《抽水蓄能电站竖井式泄洪洞设计导则》

ICS27.140

P59

中国电力企业联合会标准

T/CECXXXX-XXXX

抽水蓄能电站竖井式泄洪洞设计导则

DesignGuideforshaftspillwaytunnel

ofPumpedstoragepowerstation

征求意见稿

2020年2月28日

2020-XX-XX发布2020-XX-XX实施

中国电力企业联合会发布

1

目次

前言..............................................................................................................错误！未定义书签。

1总则.................................................................................................................................................1

2术语和符号....................................................................................................................................2

3基本规定.........................................................................................................................................4

4布置.................................................................................................................................................5

5水力设计.........................................................................................................................................8

6结构设计......................................................................................................................................12

7监测设计......................................................................................................................................16

附录A竖井式泄洪洞基本型式及附图

附录B水力设计计算方法及公式..............................................................................................17

本导则用词说明..............................................................................................................................26

引用标准名录..................................................................................................................................27

条文说明...........................................................................................................................................28

抽水蓄能电站竖井式泄洪洞设计导则

1总则

1.0.1为规范抽水蓄能电站竖井泄洪洞的设计，统一设计标准和技术要求，做到安全可靠、

技术先进、经济合理，制定本标准。

1.0.2本标准适用于抽水蓄能电站自由溢流的竖井式泄洪洞设计，包括竖井旋流式和竖井跌

流式泄洪洞两种型式。

1.0.3抽水蓄能电站竖井泄洪洞设计，除应符合本标准外，尚应符合国家现行有关标准的规

定。

1

2术语和符号

2.1术语

2.1.1抽水蓄能电站Pumpedstoragepowerstation

能向上水库抽水蓄能的水电站，一般用于电网的调峰、调频、调相及事故备用。

2.1.2自由溢流Freeoverflow

水流沿堰顶自由下泄，不受闸门控制的泄流方式。

2.1.3竖井旋流式泄洪洞Shaftswirlspillway

水流经起旋（墩）设施的引导，在进口环形堰和竖井中产生带有空腔的旋转流运动，经

竖井和退水隧洞泄入下游的泄洪洞。

2.1.4竖井跌流式泄洪洞Shaftdownflowspillway

