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钱塘江支流水利枢纽工程钱塘江支流水利枢纽工程 毕业设计说明书毕业设计说明书 二二九年十月九年十月 钱塘江支流水利枢纽工程 毕业设计说明书 1 目目 录录 1. 工程概况工程概况 .1 2. 施工导流计划施工导流计划 3 2.12.1 导流标准导流标准.3 2.1.1 导流建筑物的级别 .3 2.1.2 导流建筑物洪水标准3 2.1.3 坝体临时挡水度汛标准4 2.1.4 导流泄水建筑物封堵与水库蓄水标准 5 2.22.2 导流方案导流方案.6 2.32.3 导流洞设计导流洞设计.6 2.3.1 导流洞断面设计.6 2.3.2 导流洞布置10 2.3.3 隧洞泄水能力曲线 .11 2.42.4 导流分期导流分期.14 2.52.5 汛期大坝拦洪校核汛期大坝拦洪校核15 2.62.6 围堰设计围堰设计.18 3. 导流隧洞施工导流隧洞施工 20 3.13.1 概况概况20 3.23.2 施工布置施工布置.20 3.2.1 施工用风、水、电、照明 20 3.2.2 施工设备投入 21 3.2.3 人力资源投入 21 3.33.3 施工方法施工方法.21 3.3.1 导流隧洞开挖 21 3.3.2 导流隧洞衬砌 25 3.43.4 施工进度施工进度.28 3.53.5 施工质量保证措施施工质量保证措施28 3.63.6 安全保证措施安全保证措施 .29 4. 大坝主体工程施工大坝主体工程施工.30 4.14.1 施工进度规划施工进度规划 .30 4.24.2 施工强度分析施工强度分析 .30 4.34.3 施工机械配置施工机械配置 .31 4.3.1 挖掘机 .31 4.3.2 自卸汽车31 4.3.3 气胎碾 .32 钱塘江支流水利枢纽工程 毕业设计说明书 2 4.3.4 振动碾 .32 4.3.5 夯土机 .32 4.3.6 推土机 .33 4.3.7 大坝施工机械配置汇总表 33 4.44.4 施工道路布置施工道路布置 .33 5. 施工总进度施工总进度34 5.15.1 主要编制依据主要编制依据 .34 5.25.2 进度计划编制原则进度计划编制原则34 5.35.3 施工分期施工分期.34 5.45.4 控制性工期要求控制性工期要求35 5.55.5 主体工程施工进度主体工程施工进度35 5.65.6 施工强度及劳动力、主要材料用量施工强度及劳动力、主要材料用量.35 钱塘江支流水利枢纽工程 毕业设计说明书 1 1. 工程概况工程概况 本工程地处钱塘江支流上，为一发电为主兼顾灌溉、防洪的水利枢纽工程。 在坝型比较阶段，比较了混凝土重力坝和粘土心墙砂壳坝两个方案，采用粘土心 墙砂壳坝较有优势，按粘土心墙砂壳坝布置时，坝高 81m，坝顶长度 370m，设 计正常高水位为 100m，校核洪水位为 102m，大坝属级建筑物。 溢洪道布置在距坝一公里的左岸凹口处，为开敞正槽式，顶高程为 92m，总 宽 64m，出口采用差动式鼻坎挑流消能。 引水式电站布置在右岸，引水洞长 525m，直径 7m 厂房安装 5 万千瓦的机 组两台。 本工程工期暂定为 4 年，2002 年准备，2003 年开工，2006 年年底发电 （初始发电水位为 80m）。 坝址处流域面积 2610 平方公里，坝址以上河流全长 104 公里；其中 50 公 里为通航河道，常年有载重 5 至 10 吨木船和竹木筏过坝。坝址两岸系高山，山 坡较陡。坝址河谷宽为 200m，河底高程 25m。两岸覆盖层较薄，基岩为石英砂 岩，河床基岩较好，两岸岩石节理发育，风化较深。河床砂砾覆盖层厚 03m， 平均 1.5m。坝址上下游均为宽阔冲积台地，在上下游 37 公里的台地和河滩上， 有满足筑坝要求的大量砂砾料。采取水上砂砾平均运距 5.5 公里；如就近采取水 下砂砾，平均运距为 3.5 公里。粘土料在左岸下游 7 公里的王家村，高程为 4050m，储量丰富，质量满足设计要求。 坝址气候温和，雨量充沛，每年 510 月降雨较多，一般 11 月至次年 4 月 底为枯水期。5、6 月降雨量最大，占全年雨量的 30%。坝址河流属山区性河流， 洪水暴涨暴落，最大流量高达 8290m3/s，最小流量只有 78m3/s。 各月最大瞬时流量见表 1-1，典型年逐月平均流量见表 1-2，坝区日降雨量统 计表见表 1-3，坝区日平均气温统计表见表 1-4。 