引水建筑物施工理論知識

1、第七章 引水建筑物第一節(jié) 渠道工程第二節(jié) 水工隧洞第三節(jié) 壓力前池及調壓室第四節(jié) 壓力管道第五節(jié) 渡槽第六節(jié) 倒虹吸管第七節(jié) 壩下涵管第八節(jié) 涵洞第九節(jié) 其他渠系建筑物第一節(jié) 渠道工程一、概述 在灌區(qū)利用灌溉渠道輸水及利用排水溝道排水的過程中為滿足控制水流、分配水量、上下游連接和水流交叉等要求而修建的各種水工建筑物，統(tǒng)稱為渠系建筑物。 渠系建筑物的特點是單個工程的規(guī)模一般不大，但數(shù)量多，總工程量往往是渠首工程的若干倍。因此，設計標準對工程投資及安全性影響很大。（一）渠系建筑物的種類及作用 （1）控制建筑物。如進水閘、節(jié)制閘、分水閘等。 （2）泄水建筑物。如溢流堰、泄水閘、退水閘等。 （3）交叉

2、建筑物。如渡槽、倒虹吸管、涵洞、隧洞、橋梁等。 （4）落差建筑物。如跌水、陡坡等。 （5）沖沉沙建筑物。如沉沙池、沖沙閘、沖沙管等。 （6）量水建筑物。如量水堰、量水槽、量水噴嘴等。 （7）便民利民建筑物。如農(nóng)橋、踏步、碼頭等。（二）渠系建筑物的布置原則 （1）數(shù)量恰當，效益最大。 （2）安全運行，保證供水。 （3）聯(lián)合修建，形成樞紐。 （4）獨立供水，方便管理。 （5）便于交通，方便生產(chǎn)。（三）渠系建筑物的特點 （1）面廣量大，總投資多。 （2）建筑物具有相似性。 （3）受地形影響大，與群眾聯(lián)系密切。（四）渠系建筑物的定型設計二、渠道（一）概述 渠道是發(fā)電、灌溉、航運、給水、排水等水利工程中

3、廣泛采用的輸水建筑物。 灌溉用渠道，一般可分為干、支、斗、農(nóng)、毛五級，構成完整的灌溉系統(tǒng)，前四級一般為固定渠道，第五級多為臨時渠道。一般干、支渠主要起輸水作用，稱為輸水渠道；斗、農(nóng)渠主要起配水作用，稱為配水渠道。（二）渠道線路選擇 （1）地形條件。 （2）地質條件。 （3）施工條件。 （4）管理要求。（三）渠道的縱橫斷面設計 合理的渠道斷面設計，一般應滿足以下幾方面具體要求：有足夠的輸水能力，以滿足用戶對用水水量的需要；有足夠的水位，以滿足自流灌溉的要求；有適宜的渠道水流流速，以滿足渠道不沖、不淤或周期性沖淤平衡的要求；有穩(wěn)定的邊坡，以保證渠道安全運用；有合理的斷面形式，以減少滲漏等損失，提高

4、水利用系數(shù)；盡量滿足綜合利用要求，做到一專多能；盡量使工程量最少，以有效降低工程總投資，發(fā)揮最大工程效益。（四）水電站動力渠道 1、動力渠道的基本要求 （1）足夠的輸水能力。 （2）水質符合要求。 （3）運行安全可靠。 （4）渠道應能控制和維護檢修，并設排泄洪水的工程措施。 （5）渠道工程應滿足經(jīng)濟要求。 2、動力渠道的類型和適用條件 （1）自動調節(jié)渠道。 （2）非自動調節(jié)渠道。第二節(jié) 水工隧洞一、概述（一）水工隧洞的類型 1、水工隧洞的作用 （1）配合溢洪道宣泄洪水，有時也作為主要泄洪建筑物之用。 （2）引水發(fā)電，或為灌溉、供水和航運輸水。 （3）排放水庫泥沙，延長使用年限，有利于水電站等的

5、正常運行。 （4）放空水庫，用于人防或檢修建筑物。 （5）在水利樞紐施工期用作導流建筑物。 2、類型 （1）按作用可分為泄洪隧洞、引水發(fā)電和尾水隧洞、灌溉和供水隧洞、放空和排沙隧洞、施工導流隧洞。 （2）按隧洞內(nèi)的水流狀態(tài)可分為有壓隧洞和無壓隧洞。（二）水工隧洞的工作特點 （1）水力特點。 （2）結構特點。 （3）施工特點。（三）水工隧洞的組成 （1）進口段。 （2）洞身段。 （3）出口段。二、水工隧洞的布置與選線（一）總體布置及線路選擇 1、總體布置 2、線路選擇 （1）隧洞的線路應盡量避開不利的地質構造、圍巖中可能存在的不穩(wěn)定地段及地下水位高、滲水量豐富的地段，以減小作用于襯砌上的圍巖壓力