水流从环形堰溢流跌入竖井底部消能，再经退水隧洞泄入下游的泄洪洞。

2.1.5环型溢流堰Ringoverflowweir

布置在竖井井口溢流并控制泄洪洞泄量的环形堰。

2.1.6起旋墩Startingpier

布置于竖井旋流式泄洪洞环形溢流堰四周，引导水流产生旋流流动的墩体结构。

2.1.7导流消涡墩Diversionandvortexeliminationpier

布置于竖井跌流式泄洪洞环形溢流堰四周，引导水流平顺下泄并避免进口水流产生旋涡

的墩体结构。

2.1.8消能井Energydissipationwell

位于竖井底部，通过井内水垫水体的掺混、翻滚及相互剪切以消耗水流动能的消能设施。

2.1.9消力墩Stillingpier

布置在竖井与退水隧洞连接段起辅助消能作用的墩。

2.1.10顶压板Toppressureplate

竖井旋流式泄洪洞内布置在竖井与退水隧洞连接段之间顶部，与消力墩组合构成洞内水

垫塘消能型式和起引导水流作用的压板。

2.1.11压坡段Slopesection

竖井跌流式泄洪洞内布置置在竖井与退水隧洞连接部位顶部的收缩式压坡结构，使其下

游水流脱离洞顶而保持退水隧洞为明流形态。

2

2.1.12盲洞Blindhole

与导流洞结合的竖井旋流式泄洪洞，导流洞堵头下游至竖井之间的导流洞洞段。

2.1.13退水隧洞Waterreturntunnel

连接竖井和下游河道（或冲沟）之间，用来泄水或退水的隧洞。

2.1.14台阶消能Stepenergydissipation

利用水流流经泄槽台阶时形成的水平轴游滚、碰撞和掺气等而逐步消耗、分散能量的一

种沿程消能方式。

2.1.15消能率Efficiencyrate

消能设施损耗的能量与水流初始断面能量的比值。

2.2主要符号

2.2.1几何特征

RL——堰顶半径；

P——堰高；

D——竖井直径。

2.2.2水力计算参数

H——环形堰堰顶水头；

Q——流量；

v——流速；

Hd——定型设计水头；

h——水深；

——上、下游水位落差。

2.2.3∆水�力计算系数

m——环形溢流堰的流量系数

Fr——弗劳德数：

——水流空化数

�——消能率

n�——糙率

3

3基本规定

3.0.1竖井式泄洪洞设计需根据枢纽布置收集水文、气象、地形、地质、地震、施工条件、

环境与水土保持要求等资料。

3.0.2抽水蓄能电站上水库根据工程条件可单独设置竖井式泄洪洞作为泄洪设施，下水库仅

设置自由溢流的竖井泄洪洞时，须设置有泄放水库多余水量的放水孔或放水洞。与常规水库

结合布置的抽水蓄能电站单独设置竖井式泄洪洞作为唯一泄洪设施时须进行论证。

3.0.3抽水蓄能电站上、下水库布置有导流洞时，竖井式泄洪洞宜结合导流洞布置。竖井泄

洪洞与导流洞结合部分除满足本标准规定外，还应满足《水电工程施工导流规范》NB/T35041

的相关的要求。

3.0.4竖井泄洪洞的地质勘察工作应按照《水力发电工程地质勘察规范》GB50287的相关规

定执行，竖井位置应进行地质钻孔勘探。

3.0.5竖井式泄洪洞的工程建筑物级别和洪水标准按《防洪标准》GB50201的有关规定执行，

消能防冲的洪水标准按《溢洪道设计规范》DL/T5166的有关规定执行。

3.0.6竖井式泄洪洞混凝土抗冲耐磨设计按《水工建筑物抗冲磨防空蚀混凝土技术规范》

DL5207的相关规定执行。

3.0.7竖井式泄洪洞布置及水力设计应通过水工模型试验验证。

3.0.8竖井式泄洪洞宜进行原型放水监测工作。

4

4布置

4.1一般原则

4.1.1通过水力学条件、结构受力条件等综合比较，可选择采用竖井旋流式或竖井跌流式泄

洪洞型式。竖井旋流式和跌流式泄洪洞基本布置型式参见附录A。

4.1.2竖井式泄洪洞的布置应根据自然条件、枢纽布置及综合利用要求等因素确定。

4.1.3竖井式泄洪洞应包括环形溢流堰进水口、竖井、竖井与退水隧洞连接段、退水隧洞及

出口消能防冲段等建筑物。

4.1.4竖井式泄洪洞的泄量、环型溢流堰直径及竖井直径等应根据下列因素通过技术经济比

较选定：

1）水库枢纽特性及洪水调度；

2）地形、地质条件，下游河床及两岸的抗冲刷能力；

3）运用条件；

4）造价及维护费用等。

4.1.5竖井式泄洪洞进口应布置在稳定的地基上，并应考虑岩体结构特征和地质构造以及建

库后水文地质条件的变化对建筑物的不利影响。

4.1.6当下泄消能防冲标准洪水时，竖井式泄洪洞出口水流的流态及对河道的冲刷不应影响

其他建筑物的安全与正常运行。

4.1.7退水隧洞轴线宜采用直线布置。当需要设置弯段时，应符合《水工隧洞设计规范》

DL/T5195的相关要求。

4.1.8当竖井泄洪洞与导流洞结合时，应根据泄量要求，对导流建筑物的平面布置、断面体

型和堵头布置等提出相应要求。

4.1.9上水库竖井式泄洪洞出口水流宜汇入地质情况较好的主要冲沟。

4.2进口段

4.2.1应选择有利地形地质条件，尽量减少对天然山坡的开挖扰动，保证进口段岸坡施工期

及运行期的稳定，对于进口段外侧边坡应进行稳定分析及必要的加固处理。

4.2.2在土石坝枢纽中，当进口段位于上游坝坡或靠近坝肩时，进口段水流不应影响坝坡及

坝肩稳定。

4.2.3竖井跌流式及旋流式泄洪洞进水口均宜采用环形溢流堰控制泄量，环型溢流堰堰顶高

5

程与正常蓄水位齐平。

