导流隧洞设计大纲

1FCD71030FCD水利水电工程初步设计阶段导流隧洞设计大纲范本水利水电勘测设计标准化信息网1998年6月2工程初步设计阶段导流隧洞设计大纲主编单位主编单位总工程师参编单位主要编写人员软件开发单位软件编写人员勘测设计研究院年月3目次1引言42设计依据文件和规范43基本资料54设计原则、设计任务及基本假定85导流隧洞布置及断面体形设计96水力设计117隧洞结构设计138隧洞进出口明渠及洞脸开挖边坡稳定分析179封堵闸门结构设计1810导流隧洞施工设计1811专题研究及模型试验1912工程量计算2013设计成果20附录A导流隧洞泄流计算21附表2541引言工程位于，是以为主，等综合利用的水利水电枢纽工程。枢纽建筑物由组成，最大坝高M，正常蓄水位M，总库容108M3，电站总装机容量MW，保证出力MW，年发电量108KWH，灌溉面积104KM2，通航T级船队舶。坝址处多年平均流量为M3/S，河谷为形，谷底宽为M，河谷形状系数，左右岸岸坡平均坡度为度，两岸及河床岩性为。本工程预可行性研究报告于年月审查通过，选定坝址为，采用隧洞导流，总工期为年。2设计依据文件及规范21有关本工程文件1工程预可行性研究报告；2工程预可行性研究报告审批文件；3可行性研究设计即原初步设计任务书及项目设计大纲；4有关的专题报告。22设计规范设计时应遵照的有关主要规范有不限于1DL502193水利水电工程初步设计报告编制规程；2SDJ1278及水利水电枢纽工程等级划分及设计标准试行及其补充规定；SDJ217873SDJ33889水利水电工程施工组织设计规范；4SD13484水工隧洞设计规范试行；5GBJ8685锚杆喷射混凝土支护技术规范；6SDJ5785水利水电地下工程锚喷支护施工技术规范；7SL7495或水利水电工程钢闸门设计规范；DL/T5039958SDJ21283水工建筑物地下开挖工程施工技术规范；9SL/T19196或水工混凝土结构设计规范；DL/T5057199610SDJ20782水工混凝土施工规范；11其它有关的设计规范。23主要参考文献1水力计算手册，武汉水利电力学院水力学教研室编，水利出版社，1980年2水工隧洞和调压室，潘家铮主编，水利电力出版社，1990年3水工隧洞的设计理论和计算，汪胡桢编，水利电力出版社，1977年4地下工程喷锚支护原理和设计，王建宇编，中国铁道出版社，1980年5地下工程围岩稳定分析，于学馥、郑颖人、刘怀恒、方正昌编，煤炭工业出版社，1983年56水利水电工程地下建筑物设计手册，水利水电规划设计总院等编，1993年7水利水电施工组织设计手册，水利电力出版社，1990年3基本资料31坝址及坝线本阶段选定的坝址为，坝线为。32工程等级及建筑物级别本工程为等工程，永久建筑物为级建筑物，临时建筑物为级建筑。提示若导流洞与永久泄水或引水建筑物全部或部分相结合时，相结合的部分，应按永久建筑物级别设计。33设计洪水标准根据导流方式设计大纲，本工程采用围堰挡全年或非汛期洪水、隧洞导流的导流方式。导流隧洞设计洪水重现期为A，相应设计流量M3/S。34水文1坝址不同时段不同重现期洪水流量表1坝址不同时段洪水重现期流量关系表单位M3/S洪水重现期，A时段1005020105全年枯水期月日月日月日月日月日月日月日月日2坝址历史实测逐月最大、最小及平均流量与逐月不同重现期流量表2坝址逐月流量特征表单位M3/S月份项目123456789101112历年最大流量历年最小流量多年平均流量历史最大平均流量100A50A20A10A各月最大流量经验频率流量5A63典型年洪水过程线；4导流隧洞进、出口位置水位流量关系曲线；5坝址水位库容曲线。35泥沙多年平均年输沙量万TA；多年平均含沙量KGM3；实测最大含沙量KGM3；悬移质平均粒经MM。36气象1坝址气温和水温表3坝址气温与水温表单位月份项目123456789101112全年月平均气温月平均最高气温月平均最低气温绝对最高气温绝对最低气温月平均水温2降雨量、蒸发量及湿度表4坝址降雨量、蒸发量及湿度表月份项目123456789101112全年平均降雨量，MM平均蒸发量，MM平均相对湿度，年最大降雨量MM，最大降雨强度MMD，平均降雨天数D。