6、和外水壓力。 （2）洞線在平面上應力求短直，這樣既可減少工程費用，方便施工，又有良好的水流條件。 （3）進、出口位置合適。 （4）隧洞應有一定的埋藏深度。 （5）隧洞的縱坡應綜合分析比較確定。 （6）對于長隧洞，可布置施工支洞、豎井，以便增加工作面。（二）閘門在隧洞中的布置 引水隧洞中一般要設置兩道閘門，一道是工作閘門，用來調節(jié)流量和封閉孔口，能在動水中啟閉；一道是檢修閘門，設置在進口，用來擋水，以便檢修工作閘門或隧洞。 大中型隧洞的深式進水口常要求檢修閘門能在動水中關閉，靜水中開啟，以滿足發(fā)生事故時的需要，所以也稱事故檢修門。 對于有壓泄水隧洞，其工作閘門通常布置在出口。三、水工隧洞各組成部

7、分的形式及構造（一）進口段 有壓隧洞進口段包括進口喇叭口、閘門室、通氣孔、平壓管和漸變段等部分。（二）洞身段 1、洞身斷面形式 有壓隧洞一般均采用圓形斷面，原因是圓形斷面的水流條件和受力條件都較為有利。無壓隧洞可采用城門洞形、馬蹄形或蛋形等斷面。 2、洞身斷面尺寸 3、洞身襯砌 （1）襯砌的功用：限制圍巖變形，保證圍巖穩(wěn)定；承受圍巖壓力、內(nèi)水壓力等荷載；防止?jié)B漏；保護巖石免受水流、空氣、溫度、干濕變化等的沖蝕破壞作用；減小表面糙率。 （2）襯砌的類型：平整襯砌、單層襯砌、組合式襯砌、預應力襯砌、噴錨襯砌等。 （3）襯砌分縫?；炷良颁摻罨炷烈r砌是分段分塊澆筑的。為防止混凝土干縮和溫度應力而產(chǎn)

8、生裂縫，在相鄰分段間設有環(huán)向伸縮縫，有壓隧洞需在縫中設止水。 4、灌漿 隧洞灌漿分為回填灌漿和固結灌漿兩種。 回填灌漿是為了充填襯砌與圍巖之間的空隙，使之結合緊密，共同受力，以發(fā)揮圍巖的彈性抗力作用，并減少滲漏。 固結灌漿的目的在于加固圍巖，提高圍巖的整體性，減小圍巖壓力，保證圍巖的彈性抗力，減小滲漏。 5、排水 設置排水，可以降低作用在襯砌上的外水壓力。（三）出口段 有壓隧洞出口，絕大多數(shù)設有工作閘門、啟閉機室、漸變段、消能設施等。四、水工隧洞的襯砌計算（一）荷載及其組合 1、圍巖壓力 也稱山巖壓力。指隧洞開挖后由于圍巖變形或塌落而作用在襯砌上的壓力。 2、彈性抗力 在荷載作用下，襯砌向外變

9、形時受到圍巖的抵抗，這種因圍巖抵抗襯砌向外變形而作用在襯砌外壁的作用力，稱為彈性抗力。 3、內(nèi)、外水壓力 4、襯砌自重 5、荷載組合 （1）正常運用情況。山巖壓力+襯砌自重+宣泄設計洪水時的內(nèi)水壓力+外水壓力。 （2）施工、檢修情況。山巖壓力+襯砌自重+可能出現(xiàn)的最大外水壓力。 （3）非常運用情況。山巖壓力+襯砌自重+宣泄校核洪水時的內(nèi)水壓力+外水壓力。（二）襯砌結構計算（略）五、水工隧洞的噴錨支護 噴錨支護是噴混凝土支護與錨桿支護的總稱。主要類型有：噴混凝土支護、錨桿支護、噴混凝土錨桿聯(lián)合支護、噴錨加鋼筋網(wǎng)支護。第三節(jié) 壓力前池及調壓室一、壓力前池 又稱壓力池或前池，位于動力渠道的末端，是水

