擋水建筑物最大壩高/m壩頂長度/m壩型尾水位或地面高程1主壩88.0（參考）1305.0（參考）下游無水（河底高程114.0）2付壩59.0（參考）200.0（參考）下游無水3泄洪、引水建筑物進/出口底高程/m洞徑或孔寬高/m閘門（孔數(shù)-寬×高）建筑物長度/m最大泄量/m3/s4溢洪道171.0/123.010-13.6×17.639221635.05泄洪洞124.0/117.011×16.51-11×125163300.06導(dǎo)流泄洪洞109.5/105.5有壓D=6，無壓段6.5×8.51-5×

47、4.51361.0520.07發(fā)電引水洞121.5/105.5（最低）D=54.0×5.042533.08工業(yè)引水洞123.5/110.3（尾水）D=32.4×3647.04.09大電站裝機容量/千瓦2×800010小電站裝機容量/千瓦2×1250 1.2.19壩軸線河谷斷面圖2 隧洞的選型2.1 隧洞設(shè)計的任務(wù)隧洞可在壩體的施工期進行施工導(dǎo)流，以利于壩體干地施工，同時可將來的水順利引向沁河下游。根據(jù)水文分析的沁河洪水由暴雨形成，年際變化大，洪水峰高，歷時短，陡降陡落，如只用溢洪道泄洪不能滿足要求，用隧洞可以輔助進行泄洪，泄洪時，可以根據(jù)預(yù)報提前泄水，延

48、長泄洪時間。當(dāng)壩體施工完畢，在運行期可利用隧洞進行排沙和放空水庫。 2.2 洞線位置的選擇 2.2.1泄洪隧洞的概述泄洪隧洞特點是流量大，流速高，因此效能沖刷問題對泄洪隧洞的設(shè)計特別重要。泄洪隧洞有可按洞內(nèi)水流狀態(tài)，分為有壓隧洞和無壓隧洞。在工程中無壓隧洞應(yīng)用較多，僅當(dāng)山體雄厚，巖體堅硬完整，岸破穩(wěn)定性好時才宜采用有壓洞。泄洪隧洞一般設(shè)置在巖基內(nèi)，因此對地質(zhì)資料特別重視，要查明沿線底層的性質(zhì)和地質(zhì)構(gòu)造，沿線的水文地質(zhì)條件，進出口的地址條件，地應(yīng)力及巖爆情況等。2.2.2洞線位置的選擇原則洞線在平面上布置應(yīng)盡量短直，以使開挖量小，水流平順，并便于施工。2.2.3 洞線位置的選擇根據(jù)洞線的布置原則

49、，考慮該樞紐地區(qū)的地形、地質(zhì)條件，泄洪隧洞布置在岸的右側(cè)。片上水庫壩址軸線為一條折線。該洞線的位置考慮了隧洞進出口位于河槽的中央，隧洞不必拐彎，可使洞沿軸線應(yīng)力條件較好，沿洞線方向巖石比較堅硬，有利于隧洞的承壓和穩(wěn)定。2.2.4 洞身斷面型式的選擇按洞內(nèi)的水流流態(tài)，隧洞可分為有壓隧洞和無壓隧洞。用于引水發(fā)電的隧洞一般是有壓的，以便于水流穩(wěn)定。用于其他用途的隧洞可以設(shè)計為有壓的也可以設(shè)計成無壓的，但總的來說無壓洞應(yīng)用較多，僅當(dāng)山體雄厚，巖石堅硬完整，岸坡穩(wěn)定性好時才宜采用有壓洞，以免內(nèi)水外滲惡化地質(zhì)條件。該樞紐導(dǎo)流泄洪洞可設(shè)計成無壓的，地質(zhì)條件也允許設(shè)計成有壓的，因此本設(shè)計推薦出兩種方案：方案1

50、：隧洞設(shè)計成無壓洞。方案2：隧洞設(shè)計成有壓洞。沿洞線周圍巖石厚度大于三倍開挖洞徑，出口段已避開塌滑體的東邊界，沿線巖層、巖性主要為粉砂巖、細(xì)砂巖及礫巖，巖石較為堅硬。堅固系數(shù)Fk=4，單位彈性抗力系數(shù)K0=2kN/cm3(200kg/cm3)，彈模E=4×105 kN/cm2(0.4×105kg/cm2)，透水性較大。巖層傾向下游,出口段節(jié)理發(fā)育，應(yīng)采取有效措施予以處理，為進一步保證出口段巖體穩(wěn)定，免除由內(nèi)水壓力引起的后果，建議該段修建無壓洞。對以上兩種方案進行經(jīng)濟、技術(shù)比較最后決定隧洞選用無壓洞方案。3無壓洞設(shè)計3.1 隧洞的總體布置隧洞建筑物主要包括：進口建筑物的形式、