3风速表5坝址风速表单位MS月份项目123456789101112全年平均风速平均最大风速极大风速风向为，吹程KM。4冰7坝址冰冻期为月日至月日，平均结冰厚度M；流冰期为月日至月日，持续时间D。37地形及地质资料371地形及工程地质1坝址区包括导流隧洞地形图1100012000；2坝址区及导流隧洞沿程工程地质平面图1100012000；3导流隧洞沿程工程地质纵剖面包含隧洞沿程岩性、围岩类别、地质构造特性及详细的工程地质描述与围岩稳定性评价表及地质横剖面图1100012000；4有关地应力特性指标岩体内垂直地应力为MPA，水平地应力为MPA，最大主应力为MPA，方向为；最大剪切应力为MPA，方向为。提示应力条件应考虑自重应力场及自重构造应力场两种情况。5导流隧洞沿程围岩物理力学特性表6导流隧洞沿程围岩物理力学特性表摩擦系数极限抗压强度MPA岩/岩断层大裂隙面抗剪断围岩类别干湿容许承压MPA容重KN/M3弹性模量MPA变形模量MPA泊桑比坚固系数弹抗系数KPA/M抗剪FFCMPAFCMPA6导流隧洞进、出口洞脸和明渠边坡工程地质描述及稳定性评价与建议的开挖边坡值。提示主要说明进出口洞脸及明渠边坡岩性，风化程度，覆盖层厚度，断层、裂隙发育程度及走向、倾向、倾角，岩体完整性，山崩、危崖及不稳定岩体、滑坡等情况，并对边坡进行稳定性评价，针对不同岩性及风化完整程度分别给出合适的开挖边坡值。7喀斯特岩溶洞特性。372水文地质1导流隧洞沿程水文地质特性。2地下水的分层、埋深及水源补给和水的化学性质。3透水岩体或岩基的分布、厚度，承压水的可能分布高程及岩体的渗透系数。4河床冲淤变迁资料。373本工程地震基本烈度为度，设计烈度为度。38水工建筑物设计资料1枢纽总平面布置图。2各主要建筑物和坝段剖面图及主要工程量。3各主要泄水建筑物的泄量曲线及运用要求。39建筑材料1砂石骨料的产地、储量和物理力学性质及碱骨料反应试验成果。82采用水泥的产地、品种及标号。3掺合料、外加剂的品种、性质及指标。4采用的新材料的性质及指标。310导流规划及其技术指标提示包括各导流时段的档、泄水建筑物及导截流标准和流量。311其它有关的资料1导流工程施工进度安排与要求。2国内外水工隧洞的施工水平资料。3坝址上、下游供水要求。4施工期通航资料。提示施工期通航的船运量，通航季节，船舶及筏运吨位、尺寸、吃水深度，船及木筏编队型式数量及运行情况，行船允许流速、坡降等。5施工期过渔、过木的要求。6坝址区及导流隧洞沿程现有交通状况。7在梯级电站中，上游已建电站对削减导流流量及枯水期调峰时增泄流量的有关资料。8临时或永久跨导流隧洞进、出口明渠的交通要求。4设计原则、设计任务及基本假定41设计原则1导流隧洞设计除执行本大纲外，还应符合有关的规程、规范、标准的规定和要求。2设计前应深入现场踏勘，选择洞线，详细了解并掌握地形地貌、工程地质、水文地质资料，并充分分析研究有关的设计资料。3导流隧洞布置应与水工枢纽布置综合考虑，并满足施工导截流要求。4导流隧洞设计应做到因地制宜，技术先进，隧洞沿程地质条件及水力学条件良好，施工方便，进度快，经济合理，安全可靠，确保质量。5应积极推广使用国内外先进的设计经验，并不断总结提高。42设计任务1导流隧洞及进、出口建筑物布置与断面体形设计。2水力设计。3结构及稳定设计。4导流隧洞进、出口明渠及下游消能防冲工程设计。5封堵闸门结构设计。6导流隧洞施工设计。7工程量计算。943基本假定1导流隧洞由进口明渠、进水塔、洞身段及出口明渠与消能段组成。2导流隧洞设计包括隧洞施工期、运行期、封堵期三种情况。3导流隧洞型式采用有压式或无压式。5导流隧洞布置及断面体形设计51导流隧洞布置的基本原则1导流隧洞布置应与电站枢纽总布置相协调，尽量与永久泄洪或引水建筑物结合，对沿线建筑物及周围环境影响较小。2隧洞沿程地质条件及水力学条件良好，工程量较少。3满足施工导截流要求、与主体工程结合的部分应满足永久运用要求。4满足施工期通航、过木及冬季排冰的要求。