10、電站引水建筑物與水輪機壓力管道的連接建筑物。（一）壓力前池的作用及組成 1、壓力前池的作用 （1）分配水流。 （2）平穩(wěn)水壓，平衡水量。 （3）攔阻污物和泥沙。 （4）在電站停機時可向下游供水，滿足下游用水部門的需要。 （5）保護壓力管道進水口在冬季不受冰凌的阻塞或損壞。 2、壓力前池的組成部分 （1）前室及進水室 （2）壓力墻 （3）泄水建筑物 （4）沖沙、攔冰及排冰建筑物（二）壓力前池的位置選擇及布置 1、位置選擇 應力求做到布置緊湊合理、水流順暢、運行靈活可靠、結構安全經(jīng)濟。 2、布置方式 如圖7.17（三）壓力前池各組成部分的尺寸和構造 1、前室 2、進水室 3、壓力前池輪廓尺寸的擬定

11、二、調壓室（一）調壓室工作原理 當水輪發(fā)電機組正常運行時，如果負荷突然變化，或開機、停機，引水系統(tǒng)的壓力管道的水流會產(chǎn)生非恒定流現(xiàn)象，一般稱為水錘。 調壓室是一種具有自由水面和一定體積的井式結構物，底部與壓力引水道連接，以破壞壓力引水道的封閉性，如同水庫一樣能反射水錘波，從而減小水錘壓強。（二）調壓室的作用、要求及設置調壓室的條件 1、調壓室的作用 調壓室指在較長的壓力引水（尾水）道與壓力管道之間修建的，用以降低壓力管道的水錘壓力和改善機組運行條件的水電站建筑物。 調壓室的作用： 1）反射水錘波。 2）縮短壓力管道的長度。 3）改善機組在負荷變化時的運行條件及系統(tǒng)供電質量。 2、對調壓室的基本

12、要求 （1）位置應盡量靠近廠房，以縮短壓力管道的長度。 （2）能較充分地反射壓力管道傳來的水錘波。 （3）調壓室的工作必須是穩(wěn)定的。 （4）正常運行時，水頭損失要小。 （5）工程安全可靠，施工簡單方便，造價經(jīng)濟合理。（三）調壓室的基本類型 1、調壓室的基本布置方式 （1）上游調壓室（引水調壓室）。 （2）下游調壓室（尾水調壓室）。 （3）上下游雙調壓室系統(tǒng)。 （4）上游雙調壓室系統(tǒng)。 2、調壓室的基本結構型式 （1）簡單式調壓室。 （2）阻抗式調壓室。 （3）雙室式調壓室。 （4）溢流式調壓室。 （5）差動式調壓室。 （6）氣墊式調壓室。 （7）綜合式調壓室。（四）影響調壓室波動穩(wěn)定的因素 1

13、、電站水頭的影響 2、引水系統(tǒng)糙率的影響 3、調速器和機組性能的影響 4、電力系統(tǒng)的影響（五）調壓室穩(wěn)定斷面的推導（略）第四節(jié) 壓力管道一、概述（一）壓力管道 壓力管道是指從水庫、前池或調壓室向水輪機輸送水量的管道。（二）壓力管道的類型 1、鋼管 2、鋼筋混凝土管 3、鋼襯砌鋼筋混凝土管二、壓力管道的布置和供水方式（一）壓力管道的布置 （1）盡可能選擇短而直的路線。 （2）盡量選擇良好的地質條件。 （3）盡量減少管道的起伏波折。 （4）避開可能發(fā)生山崩或滑坡地區(qū)。 （5）明鋼管的首部應設事故閘門。（二）壓力管道的供水方式 1、單元供水 2、集中供水 3、分組供水三、壓力管道的水力計算和經(jīng)濟直徑

14、的確定四、鋼管的管壁厚度五、明鋼管的敷設方式、鎮(zhèn)墩、支墩和附屬設備（一）明鋼管的敷設方式 有連續(xù)式和分段式兩種。（二）明鋼管的支墩和鎮(zhèn)墩（三）明鋼管上的閘、閥門和附件六、地下埋管（一）地下埋管的布置形式 地下埋管有豎井、斜井和平洞三種。（二）地下埋管的結構和構造七、下壩身管道（一）壩內(nèi)埋管（二）壩后背管第五節(jié) 渡槽一、渡槽的作用及組成 渡槽是渠道跨越河、溝、渠、路或洼地的明流架空渠系交叉建筑物，它由進口連接段、槽身、結構支承與出口連接段組成。 渡槽一般適用于河、渠相對高差較大，河道岸坡較陡，洪水流量較大的情況。它與倒虹吸管相比較具有水頭損失小、便于管理運用及可通航等優(yōu)點，是渠系交叉建筑物中采用

