导流洞说明书

1、玉树州查日扣水电站工程导流洞工程设计说明书青海省水利水电勘测设计研究院二 0 一一年元月、查日扣水电站工程概况查日扣水电站位于澜沧江干流（扎曲）的一级支流子曲河上，距玉树州州府结古镇 113公里，距省会西宁 929公里，是一座混合式电站。工地通过 6km 的简易公路与 214 国道连通，交通比较方便。查日扣电站主要做为玉树电网支撑电源，该电站建成后可实现110K V电网与结古、囊谦、杂多联网运行， 保证全州的电力供应， 并作为全州最大的电源点起到调峰的作用， 提高供电的保证率和可靠性。从而将大力推动玉树州经济和各项事业的发展。查日扣水 电站具有较好的开发建设条件、 良好的经济效益和社会效益。

2、为加快玉树州的建设步伐， 共创和谐社会，查日扣水电站的建设是十分必要的。查日扣水电站水库总库容 4.21 X 108用;兴利库容0.84 X 108m；死库容3.15 008吊； 调洪库容0.6 X 10托。正常高水位3997.6.0m，校核洪水位4001.0m,设计洪水位4000.45 m死水位3984.6m。混合式电站，电站装机容量4X 12500kw,设计发电流量 Q=62.95mVs ,8设计净水头100.17m,水库为年调节水库；多年平均年发电量 2.204 X 10kw.h，年利用 小时数4408.95h。根据水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000）和防洪 标准（GB

3、50201-94，按“就高不就低”的原则工程等别为U等大（2）型。主要建筑物（发电洞、压力钢管、发电厂房、溢洪道）为 2级，首次可行性研究推 荐方案砼面板堆石坝根据水库大坝提级指标，土石坝坝高超过 90 米要提高建筑物的级 别。因本工程大坝高为121.4m,因此砼面板堆石坝提级为1级，次要建筑物（尾水）为 3 级，临时建筑物（导流明渠、导流洞、围堰、临时护坡）为 4 级。根据水利水电工程等级划分及洪水标准 （SL2522000）和水利水电工程施工 组织设计规范（SL3032004）的规定，枢纽导流围堰保护 1级永久建筑物，使用年限 大于1.5年，施工导流标准采用20年一遇洪水（P=5%，根据水

4、文分析结果，相应的洪 水洪峰流量 Q=372m3/s 。二、导流洞工程设计过程2004年2月青海省水利水电勘测设计研究院完成了 中华人民共和国水力资源复查 成果（第 26卷-青海省），其中按照编制时期的现状提出了那益雄、查日扣、查隆通、 加登达、江树马 5 座梯级电站。查日扣水电站为子曲河水电规划中的第二级电站，其上 游为那益雄电站（未建） ，下游为查隆通电站（拟建） 。2008 年 9 月青海省水利水电勘测设计研究院接青海省水利水电集团玉树电力公司 玉树电源电网工程建设项目部委托进行查日扣水电站的可行性研究工作，并签定了青 海省查日扣水电站可研阶段勘察设计合同2009 年五月我院完成了查日扣

5、水电站可行性研究报告的编制工作， 2009 年 7 月 24 日，青海省发展和改革委员会在西宁主持召开了青海省玉树州子曲查日扣水电 站工程可行性研究报告 （以下简称可研报告 ）审查会，会议认为可研报告需要 进一步完善，增加坝型的比较方案，即混凝土拱坝方案。本次审查会同意导流洞的布置 方式，并对各个建筑物提出了详细的修改措施。2010 年 4 月 14 日玉树发生地震，为尽快给玉树震后重建提供电力支持， 2010 年 12月 11 日进行了青海省玉树州子曲查日扣水电站导流洞工程咨询会，并对提出了 导流洞在混凝土面板堆石坝方案或混凝土拱坝方案中的相对位置和注意措施， 使导流洞 修改后能满足上述两个

