水利工程引水建筑物培训讲义

第七章引水水建筑物第一节渠道道工程第二节水工工隧洞第三节压力力前池及调压压室第四节压力力管道第五节渡槽槽第六节倒虹虹吸管第七节坝下下涵管第八节涵洞洞第九节其他他渠系建筑物物第一节渠道道工程一、概述在灌区利用灌灌溉渠道输水水及利用排水水沟道排水的的过程中为满满足控制水流流、分配水量量、上下游连连接和水流交交叉等要求而而修建的各种种水工建筑物物，统称为渠渠系建筑物。。渠系建筑物的的特点是单个个工程的规模模一般不大，，但数量多，，总工程量往往往是渠首工工程的若干倍倍。因此，设设计标准对工工程投资及安安全性影响很很大。（一）渠系建建筑物的种类类及作用（1）控制建筑物。如进水闸、、节制闸、分分水闸等。（2）泄水建筑物。如溢流堰、、泄水闸、退退水闸等。（3）交叉建筑物。如渡槽、倒倒虹吸管、涵涵洞、隧洞、、桥梁等。（4）落差建筑物。如跌水、陡陡坡等。（5）冲沉沙建筑物物。如沉沙池、、冲沙闸、冲冲沙管等。（6）量水建筑物。如量水堰、、量水槽、量量水喷嘴等。。（7）便民利民建筑筑物。如农桥、踏踏步、码头等等。（二）渠系建建筑物的布置置原则（1）数量恰当，，效益最大。。（2）安全运行，，保证供水。。（3）联合修建，，形成枢纽。。（4）独立供水，，方便管理。。（5）便于交通，，方便生产。。（三）渠系建建筑物的特点点（1）面广量大，，总投资多。。（2）建筑物具有有相似性。（3）受地形影响响大，与群众众联系密切。。（四）渠系建建筑物的定型型设计二、渠道（一）概述渠道是发电、、灌溉、航运运、给水、排排水等水利工工程中广泛采采用的输水建建筑物。灌溉用渠道，，一般可分为为干、支、斗、、农、毛五级，构成完完整的灌溉系系统，前四级级一般为固定定渠道，第五五级多为临时时渠道。一般般干、支渠主主要起输水作作用，称为输输水渠道；斗斗、农渠主要要起配水作用用，称为配水水渠道。（二）渠道线线路选择（1）地形条件。。（2）地质条件。。（3）施工条件。。（4）管理要求。。（三）渠道的的纵横断面设设计合理的渠道断断面设计，一一般应满足以以下几方面具具体要求：①①有足够的输输水能力，以以满足用户对对用水水量的的需要；②有有足够的水位位，以满足自自流灌溉的要要求；③有适适宜的渠道水水流流速，以以满足渠道不不冲、不淤或或周期性冲淤淤平衡的要求求；④有稳定定的边坡，以以保证渠道安安全运用；⑤⑤有合理的断断面形式，以以减少渗漏等等损失，提高高水利用系数数；⑥尽量满满足综合利用用要求，做到到一专多能；；⑦尽量使工工程量最少，，以有效降低低工程总投资资，发挥最大大工程效益。。（四）水电站站动力渠道1、动力渠道的的基本要求（1）足够的输水水能力。（2）水质符合要要求。（3）运行安全可可靠。（4）渠道应能控控制和维护检检修，并设排排泄洪水的工工程措施。（5）渠道工程应应满足经济要要求。2、动力渠道的的类型和适用用条件（1）自动调节渠渠道。（2）非自动调节节渠道。第二节水工工隧洞一、概述（一）水工隧隧洞的类型1、水工隧洞的的作用（1）配合溢洪道道宣泄洪水，，有时也作为为主要泄洪建建筑物之用。。（2）引水发电，，或为灌溉、、供水和航运运输水。（3）排放水库泥泥沙，延长使使用年限，有有利于水电站站等的正常运运行。（4）放空水库，，用于人防或或检修建筑物物。（5）在水利枢纽纽施工期用作作导流建筑物物。