河岸溢洪道与水工隧洞知识

第六六章章河岸岸溢溢洪洪道道目的的：：了了解解溢溢洪洪道道的的作作用用、、分分类类、、组组成成重点点：：分分类类、、优优点点课时时：：2节[本章章学学习习重重点点]了解解并并掌掌握握河河岸岸溢溢洪洪道道的的作作用用、、类类型型、、运运用用条条件件，，掌掌握握正正槽槽溢溢洪洪道道和和侧侧槽槽溢溢洪洪道道的的组组成成、、优优缺缺点点及及相相应应适适用用条条件件。。在水水利利枢枢纽纽中中，，为为了了防防止止洪洪水水漫漫过过坝坝顶顶，，危危及及大大坝坝和和枢枢纽纽的的安安全全，，必必须须布布置置泄泄水水建建筑筑物物，，以以宣宣泄泄水水库库按按运运行行要要求求不不能能容容纳纳的的多多余余来来水水量量。。常常用用的的泄泄水水建建筑筑物物有有溢溢流流坝坝段段、、河河岸岸溢溢洪洪道道、、深深式式泄泄水水建建筑筑物物等等。。常常在在坝坝体体以以外外的的岸岸边边或或天天然然垭垭口口布布置置溢溢洪洪道道，，称称河河岸岸溢溢洪洪道道，，一一般般适适用用于于土土石石坝坝，，堆堆石石坝坝以以及及某某些些轻轻型型坝坝等等水水利利枢枢纽纽。。泄水水建建筑筑物物：：用用来来宣宣泄泄洪洪水水期期间间或或其其他他情情况况下下水水库库（（或或渠渠道道））中中多多余余水水量量以以保保证证大大坝坝安安全全的的建建筑筑物物。。包包括括河河床床溢溢洪洪道道（（如如溢溢流流坝坝、、泄泄洪洪闸闸、、泄泄水水孔孔等等））和和河河岸岸溢溢洪洪道道（（明明渠渠和和泄泄水水隧隧洞洞等等））。。河岸岸溢溢洪洪道道的的适适用用条条件件1、河河谷谷狭狭窄窄，，洪洪峰峰流流量量大大，，采采用用河河床床布布置置有有困困难难；；2、坝坝体体不不宜宜作作河河床床溢溢洪洪道道；；3、有有垭垭口口地地形形；；4、利利用用施施工工导导流流洞洞改改建建。。第一一节节、、河河岸岸溢溢洪洪道道的的型型式式河河岸岸溢溢洪洪道道的的主主要要型型式式有有正正槽槽溢溢洪洪道道、、侧侧槽槽溢溢洪洪道道、、井井式式溢溢洪洪道道和和虹虹吸吸式式溢溢洪洪道道等等。。1．正正槽槽溢溢洪洪道道正正槽槽溢溢洪洪道道泄泄槽槽与与溢溢流流堰堰轴轴线线正正交交，，过过堰堰水水流流与与泄泄槽槽轴轴线线方方向向一一致致，，如如图图5——l所示示。。正槽槽溢溢洪洪道道水水流流平平顺顺，，超超泄泄能能力力大大，，结结构构简简单单，，运运用用管管理理方方便便，，适适用用于于各各种种水水头头和和流流量量。。因因此此，，在在实实际际工工程程中中，，大大多多数数以以土土石石坝坝为为主主坝坝的的水水利利枢枢纽纽都都采采用用这这种种溢溢洪洪道道。。2．侧侧槽槽溢溢洪洪道道该该型型式式的的溢溢洪洪道道的的溢溢流流堰堰与与泄泄槽槽的的轴轴线线接接近近平平行行，，过过堰堰水水流流在在侧侧槽槽段段的的较较短短距距离离内内转转弯弯约约90’，如如图图5—2所示示，，再再经经泄泄槽槽泄泄人人下下游游。。因因而而水水流流在在侧侧槽槽中中的的紊紊动动和和撞撞击击都都很很强强烈烈，，且且距距坝坝头头较较近近，，直直接接关关系系到到大大坝坝的的安安全全。。它它适适宜宜用用在在坝坝肩肩山山体体较较高高、、岸岸坡坡较较陡陡的的中中小小型型水水库库中中。。3．井井式式溢溢洪洪道道如如图图5——3所示示，，这这种种溢溢洪洪道道由由溢溢流流喇喇叭叭口口段段、、竖竖井井段段和和泄泄洪洪隧隧洞洞段段组组成成。。水水流流进进入入环环形形溢溢流流堰堰后后，，经经竖竖井井和和泄泄水水隧隧洞洞段段流流入入下下游游。。它它适适用用于于岸岸坡坡陡陡峻峻、、地地质质条条件件良良好好、、地地形形条条件件适适宜宜的的情情况况。。