钱塘江支流水利枢纽工程 毕业设计说明书 2 表 1-1 各月最大瞬时流量表 (m3/s) 月份 频率 123456789101112全年 1%1860167024403780553082905060755048402395306520708290 2%1680133021903300492074604350635038402020250017807460 3%1500114019202800325061503380474033501540177011956150 4%9309401250200027004990266033902710116012308234990 表 1-2 典型年逐月平均流量 (m3/s) 月份123456789101112全年 平水年 （50%） 19.880.071.886.3122.5277134.892.873.791.723.927.689.9 丰水年 （1%） 28.075.489.913448952927610318291.840.732.7172.6 枯水年 （80%） 11.513.961.081.7114163102.488.972.971.81715.367.8 表 1-3 坝区各种日降雨量统计表 月份 日降雨 mm 123456789101112总计 3010113221210014 合计（天）1215161520151218141097158 表 1-4 坝区各种日平均气温统计表 月份 气温 123456789101112 30 0000031041000 3501.0 、级永 久建筑物 淹没一般城镇、工矿企业或影响工程 总工期及第一台（批）机组发电而造 成较大经济损失 1.5 3 155 0 0.11.0 、级永 久建筑物 淹没基坑，但对总工期及第一台（批） 机组发电影响不大，经济损失较小 1.01.00.1100100505020 混凝土类5050202010 根据初步计算，坝体施工期拦洪库容在 1.0*108m3以上，坝体施工期度汛选 用百年一遇洪水作为设计标准,相应流量最大出现在 6 月，为 8290m3/s。 2.1.4 导流泄水建筑物封堵与水库蓄水标准导流泄水建筑物封堵与水库蓄水标准 （1）规范规定封堵的下闸设计流量采用时段 510 年重现期的月或旬平均 流量。封堵工程的设计标准为 1020 年重现期。 （2）封堵后坝体度汛标准 当导流建筑物封堵后，大坝进入施工运行期，这时坝体度汛按表 2-5 规定的 标准选用。 表 2-5 导流建筑物封堵后坝体度汛标准 大坝级别 永久建筑物类型 洪水重现期（年） 设计200100100505020 混凝土类 校核50020020010010050 设计50010020010010050 土石类 校核1000500500200200100 （3）水库蓄水标准 采用 75%85%保证率作为水库的蓄水标准。按计划从 2006 年 4 月 1 日开 始蓄水，至 10 月初蓄水高程达到 80m，库容 15.9 亿 m3，采用 80%概率的月平 均流量计算，蓄水期各月径流量分别为 2.11 亿 m3，2.95 亿 m3，4.22 亿 m3，2.65 亿 m3，2.3 亿 m3，1.89 亿 m3，合计 16.1 亿 m3，不向下游供水的条 件下满足蓄水要求。 钱塘江支流水利枢纽工程 毕业设计说明书 6 按照 1%频率月平均流量，各月径流量为 3.47 亿 m3，12.67 亿 m3，13.71 亿 m3，7.15 亿 m3，2.67 亿 m3，4.72 亿 m3，则 5 月底可达到 80m 水位高程。 根据进度计划，4 月底大坝填筑高程约 76m，与设计高程 105m 相差 29m，10 月底大坝完成填筑，4 月以后每月大坝平均上升 4.9m。与坝址 1%频率月平均流 量的径流量相比，蓄水期保证坝前水位不漫坝较为困难，拟定根据实际来水情况， 在 5 月份决定是否加大填筑强度，保证大坝安全。 2.2 2.2 导流方案导流方案 本工程河谷不甚宽阔，河谷两岸山体较陡，坝址有适用于土石坝填筑的土料 和砂砾料，大坝初步选定采用土石坝设计方案。根据坝型与地形条件，本工程不 宜采用明渠导流，由于左岸边坡较缓，适宜施工布置，通过比较，选定采用左岸 导流隧洞泄流、全断面土石围堰挡水的导流方案。 根据坝址水文资料，坝址河流属山区性河流，洪水暴涨暴落，最大流量高达 8290m3/s，最小流量只有 78m3/s，平水年最大月平均流量为 277m3/s，全年 月平均流量 89.8m3/s。采用较大断面的导流洞时，洪水可以及时宣泄，因此上游 围堰可以采用较低的设计水位高程，上游围堰堰高较低，堰体填筑量较小。采用 较小断面的导流洞时，洪水下泄量相对较小，部分来流会蓄积在围堰挡水形成的 水库中，水位抬高，围堰需要较高的高度来保证不被漫顶，因此围堰工程量较大。 通过比较，并考虑坝址水文特性，洪水为暴涨暴落类型，河道平均流量较小，采 用较大断面的导流洞较不经济，选定采用较小的导流洞及较高的上游围堰，上游 围堰作为土石坝坝体的一部分，以减少导流费用。 2.3 导流洞设计 2.3.1 导流洞断面设计导流洞断面设计 由于采用较小断面的导流洞，且坝址岩体较好，导流洞稳定较易保证，洞型 可采用便于开挖的城门洞型断面。城门洞型断面宽高比（h/b）一般为 1.01.5，洞内水位变化较大时采取大值，水位变化小时采取小值。由于坝址河 流流量变化较大，导流洞断面宽高比采取大值，顶拱圆心角为 180。 根据选定的导流建筑物导流标准，导流建筑物采用全年 10%频率洪水值 钱塘江支流水利枢纽工程 毕业设计说明书 7 4495m3/s 进行设计，洪水过程采用坝址典型的 48 小时洪水过程线进行缩放确定， 洪水过程线最大流量为 4495m3/s。