52导流隧洞布置521洞线选择提示洞线选择关系到围岩的整体稳定、工程造价、施工工期和运行安全等问题，是导流隧洞设计的关键，必须充分掌握基本资料，进行必要的水力计算，并根据地形、地质、水力学、施工、运行、沿线建筑物、枢纽总布置以及对周围环境的影响等因素综合考虑，通过可能方案的技术经济比较选定。1在满足枢纽总布置要求的条件下，洞线应选在沿线地质构造简单，岩体完整稳定，岩石坚硬，上覆岩层厚度大，水文地质条件好，施工方便的地区。洞线与岩层、构造断裂面及主要软弱带应具有较大的夹角，对整体块状结构岩体，其夹角一般不应小于30，对于层状岩体，特别是层间结合疏松的高倾角薄岩层，其夹角一般不应小于45。2在高地应力区，洞线应与最大水平主应力方向一致或尽量减少其夹角。3相邻两隧洞间岩体厚度一般不应小于二倍洞径或洞宽，岩体较好时，并辅以合理的施工措施，可酌情放宽到不小于一倍洞径或洞宽。4洞线在平面上应尽可能布置成直线，如果必须采用曲线时，弯曲半径不宜小于5倍的洞径或洞宽，转角不应大于60。522导流隧洞进、出口布置提示1进、出口布置应根据枢纽总布置，上、下游围堰位置，地形地质条件，使水流顺畅，进流均匀，出流平稳，与下游水流良好衔接，并有利于防淤、防沙、防冰、防木、防冲及防污等。满足过水流量及设置闸门的要求；进、出口应选在地质构造简单，风化覆盖层较浅的地区，尽量避开不良地质构造、山崩、危崖、滑坡等地区，并应尽可能避免高边坡的开挖，当无法避免时，应仔细分析开挖后边坡的稳定性，并注意分析研究加固处理措施。2隧洞进、出口高程应根据水流流态，截流要求，减小导截流工程量及过木、通航、排冰对进出口水流衔接的要求等方面综合考虑选择确定；进口高程一般应在枯水位或以下，出口高程不应使隧洞产生淹没出流或产生大的跌落。523施工支洞布置10提示对于较长导流隧洞，应考虑设置施工支洞，支洞的数目及长度应根据沿线地形、地质条件、施工方法、对外交通情况、并有利于均衡各段隧洞的工程量及工期的要求等分析决定。施工支洞的位置亦是主洞洞线布置的主要考虑因素之一。53导流隧洞断面体形及尺寸设计531隧洞断面体形及尺寸设计原则1满足地形、地质、地应力等要求，便于施工。2满足导流、截流泄量要求，具有较强的超泄能力，并使导、截流工程综合费用最低。3断面体形应与水流流态相协调，保证水流顺畅，断面尺寸应满足水力学有关要求。4满足通航、过木、排冰等要求。532隧洞纵断面及底坡设计提示1导流隧洞纵断面一般为坡度较小的直斜式断面，若洞身段必须设置竖曲线或陡坡时，应结合水力条件及施工方法一起考虑；对于无压隧洞，竖曲线半径一般不应小于5倍的洞径或洞宽，有压隧洞可适当降低要求，陡坡的坡度3060为宜。2隧洞纵坡应与地形地貌、进出口高程，水流流态，施工要求综合考虑，一般为315；对于有压导流隧洞可采用较小底坡，对无压导流隧洞应采用较大底坡，以产生急流水流流态为好。533隧洞横断面体形设计提示1常见的隧洞断面体形有圆型、马蹄型、城门型和矩型。对有压隧洞多采用圆型断面，若洞径和内外水压力不大，也可采用便于施工的其它断面型式；无压隧洞多采用圆拱直墙式断面，顶拱圆心角一般在90180，断面宽高比一般为1015，尚应与地应力条件相适应，若水平地应力大于垂直地应力时，可采用“矮胖型”断面，若垂直地应力大于水平地应力时，可采用“瘦高型”断面；对地质条件较差，侧压力较大的围岩，应采用马蹄形断面；矩型断面是为了适应孔口闸门的要求而采用，多出现在隧洞进、出口段。2对于较长隧洞，可采用多种断面型式或衬砌型式，不同断面之间应设置渐变段，为保证洞内水流平顺，渐变段的边界曲线应采用平缓曲线过渡，并应便于施工；渐变段长度应适中，太短水头损失大，太长施工麻烦，一般取1520倍洞径；有压隧洞渐变段的圆锥角以采用610为宜，高流速无压隧洞渐变段的体形应通过试验确定。本工程宜采用断面。534隧洞横断面尺寸设计提示1导流隧洞的横断面尺寸，应根据导流流量，结合进口高程，围堰高程，施工要求，截流要求，漂木、排冰、航运要求，结构条件，下闸封堵条件，与永久建筑物结合布置时应考虑永久要求等因素，通过技术经济比较决定。2对低流速的无压隧洞，若通气条件良好，在恒定流条件下，洞内水面线以上空间不11宜小于隧洞断面面积的15，其高度不应小于40CM，对较长的隧洞和不衬砌或喷锚衬砌的隧洞，上述数值应适当增加；高流速无压隧洞的横断面尺寸应经过试验确定，顶拱夹角应选较小角度，并应考虑掺气的影响，在掺气水面线以上的空间，一般为横断面面积的1525，当采用圆拱直墙式断面时，水面线不应超出直墙范围，当水流有冲击波时，应尽量将冲击波波峰限制在直墙范围内。