某大型水利枢纽工程导截流设计

毕业设计（论文）题目某大型水利枢纽工程导截流设计院（系）专业小组名称施工导截流姓名学号指导教师完成时间摘要松涛水利枢纽位于柳河干流上的松涛峡，系一级建筑物。此工程的河流属于山区河流，河宽较窄，并且在施工期没有通航要求。故选择一次拦断，即全段围堰法。导流建筑物级别为4级。导流方式选择双洞导流，洞型为城门洞型，顶拱圆心角为120。因为考虑到上游围堰的布置，隧洞若布置在右岸，其进水口不好布置，且洞长将更长，导流洞的布置选择双洞都布置在左岸。本设计围堰材料经计算使用隧洞开挖后的石料满足要求。本设计依据水利水电工程施工组织设计规范（SDJ33889）第二章施工导流的有关规定编写。在对坝址区域的地形、地质资料，水文气象资料分析的基础上通过对堰型、隧洞型的定性分析比较，定出隧洞轴线、堰轴线的位置。由于坝址附近有丰富的料场，并且距坝址较近，交通运输较方便等，综合考虑最终拟建心墙土石围堰。该工程主要由上下游围堰以及导流隧洞组成，河床高程410M，上游围堰高程取4423M，下游围堰高程取4282M。隧洞尺寸取11135。坡降取0004，导流隧洞1号长590M2号洞长720M双洞的进口高程都为417M设计最终成果计算说明书一份、设计图纸4张及其他计算附图和附表等。关键词施工导流调洪演算隧洞导流围堰填筑ABSTRACTSONGTAOLIUHERIVERHUBISLOCATEDINGREENFIELDGORGE,ABUILDINGTHERIVEROFTHISPROJECTBELONGSTOTHERIVEROFTHEMOUNTAINS,THERIVERISWIDERANDNARROWER,ANDHASNOREQUIREMENTFORNAVIGATIONDURINGTHECONSTRUCTIONPERIODTHECHOICEOFABROKEN,THEWHOLECOFFERDAMMETHODDIVERSIONBUILDINGLEVELIS4THEDIVERSIONTUNNELDIVERSIONHOLETYPEDOUBLECHOICE,ASTHEGATEHOLE,THETOPARCHCENTRALANGLEOF120DEGREESBECAUSEOFCONSIDERINGTHELAYOUTOFTHEUPSTREAMCOFFERDAMTUNNELIFARRANGEDINTHERIGHTBANK,THEWATERINLETISNOTGOODLAYOUTANDTUNNELLENGTHWILLBELONGER,THELAYOUTOFTHEDIVERSIONTUNNELCHOOSEDOUBLEHOLEAREARRANGEDONTHELEFTBANKTHISDESIGNCOFFERDAMMATERIALISCALCULATEDUSINGTHESTONEMATERIALAFTEREXCAVATIONTHISDESIGNISBASEDONTHE“WATERCONSERVANCYANDHYDROPOWERENGINEERINGCONSTRUCTIONDESIGNCODE“SDJ33889SECONDCHAPTEROFTHERELEVANTPROVISIONSOFTHEDIVERSIONOFCONSTRUCTIONINTHEDAMSITEAREAOFTERRAIN,GEOLOGICALINFORMATION,THEHYDROLOGICALANDMETEOROLOGICALDATAANALYSISBASEDONTHEWEIRTYPE,TUNNELTYPEOFQUALITATIVEANALYSIS,SETTHEPOSITIONOFTHETUNNELAXIS,WEIRAXISDUETOTHENEARTHEDAMSITEISRICHINMATERIALFIELD,ANDAPARTFROMTHEDAMSITEISNEAR,TRANSPORTATIONISCONVENIENT,TOCONSIDERTHEFINALPROPOSEDHOMOGENEOUSEARTHROCKCOFFERDAMTUNNELSIZE11X135THESLOPEIS0004,NO1,NO2LONGTUNNELDIVERSIONTUNNELLENGTHDOUBLEHOLEINLETHEIGHTARE417MTHEFINALRESULTSOFDESIGNAMANUAL,4PIECESOFDESIGNDRAWINGSANDOTHERDRAWINGSANDCALCULATIONSCHEDULEETCKEYWORDCONSTRUCTIONDIVERSIONDIVERSIONDIVERSIONDIVERSIONCOFFERDAMFILLING目录第1章基本资料211工程概况212施工场地及运输条件2121施工场地2122运输条件213气候特征2131气温2132降雨2133冰期2134风向及风速214水文条件215工程地质条件216当地建筑情况217坝体混凝土主要特征218其他资料2第2章施工导流设计221施工导流的方式及适用条件2211分段围堰法导流2212全段围堰法导流2213淹没基坑法导流2214导流方案的确定222导流方案选择2221水温特性2222导流方案的拟定2223导流标准2224导流时段划分2第3章隧洞设计231隧洞路线的选择与布置原则2311