6、方案的布置。2010年 12月 21日在青海省水利水电勘测设计研究院会议室召开了玉树查日扣水电 站可研工作进展情况及布置方案的会议，参加会的单位有玉树电力公司、青海省水电设 计院及相关专业的负责人。 会议中业主 （玉树电力公司） 要求导流洞技施设计提前完成， 并先开工建设，后续完成大坝的比较设计等。三、导流隧洞设计原则导流隧洞洞线的布置结合永久建筑物布置进行规划，考虑以下布置原则：（1）充分考虑地形条件，尽量使隧洞洞线最短；（ 2）洞线应尽量选择岩石新鲜、岩性坚硬、断层较少、裂隙不发育等地质条件较 好的地层。（3）进、出口选择地质条件较好的位置，以利于洞口的稳定。（4）隧洞进出口高程考虑运行要

7、求及截流等因素。 根据以上原则，结合，水工枢纽布置，在坝址右岸布置导流隧洞，断面型式采用城 门洞型。四、导流洞的布置导流洞位于坝址右岸山体中，地貌类型为中高山峡谷区；隧洞轴线与坝轴线斜交。 导流洞由进水导流明渠、进口段、洞身段及尾水导流明渠组成。桩号D0+000.00D0+064.00段为进水导流明渠，此段地形自然坡降在1:0.6左右, 上部分布第四系全新统坡积碎石土，以碎石为主，含少量块石，结构较松散，一般厚度 0.5-2m，下部为三叠系上统灰岩，属于U -川类围岩。明渠段先剥除覆盖层，岩石按 1: 0.3 坡比开挖，平面上按八字形布置，与上游河道顺接，八字形边墙与隧洞轴线的扩散 角为9,明

8、渠底板高程为3902.00。因为导流洞为临时工程，底板采用 50cm混凝土防 护，两边岩基锚喷15cm厚混凝土。桩号D0+064.00D0+068.00段为隧洞封堵闸室段，底板高程为3902.00。进口段设 封堵闸门一扇，闸孔尺寸为 7X 9（宽X高）m,闸门形式为平板门；闸室为竖井式，混凝 土衬砌。闸室顶封堵平台高程为 3925.00m。桩号D0+068.00D0+083.00段为方变圆渐变段，围岩岩性为三叠系上统灰岩，洞 室岩体完整性整体较好，属于基本稳定的川类围岩。洞内地下水活动中等，施工时会出 现大量滴水或线状流水现象。隧洞在开挖时 , 洞内局部会产生掉块。开挖后进行喷锚支 护。后期按

9、方变圆的形式衬砌。桩号D0+083.00D0+098.00段为7mX 9m （宽X高）隧洞洞身，围岩岩性为三叠系 上统灰岩，洞室岩体完整性整体较好，属于基本稳定的川类围岩。洞内地下水活动中等， 施工时会出现大量滴水或线状流水现象。隧洞在开挖时 ,洞内局部会产生掉块。开挖后 进行喷锚支护，后期按80cm厚衬砌。桩号D0+098.00D0+110.00段洞身由7mX 9（宽X高）渐变为6mX 8.5m（宽X高）， 围岩岩性为三叠系上统灰岩，洞室岩体完整性整体较好，属于基本稳定的川类围岩。洞 内地下水活动中等，施工时会出现大量滴水或线状流水现象。隧洞在开挖时 , 洞内局部 会产生掉块。开挖后进行喷锚

10、支护，后期按80cm厚衬砌。桩号D0+110.00D0+130.00段为6mX 8.5m （宽X高）洞身段，围岩岩性为三叠系 上统灰岩，此段洞身穿过F18（ NE23 NV 65 ）断层，围岩属于基本稳定的川类围岩。 洞内地下水活动中等，施工时会出现大量滴水或线状流水现象。隧洞在开挖时 ,洞内局 部会产生掉块。开挖后进行喷锚支护，后期按80cm厚衬砌。桩号0+130.000+660.00段为6mX 8.5m （宽X高）洞身段，围岩岩性为三叠系上统灰岩，洞室岩体完整性整体较好，属于基本稳定的U-川类围岩。洞顶地表一般高程为4000-4050m洞内地下水活动中等，施工时会出现大量滴水或线状流水现象