经过论证有通航或过木要求的隧洞，过水断面尺寸和水面线以上空间，弯曲半径和转角，应按有关规范规定决定。535隧洞进、出口体形及尺寸设计提示1隧洞进口按进流方式分为开敞式和深水式两种。深水式进口按其后接洞内流态可分为深式长管进口后接有压隧洞和深式短管进口后接无压隧洞两类。开敞式进口的布置必须圆滑平顺，避免在进口前产生漩涡和回流；常用的结构型式为平面上呈弧型、迎水面直立的弧形直立墙式和自上游起由斜卧渐变为直立的扭曲墙式，直立墙的弧线曲率半径不宜过小，扭曲墙式的顺水向长度不应小于闸前最大水深的两倍。对于深水长管进口，应采用顶部和两侧三向收缩具有椭圆曲线的型式；孔口宽高比一般为15左右，侧墙椭圆曲线的短半轴应大于五分之一的孔口宽度。对于深式短管进口，闸门前一般要始终保持收缩体形，段内压力分布应尽量达到沿程平滑递减，不允许出现负压，且应满足过水能力要求。2隧洞进口建筑物常用的结构型式有岸塔式、竖井式、塔式、斜坡式及闸孔式几种，根据地形地质条件，经技术经济比较选择采用。闸门井尺寸应满足闸门吊装要求；启闭机室底板高程应根据导流隧洞下闸蓄水时下闸及启闭机撤退时间要求确定，并应留有一定的安全余度；对于峡谷河床，当满足启闭机械撤退要求的启闭机安装高程很高，导致进口建筑物工程量较大时，根据技术经济比较，可不考虑启闭机械撤退，仅考虑下闸时间确定其安装高程。3对于有压隧洞出口洞段应采用收缩体形，收缩率应为8090；出口消能建筑物常见的有平面扩散、消力坎、消力池、综合消力池、辅助综合消能工、面流消能及消力戽消能等型式，一般最常采用的为消力池坎、综合消力池、辅助综合消能工等型式，设计时根据工程实际情况选择采用，必要时通过水力学试验验证其布置及结构体形设计。本工程隧洞进口体形宜采用，进口建筑物结构型式采用，出口消能型式采用。6水力设计61设计内容及基本假定611设计内容1导流隧洞泄流能力计算。2设计流量下，无压隧洞水面线计算及有压隧洞压坡线计算。3设计流量下，无压隧洞掺气水深及弯道水流计算。4通航、过木、排冰水力计算。5消能防冲水力设计。6下闸封堵的水力计算。612基本假定1计算泄流能力应采用分级流量计算其泄量关系。122局部水头损失系数及糙率按本范本附表A1、附表A2取值。3其它计算参数按有关规程、规范及手册确定。62水力计算621泄流能力计算1有压隧洞泄流能力计算。2无压隧洞泄流能力计算。提示计算方法及公式均参见本范本附录A。622无压隧洞水面线及有压隧洞压坡线计算1水面线计算提示对于无压隧洞水面线计算，需先判断水面线类型，然后采用分段求和法计算，计算公式为式中ESU为流段上游断面比能，M；ESD为流段下游断面比能，M；I为隧洞底坡；J流段平均水力坡度，KU，KD分别表示流段上、下游断面的特征流量，根据均匀流公式计算；S为流段长度。2压坡线计算提示先逐项求出局部水头损失，并逐段算出沿程水头损失，然后以出口断面底板高程为基准面，从进口断面水流具有的总水头T。开始，由上游至下游逐项逐段将各损失水头累减，得出各断面的总水头，以各断面的总水头减去相应断面的流速水头，便得各断面的测压管水头ZP/R，用直线连接各断面的测压管水头线便得到压坡线。623无压隧洞弯道水流及掺气水深计算1弯道水流计算提示弯道水面超高值可按下式计算HKV2BG中式中K为超高系数，与谢才系数C有关，取值见附表A8；V为断面平均流速，M/S；B为水面宽，M；中为弯道中心半径，M；H为弯道横断面上凹岸与凸岸水位之差，M；G为重力加速度。JIESSUSD2/KQJ21DUGVHII2GVRCLHIIF2132掺气水深计算提示掺气水深可按下式计算式中HA为掺气后的水深，M；H、V、R分别为未掺气水流的水深M、流速M/S、水力半径，M；为表面的绝对粗糙度，对N0014的混凝土，0002M。上式适用范围H12M；06MR14M；15M/SV30M/S。624消能防冲水力设计提示根据参考文献水力学计算手册，对选定的消能型式进行水力设计计算，计算公式略。