隧洞路线的选择2312隧洞的布置232隧洞的断面形式与尺寸选择233隧洞的进口高程及坡降234隧洞的进口设计235隧洞的出口设计236隧洞的气蚀破坏及防止措施237围堰设计2371常用围堰形及其适用条件2372围堰形式的选择2373围堰的平面布置238土石围堰设计2381土石围堰的结构形式2382土石围堰填料选择239土石围堰断面尺寸设计2391上下游围堰断面尺寸设计2392堰顶宽度及围堰边坡拟定2310围堰的拆除2第4章隧洞的隧洞的水力计算241隧洞界面参数242判别流态243隧洞泄流能力计算2431自由出流泄流能力计算2432半有压流水力计算2433有压流水力计算2434各种流态的泄流计算成果244调洪演算245隧洞开挖量估算246上下游围堰高程的确定246截流计算247截流时段、截流标准248戗堤布置和龙口位置选择249截流方式比较选择2410抛投料稳定计算2411截流施工工序2412截流的施工方法和设备2413施工期通航和过筏措施2414施工期排冰度汛、过冰措施（标准）2415围堰的填筑2416围堰的施工工艺24161、围堰施工作业流程24162、围堰施工2417方案比选2第5章隧洞封堵251封堵体位置及结构体形252堵头长度及稳定计算2第6章基坑排水计算261初期排水262经常性排水263排水设备的选取2第7章概预算2第8章进度控制281项目主要工程工期安排2811准备工程2812施工导流工程2参考文献2第1章基本资料11工程概况某工程水利枢纽位于柳河干流上的松涛峡，系一级建筑物，由河床混凝土重力坝、溢洪道，右岸土坝和坝后厂房等部分组成。枢纽的主要任务是发电，共装三台机组，每台机组15万千瓦，发电最低水位500米，相应库容195亿立方米。、枢纽的位置右岸适当位置布置有排沙放空洞，可满足封孔蓄水期对下游100立方米每秒流量的要求。12施工场地及运输条件121施工场地坝址距下游的仙州市河道长约100公里，直线距离50公里，坝址附近皆为高山峡谷地区。松涛峡长约12公里，上下游均有比较平坦的山间盆地可作为施工场地。枢纽选定坝址位于峡谷尾部，距峡谷出口约17公里，坝区河床两岸山坡陡峻，成V字形。左岸坡度4580，陡缓相间；右岸坡度6085，两岸山坡均为黄土覆盖。坝址河床高程一般为410米，枯水季一般水位为418米，河面宽4060米，深化偏右岸，最深约10米。坝址左岸山峰起伏高出河面约150米以上。右岸坝头附近为一狭小丘陵阶地，高出河面约110米。与坝区阶地相连的就是地形平坦面积宽阔的李家台四级阶地，高程560580米。自峡谷出口起，两岸地势逐渐开阔，呈狭长的二级阶地，高程约430440米沿柳河右岸距坝址约8公里的旧镇，附近有宽阔平坦的二级阶地。坝内河谷两岸有很多冲沟，左岸主要有坝址下游200米出的滑沟；右岸主要有坝址上游150米处的红柳沟，下游有刘家沟、金钩和银沟等。这些冲沟切割既深且短，均系沿断层及节理裂隙发育而成，与河谷多成7080的交角。由于这些冲沟的切割，使坝区地形变得非常复杂，给施工场地布置造成一定困难。坝区附近可供施工场地布置的地段，有右岸李家沟，峡谷出口下游右岸的明坝和左岸的易家湾等阶地，各地段特性如表11所示表11各地段特性表顺序名称位置坝址距离（公里）可利用面积（平方公里）高程（米）1李家沟右岸坝址下坝右岸坝址下游25054304403易家湾右岸坝址下游30034304404旧镇右岸坝址下游8020425460122运输条件仙州到松涛的公路线为六级公路，已建成通车，线路全长约50公里。对于水路交通，因柳河上游为峡谷，河窄水急，不能通行船只。有国家铁路干线通过仙州市，可沿柳河岸边进工地。13气候特征131气温本区为大陆性气候。多年平均温度96，月平均最高气温229，最低为65；绝对最高位391，绝对最低为231，日最小变幅13。坝址附近历年气温观测统计资料，如表12所示。月份项目日平均最高绝对最高日平均最低绝对最低月平均1751381832316521491751542211632252697916355428433229841205327355320117463423658529210735939111793229834438310654215929131953051641023628025661011117421610415318127610915721653年平均96132降雨本地区雨量稀少，年平均降水量为3301毫米，最大达4719毫米，其中6070集中在79月，最大日降雨量为718毫米。最长一次降雨延续时间4昼，最大一次降雨量为21毫米。暴雨常在下午或晚间出现。降雪一般于11月下旬开始，最大一次为20毫米，积雪最大厚度为6厘米，积雪日期一般从11月下旬到次年3月上旬，年平均积雪日数为216日，土壤冰洁程度约1米。本地区降水统计资料如表13和表14所示。