11、。隧洞在开挖时,洞内局部会产生掉块。开挖后进行喷锚支护。其中桩号0+195.000+225.00段洞身穿过F3（NW305 NEZ 85）断层，桩号0+400.000+470.00段洞身穿过F（ NW305NEZ 74 ）断层。断层F18、F3及围岩岩性较差的隧洞出口段（桩号0+640.000+660.00） 采用80cm厚混凝土衬砌。F4断层较大，并且与洞身形成的夹角较小，经初步计算采用 120cm厚混凝土衬砌，施工先设直径 25,单长4m间距按1.5mX 1.5m梅花型布置的 超前锚杆，然后进行超前固结，洞室开挖形成后用 I20a 的“工字钢”钢拱架按排间距 80cm支护，并即时衬砌混凝土

12、。稳定的U类围岩洞身段锚喷15c m厚混凝土衬砌，洞底用15cm厚混凝土找平防护。其中D0+400.00D0+465.00段为断层破碎带，然后开挖和 衬砌施工，衬砌厚度为 100cm。洞身总长为592m设计洞室为城门型无压洞，2段渐变段总长27m洞径7mX 9m（宽 X高）段洞身长15m洞径6nX 8.5m （宽X高）段洞身长550m隧洞纵坡i=1：80，坡 降起点高程 3902.00 洞出口底板高程为 3894.60m。导流隧洞后期将封堵，需在导流洞进口安装平板封堵闸门，按混凝土拱坝设计方案桩号D0+325.00D0+350.00段洞身内浇筑封堵混凝土。若工程方案选用混凝土面板堆 石坝，并将

13、放水洞或溢洪竖井与导流洞结合，则隧洞封堵体按二洞合一的位置确定，一 般设在放水洞或溢洪竖井的前段，封堵段混凝土标号为C20W8F15）桩号D0+660.00D0+678.50为出口扩散段，桩号D0+678.50D0+718.50为消力池 段，消力池宽15m,长30m,池深2.5m,消力池底板座落在基岩上，后接尾水明渠，隧洞出 口扩散段基岩裸露，自然坡度 63，边坡稳定。此段有一条断层 , ，产状 NW294 NEZ 64，宽度2-4m,带内物质为角砾岩，该断层对边坡稳定影响不大，总体上岩体较完整， 强风化厚度小于1m断层带按规范要求进行加混凝土塞防护。桩号D0+718.50下游为尾水明渠，此段

14、为坡积碎块石土和砂砾石覆盖层，一般厚度 2-3m,河床附近厚度较大，建议开挖边坡1:0.75。明渠两侧岩石边坡锚喷15cm厚混凝土， 剥除可能失稳影响尾水的覆盖层，边坡采用20cm厚混凝土防护。明渠与河道连接段渠底设20长，1m厚铅丝石笼防冲。导流洞全段衬砌混凝土标号全部为 C25F200。五、导流洞与其他建筑物空间位置关系目前本工程大坝方案有混凝土面板堆石坝和混凝土拱坝，导流洞布置大坝右坝肩下的山体中。混凝土面板堆石坝方案中，导流洞位于大坝桩号0+295.73处，导流洞底边左侧至坝轴线右侧弱风化岩石界线的水平距离为98.8m,洞顶至坝轴线弱风化岩石界线的水平距离89.5m。混凝土拱坝方案中，

15、导流洞位于大坝桩号0+241.43处，导流洞底边 左侧至坝轴线河谷右侧弱风化岩石界线的水平距离为114.1m,洞顶至坝轴线弱风化岩石界线的水平距离99.7m。因此，混凝土面板坝的趾板开挖或拱坝拱肩的开挖均不能影响 导流洞的安全。六、导流洞的水力计算根据工程规模和建筑物级别，施工导流标准按20年一遇计，相应洪峰流量：372m3/s。1、调洪计算隧洞的尺寸初步通过调洪计算，并考虑到坝址处河床狭窄，从围堰高度、水力条件、 渡汛和主要工程量及造价等方面进行了综合分析比较确定，导流洞与上游土石围堰的比较下表1所示：根据比较最终确定采用无压导流隧洞， 进口段洞径为7mx 9m（宽X高），顶拱中心角 120