625通航、过木、排冰水力计算提示按有关规程规范进行计算。626下闸封堵的水力计算提示结合下闸流量选择，进行下闸后上游库水位计算。7隧洞结构设计71隧洞结构设计的主要内容1进、出口明渠结构设计；2隧洞进水塔稳定及结构设计；3隧洞衬砌结构设计；4隧洞封堵结构设计。72基本假定721设计工况1导流隧洞施工期；2导流隧洞运行期；3导流隧洞下闸封堵期。722结构设计计算假定提示对有关结构设计内容，根据结构型式及所采用的计算方法、计算模式，提出相应的计算假定。723结构设计安全系数提示结构设计安全系数主要包括1稳定安全系数；2构件安全系数；3边坡稳定安全系数；4允许应力值等。GRVHS208171LG14安全系数按有关规范规定取值。73进、出口明渠结构设计731设计内容1导墙或边墙的稳定及基础应力计算；2底板及边衬结构计算。732基本荷载及其组合表7荷载及其组合表设计工况荷载组合结构自重水压力渗透压力土压力施工期基本组合运行期基本组合或边墙导墙封堵期基本组合施工期基本组合运行期基本组合及边衬底板封堵期基本组合733荷载计算基本指标1结构自重，钢筋混凝土容重KN/M3。2水压力，水容重0KN/M3。3渗透压力，渗透压力折减系数。4土压力，土料容重2KN/M3。734结构计算1导墙的稳定及基础应力计算提示1抗滑稳定计算抗剪公式F抗剪断公式（F）/式中、为抗剪及抗剪断的安全系数；F、F为混凝土与基础的抗剪及抗剪断摩擦系数，F，F；为混凝土与基础的抗剪断粘结力，A；为作用在单位长度上垂直力总合，K；为作用在单位长度上水平力总合，K。2抗倾稳定计算M抗/倾式中M为抗倾稳定安全系数；抗为对导墙趾点的抗倾力矩总和；倾为对导墙趾点的倾覆力矩总和。3基础应力计算/2式中为导墙基底的垂直应力；为基础截面以上的全部垂直力；为基础截面以上的全部荷载对截面形心的力矩总和；为导墙基础截面的宽度。152底板及边衬结构计算74进水塔稳定及结构设计741设计内容1进水塔稳定计算2进水塔结构计算742基本荷载及其组合表8荷载及其组合设计工况荷载组合结构自重水压力渗透压力风压力浪压力或冰压力金属结构重施工期基本组合运行期基本组合封堵期基本组合743荷载计算基本指标1结构自重，钢筋混凝土容重KN/M3；2各设计工况的水压力，水容重0KN/M3；3渗透压力，渗透压力折减系数；4风压力，根据规范规定的全国最大风压力分布图选择风压力值，对于选择的值尚应乘振动系数15和空气动力系数14；5浪压力，计算风速M/S，吹程KM；提示1底板及边衬结构计算采用弹性地基梁计算方法进行计算。2对于出口明渠护坦底板尚需进行抗浮稳定计算。抗浮稳定计算公式为式中为抗浮稳定安全系数；为护坦自重；为底板上的动水压力；为锚固力，NG；G为单根锚筋抗拔力，；N为一块护坦板锚筋根数；为护坦底板下渗透压力；N为水流脉动压力，为脉动压力系数，一般取01。GVPCN2NPVNGK166冰压力；7金属结构重量，包括闸门及启闭机重量。744进水塔稳定及结构计算1稳定计算2结构计算75隧洞衬砌结构计算751基本荷载及其组合表9荷载及其组合设计工况荷载组合结构自重山岩压力内水压力外水压力灌浆压力施工期基本组合运行期基本组合封堵期基本组合752荷载计算1结构自重，钢筋混凝土容重KN/M3；2山岩压力，对于类围岩可不计围岩的松动压力，对、类围岩，按下式计算Q01021B式中1为岩石容重，1KN/M3；B为隧洞的开挖宽度，M；Q为均匀分布的垂直围岩松动压力，KN/M2；对于、类围岩按松动介质平衡理论计算山岩压力，其计算公式式中FK为岩石坚固系数；3内水压力，根据水力计算得到的洞内水面线或压坡线计算内水压力，水的容重。KN/M3；4外水压力，外水压力折减系数可参考SD13484规范附录三选用；5灌浆压力，按固结或回填灌浆选择灌浆压力。753衬砌计算提示稳定计算包括抗倾稳定计算；抗滑稳定计算；基础应力计算。按整体结构进行计算，计算公式同734。提示按平面框架结构进行计算。KFBQ21提示1对于混凝土衬砌的隧洞，衬砌结构计算应按上述荷载组合，采用规范SD13484附录四七推荐的计算方法及计算程序进行计算。当围岩条件较复杂时，建议采用有限元法计算。