水利工程施工課程設(shè)計(jì)任務(wù)書

《水利工程施工》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書（水利水電工程專業(yè)）1前言根據(jù)水利水電工程專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃和《水利工程施工》教學(xué)大綱的規(guī)定，本專業(yè)的學(xué)生有一周半時(shí)間的《水利工程施工》課程設(shè)計(jì)。本課程設(shè)計(jì)的主要目的是鞏固和掌握課堂所學(xué)理論知識，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用本課程的知識解決相應(yīng)實(shí)際問題的能力，并使學(xué)生在水力計(jì)算、CAD繪圖、設(shè)計(jì)說明書編寫等方面能得到初步訓(xùn)練，為畢業(yè)設(shè)計(jì)和今后的工作、學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。本次課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是水利水電工程施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)和截流設(shè)計(jì)，以下為導(dǎo)流設(shè)計(jì)的相應(yīng)資料。2基本資料工程概況本水電站位于XC市某村境內(nèi)，系YJ干流水電建設(shè)規(guī)劃的梯級電站之一，距XC市公路里程約80km。本工程主要任務(wù)是發(fā)電，水庫正常蓄水位，死水位，總庫容億m3，屬日調(diào)節(jié)水庫。本工程等級為一等工程，主要水工建筑物為1級，次要建筑物為3級。電站樞紐建筑物主要由左右岸擋水壩、中孔壩段和溢流壩段（為碾壓混凝土重力壩）、消力池、右岸引水發(fā)電系統(tǒng)組成，右岸地下廠房裝機(jī)4臺600MW機(jī)組，總裝機(jī)容量2400MW。工程樞紐處地形及工程布置見附圖。大壩為碾壓混凝土重力壩，壩頂高程，最低建基面高程1166m，最大壩高，最大壩底寬，壩頂軸線長516m；整個(gè)壩體共24個(gè)壩段，從左至右由左岸擋水壩1#～9#壩段、左中孔10#壩段、溢流壩11#～14#壩段、右中孔15#壩段和右岸擋水壩16#～24#壩段組成；溢流壩段布置5孔溢流表孔，每孔凈寬15m，溢流堰頂高程；放空中孔孔口底高程，孔口尺寸5×8m；溢流壩段下游接消力池，消力池邊墻為混凝土斜邊墻，消力池邊墻頂高程，建基高程分別為、，底板高程為，消力池長145m。氣象條件YJ流域?qū)俑咴瓪夂騾^(qū)，主要受高空西風(fēng)環(huán)流和西南季風(fēng)影響，干、濕季分明。每年11月至次年4月為干季，日照多、濕度小、日溫差大，降水很少，只占全年的5～10％；5月至10月為雨季，氣候濕潤，日照少，濕度較大，日溫差較小，降雨集中，雨量約占全年雨量的90～95％。在該電站附近設(shè)立了DL氣象站，觀測有1996年5月至今的氣象資料。據(jù)氣象站實(shí)測資料統(tǒng)計(jì)，多年平均降水量為1077.4mm，雨季（5～10月）降水量為1022.5mm，占全年的%；多年平均降水日數(shù)為天。多年平均蒸發(fā)量為1548.7mm（20cm口徑蒸發(fā)皿）。多年平均相對濕度為74%，最小值為%。多年平均氣溫為18.6℃，極端最高氣溫為39.4水文條件（1）徑流本流域徑流主要來源于降水，徑流的年內(nèi)變化及地區(qū)分布與降水的變化趨勢基本一致。據(jù)DL水文站1953年6月～2002年5月共49年（水文年）資料統(tǒng)計(jì)，多年平均流量為1416m3/s，折合年徑流量451億m3，徑流深410mm。6～10月為豐水期，占全年的%，11～5月為枯水期，僅占年水量的%，徑流年內(nèi)分配不均。年最小流量一般發(fā)生在1～3月，實(shí)測最小流量為304m（2）洪水本流域洪水主要由暴雨形成。本流域暴雨一般出現(xiàn)在6～9月，主要集中在7、8兩月，且多連續(xù)降雨。洪水過程多呈雙峰或多峰型，一般單峰過程6～10天，雙峰過程12～17天。洪水一般具有洪峰相對不高、洪量大、歷時(shí)長的特點(diǎn)。本水電站天然設(shè)計(jì)洪水直接采用DL水文站設(shè)計(jì)洪水成果見表1和表2。