16、 ;设计底坡i=1/80，导流洞洞前最高导流水位为3912.17m（后面计算按10.2m计）， 隧洞相应的设计最大下泄流量：346.7m3/s，最大允许流速：12m/s。导流隧洞采用钢筋 混凝土衬砌结合锚喷衬砌的方式。其中选定方案调洪计算详见图 1.表1上游围堰与导流洞尺寸选择的方案比较表序号最咼导流水位上游围堰高城门型洞尺寸下泄最大流量备注单位(m)(m)(mX m)(m3/s)13919.413920.316.5 X 9325.7923912.253913.156.8 X 9345.8633919.653920.557X 8291.8343919.023919.927X 8.5329.03

17、53911.653912.057.5 X 8.5348.6063912.173913.077X 9346.7堰顶高定为3913m73911.273912.178X 9350.20文件：小查日扣水电站得流洞技施调洪计算G纭查日扣临皆r水库星高水位=3912.17最大下泄流量Qmax=346.7发生往第砧个时段010203D405060708090蓝色线为来水曲线，果色线为泄水曲銭红色线対库水位曲线 图1导流洞调洪计算简图2、进口段校核计算导流根据实际地形等因素布置，定隧洞进口底板高程为3902.00m,隧洞洞身长592m, 洞身比降1/80，出口底板高程为3894.60m。(1) 洞长判别按校核

18、洪水计算过流能力已知：洞长L=592m，底坡i=0.0125,进口段粗糙系数n=0.014,进口设为八字型渐变段，侧收缩系数& =0.9，洞身混凝土衬砌段粗糙系数n=0.014,混凝土锚喷段粗糙系数n=0.02。导流洞洞前最高导流水位为3912.2m,水深为 H=10.2m，判别隧洞类型详见表2:表2隧洞类型判别表L114.46i0.0125L320.400.9L2557.14H10.2Lk76.71洞长L59212 Lk,所以为长洞其中：L1= (161.7i+12.32)*(1+1.64i- & )*H ,L3 = 2*H,L2= L-L1-L3,Lk =（ 64-62.755 ） *H（

19、2）底坡判别临界底坡用于判断隧洞底坡是陡坡还是缓坡，计算公式如下:ikT:CBk式中：ik-临界水深时的底坡;11x k临界水深时的湿周（m）;Ck临界水深时的谢才系数（m0.5/s）;Bk 临界水深时的水面宽（m ）。根据调洪泄水流量346.7 m3/s和相应的隧洞内临界水深初步计算判别隧洞底坡，详见表3。表3隧洞底坡判别表流量洞宽临界 水深湿周水力 半径QbhkXR346.757.8920.771.90346.757.8920.771.90346.75.57.4020.302.01346.75.57.4020.302.01346.766.9819.972.10346.766.9819.97

20、2.10346.76.56.6219.742.18346.76.56.6219.742.18346.776.3019.602.25346.776.3019.602.25粗糙 系数谢才 系数临界坡实际 底坡i k 4.000h1 （进口水 深）时均按短洞计算。因为隧洞长度 5924.000X 6.3 （进口水深），隧洞出口水流淹没 系数小于1,为自由出流，隧洞的泄流能力不受洞长的影响，由调洪计算得知，洞前水深H二10.2V 1.5D=13.5m,因此隧洞进口段按无压短洞进行水力计算，进口段的过流能力按宽度堰流校核计算。过流能力按下式计算：Q =订 dmB. 2g H2式中：Q过流流量，m3/s；

21、1 侧收缩系数，取1=0.9；os 淹没系数，取os=1（自由出流）；B 堰顶净宽，B=7m；H 堰顶水头，H=10.2m；m流量系数，Pi/Hd = 0,取 m=0.385;相关系数和参数从水力计算手册选取，详细计算结果见下表4表4导流洞进口过流能力计算表洞宽（水面宽）上游水深流量系数侧收缩系数淹没系数流量B-mHmoQ-n3/s6.510.20.3850.91324.99710.20.3850.91349.997.510.20.3850.91374.99经计算导流洞进口段最大下泄流量为349.99 m3/s346.7m3/s，因此，隧洞进口段选用7mx 9m（宽X高）满足二十年一遇洪水的导