洪水过程如图 2-1。 图 2-1 全年 10%频率洪水（4495m3/s）洪水过程线 根据水库的调节库容及洪水过程持续时间，在设计洪水过程中，导流洞泄流 量可以小于洪水峰值流量，部分洪水蓄积在水库中，上游围堰堰前水位上升，导 流洞泄流量也随之增大，到洪水过程中后期，洪水流量已开始下降，洪水过程线 与上升的导流洞泄流线相交，这时刻之前，洪水流量一直大于导流洞泄流量，水 库水位上升，这时刻之后，导流洞在较高的水头作用下，流量保持较大值，大于 来水流量，水库水位开始下降。洪水过程线与导流洞泄流线相交的交点，即水库 水位最高时刻，也是导流洞在设计洪水过程下泄流量最大时刻。为简化计算，导 流隧洞泄流线在交点之前部分简化成直线，由洪水过程线起点与导流洞泄流量的 最大值连线。 现假设导流隧洞在设计洪水过程中的最大流量，来计算导流洞与围堰的规模。 1）假设导流隧洞最大流量为 600m3/s 导流洞泄水过程线和洪水过程线如图 2-2。图中阴影部分的面积表示到导流 洞达到最大泄流量时水库蓄积的水量，经计算为 1.86*108m3/s。 钱塘江支流水利枢纽工程 毕业设计说明书 8 图 2-2 导流洞最大设计流量为 600m3/s 时洪水与导流洞泄水过程线 查坝址水位流量关系曲线，来流量为 600m3/s 时，坝址水位为 29.11m。在 导流洞达到 600m3/s 泄流量时刻，水库蓄水量较天然过流情况增加 1.86*108m3/s，在库容水位曲线中，将水位 29.11m 情况下的库容坐标右移 1.86*108m3/s，对应的水位坐标值及此时刻水库水位值，如图 2-3 所示,该时刻水 位为 45.44m。 图 2-3 导流洞最大设计流量为 600m3/s 时上游水位求解图 根据一般隧洞压力流流速计算公式： )(2 0 hphgmv 式中：m=0.85； 钱塘江支流水利枢纽工程 毕业设计说明书 9 v-洞里的平均流速； h0-隧洞进口计算水深（在洞线布置之前用拦洪水位代之）； hp-隧洞出口底坎以上水深。 根据上下游水位分别为 45.44m 和 29.11m，计算隧洞压力流流速： v=0.85*2*9.8*(45.44-29.11)1/2=15.21m/s。 根据假设的导流洞最大设计流量 600m3/s，隧洞过水面积 w=600/v=39.4m2。导流洞采取的城门洞型过流断面底宽约为 5.5m。 根据上游围堰堰前水位 45.44m，及河床最低高程 24m，考虑一定的超高和 波浪爬高，围堰高度约为 22.5m，体型较小。因此，可以减小导流洞断面，降低 导流洞最大设计流量，按照较高围堰，较小导流隧洞的方案进行修改。 2）假设导流隧洞最大流量为 380m3/s 导流洞泄水过程线和洪水过程线如图 2-4。图中阴影部分的面积表示到导流 洞达到最大泄流量时水库蓄积的水量，经计算为 2.02*108m3/s。 查坝址水位流量关系曲线，来流量为 380m3/s 时，坝址水位为 28.56m。在 导流洞达到 380m3/s 泄流量时刻，水库蓄水量较天然过流情况增加 2.02*108m3/s，在库容水位曲线中，将水位 28.56m 情况下的库容坐标右移 2.02*108m3/s，对应的水位坐标值及此时刻水库水位值，如图 2 -5 所示,该时刻水 位为 46.21m。 钱塘江支流水利枢纽工程 毕业设计说明书 10 图 2-4 导流洞最大设计流量为 380m3/s 时洪水与导流洞泄水过程线 图 2-5 导流洞最大设计流量为 380m3/s 时上游水位求解图 根据一般隧洞压力流流速计算公式： )(2 0 hphgmv 在上下游水位分别为 46.21m 和 28.56m 时，计算隧洞压力流流速： v=0.85*2*9.8*(46.21-28.56)1/2=15.81m/s。 根据假设的导流洞最大设计流量 380m3/s，隧洞过水面积 w=380/v=24.0m2。导流洞采取的城门洞型过流断面底宽约为 4.0m。 根据上游围堰堰前水位 46.21m，及河床最低高程 24m，考虑一定的超高及 波浪爬高，初步估计围堰高度约为 23.5m。综合比较导流洞与围堰的施工规模， 取导流洞最大设计过流量为 380m3/s 较为合适，初步确定予以采用。通过导流分 期安排及施工期拦洪校核，导流洞尺寸符合要求。 2.3.2 导流洞布置导流洞布置 隧洞路线应结合地形地质条件选定，一般长度应尽可能短，同时进出口与上 下游围堰之间保持 2050 米的距离，防止水流冲刷围堰。隧洞轴线尽可能布置 成直线，当转弯时，其转弯半径不少于 5 倍的洞宽。 导流洞底面高程一般布置在最低水位以下一定高程，要求过流平顺，进出口 无明显跌落，水面衔接条件好，便于通航过木。为使截流方便时，宜降低隧洞底 面高程，以增大分流量，降低截流落差。考虑施工方便、排水容易时，隧洞底部 钱塘江支流水利枢纽工程 毕业设计说明书 11 高程宜高些。考虑航运的需要，要求流速小于 36m/s，隧道净空及吃水深满足 要求。 