表13坝区19521988年各月降雨量（MM）项目月份123456789101112全年平均13297913932538362389856619039203305最大169902342776381032126721841089506136914719最小07003215518633212205002108表14坝区19851988年各月不同降雨量出现天数统计表月份（天数）降雨量123456789101112全年（天数）最多6571318201617118515112最少124611126129513935MM以下平均432357871517121497727610435MM最多00002345520016最少0000112311007以上平均00001173421700123最多0000011421006最少000001121000110MM以上平均00000030721070043最多0000001110002最少0000000007000120MM以上平均00000003030700017133冰期每年11月底或12月初行凌，12月底封冻次年2月底或3月初解冻。冰冻期约23个月。冬季行凌初期，多为针状，薄片状冰化闭。流冰速度最大为145米/秒。春季流冰多为坚硬冰块，冰厚一般为02米，最后可达1米，流冰期一般无大冰块下泄。134风向及风速本地区春季多风，最大风速为17米/秒，风向多为东北向14水文条件柳河的年最小流量多发生在1、2月份，3月份上游开始融雪化冰，流量渐增，6月份以后即进入汛期。年最大流量一般发生在79月间。坝址区实测最大流量为5640M/S，最小流量为205M/S，多年平均流量为830M/S，河水含沙量最大达5KG/M（7月9月），最小为001KG/M（1月2月）。峡内流速最大为7M/S，最小为08M/S。其流量特征资料列于表15和表16表15坝址水文站各月不同频率的瞬时最大流量（M/S）月份频率125102014854624304043702405393371356334372368061556850741310121010709568395235021101816158013206481042703570373024707547049204210365030908513046704030355030209638056204610387031101037003410301027002370111750165015201410129012796759701659601全年63905870513045603810表16坝址水文站不同频率的月平均流量（M/S）月份频率15102085134832732226521823453383272692293469432410300240458649945832733259595694804253546112071160748240671890102088278562081250105076058053691140870695541480109596305474133851169257948940032812430421406378285全年84063855344640215工程地质条件坝区为高山峡谷区。狭谷由震旦纪变质岩构成，其上部为第四纪砾石岩，含沙砾石层及黄土。柳河流向，在坝址附近转为S260W，河谷呈弯曲形。河谷两岸变质岩顶板出露标高，左岸约为520米，右岸约为515米。在标高515米时，谷宽约为135米，坝址左右岸基岩上直接为黄土覆盖。坝址去及上下游河床覆盖层厚512米。表面03米左右为黄土覆盖，一下均为卵砾石夹粗、中砂等物构成。河床靠右岸有一深槽，顺和呈长条状分布，深槽处水深约10米，覆盖层厚1012米，此深槽系河水沿构造裂隙侵蚀冲刷而成。坝址河谷及两岸的变质岩只要由云母石英片岩和角闪岩组成，石质坚硬，相当于16级岩石分类中的第X级岩石，普氏系数F8云母石英片岩极限抗压强度为10001200KG/CM2,角闪片岩极限抗压强度为9001200KG/CM2。坝址右岸距河边480米处，有一天然冲刷的鞍状地形，溢洪道即建此处，该处系古河道的遗址，两岸有大小冲沟数条，与它成7080交角。此坝址处水文地质情况，地下水属裂隙补给水，数量很少，主要在构造裂隙及局部破碎带内。在坝区变质页岩中还有裂隙承压水，稳定水位432446米，单款涌水量一般为3L/MIN，最大为120L/MIN，随页岩裂隙发育程度、联通情况和深度而变化。松涛是地震波及区，据上级主管部门提出的松涛水利枢纽地段的地震基本烈度为7度。16当地建筑情况坝址上、下游均有砂石材料。特别是坝址下游藏量丰富，开采运输比较方便，质量一般均符合要求，只有砂质土尚未找到理想的产地，必要时可采用两岸的黄土代替。17坝体混凝土主要特征坝体混凝土设计龄期为90天，水工设计中内部混凝土用100，外部混凝土用150，总混凝土用量比为075比025坝体混凝土的容重为2400KG/M3。混凝土的热学指标及各种材料的热学性能见表17和表18表17混凝土的热学指标比热C（大卡/公斤）导温系数A（米/小时）导热系数（大卡/米小时）热交换系数（大卡/米小时）021000482410表18混凝土各材料的比热材料名称水水泥砂子粗骨料C比热（大卡/公斤）100014019020混凝土采用600纯熟料水泥，水泥最终水化热为67大卡/公斤，水泥放热率M0384/天。18其他资料地方工业、住宅、卫生福利和劳动力来源仙州市，有些地方工业可以利用，这些地方工业可以考虑在施工期间委托进行部分加工和修配工作。坝区附近村镇不多，且民房不多，只能在明坝村和李家台村用少量民房作为工人临时住宅，而其他福利设施及住宅需要建设。施工期间大批的生活物资和粮食、燃料、日用品等，均需从仙州市运来，当地只能解决副食品和部分粮食等供应。施工期间施工队伍由公开招标选定。