22、流要求。3、洞身段过流能力计算无压隧洞洞身段的尺寸先按明渠均匀流初步计算必选。详见表 5, 明渠均匀流公式：Q = AC Ri式中：A -过水断面积（按矩形断面计，宽X高）C =1 R1/6C -谢才系数nR = R -水力半径xn -糙率x - 湿周表5试算洞身比选表序 号洞宽试算 水深过水面积湿周水力半径渠道 糙率谢才 系数底坡 比降流量流速B-mh-mA-m2X-mR-mnCiQ-m3/sv-m/s15630171.760.01478.520.0125349.8611.6625.55.3429.3716.181.820.01478.890.0125349.0211.88366.4638.

23、7618.922.050.0256.350.0125349.509.0246.55.8838.2218.262.090.0256.550.0125349.609.15575.437.817.82.120.0256.690.0125349.119.24序 号隧洞 尺寸宽咼比过水面积留空比例衬砌形式开挖 断面衬砌 厚度衬砌面积比较 长度总造价BX H-mA-m2h-mA-m2mA-m2X-m万元15X 7.51.50300.15衬砌45.240.49.84420836.1625.5 X 71.2729.370.18衬砌45.720.49.76420837.8336X 8.51.4238.760.1

24、8喷护51.080.153.98420776.3846.5 X 7.81.2038.220.19喷护51.160.154.01420779.1857X 7.51.0737.80.22喷护52.430.154.04420793.88其中：比较长度为U类围岩段，其余川类和V类围岩洞身段全断面混凝土衬砌根据上述比选，隧洞进口段尺寸选用7mK9m(宽辭)，洞身段尺寸选用6mK8.5m(宽 辭)。考虑洞身段的渐变段和粗糙系数的变化，洞身段按恒定非均匀流推求水面线。4、隧洞内水面线(1) 水面曲线的定性分析。根据导流洞的水力计算，导流洞为陡坡，因此，隧洞内断面和糙系数未变化段为S型降水曲线，断面收缩和粗糙

25、系数变大的洞身段为S3型壅水曲线，断面扩大和粗糙系数变小的洞身段为S2型降水曲线，水面线按导流洞的最大下流流量346.7 m3/s推算。(2) 水面线的定量计算首先计算从隧洞进口段底坡i二0至洞身段i二0.125变化点处的临界水深。此 处的临界水深与正常水深ho相等。推求水面线公式：hk=6.3mQA=bv22g=E ,=_，R1/6c2r,J =(Ji 7)/2.丄二E2-Ei(h22g)-(hiVi2gi _ Ji _2i - Ji_2从起始水深开始试算段末水深，推求此段的设计长度，断面变化段按非棱柱体推求, 表内未列。各相邻断面推求见表 6。表6水面线推算表序 号流量Q底宽B断面水高h过

26、水面积A湿周X水力半径R燥率n(1/n)*r2/3速度v水力坡度J平均Ji-J 平均比能E差值E距离s桩号1346.776.344.1019.62.2500.014122.657.860.00410.00460.00799.45340.070015.250+068.002346.775.7940.5318.582.1810.014120.148.550.00519.52330+083.003346.775.7940.5318.582.1810.014120.148.550.00510.00530.00729.52330.080715.150+083.004346.775.5738.9918.1

27、42.1490.014118.968.890.00569.60410+098.005346.767.1242.7220.242.1110.014117.538.120.00480.00540.007110.48040.071010.060+110.006346.766.42638.5618.8522.0450.014115.098.990.006110.55140+120.007346.766.42638.5618.8522.0450.014115.098.990.00610.00630.006210.55140.062010.040+120.008346.766.24437.4618.488