它它的的缺缺点点是是水水流流条条件件复复杂杂，，超超泄泄能能力力小小，，容容易易产产生生气气蚀蚀和和振振动动。。在在于于程程实实践践中中，，布布置置这这种种泄泄洪洪设设施施往往往往与与导导流流隧隧洞洞相相结结合合，，施施丁丁期期采采用用隧隧洞洞导导流流，，竣竣工工后后废废洞洞利利用用。。专专门门布布置置竖竖井井式式溢溢洪洪道道泄泄洪洪在在我我国国应应用用较较少少，，仅仅在在某某些些山山区区渠渠道道退退水水工工程程中中应应用用过过。。4．虹吸式溢洪洪道它它是由具有虹虹吸作用的曲曲管和淹没在在上游水位以以下的进口(又叫遮檐)所组成，如图图5—4所示。在水库库正常高水位位以上设有通通气孔，当库库水位超出正正常高水位时时，淹没了通通气孔，水流流经过堰顶开开与空气混合合，逐渐将曲曲管内的空气气带出，使曲曲管内产生真真空，虹吸作作用发生而自自动泄水。这这种溢洪道的的优点是能自自动调节上游游水位，不需需设置闸门。。其缺点是超超泄能力较小小，构造复杂杂，且进口易易堵塞，管内内易空蚀。适适用于上游淹淹没高程有严严格限制的情情况。以上四种类型型的泄洪设施施，前两种设设施的整个流流程是完全敞敞开的，故又又称为开敞式式溢洪道，而而后两种称为为封闭式溢洪洪道。1河岸溢洪道的的位置选择河河岸岸溢洪道位置置选择是否得得当，对水库库工程的安全全利造价有很很大影响。其其位置选择主主要考虑以下下条件。(1)枢纽总体布置置方面。溢洪洪道布置应结结合枢纽布置置全面考虑，，避免泄洪、、发电、航运运及灌溉等建建筑物在布置置上的干扰。。其布置时合合理选择进出出位置，保证证水流顺畅。。进水口应短短而直，出水水渠应与下游游河道平顺连连接，避免下下泄水流对坝坝址下游河床床的严重冲刷刷及淤积，保保证其他建筑筑物的正常工工作(2)地形条件，这这是决定溢洪洪道型式和布布置的主要因因素。较理想想的地形条件件是，离大坝坝不远的库岸岸有通向下游游的马鞍形垭垭口，其高程程在正常蓄水水位附近，垭垭口后面有长长度不大的冲冲沟直通原河河道，出口离离坝脚较远，，不威胁大坝坝安全，且易易解决下泄水水流的归河问问题。(3)地质条件。这这是影响溢洪洪道安全的关关键因素。溢溢洪道应布置置在坚固、完完整且稳定的的岩体上。第二节、正槽槽溢洪道工作作特点开敞式正面进进流.泄槽与溢流堰堰轴线正交,过堰水流与泄泄槽方向一致致.组成:进水段（引水水渠）,控制段,泄槽(陡槽),消能段,尾水渠.优点:结构简单,进流量大,泄流能力强,工作可靠,施工、管理、、维修方便，，因而被广泛泛采用。一、正槽溢洪洪道各组成部部分的设计1、引水渠作用：使水流流平顺地进入入控制段，改改善堰身及泄泄槽的流态。。设计原理：在在合理的开挖挖方量下，尽尽量减少水头头损失，以增增加溢洪道的的泄水能力。。断面形式：岩岩基上接近矩矩形，土基上上采用梯形。。进口布置形式式：喇叭口。。图6-2溢洪道的整体体布置单单位：m2、控制堰段作用:控制溢洪道的的泄流能力.横断面:矩形纵剖面:实用堰和宽顶顶堰设计要求:有足够的泄流流能力.*实用堰:流量系数大，，需要的溢流流前缘较短，，较之宽顶堰堰可减少工程程量。但施工工复杂，多用用于岩石地基基上，尤其是是岸坡较陡的的大中型工程程。*宽顶堰:结构简单，施施工方便。但但流量系数较较小，需要的的溢流前缘较较长。多用于于泄洪量不大大或附近地形形较平缓的中中小型工程中中。图6-3常用的控制堰堰3、泄槽段工作特点：在在溢流堰后用用泄槽与消能能段相接，为为使槽内水流流呈急流状态态其纵坡常为为大于临界坡坡度的陡坡，，因此又称其其为陡槽。由由于泄槽内水水流流速较高高，设计时必必须考虑高速速水流产生的的冲击波、脉脉动和空蚀现现象，在布置置和构造上予予以重视，一一般应加高、、加固泄水槽槽的边墙，以以确保溢洪道道的安全。