根据水文资料，平水年全年平均流量为 89.8m3/s，对应坝址天然水位为 27.49m，平水年 6 月月平均流量最大为 277m3/s，对应坝址天然水位 28.24m， 其他月份均小于 134.8m3/s，对应坝址天然水位 27.71m。 隧洞底坡一般为 0.2%0.5%，也可以布置成平底坡。考虑隧洞施工排水的 需要，隧洞底坡取 0.3%左右，进口底板高程 28.3m，出口底板高程 26.5m。 导流洞进口采用三面收缩形式。收缩曲线采用 1/4 椭圆曲线： ，式中 x 方向为导流洞轴向方向。1 2 2 2 2 b y a x 左右收缩曲线半长轴 a1取洞宽值，顶面收缩曲线半长轴曲线 a2取洞高值， a/b=3。 2.3.3 隧洞泄水能力曲线隧洞泄水能力曲线 隧洞泄水能力曲线的绘制，首先假定几个隧洞下泄流量，分别计算出相应的 上游水位，画出无压和有压部分的泄流量与水位的关系曲线并以光滑曲线连接该 段曲线，以代替半有压流曲线。 1)明流的计算 明流按下式计算： lihh rc v g v g v )( 2 22 1 2 2 2221 式中：h1-进口洞内水深；h2-出口洞内水深； v1-进口洞内流速；v2-出口洞内流速； -(v1+v2)/2；-平均谢才系数； vc -平均水力半径；l-隧洞长度。 r 谢才系数,n 为糙率，隧洞衬砌后，n 取 0.014，r 为水力半径，为 6 1 1 r n c 过水断面面积与湿周的比值。 钱塘江支流水利枢纽工程 毕业设计说明书 12 临界水深 hk=，式中，q 为单宽流量，a 可取 1.0。 3 2 g aq 当流量为 20m3/s 时，对应下游水位为 27.09m，下游水深 h下=0.59m，hk= 1.366m，hkh下，为自由出流，h2=hk，试算表格如下。 表 2-7 流量 20m3/s 隧洞进口水深试算表 qh1h2v1v2v-r-c-v1*v1/2/gv2*v2/2/g v-*v-/(c-*c-*r- )h 201.5071.3663.323.663.490.8469.320.561639230.68356930.0030319821.507 隧洞进口水位会有跌落，进口的落差按下式近似计算： ， g v g v z 22 2 0 2 2 1 式中：-流速系数，取 0.80.9，v0-上游行进流速。 取流速系数为 0.85，进行试算，表格如下。 表 2-8 流量 20m3/s 隧洞进口水位落差试算表 qh1v1h0v0v1*v1/2/g/v0*v0/2/gh0-h1z 201.5073.317851.7532.8522530.6607520310.4150688150.2460.245683 根据 h1值和 z 值，当流量为 20m3/s 时，上游水位为 30.05m。 当流量为 45m3/s 时，对应下游水位为 27.24m，下游水深 h下=0.74m，hk= 2.346m，hkh下，为自由出流，h2=hk，试算表格如下。 表 2-9 流量 45m3/s 隧洞进口水深试算表 qh1h2v1v2v-r-c-v1*v1/2/gv2*v2/2/gv-*v-/(c-*c-*r-)h 452.8422.3463.964.84.381.1372.860.79974891.17325650.0032031872.841 取流速系数为 0.85，试算进口上缘水深，表格如下。 表 2-10 流量 45m3/s 隧洞进口水位落差试算表 qh1v1h0v0v1*v1/2/g/v0*v0/2/gh0-h1z 452.8423.958483.123.6057690.9405500280.6633454970.2780.277205 根据 h1值和 z 值，当流量为 45m3/s 时，上游水位为 31.42m。 当流量为 55m3/s 时，对应下游水位为 27.3m，下游水深 h下=0.8m，hk= 2.68m，hkh下，为自由出流，h2=hk，试算表格如下。 钱塘江支流水利枢纽工程 毕业设计说明书 13 表 2-11 流量 55m3/s 隧洞进口水深试算表 qh1h2v1v2v-r-c-v1*v1/2/gv2*v2/2/gv-*v-/(c-*c-*r-)h 553.732.3463.695.864.771.1973.540.69331671.75264240.0035388423.729 取流速系数为 0.85，试算进口上缘水深，表格如下。 表 2-12 流量 55m3/s 隧洞进口水位落差试算表 qh1v1h0v0v1*v1/2/g/v0*v0/2/gh0-h1z 553.733.6863273.9163.5112360.8156667060.6290192820.1860.186647 根据 h1值和 z 值，当流量为 55m3/s 时，上游水位为 32.22m。 2)有压流的计算 有压流按下式计算： li rc v g v hh)()1 ( 2 2 22 20 式中，h2-出口计算水深，自由出流时，h2=0.85d，淹没出流时，h2=h下； -局部损失系数之和，进口采用喇叭口时，取值 0.25。 