2对于喷锚衬砌的隧洞，喷锚衬砌设计可按规范SD13484附录八推荐的方法进行计算。1776导流隧洞封堵结构设计761封堵体位置及结构体形选择1封堵体位置选择本工程封堵体位置宜设置在。2封堵体结构体形选择本工程堵头型式采用。762封堵体稳定计算8隧洞进、出口明渠及洞脸开挖边坡稳定分析及处理设计81边坡稳定分析计算本设计采用进行计算。提示1导流隧洞封堵体位置应选在岩体新鲜完整，地质条件良好的位置。2封堵体位置应与大坝帷幕灌浆位置相适应，尽量选在大坝帷幕灌浆轴线部位，对于不受帷幕灌浆影响的导流隧洞，封堵体也不宜距帷幕灌浆中心线太远。对于拱坝，封堵体应设置于坝肩受力范围之内。提示导流隧洞封堵体过去最常用的为重力式，在设计时应结合工程实际情况，选择比较先进的堵头型式，如拱式、棱台式，以加快工程施工进度，减少工程量，节约工程投资。龙羊峡水电站成功地采用了棱台式堵头，获得了良好的技术经济效益。提示1导流隧洞封堵体应按永久建筑物设计，设计与校核水位同大坝设计标准一致。2封堵体长度按极限平衡理论，采用如下公式计算抗剪公式抗剪断公式式中、为抗剪及抗剪断的安全系数；F、F为混凝土与基岩的抗剪及抗剪断摩擦系数，F，F；为混凝土与基础的抗剪断粘结力，A；为作用在堵头上的总水压力包括地震动水压力及泥沙压力，K；为堵头混凝土容重，KN/M3；为封堵体断面周长一般不计顶拱；为封堵体截面面积，M2。FKPLC提示边坡稳定分析计算，可采用刚体极限平衡理论或有限元、无限元、离散元等分析方法进行分析计算。最常用的计算方法为刚体极限平衡理论，它具有计算简便、可满足工程设计要求的特点。1882边坡锚固处理设计本工程采用措施进行边坡加固处理。9封堵闸门结构设计91封堵闸门结构设计的任务1闸门结构设计；2启闭设备选型及布置设计。92基本假定921设计工况按设计条件及校核条件两种工况进行设计。922荷载及其组合表10荷载及其组合设计工况水压力泥沙压力设计条件校核条件93荷载计算基本指标1水压力计算，水的容重0KNM3，设计及校核条件下闸门挡水水头分别为M和M，下闸水头M，提门动水头M。2泥沙压力计算，泥沙浮容重KN/M3，泥沙内摩擦角。94闸门结构设计95启闭设备选型及布置设计提示根据边坡稳定分析计算，对边坡进行锚固处理设计。锚固措施主要有浇混凝土或喷混凝土衬砌、锚杆、锚桩、予应力锚索、混凝土抗滑桩及混凝土抗剪洞等，根据实际情况选择单一措施或组合措施进行边坡加固处理，具体设计方法参见有关规程规范及手册。提示闸门结构设计采用结构力学方法，按水工钢筋混凝土结构设计规范或水工钢结构设计规范进行结构计算。根据结构计算成果确定闸门厚度、闸门门槽尺寸及单节闸门重量与总重量。提示根据单节闸门重量及总重量，由最大允许动水提门水头计算启门力，确定启闭设备最大容量，选择合适的启闭设备型式，启闭机一般布置于进水塔顶部。提示闸门挡水水头应留有余地，以便能在导流洞下闸蓄水时闸门安全挡水或渡汛，为封堵体施工创造良好的条件，提供充足的时间。下闸水头应满足闸门拼装和沉放要求。1910导流隧洞施工设计101施工方法、施工布置、施工进度设计20本工程隧洞开挖方法应采用，出碴方式采用，混凝土衬砌作业顺序采用，衬砌方式采用。102施工围堰布置及拆除设计本工程隧洞进口挡水围堰采用，出口围堰采用，围堰设计洪水标准采用。103导流洞封堵施工设计11专题研究及模型试验111专题研究必要时1工程地质及水文地质条件较差或高地应力区的大跨度隧洞围岩稳定分析专题研究。2当隧洞进、出口边坡较高，地质条件较差时，宜进行隧洞洞脸边坡稳定分析及锚固处理设计研究。3大流量、高流速隧洞的水力学模型试验及专题研究。4当有过木、通航、排冰要求时，应进行专门的模型试验及专题研究。5当与永久建筑物结合时，应进行专门的水力学模型试验及专题研究。112模型试验初步设计阶段，对推荐的导流隧洞布置方案应进行水工模型试验。提示根据导流洞布置及洞线沿程地形地质情况，选择合适的施工机械及施工方法，布置相应的施工支洞、出碴及混凝土施工道路，编制单工作面单循环工作进度及隧洞施工总进度，以保证工程按期完成，按时截流。隧洞施工设计可参见水利水电工程初步设计阶段地下工程施工设计大纲范本有关内容。