施工用电初步估计仙州市仙州市可供应最高负荷约为12万千瓦。坝址地下水硫酸根含量约20003000毫克/升，对一般水泥有硫酸盐侵蚀性。因此基础混凝土有抗硫酸盐侵蚀的要求，铝酸三钙的含量应该小于5。地下水不宜作为工程用水和生活永生。河水除含沙外，无其他杂质，经沉淀后可作为工程和生活用水。第2章施工导流设计施工导流是在江河上修建水利水电工程时，为了使水工建筑物在干地上施工，需要用围堰维护基坑，并将水流引向预定的泄水道往下游宣泄的一种工程措施。施工导流设计的主要任务是周密的分析研究水文、地形、地质、水文地质、枢纽布置及施工条件等基本资料，在保证上述要求的前提下，选定导流标准，划分导流时段，确定导流设计流量；选择导流方案及建筑物的形式；确定导流建筑物的布置构造及尺寸；拟定导流建筑物的修建、拆除、堵塞的施工方法以及截断河床水流、拦洪度汛和基坑排水等措施。21施工导流的方式及适用条件施工导流的方式大体上可分为三类，即分段围堰法导流，全段围堰法导流和淹没基坑法导流。211分段围堰法导流分段围堰法亦称为分期围堰法，即用围堰将水工建筑物分段，分期维护起来并进行施工的方法。所谓分段，就是在空间上用围堰将建筑物分为若干施工段进行施工。所谓分期，就是在时间上用围堰将建筑物分为若干期。段数越多，围堰工程量越大，施工也越复杂。同样，期数分的越多，工期有可能拖得越长。因此，在工程实践中，二段二期导流用的最多。分段围堰法导流一般适用于河床宽，流量大，工期较长的工程，尤其适用于通航河流和冰凌严重的河流。这种导流方式的费用较低，国内外一些大、中型水利水电工程采用较广。例如，中国湖北葛洲坝和三峡，江西万安，辽宁恒仁，浙江富春江，广西大化等水利枢纽工程都采用这种导流方式。分段围堰法导流，前期都利用被束窄的原河道导流，后期要通过事先修建的泄水道导流，常见的有以下几种底孔导流，坝体缺口导流，束窄河床和明渠导流。212全段围堰法导流就是在河床主体工程的上下游各修建一道断流围堰，使水流经河床以外的临时或永久泄水道下泄，主体工程建成或接近建成时，在将临时泄水道封堵。全段围堰法导流，一般适用于山区河流，河谷狭窄，两岸地形陡峻，山岩坚实的河谷地段。其泄水道类型有以下几种隧洞导流，明渠导流，涵管导流。213淹没基坑法导流这是一种辅助导流方法，在全段围堰法和分段围堰法中均可使用。尤其适用于洪水流量大，历史短，而枯水期流量则较小，水位暴涨暴落，变幅很大的山区河流。上述各种导流方式，应根据工程概况具体分析，在实际工作中由于枢纽布置，建筑物形式以及施工条件不同，必须进行恰当的组合，灵活运用，才能合理解决一个工程在整个施工期的导流问题。（依据松涛水利枢纽工程的特点河床比较窄，且无通航要求，适合采用全段围堰法导流）214导流方案的确定选择导流方案是应考虑一下因素导流方案的选择受多种因素的影响，一个合理的导流方案，必须在周密研究各种影响因素的基础上，拟定几个可能的方案进行技术经济比较，从中选择技术经济指标优越的方案。选择导流方案时应考虑的主要因素如下（1）水文条件。河流的流量大小，水位变化的幅度，全年流量的变化情况，枯水期的长短，汛期洪水的延续时间，冬季流冰及冰冻情况等，均直接影响导流方案的选择。一般来说，对于河床宽，流量大的河流宜采用分段围堰法导流。对于水位变化幅度大的山区河流，可采用允许基坑淹没的导流方法，在一定时期内通过过水围堰和基坑来宣泄洪峰流量。对于枯水期不长的河流，如果不利用洪水期进行施工就会拖延工期。对于有流冰的河流，应充分注意流冰的宣泄问题，以免流冰壅塞，影响泄流，造成导流建筑物失事。（2）地形条件，坝区附近的地形条件，对导流方案的选择影响很大。对于宽阔的河流，尤其在施工期间有通航、过筏要求的河流，宜采用分段围堰法导流。当河床中有天然石岛或沙洲时，采用分段围堰法，更有利于围堰的布置，特别是纵向围堰的布置。在河床狭窄，河岸陡峻，山岩坚实的地区，宜采用隧洞导流。至于平原河道，河流的两岸或一案比较平坦，或有河湾、老河道可资利用，则应采用明渠导流。围堰的布置有直接影响。若河流两岸或一岸的岩石坚硬，风化层薄，且抗压强度足够时，则选择隧洞导流较有利。如果岩石的风化层厚且破碎，或有较厚的沉积滩地，则适合采用明渠导流。此外，选择围堰形式，基坑是否允许淹没，能否利用当地材料修筑围堰等等，也都与地质条件有关。水文地质条件则对基坑排水工作，围堰形式的选择，导流泄水建筑物的开挖等有很大关系。因此，为了更好的进行导流方案的选择，要对地质和水文地质勘测工作提出专门要求。（3）水工建筑物的形式及其布置。水工建筑物的形式和布置与导流方案的饿选择相互影响，因此在决定水工建筑物形式和布置时，应考虑并初拟导流方案，而在选择导流方案时，则应充分利用建筑物形式和枢纽布置方面的特点。（4）施工期间河流的综合利用。施工期间，为了满足通航、筏运、供水、灌溉、生态保护或水电站运行等要求，是导流问题的解决更加复杂。在通航河道上，大多采用分段围堰法导流。要求河道在束窄以后仍能便于船只的通行，水深要与船只吃水深度相适应，束窄河流的流速一般不超过20M/S，特殊情况需与当地航运部门协商决定。（5）施工进度、施工方法及施工场地布置。水利水电工程的进度与导流方案密切相关。通常是根据导流方案安排控制性进度计划。