上游水位为 h0加上隧洞进口底板高程。有压流的判别条件为 h01.5d。 对有压流的计算，先假设一个流量，假设是有压流，进行试算后，验证是否 是有压流，然后确定下一步计算。 当流量为 200m3/s 时，试算表格如下。 表 2-13 流量 200m3/s 隧洞进口水深试算表 qh0vh2v*v/2/g*(1+)rc(v*v/c/c/r-i)*l 20015.719418.9766615.15.1390584821.21860673.821445.480354096 符合有压流判定条件，确实为有压流，同时由此可以判定过流量在 200m3/s 以上时，隧洞为有压流。上游水位为 44.02m。 当流量为 300m3/s 时，试算表格如下。 表 2-14 流量 300m3/s 隧洞进口水深试算表 qh0vh2v*v/2/g*(1+)rc(v*v/c/c/r-i)*l 30031.2436813.464995.111.562881591.21860673.8214414.58079672 根据 h0值，上游水位为 59.54m。 当流量为 400m3/s 时，试算表格如下。 钱塘江支流水利枢纽工程 毕业设计说明书 14 表 2-15 流量 400m3/s 隧洞进口水深试算表 qh0vh2v*v/2/g*(1+)rc(v*v/c/c/r-i)*l 40052.9776517.953325.120.556233931.21860673.8214427.32141638 根据 h0值，上游水位为 81.28m。 3)泄水能力曲线 根据计算的导流隧洞的一系列水位与流量值，绘出隧洞泄水能力曲线如图 2- 6。 图 2-6 导流洞泄水能力曲线 2.4 导流分期 本工程工期暂定为 4 年，2002 年准备，2003 年开工，2006 年年底发电。 根据导流洞工程量，拟定 2003 年施工导流隧洞，进行导流的前期准备，导 流洞施工期河床正常过流，2003 年底导流洞过流，开始截流，随后开始施工围 堰。围堰运行一个汛期，汛期导流隧洞过流，在汛期完成大坝坝基及坝肩开挖并 灌浆，2004 年汛后从 9 月开始填筑大坝，至 2005 年 4 月底，大坝达到全年度汛 钱塘江支流水利枢纽工程 毕业设计说明书 15 高程，开始进入大坝拦洪、隧洞过流阶段。 2.5 汛期大坝拦洪校核 大坝施工期度汛标准采用 1%频率洪水，各月大坝的施工高程均需达到下个 月 1%频率洪水的拦水高程并有一定超高。 (1)6 月度汛 坝址 6 月 1%频率洪水流量为 8290m3/s。在洪水过程线中，将导流过流曲线 简化为直线，假设导流建筑物在洪水过程中的最大的流量，并算出相应的库水位。 如图 2-7，为形成系列，假设出现导流洞最大流量分别为 200 m3/s，300 m3/s，400 m3/s 情况。 图 2-7 8290m3/s 洪水过程导流洞最大流量假设示意图 洪水来流量为 200m3/s 时，查坝址水位流量关系曲线，坝址水位为 27.96m。在导流洞达到 200m3/s 泄流量时刻，水库蓄水量较天然过流情况增加 4.167*108m3/s，在库容水位曲线中，将水位 27.96m 情况下的库容坐标右移 4.167*108m3/s，对应的水位坐标值及此时刻水库水位值，该时刻水位为 55.17m。 洪水来流量为 300m3/s 时，查坝址水位流量关系曲线，坝址水位为 钱塘江支流水利枢纽工程 毕业设计说明书 16 28.32m。在导流洞达到 300m3/s 泄流量时刻，水库蓄水量较天然过流情况增加 4.017*108m3/s，在库容水位曲线中，将水位 28.32m 情况下的库容坐标右移 4.017*108m3/s，对应的水位坐标值及此时刻水库水位值，该时刻水位为 54.65m。 洪水来流量为 400m3/s 时，查坝址水位流量关系曲线，坝址水位为 28.61m。在导流洞达到 400m3/s 泄流量时刻，水库蓄水量较天然过流情况增加 3.905*108m3/s，在库容水位曲线中，将水位 28.61m 情况下的库容坐标右移 3.905*108m3/s，对应的水位坐标值及此时刻水库水位值，该时刻水位为 54.26m。 导流建筑物在设计洪水过程中最大过流量分别为 200 m3/s，300 m3/s，400 m3/s 情况的坝前水位分别得出，均符合压力流条件（隧洞进口水深大于 1.5 倍洞 高），流量及水位形成曲线，在设计断面的导流隧洞泄流能力曲线的水位流量坐 标系中将此曲线绘出,如图 2-8。 在图中，两条曲线的交点坐标即为 8290m3/s 洪水过程中隧洞最大流量及水 库最高水位，分别为 275.2m3/s 和 54.77m。考虑 2m 的超高，要保证度汛安全， 5 月底大坝挡水高程要达到 56.8m。 图 2-8 8290m3/s 洪水过程导流洞最大流量求解图 6 月 1%频率洪水流量即为全年 1%频率洪水流量，达到 6 月拦洪标准即可挡 钱塘江支流水利枢纽工程 毕业设计说明书 17 蓄全年 1%频率洪水。