1导流隧洞一般均采用钻爆法施工，开挖方法有全断面法、台阶法、导洞辐射法、支撑拱法、核心开挖法等，按照围岩分类，隧洞断面尺寸，机械设备能力，工程进度等因素综合考虑选择。2隧洞出碴及混凝土运输方式有无轨运输及有轨运输两种。无轨运输时，道路最大纵坡应14；有轨运输时，道路纵坡宜2。3隧洞衬砌作业可与开挖作业顺序进行或与其平行交叉进行。衬砌方式有全断面一次衬砌适用于地质条件良好的中小隧洞及分块衬砌断面尺寸较大，地质条件较差时可采用先边顶拱后底拱的分块型式；地质条件较好时，可采用先底拱后边顶拱的分块型式两种，根据具体情况选择采用。提示隧洞进、出口挡水围堰一般为预留岩坎，宜可采用草土围堰及混凝土围堰。围堰高度一般按挡1020年一遇洪水位设计。围堰拆除方法一般为在汛后逐渐下挖，最后采用爆破拆除。提示包括封堵闸门吊装、开挖、混凝土浇筑及灌浆施工，提出合理的施工方案及施工方法与进度计划。为了简化温度控制，减少分缝分块及混凝土与岩石间的接触灌浆，加快工程施工进度，建议封堵堵头采用微膨胀混凝土封堵。2112工程量计算121工程量计算内容122工程量计算的阶段系数初步设计阶段各项工程量计算的阶段系数参见表11。表11工程量计算的阶段系数表混凝土土石方开挖土石方填筑、干砌石、浆砌石工程量104M3300300100100505030030010010050503003001001005050钢材钢筋灌浆10210510510810811111111410210510510810811111111410210510510810811111111410510511513设计成果131设计说明书及计算书1导流隧洞设计说明书。2导流隧洞水力设计计算书。3导流隧洞结构设计计算书。4导流隧洞封堵设计计算书。5封堵闸门结构设计说明书及计算书。6工程量计算书。132设计图纸1导流隧洞布置图及结构体形图。2闸门、启闭设备布置图及结构体形图。3导流隧洞施工布置及施工方法示意图。133工程量汇总表提示隧洞工程量计算内容包括导流隧洞进、出口明渠及洞脸、洞身段、进水塔、导流洞封堵体、施工支洞、施工道路、施工围堰等项目的开挖、回填、混凝土浇筑、喷混凝土、干砌或浆砌石、钢筋、钢材、锚杆或锚桩、予应力锚索、固结灌浆、回填灌浆、排水孔等工程量，应根据建筑物的几何尺寸及设计布置情况分项详细计算，再乘以相应的设计阶段系数，最终列出工程量汇总表。22附录A导流隧洞泄流计算A1隧洞水流流态判别A11对IIK的缓坡隧洞I为底坡，IK为临界坡A12为无压流2MA12为半有压流A2M为有压流式中为自进口上游渐变流断面到隧洞出口断面间的局部能量损失系数之和；为舍齐系数；L为洞长；为满流时的水力半径；I为隧洞底坡；A为洞高；出口断面佛汝德数的平方，当出口断面周边为大气时，由试验得162；当出口断面上游有底板时，认为界限状态下的出口断面水深为临界水深HK，即AHK，则有1。A12对IIK的陡坡隧洞A12为无压流12A15为半有压流A15为有压流A2无压流隧洞泄流计算A21长、短洞判别1当底坡为缓坡而趋于平坡，长短洞的界限长度为LK512H，当洞长LLK为长洞；LLK为短洞。2当底坡接近临界底坡IK时，LK13512H。3当底坡为陡坡IIK，泄流能力不受洞长影响，按短洞工作考虑。A22短洞泄流计算短洞泄流能力不受洞长影响，进口水流为宽顶堰流，按宽顶堰流公式计算泄流量。式中B为矩形隧洞过水断面的宽度，当过水断面为非矩形时，BK/HK；HK为临界水深；K为相应于HK时的过水断面面积；ALIGVRCLKM2211GV2GAV2G2230HGBMQS223S为淹没系数，当下游水位较高，已淹没进口的收缩断面，使该处的水深HC075H0时，为淹没出流，S值与比值HC/H0有关，当HC075H0时，为自由出流，S1，当淹没时，HC可近似的以下游水位减去进口底板高程而得；HC为进口断面处的水深；H0为以隧洞进口断面底板高程起算的上游总水头；M为流量系数，决定进口翼墙的型式、上游水库或渠道的过水断面面积与隧洞过水断面面积之比，一般取M032036，若进口翼墙较平顺，断面缩窄较小，应取较大的M值，反之应取较小的M值，见附表A3。