表1DL水文站設(shè)計(jì)洪水頻率計(jì)算成果m3/s項(xiàng)目均值CvCs/Cv各頻率設(shè)計(jì)值(%)P=P=P=P=P=P=1洪峰(m3/s)63904175001670014800140001280011900一日洪量（億m3）4三日洪量（億m3）4七日洪量（億m3）4十五日洪量（億m3）4177168148139127118表2各頻率設(shè)計(jì)洪水過程線時(shí)間Qp（m3/s）p=%p=1%p=2%p=%p=5%p=10%p=20%08805793272826721626658685274128630777871406600614557575175248422759269656435596956145046368422759269656435596956145046488630777871406600614557575175608848796473156754626659015304729013811874576886638760125403849691873080137403685964545800961126610163933486247992752667641081159410448959688558233773669531201181310667973890098332783570421321181310732985890648387787970821441181310667980489988332783570421561126610240941186467970751567541681104710010919284487794734966051801104710032923684707849737166251921115610152920385917970749267342041148410524976089878420789070922161214111050103179592899285427678228130161192511245103629717922782932401400012800119001100010300978087902521323412144114631043997949305836326412578113781075499119201866477872761192210853100449251857480897270288114841040495538822816777026923300110479977916084597871738266353121057795188745807475197050633732410063906983307689715667086029336960386547937733768046398575134891988282760970296508613355123608761788872496688620058465254（3）分期設(shè)計(jì)洪水①本水電站施工分期洪水成果見表3。表3分期設(shè)計(jì)洪水成果時(shí)段均值(m3/s)CvCs/CvQp(m3/s)P=2%P=%P=5%P=10%P=20%1月50056686466275935552月41225205074974764533月44597617046595835074月704513801270118010208625月12504264024102230191015906～9月63904110001030097808790772010月286035600520048704280365011月127051950185017701630147012月74321010975949899841另外，11月～4月分期洪水Qp=%=2210m3/s。②本電站10～12月分旬平均流量成果見表4。表4本電站10～12月分旬平均流量P10月11月12月下旬上旬中旬下旬上旬中旬下旬10%19301430116098181070260920%171013201110946775679580（4）庫容曲線本水庫的水位～庫容關(guān)系曲線見表5。表5本水電站水位～庫容曲線庫水位（m）1195121012201230124012501260127012801290庫容（億m3）0庫水位（m）130013101321132413281330134013501360庫容（億m3）（5）壩址天然水位關(guān)系曲線壩址壩軸線處的天然水位關(guān)系曲線見表6。