在水利水电枢纽施工导流过程中，对施工进度起控制性作用的关键性时段有导流建筑物的完工期限，截断河床水流的时间，坝体拦洪的期限，封堵临时泄水建筑物的时间，以及水库蓄水发电的时间等。各项工程的施工方法和施工进度直接影响到各时段中导流任务的合理性和可能性。在选择导流方案时，出了综合考虑以上各方面因素外，还应是主体工程尽可能的发挥效益，简化导流程序，降低导流费用，是导流建筑物既简单又使用可靠。22导流方案选择221水温特性松涛水利枢纽坝址河段径流量主要来自于降雨，以及融雪的补给。洪水由暴雨形成，汛期为6约至10月，河谷水位暴涨、暴落。多年各月平均流量，最大流量和最小流量见表21，各频率施工洪水成果见表22。表21坝址多年流量统计表（单位M/S）20年一遇表22坝址施工洪水成果表月份123456789101112全年最大流量430371615107018163570421040304610301015207015130平均流量32733843249956971110201050870630579421638频率1251020全年最大流量（M/S）63905870513045603810111531205019201750161014501116510134012701170109099710163028402670243022402020101661528402670243022402020月平均流量11692579489400124304214063781348327322265234533832726934694324103004586499458327595956948042561120711607482222导流方案的拟定在水利水电工程导流方案的选择时，要考虑地形、地貌、水文特性、工程主体的形式和布置、施工因素等多方面的因素，其中地形和地貌条件往往是决定导流方案的主要因素。松涛水利枢纽选定坝址位于峡谷尾部，据峡谷出口约17公里，坝址河床两岸山坡陡峻，成V字形，河床的宽度较窄，故不宜采用分段围堰法导流。同时综合坝址处的地形和地貌特征，次枢纽也不具备开挖明渠，采取明渠导流的条件。主要是因为坝址处的垭口处于高程较高处（处于520米以上，高出河床10米以上，不适合初期导流）开挖量大，虽然明渠导流费用较隧洞导流方案低，单明渠导流准备期开挖量大，地面施工干扰大，工期风险难以估计，隐含风险较大。前期导流明渠以及底孔坝段结构混凝土需要按永久建筑物的要求来施工，大型砂石加工及混凝土系统准备建筑进度难以满足施工要求。因此，在准备期被完成明渠的施工难度较大，截流工期保证率较低。因此，明渠导流的方案显然是不合理的。坝址河谷及两岸的变质岩主要由云母石英片岩和角闪岩组成，石质坚硬，相当于16级岩石分类中的第X级岩石，在岩石地质条件上具备开挖隧洞的条件。一般情况下，坝型和河谷的地形往往是导流方案选择的主要条件之一，此工程河床坝段采用混凝土重力坝。以坝长与坝高的比值L/H，表示河谷形状系数。距统计分析和工程经验，对于混凝土坝，3适合一次拦断截流和隧洞导流。经计算松涛水利枢纽坝址所在地河谷状系数1633，故适宜采用隧洞导流。虽然隧洞的投资高，但前期项目的施工干扰小，因开挖除渣，混凝土浇筑时段分散，总体强度不高，截流工期有保证，风险明朗，有利于防范。综合考虑比较，初步拟定隧洞导流方式总体上市可行的，且优于其他导流方案。本设计最终采用隧洞导流。参考以往的工程经验和工程实例，在河谷地段，洪水期洪水多为暴雨形成，河谷水位暴涨暴落，可采用围堰形式有过水和不过水围堰。采用过水围堰在技术上是可行的。单在本工程中，过水围堰对基坑冲刷严重，采用的安装设备安装期较长，过水围堰的方案会拖后设备的安装和使用，影响工期较大。所以本设计采用不过水围堰，不过水围堰又分为全年挡水围堰和枯水期挡水围堰，两种围堰的选择比较详见围堰设计。223导流标准松涛水利枢纽系级建筑物，根据水利水电工程施工组织设计手册（），表231的划分标准及表232的洪水标准，保护永久建筑物的导流建筑物级别为级，相应的洪水设计标准为二十年一遇，枯水期当水围堰的标准与全年挡水围堰按同样标准设计。见表23。表23导流标准表项目枯水期围堰挡水方案全年围堰挡水方案挡水时段11月5月全年设计标准20年一遇20年一遇设计流量11705130224导流时段划分全年挡水围堰设洪水标准为20年一遇。对于枯水期挡水围堰方案的导流标准，根据水利水电施工组织设计手册（）的规定，并结合现场实际情况选用枯水期20年一遇的洪水。当选择采用挡水围堰时，须对枯水期施工时段进行选择时段短时，导流流量小，导流建筑物布置和施工简单，造价低，但基坑施工期较短，施工强度大；时段长时，对施工进度有利，单导流建筑物规模大，造价高，施工难度大。因此，须对进行导流设计和施工有效期的综合比较，选定也是选择导流的重要因素之一。枯水期时段的划分见表24。表24枯水期时段比较施工枯水段的选择枯水施工时段（月日月日）项目单位11153111165101016301016615设计最大流量M/S1750117037102430截流难度简单较简单较困难困难施工有效时间月6587由上表可知，在时段选择的分析结果中，在一个枯水期内完成截流，基坑排水，基坑开挖和围堰施工是可行的。选择11月16日5月10日这段时期为施工枯水期，不仅截流的难度小，同时也为前期的施工准备和隧洞的施工给予足够多的时间，因此选择此枯水时段在技术上是可行的，不但经济合理，而且减少了工期。