2、类型（1）按作用可分分为泄洪隧洞洞、引水发电电和尾水隧洞洞、灌溉和供供水隧洞、放放空和排沙隧隧洞、施工导导流隧洞。（2）按隧洞内的的水流状态可可分为有压隧隧洞和无压隧隧洞。（二）水水工隧洞洞的工作作特点（1）水力特特点。（2）结构特特点。（3）施工特特点。（三）水水工隧洞洞的组成成（1）进口段段。（2）洞身段段。（3）出口段段。二、水工工隧洞的的布置与与选线（一）总总体布置置及线路路选择1、总体布布置2、线路选选择（1）隧洞的的线路应应尽量避避开不利利的地质质构造、、围岩中中可能存存在的不不稳定地地段及地地下水位位高、渗渗水量丰丰富的地地段，以以减小作作用于衬衬砌上的的围岩压压力和外外水压力力。（2）洞线在在平面上上应力求求短直，，这样既既可减少少工程费费用，方方便施工工，又有有良好的的水流条条件。（3）进、出出口位置置合适。。（4）隧洞应应有一定定的埋藏藏深度。。（5）隧洞的的纵坡应应综合分分析比较较确定。。（6）对于长长隧洞，，可布置置施工支支洞、竖竖井，以以便增加加工作面面。（二）闸闸门在隧隧洞中的的布置引水隧洞洞中一般般要设置置两道闸闸门，一一道是工工作闸门门，用来来调节流流量和封封闭孔口口，能在在动水中中启闭；；一道是是检修闸闸门，设设置在进进口，用用来挡水水，以便便检修工工作闸门门或隧洞洞。大中型隧隧洞的深深式进水水口常要要求检修修闸门能能在动水水中关闭闭，静水水中开启启，以满满足发生生事故时时的需要要，所以以也称事事故检修修门。对于有压压泄水隧隧洞，其其工作闸闸门通常常布置在在出口。。三、水工工隧洞各各组成部部分的形形式及构构造（一）进进口段有压隧洞洞进口段段包括进进口喇叭叭口、闸闸门室、、通气孔孔、平压压管和渐渐变段等等部分。。（二）洞洞身段1、洞身断断面形式式有压隧洞洞一般均均采用圆圆形断面面，原因因是圆形形断面的的水流条条件和受受力条件件都较为为有利。。无压隧隧洞可采采用城门门洞形、、马蹄形形或蛋形形等断面面。2、洞身断断面尺寸寸3、洞身衬衬砌（1）衬砌的的功用：：①限制制围岩变变形，保保证围岩岩稳定；；②承受受围岩压压力、内内水压力力等荷载载；③防防止渗漏漏；④保保护岩石石免受水水流、空空气、温温度、干干湿变化化等的冲冲蚀破坏坏作用；；⑤减小小表面糙糙率。（2）衬砌的的类型：：平整衬衬砌、单单层衬砌砌、组合合式衬砌砌、预应应力衬砌砌、喷锚锚衬砌等等。（3）衬砌分分缝。混混凝土及及钢筋混混凝土衬衬砌是分分段分块块浇筑的的。为防防止混凝凝土干缩缩和温度度应力而而产生裂裂缝，在在相邻分分段间设设有环向向伸缩缝缝，有压压隧洞需需在缝中中设止水水。4、灌浆隧洞灌浆浆分为回回填灌浆浆和固结结灌浆两两种。回填灌浆浆是为了了充填衬衬砌与围围岩之间间的空隙隙，使之之结合紧紧密，共共同受力力，以发发挥围岩岩的弹性性抗力作作用，并并减少渗渗漏。固结灌浆浆的目的的在于加加固围岩岩，提高高围岩的的整体性性，减小小围岩压压力，保保证围岩岩的弹性性抗力，，减小渗渗漏。5、排水设置排水水，可以以降低作作用在衬衬砌上的的外水压压力。（三）出出口段有压隧洞洞出口，，绝大多多数设有有工作闸闸门、启启闭机室室、渐变变段、消消能设施施等。四、水工工隧洞的的衬砌计计算（一）荷荷载及其其组合1、围岩压压力也称山岩岩压力。。指隧洞洞开挖后后由于围围岩变形形或塌落落而作用用在衬砌砌上的压压力。