表6壩址天然水位關(guān)系曲線水位（m）流量（m3/s）3505001000200030004000493060907060水位（m）流量（m3/s）73408400939099501060011500124001360014400地質(zhì)條件本水電站樞紐區(qū)屬高山峽谷地形，壩址區(qū)河道由上游至下游從S75oE逐漸變?yōu)镋W向，河谷呈基本對稱的“V”型河谷，臨江坡高大于700m，左岸坡度40o～45o，局部段達(dá)50°～55°，右岸坡度35o～45o，50o～60o?？菟诮?205m時(shí)，水面寬90~110m，正常蓄水位1330m時(shí)，相應(yīng)谷寬396~440m。樞紐區(qū)出露地層主要為二疊系上統(tǒng)玄武巖組（P2β），下游將涉及二疊系下統(tǒng)平川組（P1P）灰?guī)r及砂巖，第四紀(jì)覆蓋層分布較為廣泛。第四系覆蓋層主要為現(xiàn)代河床沖積物以及分布于兩岸谷坡的崩坡積，坡殘積、少量沖溝內(nèi)的洪積物，兩岸的階地堆積物零星分布。河床覆蓋層厚~35.8m。玄武巖堅(jiān)硬性脆，而且經(jīng)受多次構(gòu)造作用，加之成巖過程中發(fā)育有大量的原生節(jié)理，巖石各向異性比較突出，使節(jié)理發(fā)育規(guī)律性差，方向較分散。樞紐區(qū)以中陡傾裂隙為主導(dǎo)優(yōu)勢，占裂隙總數(shù)80%以上，且分布普遍，緩傾角裂隙數(shù)量相對較少，但分布仍具有一定普遍性，裂隙產(chǎn)狀在各部位差異較大，淺表部沿該組裂隙卸荷強(qiáng)烈，大部分充填次生泥。上游圍堰地基：據(jù)鉆孔揭示，河床覆蓋層最厚約35m，基巖巖性為P2β21杏仁狀玄武巖及斑狀玄武巖和P2β22杏仁狀玄武巖、致密狀玄武巖，根據(jù)覆蓋層結(jié)構(gòu)特征由下至上主要分為三層。Ⅰ層：卵礫石夾砂層，厚4～10m，主要分布于河床中心，卵礫石成份主要為遠(yuǎn)源物質(zhì)，如大理巖，花崗巖等，磨園度較好，砂為中粗砂，物質(zhì)結(jié)構(gòu)較緊密。分布于河床底部。Ⅱ?qū)樱汗聣K碎石夾砂礫石層，厚8～19m，結(jié)構(gòu)較松散，局部架空。孤、塊石較多，孤、塊及碎石成份主要為斑狀玄武巖，新鮮堅(jiān)硬。分布于河床中下部。Ⅲ層：含漂卵礫石夾砂層，厚6～17m，漂、塊石較多，結(jié)構(gòu)較松散，漂石成分主要為花崗巖，卵礫石主要為砂巖、花崗巖、大理巖等。分布于河床上部。第Ⅰ層厚度小，局部分布。Ⅱ、Ⅲ層厚度相對較大，分布連續(xù)，總體粗顆粒組成骨架，結(jié)構(gòu)較松散，局部架空，根據(jù)注水資料河床覆蓋層透水性為：K=×10-2～×10-1cm/s，大致下部基巖為弱風(fēng)化，基巖透水性為Lu=～12Lu，應(yīng)切實(shí)按照設(shè)計(jì)要求作好防滲措施。下游圍堰地基：覆蓋層相近。Ⅰ層：卵礫石夾砂層，厚2～5m，分布于河床底部。Ⅱ?qū)樱簤K碎石夾砂礫石層，厚6～14m，孤、塊石較多，局部為含泥塊碎石，分布于河床中下部。Ⅲ層：含泥漂卵礫石夾砂層，厚13～21m，塊石及漂礫較多，局部夾細(xì)砂透鏡體，厚～0.4m根據(jù)注水資料河床覆蓋層透水性為：K=×10-1～×10-1cm堰基巖體為P2β14角礫熔巖和P2β13-2火山角礫集塊巖、枕狀玄武巖，弱風(fēng)化上段下限，在河床位置最低高程約1150m，厚4～20m，下部弱風(fēng)化基巖透水性為～11Lu滲透性較強(qiáng)，應(yīng)按設(shè)計(jì)方案做好防滲處理。交通及場地本工程有鐵路、國道及其他簡易公路可到達(dá)，對外交通運(yùn)輸較方便。場內(nèi)修建有進(jìn)場公路、左右岸高線公路及其連接線、左右岸纜機(jī)平臺公路、左右岸低線公路等，其中經(jīng)左右岸低線公路可達(dá)到導(dǎo)流泄水建筑物進(jìn)出口及上下游堰肩。本工程地處高山峽谷地帶，岸坡陡峻，階地不發(fā)育，壩區(qū)附近可供利用的平緩山坡及灘地很少，除壩址附近庫區(qū)沿江右岸黑水溝口至虎山灘分布有少量緩坡地帶外，工程主要場地集中在大壩附近右岸的黑水溝內(nèi)、竹子壩溝內(nèi)，大壩下游左岸2.5km打羅溝溝口，大壩下游左岸3.0km大橋溝溝口及溝內(nèi)，大壩下游左岸10km大鹽池等較為平緩地帶。材料、技術(shù)供應(yīng)條件本電站所需建筑材料包括當(dāng)?shù)靥烊唤ú暮屯鈦斫ú膬刹糠?。