（1）泄槽的纵剖剖面设计泄槽的纵坡一一般做成为大大于临界坡度度的陡坡，通通常i=1%～5%，有时可达10%～15%。*变坡：泄槽很很长时，为适适应地形、地地质条件而设设。由陡变缓，变变坡处用反弧弧段连接R8～10倍水深，易出出现动水压力力破坏，应尽尽量避免。由缓变陡：变变坡处用抛物物线连接。槽槽底易产生负负压。图6-4泄槽变坡处的的竖曲线（2）泄槽的平面面布置从高速水流考考虑，泄槽在在平面上应尽尽量直线、等等宽、对称布布置。实际上，由于于地质（形））条件的限制制，或从减少少开挖、处理理洪水归河、、有利消能等等方面考虑，，往往改变横横断面，设置置收缩段、弯弯曲段或扩散散段。图6-5泄槽的平面布布置(3)断面型式在岩基上一般般接近矩形断断面，土基上上用梯形较多多，边坡不宜宜太缓以防止止水流外溢和和对流态不利利，一般应做做衬砌。(4)弯曲段：渠底底超高法—作用是使流量量分布均匀并并适当改善流流态。对弯曲的泄槽槽，为使槽内内流量分布均均匀和改善流流态，可将渠渠底做成外侧侧高于内侧的的横向底坡，，用重力来平平衡离心力。。图6-6弯道上的泄槽槽5)收缩段与扩散散段收缩段的收缩缩角大小直接接影响由于断断面收缩而产产生的冲击波波的大小。收收缩角越小，，冲击波就越越小，通常收收缩角≤11.25ºº.扩散段一般设设在泄槽的末末端有利于消消能.在高速水流的的条件下,扩散角不宜过过大以免水流流于边墙脱离离.4、消能设施：：泄水槽出口口处，作用是是为了消除下下泄水流具有有破坏作用的的动能，从而而防止建筑物物被水流冲刷刷，保证安全全。消能方式：底底流消能和挑挑流消能。5、尾水渠:当流经泄槽的的急流经过消消能后，不能能直接进入原原河道，需布布置一段尾水水渠，要求短短、直、平顺顺，底坡尽量量接近原河道道的坡度，以以使水流能平平稳顺畅地归归入原河道图6-7溢洪道挑流坎坎布置图单单位：m第三节侧槽槽溢洪道一、侧槽溢洪洪道的特点和和布置1、特点：水流流经过溢流堰堰，泄入与堰堰大致平行的的侧槽后，在在槽内转向约约90°，经泄槽或泄泄水隧洞流入入下游。侧向向进流，纵向向泄流。2、适用:坝址山头较高高、岸坡较陡陡的情况，尤尤其适于中小小型水库中无无闸门控制的的溢洪道中。。3、组成：一般般由控制段、、泄槽、消能能防冲设施和和尾水渠组成成。图6-8侧槽溢洪道典典型布置第四节非非常溢洪道道在建筑物运行行期间，出现现超过设计标标准的洪水，，由于这种洪洪水出现机会会极少，所以以可用构造简简单的非常溢溢洪道来宣泄泄。一旦发生生超过设计标标准的洪水，，即启用非常常溢洪道泄洪洪，只要求能能保证大坝安安全，水库不不出现重大事事故即可。一、漫流式非非常溢洪道这种溢洪道将将堰顶建在准准备开始溢流流的水位附近近，且听任其其自由溢流。。这种溢洪道道的溢流水深深一般取得较较小，因而溢溢流堰较长，，多设于垭口口或地势平坦坦之处，以减减少土石方开开挖量。漫流式非常溢溢洪道的布置置与正槽溢洪洪道类似，堰堰顶高程应选选用与非常溢溢洪道启用标标准相应的水水位高程。控控制段（溢流流堰）通常采采用混凝土或或浆砌石衬砌砌，设计标准准应与正槽溢溢洪道控制段段相同，以保保证泄洪安全全。控制段下下游的泄槽和和消能防冲设设施，如行洪洪过后修复费费用不高时可可简化布置，，甚至可以不不做消能设施施。控制段可可不设闸门控控制，任凭水水流自由宣泄泄。溢流堰过过水断面通常常做成宽浅式式，故溢流前前缘长度一般般较长。因此此，这种溢洪洪道一般布置置在高程适宜宜、地势平坦坦的山坳处，，以减少土石石方开挖量。。二、自溃式非非常溢洪道自溃式非常溢溢洪道有漫顶顶溢流自溃式式和引冲自溃溃式两种型式式。