2、弹性抗抗力在荷载作作用下，，衬砌向向外变形形时受到到围岩的的抵抗，，这种因因围岩抵抵抗衬砌砌向外变变形而作作用在衬衬砌外壁壁的作用用力，称称为弹性性抗力。。3、内、外外水压力力4、衬砌自自重5、荷载组组合（1）正常运运用情况况。山岩岩压力+衬砌自重重+宣泄设计计洪水时时的内水水压力+外水压力力。（2）施工、、检修情情况。山山岩压力力+衬砌自重重+可能出现现的最大大外水压压力。（3）非常运运用情况况。山岩岩压力+衬砌自重重+宣泄校核核洪水时时的内水水压力+外水压力力。（二）衬衬砌结构构计算（（略）五、水工工隧洞的的喷锚支支护喷锚支护护是喷混混凝土支支护与锚锚杆支护护的总称称。主要要类型有有：喷混混凝土支支护、锚锚杆支护护、喷混混凝土锚锚杆联合合支护、、喷锚加加钢筋网网支护。。第三节压压力前前池及调调压室一、压力力前池又称压力力池或前前池，位位于动力力渠道的的末端，，是水电电站引水水建筑物物与水轮轮机压力力管道的的连接建建筑物。。（一）压压力前池池的作用用及组成成1、压力前前池的作作用（1）分配水水流。（（2）平稳水水压，平平衡水量量。（（3）拦阻污污物和泥泥沙。（4）在电站站停机时时可向下下游供水水，满足足下游用用水部门门的需要要。（5）保护压压力管道道进水口口在冬季季不受冰冰凌的阻阻塞或损损坏。2、压力前前池的组组成部分分（1）前室及及进水室室（（2）压力墙墙（3）泄水建建筑物（（4）冲沙、、拦冰及及排冰建建筑物（二）压压力前池池的位置置选择及及布置1、位置选选择应力求做做到布置置紧凑合合理、水水流顺畅畅、运行行灵活可可靠、结结构安全全经济。。2、布置方方式如图7.17（三）压压力前池池各组成成部分的的尺寸和和构造1、前室2、进水室室3、压力前前池轮廓廓尺寸的的拟定二、调压压室（一）调调压室工工作原理理当水轮发发电机组组正常运运行时，，如果负负荷突然然变化，，或开机机、停机机，引水水系统的的压力管管道的水水流会产产生非恒恒定流现现象，一一般称为为水锤。。调压室是是一种具具有自由由水面和和一定体体积的井井式结构构物，底底部与压压力引水水道连接接，以破破坏压力力引水道道的封闭闭性，如如同水库库一样能能反射水水锤波，，从而减减小水锤锤压强。。（二）调调压室的的作用、、要求及及设置调调压室的的条件1、调压室室的作用用调压室指指在较长长的压力力引水（（尾水））道与压压力管道道之间修修建的，，用以降降低压力力管道的的水锤压压力和改改善机组组运行条条件的水水电站建建筑物。。调压室的的作用：：1）反射水水锤波。。2）缩短压压力管道道的长度度。3）改善机机组在负负荷变化化时的运运行条件件及系统统供电质质量。2、对调压压室的基基本要求求（1）位置应应尽量靠靠近厂房房，以缩缩短压力力管道的的长度。。（2）能较充充分地反反射压力力管道传传来的水水锤波。。（3）调压室室的工作作必须是是稳定的的。（4）正常运运行时，，水头损损失要小小。（5）工程安安全可靠靠，施工工简单方方便，造造价经济济合理。。（三）调调压室的的基本类类型1、调压室室的基本本布置方方式（1）上游调调压室（（引水调调压室））。（2）下游调调压室（（尾水调调压室））。（3）上下游游双调压压室系统统。（4）上游双双调压室室系统。。2、调压室室的基本本结构型型式（1）简单式式调压室室。（（2）阻抗式式调压室室。