28、2.0260.014114.389.250.006510.61340+130.009346.766.24437.4618.4882.0260.0280.079.250.01340.0133-0.000810.6134-0.008210.240+130.0010346.766.26537.5918.532.0290.0280.129.220.013310.60520+140.0011346.766.26537.5918.532.0290.0280.129.220.01330.0130-0.000510.6052-0.029854.910+140.0012346.766.34838.0918.69

29、62.0370.0280.359.100.012810.57540+195.00序 号流量Q底宽B断面水高h过水面积A湿周X水力半径R燥率n(1/n)*r2/3速度v水力坡度J平均Ji-J 平均比能E差值E距离s桩号13346.766.34838.0918.6962.0370.014114.799.100.00630.00670.005810.57540.118120.190+195.0014346.766.0736.4218.142.0080.014113.689.520.007010.69350+215.0015346.766.0736.4218.142.0080.0279.579.520

30、.01430.0142-0.001710.6935-0.017410.130+215.0016346.766.10436.6218.2082.0110.0279.679.470.014110.67610+225.0017346.766.10436.6218.2082.0110.0279.679.470.01410.0132-0.000710.6761-0.1300174.810+225.0018346.766.44538.6718.892.0470.0280.618.970.012410.54610+400.0019346.766.44538.6718.892.0470.014115.168.

31、970.00610.00710.005410.54610.380570.280+400.0020346.765.7234.3217.441.9680.014112.1710.100.008110.92660+470.0021346.765.7234.3217.441.9680.0278.5210.100.01660.0164-0.003910.9266-0.039810.280+470.0022346.765.7734.6217.541.9740.0278.6710.010.016210.88680+480.0023346.765.7734.6217.541.9740.0278.6710.01

32、0.01620.0145-0.002010.8868-0.3166159.990+480.0024346.766.36438.1818.7282.0390.0280.409.080.012810.57020+640.0025346.766.36438.1818.7282.0390.014114.859.080.00630.00660.005910.57020.118120.080+640.0026346.766.0836.4818.162.0090.014113.729.500.007010.68830+660.0013其中桩号0+098.00m至桩号0+110.00m段隧洞断面由7mX 9m

33、(宽X高)收缩为6mx 8.5m(宽X高)，水面为S型壅水曲线，桩号0+660.00m至桩号0+678.50m段为隧洞出口扩散段，后接消力池段。变化段水面线推求成果见表7。表7变化段水面线推求成果表序号流量Q底宽B断面水高h过水面积A速度v比能E桩号1346.775.5738.998.899.600+098.002346.76.56.743.557.969.930+104.003346.76.56.743.557.969.930+104.004346.767.1242.728.1210.480+110.001346.766.0836.4818.1610.690+660.002346.711.8

34、3.4841.06418.767.120+678.505、消能工的水力计算消力池深度按下列公式：d = ；jhci-(ht+ ?z)z丄_12g( h)2砧)2消力池长度按下列公式：Lk=(0.7-0.8)Lj式中：d消力池深度，m；Lk消力池长度，m；L 水跃长度，mhC/ 为护坦高程降低后收缩水深的跃后水深，m；a水跃淹没系数；ht 下游水深，m；3q单宽流量，m /s；流速系数一般取0.95；计算结果见表8表8消力池计算表序 号收缩水深 （试算）单宽 流量流速 系数重力 加速度试算上 游水头已知上 游水头弗劳 德数跃后 水深下游 水深1heqgEoEoFrche”ht22.10023.1

35、10.9509.8108.9418.4402.4256.2283.60032.12023.110.9509.8108.8338.4402.3916.1863.60042.14023.110.9509.8108.7288.4402.3576.1443.60052.16023.110.9509.8108.6278.4402.3256.1033.60062.18023.110.9509.8108.5288.4402.2936.0623.60072.20023.110.9509.8108.4348.4402.2616.0223.60082.22023.110.9509.8108.3428.4402.2315.9823.60092.24023.110.9509.8108.2538.4402.2015.9423.600he”ht:远驱是水跃，需要建消能设施序 号消力池出 流的流速系数安全 系数出口 水面 洛差消力 池深自由水 跃跃长消力池 长度池底板 厚度k=0.