51、漸變段、閘門段、洞身段、出口消能段。各段可以有不同的形式，現(xiàn)根據(jù)本工程的特點對各段形式進行設(shè)計。3.1.1 進口筑物的形式隧洞進口建筑物用于支撐進口閘門的起閉設(shè)備和攔污設(shè)施。按其布置和結(jié)構(gòu)形式，深水式建筑物主要形式有豎井式、塔式、岸塔式和斜坡式幾種。豎井式進口建筑物結(jié)構(gòu)簡單，不受風(fēng)浪、冰凍的影響，抗震及穩(wěn)定性好，適用于進口段巖石堅固的情況。塔式進水口是岸坡較緩，巖石破碎，覆蓋層較厚，不宜開挖豎井時采用的進口建筑物形式，它受風(fēng)浪、流冰及地震的影響較大，需要進行抗滑、抗傾及塔身內(nèi)水平和垂直應(yīng)力的驗算，此樞紐隧洞岸坡較陡，巖石堅固適宜開挖豎井，排除采用塔式進水口的形式。岸塔式進水口雖宜建在岸坡較陡，

52、巖石堅固完整的巖石上，但因閘門是傾斜的，閘門水壓力大，起閉力大，不宜靠自重閉門，此設(shè)計不在采用此種形式的進口。斜坡式省去了岸塔和工作橋，結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，造價低，但因岸坡下滑或沉降時影響閘門起閉，可靠性低，只能設(shè)一道閘門，多用于僅設(shè)要求較低的檢修閘門的中小型工程隧洞的進口，不宜在本工程中采用。綜上所述，進口建筑物的形式本工程擬采用豎井式進水口。3.1.2 進口段的組成進口段的組成：攔污刪、喇叭口、漸變段、閘門槽、平壓管及通氣孔。(1) 攔污柵為了防止庫內(nèi)的沉浮物隨水流進入洞內(nèi)，造成堵塞，在進口處設(shè)置攔污柵，同時為了清污和檢修方便做成活動式的，在進口洞臉處設(shè)置欄污柵軌道及起閉設(shè)備。(2) 喇叭

53、口進水喇叭口的作用是使水流平順,減免空蝕。喇叭口的橫斷面采用窄深的矩形，其頂板和兩側(cè)的邊墻采用收縮的橢圓曲線，其方程為： （3·1）式中：a橢圓長半軸，對頂拱和兩側(cè)分別取檢修門處的孔口高度和寬度； b橢圓短半軸，取a/3長度；(3) 漸變段無壓隧洞的進口為矩形斷面，閘門前有壓段較長，其中間段設(shè)計成圓形斷面。為使二者平順連接，在其間設(shè)置漸變段，在洞口段前部由矩形斷面漸變到圓形斷面，在檢修閘門前再由圓形斷面漸變到矩形斷面。(4) 閘門的設(shè)置本隧洞設(shè)置兩道閘門，即工作閘門和檢修閘門。工作閘門用來調(diào)節(jié)流量和封閉孔口，能在動水中起閉；檢修閘門設(shè)置于工作閘門前，用于檢修工作閘門和隧洞時擋水。工作

54、閘門為了便于開啟和調(diào)節(jié)流量，減小起閉力，本工程擬采用弧形鋼閘門；檢修閘門采用矩形的平面鋼閘門。兩門都設(shè)在隧洞的首部，在豎井上方設(shè)置起閉機房，便于運行和管理，且閉門時間內(nèi)不受水流的作用，有利于圍巖的穩(wěn)定。但泄流時需向門后通氣，以免發(fā)生空蝕和震動破壞。(5) 平壓管為了減小檢修閘門的啟閉力，需要在邊墻內(nèi)設(shè)置由閘閥控制的平壓管，連通檢修閘門前后，用于檢修完畢，提升檢修閘門之前向檢修閘門和工作閘門之間灌水。(6) 通氣孔隧洞中的通氣孔有兩種：一種是設(shè)于檢修閘門與工作閘門之間的通氣孔，用于檢修期下設(shè)檢修閘門，打開工作閘門之后，放空洞內(nèi)水流的補氣。檢修完畢后，平壓管間二道閘門充水時排氣，該通氣孔的斷面面積一般不小于平壓管斷面面積，以利于補氣之和排氣。二是設(shè)于無壓洞工作閘門之后的通氣孔，用于工作閘門在各級高度下泄流補氣，降低門后負(fù)壓，穩(wěn)定流態(tài)。3.2 進口段的型式及尺寸3.2.1工作門孔口型式及尺寸的確定工作門口斷面形式的選擇：工作門口的斷面形式有矩形、城門洞形和圓形斷面，矩形斷面構(gòu)造簡單，施工方便，本設(shè)計擬采用矩形斷面形式。本設(shè)計中無壓進水口采用的是深式進水口，過流能力取決于閘門前壓力段，采用的公式為孔流公式： （3·2）式中：隧洞的泄流量，m3/s ； 流量系數(shù)，應(yīng)該按進口段局部水頭損失確定，約為0.9，現(xiàn)取為0.9； 隧洞進口壓力段工作閘門處