（3）双室式式调压室室。（（4）溢流式式调压室室。（5）差动式式调压室室。（（6）气垫式式调压室室。（7）综合式式调压室室。（四）影影响调压压室波动动稳定的的因素1、电站水水头的影影响2、引水系系统糙率率的影响响3、调速器器和机组组性能的的影响4、电力系系统的影影响（五）调调压室稳稳定断面面的推导导（略））第四节压压力管管道一、概述述（一）压压力管道道压力管管道是是指从从水库库、前前池或或调压压室向向水轮轮机输输送水水量的的管道道。（二））压力力管道道的类类型1、钢管管2、钢筋筋混凝凝土管管3、钢衬衬砌钢钢筋混混凝土土管二、压压力管管道的的布置置和供供水方方式（一））压力力管道道的布布置（1）尽可可能选选择短短而直直的路路线。。（2）尽量量选择择良好好的地地质条条件。。（3）尽量量减少少管道道的起起伏波波折。。（4）避开开可能能发生生山崩崩或滑滑坡地地区。。（5）明钢钢管的的首部部应设设事故故闸门门。（二））压力力管道道的供供水方方式1、单元元供水水2、集中中供水水3、分组组供水水三、压压力管管道的的水力力计算算和经经济直直径的的确定定四、钢钢管的的管壁壁厚度度五、明明钢管管的敷敷设方方式、、镇墩墩、支支墩和和附属属设备备（一））明钢钢管的的敷设设方式式有连续续式和和分段段式两两种。。（二））明钢钢管的的支墩墩和镇镇墩（三））明钢钢管上上的闸闸、阀阀门和和附件件六、地地下埋埋管（一））地下下埋管管的布布置形形式地下埋埋管有有竖井井、斜斜井和和平洞洞三种种。（二））地下下埋管管的结结构和和构造造七、下下坝身身管道道（一））坝内内埋管管（二））坝后后背管管第五节节渡渡槽一、渡渡槽的的作用用及组组成渡槽是是渠道道跨越越河、、沟、、渠、、路或或洼地地的明明流架架空渠渠系交交叉建建筑物物，它它由进进口连连接段段、槽槽身、、结构构支承承与出出口连连接段段组成成。渡槽一一般适适用于于河、、渠相相对高高差较较大，，河道道岸坡坡较陡陡，洪洪水流流量较较大的的情况况。它它与倒倒虹吸吸管相相比较较具有有水头头损失失小、、便于于管理理运用用及可可通航航等优优点，，是渠渠系交交叉建建筑物物中采采用最最多的的一种种型式式。二、渡渡槽的的型式式及组组成1、渡槽槽的类类型按槽身身断面面形式式分为为U形槽、、矩形形槽、、抛物物线形形槽及及圆管管槽等等。按支承承结构构分为为梁式式渡槽槽、拱拱式渡渡槽、、桁架架式渡渡槽、、斜拉拉式渡渡槽、、组合合式渡渡槽等等。2、渡槽槽的组组成渡槽一一般由由进口口段、、出口口段、、槽身身及支支承结结构等等部分分组成成。三、渡渡槽的的总体体布置置（一））槽址址选择择（1）应选选择在在地形形、地地质条条件有有利的的地方方。（2）跨越越河流流的渡渡槽，，槽址址应稳稳定，，水流流顺直直。（3）便于于泄水水闸等等建筑筑物的的布置置。（4）施工工、管管理及及应用用方便便。（二））进出出口段段的布布置（1）与渠渠道直直线连连接。。（2）设置置渐变变段。。（3）设置置护底底与护护坡。。四、渡渡槽的的水力力计算算要点点渡槽水水力计计算的的目的的，是是确定定渡槽槽过水水断面面形状状和尺尺寸、、槽底底纵坡坡、进进出口口高程程，校校核水水头损损失是是否满满足渠渠系规规划要要求。。五、梁梁式渡渡槽设设计（一））槽身身断面面型式式选择择一般大大流量量渡槽槽，多多采用用矩形形断面面；中中小流流量可可采用用矩形形，也也可采采用U形断面面。