第3章隧洞设计31隧洞路线的选择与布置原则311隧洞路线的选择本设计采用隧洞导流，但隧洞的选择与合理布置，对减少工程量，降低造价，方便施工，缩短工期等关系很大。隧洞的布置主要考虑地形和地质条件，水流流速和流态要求。枢纽水工建筑物的布置及是否与永久建筑物结合等。一般要求如下（1）充分利用地形条件，尽量使洞线最短。当坝址位于河湾地段时，宜将隧洞布置在凸岸，呈直线布置。如无河湾，利用冲沟布置洞口，也能使洞线顺直。（2）当洞线必须转弯时，应尽量避免急弯，其弯曲半径一般不小于5倍洞宽，转角不宜大于60，即弯道切线交角不宜小于120。曲线段首尾均应保持直线段连接，直线段长度不小于五倍洞宽为宜。（3）为使水流顺畅，防止出口水流冲刷对岸及进出口对上下游围堰的影响，出口段洞线与河道主流方向的夹角一般不大于30为宜，进口段交角视具体情况可适当放宽。当有通航过筏要求时，其交角应按通航等要求确定。进出口距离围堰堰脚应有一定的安全距离，一般不小于1020米。（4）洞线应尽量选择岩石新鲜，岩性坚硬，断层较少，裂缝不发育的底层，避免通过较大断层破碎带。洞线方向与岩层方向尽量呈正交，交角一般不小于45为宜。避开不利地质构造。（5）进出口位置，在选择洞线的同时，应放在地质条件较好的部位，以利洞口稳定。从地形上看，一般选择在坡度较陡，岩石出露的位置为好，避免明挖过大，进洞困难。进洞处顶部岩层厚度一般在1030倍洞径之间。（6）进出口高程选择，需考虑截流，通航，放木要求，封堵条件，泥沙淤积或磨损，方便施工等。一般情况，截流与通航放木均要求进口高程低一些，通常取枯水位以下1015M，如果高程过低，可能造成泥沙淤积或门槛磨损，影响封堵闸门沉放，对施工出渣排水也不利。（7）隧洞底坡的选择与进出口高程密切相关，常去14，也有采用平底的。对于无压隧洞，加大底坡课增大泄水能力，因设计成陡坡为好，对于有通航放木要求的河道，底坡不宜过大，宜设计成缓坡。（8）隧洞应有足够的埋深。局部地段（如通过冲沟，垭口时）的最小埋深一般不小于三倍洞径。隧洞与永久建筑物的距离应尽量避免相互影响，必要时需采取适当措施。（9）当导流隧洞与永久隧洞结合时，其布置还应满足永久建筑物的要求。312隧洞的布置综上所述结合本工程设计资料及地形图，综合分析左岸比右岸岸坡陡峭，且为河湾凸岸，右岸也较陡，但河床靠右岸有一深槽，深槽处水深约10米，覆盖层厚度约1012米，此深槽系河水沿构造裂隙侵蚀冲刷而成。若布置在右岸，需挖明渠，使冲沟中的积水引入河道，同时为防止围堰的冲刷，需设挡水设施，增加施工难度和施工经费。故经比较选择在左岸开挖隧洞，同时为方便组织施工，节省人力物力，免修大型施工桥，将两条隧洞布置在一岸。又由水文资料知此河流量不是很大且无通航及其他要求，故两条隧洞采用相同断面，底坡去4，因含沙量大，为防止泥沙淤积或门槛磨损，本着无通航要求的河道在截流许可的条件下，进出口高程应尽量高些的原则，进出口高程取枯水位以下10米，即4180104170米。32隧洞的断面形式与尺寸选择隧洞的断面形式与尺寸的选择，应首先考虑隧洞的工作状态。导流隧洞常有明流和压力流两种工作状态，明、压流交替不可避免。及时前期导流按明流设计，中后期施工度汛也可能成为压力流。因此隧洞断面形式与储存，不仅满足前期导流，还必须考虑中后期施工度汛的要求。在一般情况下都按压力流设计，也有少数设计成明流。由于明压交替过渡段的流态极不稳定，隧洞工作状态的设计，应力求避免在围堰最高挡水位置发生明、压交替过度状态。常用的隧洞断面形式有圆形、马蹄形、拱形门等，应根据地质条件，水利条件（有压、无压、水头的大小）、截流和通航要求、方便施工等经过技术比较确定。对于拱门形断面，由于底部过水面积大，截流、通航、放木、施工也比较方便。调整高度比还有利于围岩的稳定。其高度比一般用1017，顶拱圆心角为120180，据统计，国内导流隧洞单位面积的过水流量一般在620M/（S）之间。初步拟定拱形断面尺寸顶拱圆心角取为120，直墙高宽比B125本设计采用全年当水围堰，其设计流量为5130M/S，取隧洞单位面积的过水流量为18M/S）则所需隧洞的过流面积为417M1135120312016417M44417M113512031VQA将Q5130M/S，V18M/S）带入上式得A285。方案一采用一条隧洞泄流，所需隧洞过流面积A285；断面尺寸计算过程如图311，令弧形半径R2F，则底宽B2F3464F，底高3H125F，有几何关系得，BH15F285，可得F435M，取F44M。则3B3464F1524M；H433F19025M。考虑到隧洞衬砌等实际情况，需要适当加大隧洞的开挖面积，故取B16M，H20M。孔高HF244M，适当的拱高F44M，隧洞的断面尺寸为16M20M。0H图31方案一断面方案二采用两条隧洞泄流，故需单挑隧洞过流面积51428A断面尺寸计算过程如图312，令弧形半径R2F，则根据几何几何关系可得F308，取F31M，则底宽MFL71032，底高MFH413253考虑到隧洞衬砌等实际情况，需要适当加大隧洞的开挖面积，故取L11M，H135M。孔高HHF166M，适当的拱高F31M，隧洞的断面尺寸为11M135M。图32方案二一号洞断面二号洞断面33隧洞的进口高程及坡降由于水利枢纽属于大型建筑物，坝址河床高程为410M，隧洞处顶部岩石通常在13倍的洞径之间。