大坝拟定在开工后第二年汛后开始施工，在开工后第三年 5 月底达到全年 1%频率洪水度汛标准。 (2)5 月度汛 坝址 5 月 1%频率洪水流量为 5530m3/s。在洪水过程线中，将导流过流曲线 简化为直线，假设导流建筑物在洪水过程中的最大的流量，并算出相应的库水位。 如图 2-9，为形成系列，假设出现导流洞最大流量分别为 200 m3/s，300 m3/s，400 m3/s 情况。 图 2-9 5530m3/s 洪水过程导流洞最大流量假设示意图 洪水来流量为 200m3/s 时，查坝址水位流量关系曲线，坝址水位为 27.96m。在导流洞达到 200m3/s 泄流量时刻，水库蓄水量较天然过流情况增加 2.72*108m3/s，在库容水位曲线中，将水位 27.96m 情况下的库容坐标右移 2.72*108m3/s，对应的水位坐标值及此时刻水库水位值，该时刻水位为 49.43m。 洪水来流量为 300m3/s 时，查坝址水位流量关系曲线，坝址水位为 28.32m。在导流洞达到 300m3/s 泄流量时刻，水库蓄水量较天然过流情况增加 2.61*108m3/s，在库容水位曲线中，将水位 28.32m 情况下的库容坐标右移 2.61*108m3/s，对应的水位坐标值及此时刻水库水位值，该时刻水位为 49.02m。 洪水来流量为 400m3/s 时，查坝址水位流量关系曲线，坝址水位为 钱塘江支流水利枢纽工程 毕业设计说明书 18 28.61m。在导流洞达到 400m3/s 泄流量时刻，水库蓄水量较天然过流情况增加 2.52*108m3/s，在库容水位曲线中，将水位 28.61m 情况下的库容坐标右移 2.52*108m3/s，对应的水位坐标值及此时刻水库水位值，该时刻水位为 48.68m。 导流建筑物在设计洪水过程中最大过流量分别为 200 m3/s，300 m3/s，400 m3/s 情况的坝前水位分别得出，均符合压力流条件（隧洞进口水深大于 1.5 倍洞 高），流量及水位形成曲线，在设计断面的导流隧洞泄流能力曲线的水位流量坐 标系中将此曲线绘出,如图 2-10。 在图中，两条曲线的交点坐标即为 5530m3/s 洪水过程中隧洞最大流量及水 库最高水位，分别为 241.7m3/s 和 49.25m。考虑 2m 的超高，要保证度汛安全， 5 月底大坝挡水高程要达到 51.3m。 图 2-10 5530m3/s 洪水过程导流洞最大流量求解图 大坝拟定在开工后第二年汛后开始施工，在开工后第三年 5 月底达到全年 1%频 率洪水度汛标准，4 月底达到 5 月 1%频率洪水度汛标准。 2.6 围堰设计 1）挡水时段的确定 本工程工期暂定为 4 年，2002 年准备，2003 年开工，2006 年年底发电。 钱塘江支流水利枢纽工程 毕业设计说明书 19 拟定 2003 年施工导流隧洞，进行导流的前期准备，河床正常过流，2003 年 底开始截流，随后开始施工围堰。围堰运行一个汛期，汛期导流隧洞过流，在汛 期完成大坝坝基及坝肩开挖并灌浆，2004 年汛后从 9 月开始填筑大坝，至 2005 年 4 月底，大坝达到全年度汛高程，开始进入大坝拦洪、隧洞过流阶段，。 2）围堰顶高程的确定 围堰采用全年 10 年一遇洪水标准，设计洪水流量 4495m3/s。根据洪水过程 中简化的隧洞泄流曲线进行计算，在设计断面的导流洞达到最大过流量时，上游 水位为 46.21m,考虑 0.7m 的超高及波浪爬高，上游围堰顶高程取 47.5m，防渗 体顶高取 46.5m。根据导流洞设计流量，查坝址水位流量曲线，相应水位为 28.56，考虑 0.7m 的超高及波浪爬高，下游围堰顶高程取 30m，防渗体顶高取 29m。 3）围堰型式 根据当地材料，围堰采用年涂料作防渗体、砂砾料为主要填料的土石围堰。 为减少导流成本，上游围堰作为土石坝的一部分。由于粘土防渗体施工进度较慢， 为便于围堰挡水高程的上升，围堰采用粘土斜墙防渗。粘土允许渗透梯度一般为 68，同时考虑施工方便，斜墙顶宽设为 3m，满足渗透梯度要求。坝址河床基 岩较好，覆盖层厚度较浅，为 03m，为便于斜墙与基岩的连接，延长渗径，保 证防渗效果，粘土斜墙下部河床覆盖层全部清除，并设置混凝土截水墙。混凝土 允许渗透梯度在 50100 以上，截水墙厚度取 1m 可满足要求，截水墙高度上游 取 2m，下游取 1.5m。斜墙迎水面砂砾料堰壳厚度不小于 3m，且迎水面设置 0.5m 厚干砌石护坡。 坝址河床最低高程 24m，根据围堰设计顶高程，围堰高度均较低，采用一般 经验坡比可以满足设计要求。上下游围堰坡比设置类似，迎水面砂砾料堰壳坡比 为 1：2.5，斜墙迎水面坡比 1：2.0，斜墙背水面坡比为 1：1.5，围堰背水面坡 比 1：2.0。为方便施工及应对汛期可能出现的抢险，并考虑交通便利，围堰顶宽 均为 10m，围堰不设马道。 围堰碾压遍数通过试验确定，碾压压实度 96%。 4）围堰平面布置 钱塘江支流水利枢纽工程 毕业设计说明书 20 上游围堰的一部分作为大坝的构成部分，上游围堰的平面布置满足斜墙全部 在坝体之外的要求。