（二））梁式式渡槽槽一般般构造造（1）分缝缝（2）止水水（3）支座座（三））槽身身结构构计算算（略略）（四））梁式式渡槽槽支承承结构构设计计1、支承承结构构的型型式及及尺寸寸（1）槽墩墩式。。一般般为重重力式式，包包括实实体墩墩和空空心墩墩两种种型式式。（2）排架架式。。一般般为钢钢筋混混凝土土结构构，主主要有有单排排架、、双排排架、、A字形排排架及及组合合式排排架等等型式式。2、排架架与基基础的的连接接排架与与基础础的连连接型型式，，通常常有固固接和和铰接接。（五））渡槽槽基础础渡槽基基础，，是将将渡槽槽的全全部重重量传传给地地基的的底部部结构构。渡槽基基础的的类型型较多多，按按照埋埋管深深度可可分为为浅基基础和和深基基础，，埋置置深度度小于于5m时为浅浅基础础，大大于5m的为深深基础础；按按照结结构型型式可可分为为刚性性基础础、整整体板板式基基础（（亦称称柔性性基础础）、、钻孔孔桩基基础和和沉井井基础础等。。第六节节倒倒虹吸吸管一、倒倒虹吸吸管的的特点点和使使用条条件倒虹吸吸管属属于渠渠系交交叉建建筑物物，是是指设设置在在渠道道与河河流、、山沟沟、谷谷地、、道路路等相相交叉叉处的的压力力管道道。其其特点点是两两端与与渠道道相接接，而而中间间向下下弯曲曲。与与渡槽槽相比比，具具有结结构简简单、、造价价较低低、施施工方方便等等优点点。但但是，，输水水时水水头损损失较较大，，运行行管理理不如如渡槽槽方便便。适用情情况：：①渠渠道跨跨越宽宽深河河谷，，采用用其它它方案案困难难或造造价较较高时时；②②渠道道与原原有渠渠、路路相交交，因因高差差较小小不能能修建建渡槽槽、涵涵洞时时；③③修建建填方方渠道道，影影响原原有河河道泄泄流时时；④④修建建渡槽槽，影影响原原有交交通时时。二、倒倒虹吸吸管的的组成成和类类型倒虹吸吸管一一般分分为进进口段段、管管身段段和出出口段段三部部分。。倒虹吸吸管的的类型型根据据管路路埋设设情况况及高高差的的大小小，通通常可可分为为竖井井式、、斜管管式、、曲线线式和和桥式式四种种类型型。三、倒倒虹吸吸管的的布置置要求求（1）管身身长度度最短短。（2）岸坡坡稳定定性好好。（3）开挖挖工程程量少少。（4）进、、出口口平顺顺。（5）管理理运用用方便便。四、进进口段段布置置和构构造进口段段主要要由渐渐变段段、进进水口口、拦拦污栅栅、闸闸门、、沉沙沙池等等部分分组成成。五、出出口段段的布布置和和构造造出口段段包括括出水水口、、消力力池等等，其其布置置型式式与进进口段段相似似。六、管管路布布置1、管身身断面面2、管身身材料料和壁壁厚七、倒倒虹吸吸管的的水力力计算算第七节节坝坝下涵涵管一、概概述在土石石坝水水库枢枢纽中中，主主要泄泄水建建筑物物应是是河岸岸溢洪洪道，，底孔孔的设设计流流量一一般不不大。。当由由于两两岸地地质条条件或或其他他原因因不宜宜开挖挖隧洞洞时，，可以以采用用坝下下设涵涵管的的方法法来满满足泄泄、放放水的的要求求。坝下涵涵管结结构简简单、、施工工方便便、造造价较较低，，故在在小型型水库库工程程中应应用较较多。。但其其最大大的缺缺点是是：如如设计计施工工或运运用管管理不不当，，极易易影响响土石石坝的的安全全。二、涵管的的类型和位位置选择（一）坝下下涵管的类类型涵管按其过过流形态可可分为无压压涵管、有有压涵管