天然建材主要為混凝土砂石骨料和防滲土料。通過對壩區(qū)周圍的調(diào)查表明，壩區(qū)附近天然砂石料貧乏，遠(yuǎn)不能滿足工程要求，但生產(chǎn)人工骨料的石料儲量豐富，且距壩址較近。石料場主要有在壩址右壩肩上側(cè)、竹子壩溝上緣山體的玄武巖料場，儲量約1925萬m3；土料場有溫泉堡料場，儲量約萬m3。外來建材主要有水泥、粉煤灰、木材、鋼筋、炸藥及油料等，均在XC市可購買，施工用電由某市電力系統(tǒng)供應(yīng)。施工工期工程準(zhǔn)備期從第一年3月導(dǎo)流工程施工及壩肩開挖準(zhǔn)備工程開始至第三年2月具備下基坑條件，工期24個(gè)月；主體工程施工期從第三年2月基坑開挖開始至第七年7月初第一臺機(jī)組發(fā)電，工期52個(gè)月；工程完建期從第七年7月到第八年7月，工期12個(gè)月。本工程總工期88個(gè)月，即第一年3月～第七年7月。其中，大壩混凝土施工進(jìn)度計(jì)劃安排如下：（1）大壩基礎(chǔ)墊層常態(tài)混凝土澆筑開始日期：第四年2月1日；（2）大壩碾壓混凝土澆筑開始日期：第四年4月1日；（3）1265m以下大壩及溢流面澆筑完成日期：第六年4月30日；（4）大壩常態(tài)和碾壓混凝土澆筑完成日期：第六年10月31日；（5）放空中孔工作閘門安裝完成日期：第六年4月30日；（6）放空中孔檢修閘門安裝完成日期：第六年10月31日；（7）大壩帷幕灌漿完成日期：第六年10月31日；（8）上游圍堰拆除完成日期：第六年10月31日；（9）下游圍堰拆除完成日期：第六年4月30日；（10）導(dǎo)流泄水建筑物下閘日期：第六年11月初；（11）導(dǎo)流泄水建筑物封堵完成日期：第七年4月30日；（12）大壩表孔金屬結(jié)構(gòu)安裝完成日期：第七年4月30日；（13）大壩完工日期：第七年4月30日；（14）1265m以上溢流面完工日期：第六年8月31日；（15）消力池完工日期：第六年3月31日；（16）第一臺機(jī)組發(fā)電時(shí)間：第七年7月1日。3設(shè)計(jì)任務(wù)根據(jù)本工程樞紐建筑物的布置及壩體斷面結(jié)構(gòu)形式，結(jié)合施工條件，進(jìn)行施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)，要求完成以下任務(wù)：（1）選擇導(dǎo)流方式（全段圍堰法or分段圍堰法隧洞導(dǎo)流or明渠導(dǎo)流）（2）確定導(dǎo)流設(shè)計(jì)流量（包括選擇導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)和劃分導(dǎo)流時(shí)段）（3）選擇導(dǎo)流方案（包括初期、中期和后期導(dǎo)流方案）（4）導(dǎo)流建筑物布置及設(shè)計(jì)（包括導(dǎo)流擋水建筑物及導(dǎo)流泄水建筑物）（5）導(dǎo)流水力計(jì)算（無壓流、半有壓流、有壓流）4成果要求（1）設(shè)計(jì)說明書：20～30頁。應(yīng)能簡明扼要地表達(dá)出設(shè)計(jì)思路，包括設(shè)計(jì)基本資料的應(yīng)用，導(dǎo)流方式選擇、導(dǎo)流設(shè)計(jì)流量確定、導(dǎo)流建筑物設(shè)計(jì)及布置的理由，要求邏輯清楚，語句通順；導(dǎo)流水力計(jì)算應(yīng)包括計(jì)算公式、過程和成果。（2）圖紙：A3圖紙2張。第1張為施工導(dǎo)流平面布置圖，采用虛實(shí)線的方式繪出導(dǎo)流建筑物的布置位置；第2張為導(dǎo)流建筑物橫剖面圖。應(yīng)有正規(guī)圖框。（3）成果提交時(shí)間：（4）答辯方式：5參考資料（1）討論課所用資料（錦屏一級水電站可研報(bào)告）（2）《水利工程施工》（第6版）教材（3）《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL303-2004）（4）《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)手冊》第一卷施工規(guī)劃第二篇施工導(dǎo)流（5）《水力設(shè)計(jì)手冊》第六篇水工隧洞的水力計(jì)算（6）《水利水電工程施工過程中的水流控制》王民壽編（7）《水利水電施工導(dǎo)流圖集》設(shè)計(jì)提示（1）選擇導(dǎo)流方式主要參考《水利工程施工》（第6版）教材第一章和《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)手冊》（以下簡稱為《手冊》）第一卷施工規(guī)劃第二篇施工導(dǎo)流第四章導(dǎo)流規(guī)劃與設(shè)計(jì)P418～419頁，再結(jié)合本工程地形地質(zhì)等資料來選擇。