漫顶溢流流自溃式由自自溃坝（或堤堤）、溢流堰堰和泄槽组成成。自溃坝布布置在溢流堰堰顶面，坝体体自溃后露出出溢流堰，由由溢流堰控制制泄流量，如如图6-17所示。自溃坝坝平时可起挡挡水作用，但但当库水位达达到一定的高高程时应能迅迅速自溃行洪洪。为此，坝坝体材料宜选选择无粘性细细砂土，压实实标准不高，，易被水流漫漫顶冲溃。当当溢流前缘较较长时，可设设隔墙将自溃溃坝分隔为若若干段，各段段坝顶高程应应有差异，形形成分级分段段启用的布置置方式，以满满足库区出现现不同频率稀稀遇洪水的泄泄洪要求。浙江南山水库库自溃式非常常溢洪道，采采用2

m宽的混凝土隔隔墙将自溃坝坝分为三段，，各段坝顶高高程均不同，，形成三级启启用形式，除除遇特大洪水水时需三级都都投入使用外外，其他稀遇遇洪水情况只只需启用一级级或两级，则则行洪后的修修复工程量亦亦可减少。自溃式非常溢溢洪道的优点点是结构简单单，施工方便便，造价低廉廉；缺点是运运用的灵活性性较差，溃坝坝时具有偶然然性，可能造造成自溃时间间的提前或滞滞后。所以，，自溃坝的高高度常有一定定的限制，国国内已建工程程一般在6m以下。引冲自溃式也也是由自溃坝坝、溢流堰和和泄槽组成，，在坝顶中中部或分段中中部设引冲槽槽。当库水位位超过引冲槽槽底部高程后后，水流经引引冲槽向下游游泄放，并把把引冲槽冲刷刷扩大，使坝坝体自溃泄洪洪。这种自溃溃方式在溃决决过程中流量量逐渐加大，，对下游防护护较有利，故故自溃坝体高高度可以适当当提高。对于于溢流前缘较较长的坝，也也可以按分级级分段布置。。引冲槽槽底底高程、尺寸寸和纵向坡度度可参照已建建工程拟定。。应当指出，自自溃式溢洪道道在溃坝泄洪洪后，需在水水位降落后才才能修复，如如果堰顶高程程较低，还会会影响水库当当年的蓄水量量。但是，非非常溢洪道的的启用机遇是是很小的，故故这种影响一一般不大。关关键的问题是是保证自溃土土坝在启用时时必须能按设设计要求被冲冲溃，为此应应参照已建工工程经验进行行布置，并应应通过水工模模型试验验证证。三、爆破引溃溃式与自溃式类似似，爆破引溃溃式非常溢洪洪道是由溢洪洪道进口的副副坝、溢流堰堰和泄槽组成成。当溢洪道道启用时，引引爆预先埋设设在副坝廊道道或药室的炸炸药，利用爆爆破的能量把把布置在溢洪洪道进口的副副坝强行炸开开决口，并炸炸松决口以外外坝体，通过过快速水流的的冲刷，使副副坝迅速溃决决而泄洪。如如果这种溢洪洪措施副坝较较长时，也可可分段爆破。。爆破的方式式、时间可灵灵活、主动掌掌握。由于这这种引溃方式式是由人工操操作的，因而而使坝体溃决决有可靠的保保证。应当指出，非非常溢洪道由由于设计理论论不完善，实实践经验不足足，在运用中中还存着不少少问题，在设设计和运用中中应谨慎对待待。若启用不不当，将造成成不必要的人人为洪峰，反反而会加重下下游的灾情。。第七章水工工隧洞洞[本章学习重点点]本章介绍了水水工隧洞的类类型和工作特特点，重点掌掌握水工隧洞洞的功用和类类型、水工隧隧洞的组成、、工作特点、、进水口的形形式和特点、、出口消能、、懂身断面形形式和构造，，要求了解隧隧洞衬砌的荷荷载和结构计计算方法。要要求掌握坝下下涵管的构造造要求。第一节概概述一、水工隧洞洞的类型和工工作特点1水工隧洞的类类型水工隧洞因担担负任务性质质的不同，可可分为取水隧隧洞和泄水隧隧洞两大类。。按工作时水水力条件的不不同，分为有有压隧洞和无无压隧洞两种种。取水隧洞用来来从水库取出出用于灌溉、、发电、工业业用水、生活活供水等所需需要的水量，，其流速一般般较低。泄水水隧洞可配合合溢洪道宦泄泄部分洪水，，用来排沙、、泄放水电站站尾水以及放放空水库等，，一般为高速速水流。有压压隧洞千作时时，隧洞内充