为方便基坑中施工，下游围堰背水面堰脚至大坝设计边线距 离取 2030m，下游围堰运行完成后拆除。 3. 导流隧洞施工导流隧洞施工 3.1 概况 导流隧洞长约 600m，城门洞型断面，断面尺寸：净空 4m6m（宽高）； 开挖断面：5m7m（宽高），进口高程为 el.30.00m，出口高程为 el.28m，衬砌厚度 0.5m（双层配筋）。 导流隧洞的地形地质条件：岩石 f=10（级别），开挖不需要临时支撑， 进行永久衬砌。 3.2 施工布置 3.2.1 施工用风、水、电、照明施工用风、水、电、照明 3.2.1.1 施工供风施工供风 导流隧洞在每个工作面洞口布置 2 台 20m3移动式电动空压机供施工用风。 通过 dn100 风管引至洞口，随着开挖的推进向洞内延长，风管沿着底板靠侧墙 铺设。风管长度约 700m。 3.2.1.2 施工供水施工供水 施工用水通过水箱供水，通过 dn100 管引至洞口。洞内施工供水采用 2/钢 管作支管，由洞外供水主管引至工作面，水管沿着底板靠侧墙铺设。水管洞外长 度约 700m。 3.2.1.3 施工供电施工供电 施工用从变电站架设一趟线至洞口（三相四线制，vlv22-3120+150）， 钱塘江支流水利枢纽工程 毕业设计说明书 21 洞内线路用三角架固定于侧墙上，高度 3.0m。成洞段的照明采用 220v 电压，开 挖面上采用 36v 电压，灯泡功率 100w。成洞段的照明灯泡布置间距为 6 米，动 力设备用电采用 380v 电压。 3.2.1.4 洞内通风洞内通风 洞内采用 500 轴流风机压入式通风, 通风机布置在导流隧洞洞口。500 风 管长度 700m。 3.2.1.5 支护材料的运输支护材料的运输 支护材料运洞口, 采用混凝土泵送至工作面。 3.2.1.6 施工出碴施工出碴 装渣使用 1 台斗容 1.7 m3装载机，出渣使用 2 台黄河 7t 自卸汽车。 3.2.2 施工设备投入施工设备投入 拟投入本工程的施工设备见表 3-1 表 3-1 施工设备投入表 设备名称型 号单位数量 功率 （kw） 备 注 导轨式钻车台1 凿岩机yg40台7 电动空压机20m3台22 台/每个工作面 轴流通风机kz600a台122 潜水泵wqd8-22-22台4 2.22 装载机1.7m3台1 自卸汽车7t台2 电焊机bx-500-1台122 砼泵台1 砼搅拌机350l台115 3.2.3 人力资源投入人力资源投入 拟投入导流隧洞施工的人力资源见表 3-2 表 3-2 人力资源投入表 钱塘江支流水利枢纽工程 毕业设计说明书 22 工种风钻工炮工司机电焊工砼工管理人员其他合计 人数84102641751 3.3 施工方法 3.3.1 导流隧洞开挖导流隧洞开挖 3.3.1.1 爆破参数设计爆破参数设计 (1)装药量计算 导流洞开挖断面 s=32.32m2，衬砌后净空断面 s=22.28m2。 根据围岩情况，导流洞开挖一次循环钻孔深度取 3m，炮孔利用率 0.9，单循 环进尺预计为 2.7m，隧洞钻孔爆破孔径一般为 3250mm，本工程钻空直径取 50mm。 根据隧洞开挖炸药消耗定额表及本工程岩石级别和断面面积，炸药耗量为 1.02kg/m3。则单循环耗药量为： 1.02*32.32*2.7=89kg 周边孔间距取 14 倍孔径，约为 0.7m，周边孔密集系数（孔距与抵抗线的比 值）一般为 0.50.8，取 0.7，则抵抗线取为 1m，周边孔线装药密度取 300g/m。周边孔共 30 个，孔径 50mm。 崩落孔孔间距可取 11.2m，本工程崩落孔排内间距取 1.0m，抵抗线取 1.0m。共布置崩落孔 22 个，外围 15 个，内部 7 个。 掏槽孔采用中空孔菱形掏槽形式，中间空孔直径 100mm，四周装药孔直径 50mm。 一个断面共布置装药孔 56 个，根据布孔形式，计算各孔装药量。 掏槽孔单孔装药量为： 89/56*1.25=1.99kg， 掏槽孔装药系数取 0.550.6，相应装药段长约 1.651.8m，安装 40mm 直 径药卷，单重 1.3kg/m，按单孔耗药量计算，单孔装药药卷长度 1.53m，采用连 续装药形式。 周边孔单孔装药量为： 钱塘江支流水利枢纽工程 毕业设计说明书 23 0.3*3=0.9kg； 周边孔装药系数 0.450.55，相应装药段长 1.351.65m，安装 32mm 直径 药卷，单重 0.8kg/m，按单孔耗药量计算，单孔装药药卷长度 1.13m，将药卷分 成 0.63m，0.5m 长两段，中间间隔 20cm，采用导爆索相连。 崩落孔装药总量为： 89-0.9*30-1.99*4=54.04kg； 崩落孔外围 15 个，内部 7 个，外围 15 个减少装药 15%。 则内部崩落孔装药量为： 54.04/（15*0.85+7）=2.74kg， 崩落孔装药系数一般 0.450.5，相应装药段长 1.351.5m，采用 45mm 直 径药卷，单重 1.65kg/m，药卷长 1.66m，采用连续装药结构。 