因为没有通航、放木要求，河中含沙量大，最大约为5KG/M，考虑到泥沙的淤积，进水高程选在枯水位以下1M，即4181417M。对于无压隧洞的底坡取决于进口高程，为了自流排水，便于检修，底坡应大于2，为了便于开挖出渣和衬砌施工，有轨运输的隧洞底坡应小于1。经综合分析考虑，本设计采用底坡为4。方案一由松涛水利枢纽坝址区地形图上量的布置导流隧洞的长度，取L600M；则方案一隧洞出口高程计算得417L4416M。方案二由松涛水利枢纽坝址区地形图上量的布置导流隧洞的长度，一号洞ML5901，二号洞720MM，则两条隧洞的出口高程可计算得2L1号洞M6414712号洞234隧洞的进口设计洞口的位置，取决于地形，地质条件，洞顶岩层厚度应满足隧洞的要求。通常尽量减少明挖，避免开挖高边坡，不仅有利于缩短工期，在经济上也是合理的。进口段采用塔式建筑物，在山坡前的水库里建造封闭式的塔，塔顶设置操作室和启闭机的进口结构形式。封闭式塔身横断面可以是矩形、圆形。本设计采用矩形断面，由于隧洞进口位置覆盖层较薄，不能满足结构稳定要求，塔式进水口能够满足要求。良好的进口形状，对于提高进水能力和防止气蚀破坏具有明显的效果，在闸门前设置渐变段，渐变段的长度通常为13倍洞宽，采用四分之一椭圆曲线，即12BYAX式中A、B分别为椭圆的半长轴和半短轴依据水利水电施工组织设计（）表248如下表31A/H0881414212124224230A/B20253035对于两侧和矩形收缩的矩形空口，一般采用A/H1015H为孔高），A/B34，本设计采用159M，取A/H15，则A15H15166249M，取A250M，由表31查得A/B25,则MAB0152所以椭圆曲线方程为10252YX隧洞进口段是由喇叭口段的矩形逐渐演变成拱门形，为了使水流连接平顺，减少水力损失，渐变段长度一般不小于13倍的洞宽，故取渐变段长为30M。其进口形状见图33图33进口断面渐变形状35隧洞的出口设计隧洞出口的布置，应保持水流的良好衔接，达到消能防冲的目的，出口的高程和形式，不仅影响出口的水流形态，而且影响洞内的流态。因此，出口形式与布置应同进口及洞内的流态成为整体考虑，并通过水工模型试验验证。水头较低时，出口演变不需要布置特殊的消能设施。由于松涛水利枢纽坝址区隧洞出口处，岩石坚硬，隧洞的出口布置，应保持水流的良好衔接，达到消能反冲的目的。故本设计采用扩散消能的形式，扩散消能的扩散角一般采用57，本设计扩散角为6。36隧洞的气蚀破坏及防止措施导流隧洞多数时间处于明流状态，汛期出现有压流，常有明、压流交替过渡，需防止出现气蚀。只有适当选择进口的形式和洞内流态，一般不会出现气蚀。对于导流与泄洪结合的隧洞，洞内流速有可能超过40M/S，极易引起气蚀破坏。由于本设计允许最大流速为18M/S，一般不会出现严重的气蚀。为了提高抗气蚀能力，还必须正确的选择衬砌材料和混凝土标号。实验表明，混凝土标号提高（大于R250），水灰比降低（不大于0405），坍落度减小（不大于78）都能使抗气蚀性能增强。混凝土骨料小儿均匀对抗气蚀有利，即一级配混凝土优于二级配，最大粒径不超过4CM为宜。37围堰设计围堰时导流工程中的临时挡水建筑物，用来维护基坑，保证水工建筑物能在干地施工。在导流任务完成以后，如果围堰对永久建筑物的运行有妨碍或没有考虑作为永久建筑物的一部分时，应予以拆除。围堰作为临时建筑物，除应满足一般挡水建筑物的基本要求外，其特点为（1）施工期短，一般要求在一个枯水期内完成，并在当年汛期挡水。（2）一般需进行水下施工，而水下作用质量往往不易保证。（3）围堰常拆除，尤其是下游围堰。因此，对围堰的基本要求有（1）具有足够的稳定性、防渗性、抗冲性和一定的强度要求，在布置上应力求水流顺畅，不发生严重的局部冲刷。（2）围堰基础及其岸坡连接的防渗处理措施要安全可靠，不致产生严重集中渗漏和破坏。（3）围堰结构宜简单，工程量小，便于修建和拆除，便于抢进度。（4）围堰形式选择要尽量利用当地材料，降低造价，缩短工期。（5）必要时应设置抵抗冰凌，筏船冲击破坏的设施。围堰虽是一种临时性挡水建筑物，但对工程施工作用很重要，必须按照设计要求进行修筑，否则，轻则渗水量大，增加基坑排水设备容量和费用，重则可能发生溃堰的严重后果，拖延工期，增加造价。这种严重的教训，以往也曾发生过，应引起足够的重视。371常用围堰形及其适用条件（1）土石围堰结构简单，可就地取材，充分利用开挖弃料，既可机械化施工，又可人工填筑；既便于快速施工又易于拆除；并可在任何地基上修建。所以，是用的最广泛的一种围堰形式。但其断面尺寸较大，抗冲能力差，一般用于横向围堰。在宽阔河床中，如果有可靠的防冲措施，也可作为纵向围堰。土石围堰一般不允许过水；堰面采取防护措施后，也常用作过水围堰，如上犹江、大化等工程的土石围堰，单宽流量达到40M/S。（2）混凝土围堰具有抗冲能力大，防渗性能好，断面尺寸小，易于同永久性建筑物结合，并允许过水等特点，故虽造价较高,国内外仍广泛使用。混凝土围堰一般要求修建在基岩上，并与基岩良好结合。在枯水期基岩出露的河滩上修建纵向围堰，较易满足上述要求，故我国多采用混凝土纵向围堰，并常与永久导墙相结合。混凝土横向围堰，以采用拱形居多如刘家峡、乌江渡、紧水滩等工程。