A23长洞泄流计算对于长洞，一般需要由下游向上游推算水面曲线，以求得进口断面处的水深HC，以HC/H。在有关图表查出S，再用式2解算。A3半有压流隧洞泄流计算A31半有压短洞与长洞的判别1对自由出流缓坡IIK隧洞，洞长LLKM时，为半有压短洞，LLKM时，为半有压长洞。LKMLILSL。3L。13A，LI14A，LS可由推算C1型水面曲线决定，其中收缩水深HC可由下式计算HC/A0037H/A057301824式中为流量系数，按附表A4取值。2对自由出流，陡坡隧洞，正常水深HOA，LLKS时，为半有压短洞，LLKS时，为半有压长洞。LKSLILSLO5LI14A，LO005A，LS可用分段求和法由推算C2型水面曲线决定，HC仍按式4计算。A32计算公式及计算方法1对半有压短洞，不论是缓坡或是陡坡，均可用下式进行泄流计算。式中为隧洞断面面积；和分别为流量系数和洞口水流收缩系数，可由附表A4查取。2对于缓坡半有压长洞，其出口明流段的长度LO很小，可按有压的自由出流，采用式7进行计算。3对陡坡半有压长洞，由于发生有害的不稳定流态，难以进行水力计算，在设计中应2AHGQ624予避免。A4有压流隧洞泄流计算7式中为流量系数，按下式计算8式中为隧洞出口断面面积；I为某一局部能量损失系数，与之相应的流速所在的断面为I指根号内第二项中的I；LI为隧洞某一段的长度，与之相应的断面面积、水力半径和舍齐系数分别为I指根号内第三项中的I、I、I；T0为上游水面与隧洞出口底板高程差及上游行近流速水头之和，一般可认为TOT；HP为隧洞出口断面水流的平均单位势能，HP05AP/；当淹没出流时，HP等于下游水深HSA为出口断面洞高；P/为出口断面平均单位压能，当自由出流时，P/一般小于05A。A5进口段设置有压短管深式有压短管进口的无压隧洞的泄流计算对于进口段设置有压短管的无压隧洞，其底坡I一般应大于IK，水流由有压短管泄出，以后为高速明流，当下游水位不影响隧洞的泄流能力水跃位于收缩断面的下游时，其泄流量可按有压短管出流公式进行计算式中H为由有压短管出口的闸孔底板高程算起的上游库水深；B为隧洞进口闸孔底宽；E为闸孔高度或开启高度；HC为闸孔后的收缩水深，HCE；为有压短管出口的工作闸门或闸孔垂直收缩系数，当有压短管的顶部有倾斜压板且工作闸门全开时，按附表A5取值；当有压短管的顶部无倾斜压板时，按附表A6、附表A7取值；为有压短管的流量系数，由下式计算1020PHTGQ22211IIIRCLGAV22CHHGBEQ9221ACAICRCGL25式中为流速系数，一般约为097；C为收缩断面面积，CBE；I为自进口上游渐变流断面至有压短管出流后的收缩断面之间的任一局部能量损失系数；I为与I相应的过水断面面积；LA为有压短管的长度；A、A、A分别为有压短管的平均过水断面面积及相应的水力半径及舍齐系数。当有压短管的顶部没有倾斜压板，工作闸门全开时，值可由附表5查取。26附表A附表A1隧洞局部水头损失系数名称图形局部能量损失系数断面突然扩大断面突然缩小直角050角稍加修圆020喇叭形010流线形无分离绕流005006进口切角025圆形渐扩管圆形渐缩管矩形变圆形渐缩管005相应于中间断面的流速水头圆形变矩形渐缩管010相应于中间断面的流速水头圆形缓弯管平板门门槽005020一般用012121K81012152025K014016022030042062211020406080100140K10400250200200300400602/1001002003004005006007008009010K20410400380360340300270200160100E/A01070809005004002值相应于收缩断面流速水头,不包括门槽损失2/12/7901630RD125027弧开门附表A2糙率N值表洞壁表面特征糙率N光滑0012一般0013水泥抹面粗糙0014混凝土衬砌00140015浆砌块石0017干砌块石0020025喷混凝土002003钢板衬0011光滑平整的表面00250035不衬洞锯齿形不规则表面00350045附表A3平底宽顶堰流量系数附表A3A直角形翼墙进口的平底宽顶堰流量系数B/B0001020304050607080910