外围崩落孔装药量为： （54.04-7*2.87）/15=2.26kg， 崩落孔装药系数一般 0.450.5，相应装药段长 1.351.5m，采用 45mm 直 径药卷，单重 1.65kg/m，药卷长 1.37m，采用连续装药结构。 炮孔堵塞段长一般不小于抵抗线，以上各孔堵塞段长按不小于 1m 进行控制。 以上药量分配，实际装药系数与经验装药系数有一定出入，在爆破中可根据 情况改进。 （2）最大单响药量 为控制爆破震动，需对单响药量进行控制，可参照萨道夫斯基公式: r q kv n 式中：v质点峰值振速， scm ； q最大单响药量，kg ； r爆心距，m； n药包形状系数，我国和前苏联一般取 31 ； 钱塘江支流水利枢纽工程 毕业设计说明书 24 k、与地质条件、爆破类型及爆破参数有关的系数，通过现场爆破实测 的资料来确定。本工程 k 取 200，取 1.7. 导流洞在钻爆面之后 30m 紧随进行衬砌，新浇混凝土允许震动速度 3cm/s， 根据计算，最大单响药量为 13kg。根据单孔装药量，内部崩落孔允许 5 孔一响， 外围崩落孔 6 孔一响，周边孔 15 孔一响。 3.3.1.2 开挖施工开挖施工 导流隧洞均采用钻爆法开挖隧洞，开挖程序如下： 测量放线布孔钻孔装药连线爆破散烟危岩清理出碴下一循环。 (1)测量放样 采用全站仪测量放线，在掌子面上画出隧洞中线，轮廓线，并按爆破设计进 行布孔。 (2)钻孔 采用导轨式钻车和 yg40 凿岩机结合，光爆孔沿轮廓线开孔，外插值不大于 20cm，孔底误差小于 10cm，光爆孔沿轮廓线的调整范围和掏槽孔的孔位偏差小 于 5cm，崩落孔的孔位偏差小于 10cm，利用简易钢管平台钻孔。 (3)爆破 洞室采用全断面开挖、周边光面爆破方式施工，采用非电雷管起爆，按照设 计爆破网络联网起爆。 (4)散烟 洞口部分采用自然通风、散烟，开挖进尺 30m 时，采用风机压入式通风， 500 风管悬吊在侧墙上，离地高度 2m。 (5)危岩清理 通风散烟后，进行掌子面安全处理工作，清除开挖面上残留的松动岩块，以 确保作业人员的安全。 (6)施工作业循环 设计循环进尺 2.7m。每天 1 个循环，循环作业时间约 16 小时，日进尺 2.7m，月循环进尺 81m。 钱塘江支流水利枢纽工程 毕业设计说明书 25 表 3-3 循环作业时间表 序号工序时间（h） 1测量放线2.0 2钻孔5 3装药、连线1.0 4爆破、散烟、安全检查处理2.0 5装渣机械进、出洞各0.5 6出渣5 7总计16 3.3.2 导流隧洞衬砌导流隧洞衬砌 导流隧洞按 57m（宽高）断面开挖，衬砌厚度为 0.5m(双层配筋)。 导流隧洞衬砌施工程序如下： 基础超欠挖处理基础验收钢筋制安模板安装仓面验收 混凝土浇筑脱模养护 1）测量放样 施工队在基础清理前应提前通知测量放样，测量过程中必须有一检二检在现 场。施工队必须保护所有测量标识，以便过程监控。 2）基础清理及验收 测量放样后按仓面控制线进行基础清理施工作业。基础清理作业包括建基面 的清理和老混凝土缝面处理。 建基面清理完成后，必须经监理进行验收后，方可进行下一道工序施工。 3）钢筋制安 钢筋的安装位置、间距、保护层及各部分钢筋的规格尺寸，均应符合规范的 规定，其偏差不得超过规范。 在钢筋架设完毕，未浇筑混凝土之前，须按照规范的标准进行详细检查，并 作出检查记录。检查合格的钢筋，如长期暴露，应在混凝土浇筑之前，按上述规 定重新检查，合格后方能浇筑混凝土。 在钢筋架设完毕后，应及时妥善保护，避免发生错动和变形。在混凝土浇筑 钱塘江支流水利枢纽工程 毕业设计说明书 26 施工中，应安排值班人员经常检查钢筋架立位置，如发现变动应及时矫正。严禁 为方便浇筑擅自移动或割除钢筋。 4）模板安装 （1）模板安装前，必须由测量队按设计图纸测量放样，重要结构应多设控 制点，以利于检查校正。 （2）班组根据测量队所提供的测量放样单和设计图纸，对模板放样进行检 查。 （3）支架必须支承在坚实的地基或老混凝土上，并应有足够的支承面积。 斜撑应防止滑动。竖向模板和支架的支承部分。 （4）模板的钢拉杆不应弯曲。伸出混凝土外露面的拉杆宜采用端部可拆卸 的结构形式。拉杆与锚环的连接必须牢固。 （5）模板安装的允许偏差，应符合技术要求的规定。 （6）模板与混凝土的接触面，以及各块模板接缝处，必须平整、密合，以 保证混凝土表面的平整度和混凝土的密实性。在模板允许偏差范围内的细缝与小 型预留孔洞必须用水泥纸或细木条封堵密实，以防漏浆。 （7）模板的面板应清理干净并涂脱模剂，脱模剂型号应由技术部门批准， 不得采用影响混凝土结构性能或妨碍装饰工程施工的脱模剂。 5）仓面验收 仓面验收包括：钢筋、模板验收 钢筋、模板安装完毕后应按“三检制”进行检查，由作业队进行初检，初检 合格后，通知测量队对模板和预埋件等进行测量。根据测量队提供的模板测量单 对模板等进行校正，校正完毕后，测量队进行复检，复检合格后，作业队提请质 量部进行终检。 6）混凝土浇筑 （1）混凝土浇筑时，制定浇筑顺序、控制浇筑速度。在浇筑混凝土前，模 板内的杂物应清理干净。 拟采用先底板、后侧墙，