15、最多的一種型式。二、渡槽的型式及組成 1、渡槽的類型 按槽身斷面形式分為U形槽、矩形槽、拋物線形槽及圓管槽等。 按支承結構分為梁式渡槽、拱式渡槽、桁架式渡槽、斜拉式渡槽、組合式渡槽等。 2、渡槽的組成 渡槽一般由進口段、出口段、槽身及支承結構等部分組成。三、渡槽的總體布置（一）槽址選擇 （1）應選擇在地形、地質條件有利的地方。 （2）跨越河流的渡槽，槽址應穩(wěn)定，水流順直。 （3）便于泄水閘等建筑物的布置。 （4）施工、管理及應用方便。（二）進出口段的布置 （1）與渠道直線連接。 （2）設置漸變段。 （3）設置護底與護坡。四、渡槽的水力計算要點 渡槽水力計算的目的，是確定渡槽過水斷面形狀和尺寸、

16、槽底縱坡、進出口高程，校核水頭損失是否滿足渠系規(guī)劃要求。五、梁式渡槽設計（一）槽身斷面型式選擇 一般大流量渡槽，多采用矩形斷面；中小流量可采用矩形，也可采用U形斷面。（二）梁式渡槽一般構造 （1）分縫 （2）止水 （3）支座（三）槽身結構計算（略）（四）梁式渡槽支承結構設計 1、支承結構的型式及尺寸 （1）槽墩式。一般為重力式，包括實體墩和空心墩兩種型式。 （2）排架式。一般為鋼筋混凝土結構，主要有單排架、雙排架、A字形排架及組合式排架等型式。 2、排架與基礎的連接 排架與基礎的連接型式，通常有固接和鉸接。（五）渡槽基礎 渡槽基礎，是將渡槽的全部重量傳給地基的底部結構。 渡槽基礎的類型較多，按

17、照埋管深度可分為淺基礎和深基礎，埋置深度小于5m時為淺基礎，大于5m的為深基礎；按照結構型式可分為剛性基礎、整體板式基礎（亦稱柔性基礎）、鉆孔樁基礎和沉井基礎等。第六節(jié) 倒虹吸管一、倒虹吸管的特點和使用條件 倒虹吸管屬于渠系交叉建筑物，是指設置在渠道與河流、山溝、谷地、道路等相交叉處的壓力管道。其特點是兩端與渠道相接，而中間向下彎曲。與渡槽相比，具有結構簡單、造價較低、施工方便等優(yōu)點。但是，輸水時水頭損失較大，運行管理不如渡槽方便。 適用情況：渠道跨越寬深河谷，采用其它方案困難或造價較高時；渠道與原有渠、路相交，因高差較小不能修建渡槽、涵洞時；修建填方渠道，影響原有河道泄流時；修建渡槽，影響原

18、有交通時。二、倒虹吸管的組成和類型 倒虹吸管一般分為進口段、管身段和出口段三部分。 倒虹吸管的類型根據(jù)管路埋設情況及高差的大小，通?？煞譃樨Q井式、斜管式、曲線式和橋式四種類型。三、倒虹吸管的布置要求 （1）管身長度最短。 （2）岸坡穩(wěn)定性好。 （3）開挖工程量少。 （4）進、出口平順。 （5）管理運用方便。四、進口段布置和構造 進口段主要由漸變段、進水口、攔污柵、閘門、沉沙池等部分組成。五、出口段的布置和構造 出口段包括出水口、消力池等，其布置型式與進口段相似。六、管路布置 1、管身斷面 2、管身材料和壁厚七、倒虹吸管的水力計算第七節(jié) 壩下涵管一、概述 在土石壩水庫樞紐中，主要泄水建筑物應是河岸溢洪道，底孔的設計流量一般不大。當由于兩岸地質條件或其他原因不宜開挖隧洞時，可以采用壩下設涵管的方法來滿足泄、放水的要求。 壩下涵管結構簡單、施工方便、造價較低，故在小型水庫工程中應用較多。但其最大的缺點是：如設計施工或運用管理不當，極易影響土石壩的安全。二、涵管的類型和位置選擇（一）壩下涵管的類型 涵管按其過流形態(tài)可分為無壓涵管、有壓涵管、半有壓涵管。其管身斷面形式有圓形、圓拱直墻形、箱形等。（二）涵管的位置選擇 （1）地質條件。 （2）地形條件。 （3）運用要求。 （4）管線宜直。三、涵管的布置和構造（一）涵管的進口形式 （1）分級斜臥管式。 （2）