乌江渡上游拱围堰，成功的在动水中进行了水下施工。（3）钢板桩格型围堰断面尺寸小，抗冲能力强，可以修建在基岩上或非基岩上，堰顶浇筑混凝土面板也可作过水围堰。修建时可以进行干地施工或水下施工，钢板桩的回收率可达70以上，故在国内外得到广泛使用。我国葛洲坝工程采用了圆筒形钢板桩格型围堰作为纵向围堰的一部分。（4）竹笼围堰在我国南方盛产楠竹地区，充分利用当地材料的形式之一。如果采用铅丝笼填石代替竹笼也是同一种类型。竹笼的使用年限一般为12年，竹材经防腐处理后可达24年。竹笼围堰允许过水，对基岩或软弱地基均能使用。它的断面较小具有一定的抗冲能力，可作纵向围堰，也可用于横向围堰。单竹笼填石施工不易机械化，一般需人工进行。采用竹笼围堰的工程有富春江等。（5）木笼围堰在五十年代施工的工程中使用较多。它具有断面尺寸小、抗冲能力强、施工速度快等优点。堰顶加混凝土面板后可以过水。因此，用作纵向围堰具有明显的优越性。但它的木材耗量大，木材较难回收和重复使用。在当前木材短缺的情况下，使用范围受到限制。如果用预制钢筋混凝土构件代替木笼，也是一种类型。（6）草土围堰它是我国劳动人民长期同洪水斗争的智慧结晶之一。早在1761年前，已在宁夏引黄灌区渠口工程上应用，至今黄河流域的渡口工程中仍普遍采用。在西北地区的水利水电工程中广为用于。草土围堰施工简单、速度快、造价低、便于修建和拆除。并具有一定的抗冲防渗能力，对基础沉陷变形适应性好，可用于软基或岩基。可作为纵向围堰或横向围堰，但堰顶不能过水。一般使用年限为12年。（7）其他围堰杩槎围堰、粘土围堰或麻袋围堰、木桩围堰等，一般用于小型工程。杩槎围堰在四川地区治河改流工程中广为应用。也可用钢材代替杩槎，则适用性更大。草袋或麻袋围堰常用于防洪抢险的临时加高后基坑抽水后的子堰。木板桩围堰只能用于软弱的土质或砂质地基，桥墩施工使用较多，小型水利工程也有使用。372围堰形式的选择本设计松涛水利枢纽采用隧洞导流，围堰形式的选择应结合实际情况而定，现对上述形式分析如下由于杩槎围堰、粘土草袋围堰，木板桩围堰等，一般用于小型工程，而本水利枢纽工程属于大型工程，故不宜采用这几种围堰。对于草土围堰，一般使用年限为12年，而本工程挡水建筑物属于级建筑物，使用年限为3年，且本枢纽坝址附近不能满足草土围堰材料要求，故也不宜使用。竹笼围堰和木笼围堰由于材料取用受限制，倘若采用需浪费大量人力、物力和财力，增加工程造价，故不宜采用。对于土石围堰、混凝土围堰和钢板桩格型围堰，是目前国内外普遍采用的三种围堰形式。由于本工程采用隧洞导流，开挖隧洞产生大量的土石材料，适宜用于修建土石围堰，降低工程造价，而混凝土围堰与钢板桩格型围堰，需要进行加工处理，增加工程造价，故本工程采用均质土石围堰。373围堰的平面布置围堰的平面布置是一个很重要的问题，如果布置不当，维护基坑的面积过大会增加排水设备容量；过小会妨碍主体工程施工，影响工期；更有甚者，会造成水流宣泄不顺畅，冲刷围堰及其基础，影响主体工程的安全施工。围堰的平面布置一般应按大量方案，主体工程轮廓和对围堰的要求而定。本设计采用全段围堰法导流，基坑是由上下游围堰和两岸构成的。上下游横向围堰的布置取决于主体工程的轮廓。通常，基坑坡址与主体工程轮廓之间的距离不应小于2030M，以便布置排水设施，交通运输道路及堆放材料和模板等。至于基坑开挖边坡的大小，则与地质条件有关。此外，布置围堰时，应尽量利用有利地形，减小围堰的高度和长度，从而减小围堰的工程量。同时，还应结合泄水建筑物考虑围堰的布置，以确保围堰的安全。松涛水利枢纽工程坝址区的实际情况，本设计选取基坑坡趾与主体工程之间的轮廓为20M，参考水利工程施工，本设计围堰布置见图34图34围堰布置图38土石围堰设计381土石围堰的结构形式土石围堰按其材料组成可分为均质土围堰和土石混合围堰；按防渗体结构分为斜墙围堰和心墙围堰；按防渗材料可分为塑形和刚性斜墙围堰，塑形和刚性心墙围堰等。（1）均质土围堰堰体采用均一土料，一般采用沙壤土或砂质粘土，也有采用风化砂。它具有结构简单，施工方便，防渗性好等优点。但断面较大，坝址附近须有丰富的料源。（2）塑形斜墙围堰一般采用土料作防渗结构，石渣作堰体可充分利用开挖弃料。斜墙和墙体施工干扰小，便于抢进度和深水施工。并且，基坑防渗处理和堰体填筑可同时进行，以利基坑提早抽水。但水中抛填土质斜墙坡度较缓、断面较大，往往增加了纵向围堰或隧洞、明渠的长度。也可采用塑料作斜墙，则断面尺寸可减小，这是一种新型防渗结构，需要进行研究试验，以利推广。（3）塑形心墙围堰同斜墙围堰一样可充分利用开挖弃料外，其断面尺寸较斜墙小，有利与纵向围堰、隧洞或明渠的布置。单心墙围堰施工水深不宜过深，在深水中抛土料时心墙断面较大，坡度不易控制。并且，心墙和填筑壳体需循环升高，起落差不宜过大。基础防渗处理与心墙填筑也不能同时进行。（4）刚性斜墙围堰一采用混凝土、沥青或渣油混凝土作斜墙。起水下部分的防渗结构，可采用冲击钻造孔混凝土防渗墙连接，也可用水下戗土或帷幕灌浆防渗。单结构复杂，如果堰体沉陷过大易引起斜墙裂缝。（5）刚性心墙围堰有混凝土、沥青或渣油混凝土心墙，冲击钻造孔混凝土防渗心墙及钢板桩心墙等，木板心墙也属于此类形式。一般都需建在基岩上，并与地基良好连接。但围堰水下填筑时无法压实，墙身应力条件较差。因此，单排墙的堰高一般不易大于20M。