（2）確定導(dǎo)流設(shè)計(jì)流量導(dǎo)流設(shè)計(jì)流量一般需要結(jié)合導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)和導(dǎo)流時(shí)段的分析來決定。劃分導(dǎo)流時(shí)段，可參考《水利工程施工》（第5版）教材P30頁。選擇導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)，可參考《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL303-2004）、《水利工程施工》（第6版）教材P29頁。注意：導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)不僅包括初期導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)，還應(yīng)包括壩體擋水度汛標(biāo)準(zhǔn)，截流、下閘、封堵、蓄水標(biāo)準(zhǔn)。由于資料所限，主要依據(jù)所給工程資料和《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL303-2004）來定性選擇初期導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)，不考慮導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)險(xiǎn)決策。另外，參考本流域上其他水電工程，初步擬定上游圍堰最大堰高約55m，使用年限約3年。（3）選擇導(dǎo)流方案參考所用資料（錦屏一級水電站可研報(bào)告）P18～22頁。（4）導(dǎo)流建筑物布置及設(shè)計(jì)圍堰布置參考《水利工程施工》（第6版）。導(dǎo)流泄水建筑物布置參考《水利工程施工》（第6版），或《手冊》第一卷施工規(guī)劃第二篇施工導(dǎo)流有關(guān)章節(jié)。導(dǎo)流建筑物設(shè)計(jì)參考資料（錦屏一級水電站可研報(bào)告）P25～42頁。如果導(dǎo)流泄水建筑物確定為導(dǎo)流隧洞，以下要點(diǎn)可供設(shè)計(jì)時(shí)參考：①選擇隧洞斷面形式：參考《手冊》P429頁，定性比較；②擬定隧洞斷面尺寸：由于資料所限，可不進(jìn)行經(jīng)濟(jì)斷面計(jì)算；隧洞斷面尺寸按有壓流設(shè)計(jì)，斷面最大平均流速不超過20m/s來確定；③隧洞襯砌：襯砌厚度應(yīng)根據(jù)地質(zhì)資料和襯砌計(jì)算最終確定，由于所給地質(zhì)資料不詳，洞身全長均暫按全斷面鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度取洞徑或洞寬的1/8～1/12，參考《水工建筑物》（第5版）教材P396頁；④洞口位置：取決于地形、地質(zhì)條件，洞頂巖層厚度h應(yīng)滿足成洞要求，實(shí)際工程中，h可常取1～倍洞門開挖寬度，參考《水利水電工程施工過程中的水流控制》P66頁表3-21；⑤進(jìn)口形式：參考《水力設(shè)計(jì)手冊》第六篇水工隧洞的水力計(jì)算P417頁；⑥進(jìn)出口高程及底坡：參考《手冊》第一卷施工規(guī)劃第二篇施工導(dǎo)流P429頁，出口高程不宜低于河床高程，底坡可取1‰～5‰，底坡取大些，設(shè)計(jì)成陡坡，可增大泄水能力，也會(huì)簡化無壓流的水力計(jì)算；⑦導(dǎo)流隧洞進(jìn)出口的繪制：參考《水利水電施工導(dǎo)流圖集》簡單繪制。如果導(dǎo)流擋水建筑物確定為不過水土石圍堰，以下要點(diǎn)可供設(shè)計(jì)時(shí)參考：①圍堰尺寸：在初步布置時(shí)，參考本流域上其他水電工程，初擬圍堰最大高度為55m左右（最終數(shù)值要通過堰頂高程計(jì)算來確