4.2.4采用竖井跌流式泄洪洞时，进口宜避免产生漩涡及回流，进口周边可设置必要的导流

防涡措施，并采用合适的开挖轮廓，引导水流平顺入井。

4.2.5旋流式竖井泄洪洞应在环形溢流堰前设置起旋（墩）设施，起旋墩的体型布置可按附

录B规定初拟，最终应根据水工模型试验确定。

4.2.6竖井式泄洪洞应根据库区漂浮物来源情况及运行管理方式等因素，对进口设置拦污设

施的必要性进行论证。

4.3竖井段

4.3.1竖井段的布置型式宜结合地形、地质及退水隧洞布置等因素综合确定。

4.3.2竖井段宜采用埋藏式，当地形条件不满足要求时，竖井段顶部可采用岸塔式。

4.3.3竖井中心线应布置在退水隧洞轴线处。

4.3.4竖井泄洪洞竖井内径宜与进水口环型溢流堰末端直径相同，经论证，可采用变径型式。

4.3.5当泄洪洞竖井需布置掺气设施时，宜在环型溢流堰与竖井连接段设置掺气坎与通气孔。

4.4竖井与退水隧洞连接段

4.4.1竖井旋流式泄洪洞

旋流式泄洪洞竖井与退水隧洞连接段应设置消能设施，宜采用盲洞、消力墩和顶压板构

成洞内水垫塘消能方式，也可采用消能井的消能方式。

4.4.2竖井跌流式泄洪洞

1）竖井跌流式泄洪洞竖井与退水隧洞连接段应设置消能井，消能井截面形状可根据地

质条件及水力学条件采用圆形、矩形或其他形状。消能井的深度宜取1～2D。

2）竖井与退水隧洞宜以压坡段进行衔接，其顶部坡度宜取1：6~1：8，压坡段末端设

置通气设施。

3）当下泄流量和水流落差较小时，可对连接段退水隧洞顶部进行局部加高，不设压坡

段和通气设施。

4.5退水隧洞段

4.5.1退水隧洞轴线宜采用直线，当流速小于15m/s时可采用曲线布置，但应符合下列要求：

1）弯道宜设置在流速较小、水流平稳，底坡较缓且无变化的地段；

6

2）弯曲半径不宜小于5倍的洞径或洞宽，转角不宜大于60°；

3）弯道收尾应设置长度不小于5倍洞径或洞宽的直线段。

4.5.2退水隧洞应采用无压隧洞型式，其底坡应结合水力条件和施工条件确定。

4.5.3退水隧洞断面宜采用圆拱直墙式，当地质条件较差时，也可采用圆形断面或马蹄形断

面。

4.5.4退水隧洞段上覆岩体厚度要求按《水工隧洞设计规范》DL/T5195要求执行。

4.6出口段

4.6.1出口段宜避开滑坡等不利的地质条件。

4.6.2当下泄水流不能直接进入河道时，应设置出水渠，当隧洞出口与河道高差较大时，出

水渠宜采用台阶消能方式衔接河道。

4.6.3出水渠轴线宜与下游河道中心线保持较小的夹角，下游防护措施应根据河道抗冲刷能

力、运行管理要求等综合确定。

7

5水力设计

5.1一般规定

5.1.1水力设计应包括以下内容：

1）泄流能力计算；

2）进水口水力设计；

3）竖井水力设计；

4）竖井与退水隧洞连接消能段水力设计；

5）退水隧洞水力设计；

6）出口消能防冲水力设计；

7）高速水流防空蚀设计。

5.1.2各项水力设计内容，均应经水工模型试验验证。

5.1.3竖井式泄洪洞水力设计应满足下列要求：

1）泄流能力须满足设计洪水及校核洪水下的泄量要求。

2）体型边界合理，竖井及退水隧洞水流流态稳定，竖井旋流或跌流消能良好，出流与

下游河床或冲沟水流衔接平顺。

3）避免洞内发生空蚀。

5.1.4泄洪洞沿程水头损失计算的糙率系数，可按《溢洪道设计规范》DL/T5166附录中的

常用糙率建议值选取。

5.2进水口

5.2.1进口环形溢流堰宜采用实用堰型，堰面曲线按附录A1.1计算。

5.2.1竖井旋流式泄洪洞进水口水力设计应满足以下要求：

1）堰顶上游堰头可采用圆弧、椭圆或幂曲线，堰顶下游堰面宜采用椭圆曲线或幂曲线。

2）环形溢流堰的堰面应尽量避免出现负压。当堰面采用幂曲线时，宜选用使堰面负压

较小的堰面体型；当采用1/4椭圆型曲线时，设计洪水条件下堰面负压应小于30kPa，非常

运行工况下堰面容许出现的负压值应不大于60kPa。

3）堰前起旋墩宜根据运行水位设计为潜水型式，潜水起旋墩的数量、墩与堰的夹角及

墩体高度，应满足产生稳定旋流及泄流能力的要求。

4）起旋墩宜采用流线体型与环形堰连接，起旋墩和环形堰外缘切线的角度宜取，

θ≤15°

8

起旋墩布置按附录B1.2设计。

5）起旋墩+环形溢流堰的泄流能力，根据附录B2.1计算。

5.2.2竖井跌流式泄洪洞进水口水力设计应满足以下要求：

1）进口环形溢流堰面曲线宜按5.2.1第1）、第2）条设计。

2）当环形溢流堰P/RL<1(P为堰高,RL为堰顶半径)，或者竖井周围来流流速v>0.3m/s时，

进口处易产生旋流及漩涡，应设置导流防涡措施，保证和提高泄流能力。导流防涡措施可按

附录B1.3确定。

3）环形溢流堰的泄流能力，应根据附录B2.2计算。

5.3竖井段

5.3.1竖井旋流式泄洪洞竖井段水力设计应满足以下要求：

1）旋流式竖井直径应满足设计泄流量要求，应保证形成稳定的旋流空腔，避免发生呛

水或壅水而降低泄流能力。

2）竖井直径D可按附录B3.1计算

5.3.2竖井跌流式泄洪洞竖井段水力设计应满足以下要求：

1）跌流式竖井直径应满足设计泄流量要求，应保证进口为自由堰流，避免进口发生呛

水或淹没流等影响泄流能力。

2竖井直径D应根据附录B3.2计算。

3竖井突扩掺气段应设置通气设施，通气孔（管）的风速宜小于60m/s。

5.4竖井与退水隧洞连接段

5.4.1竖井旋流式泄洪洞采用盲洞、消力墩及洞顶压板构成的水垫塘消能方式时，应满足：

1）盲洞、消力墩及洞顶压板的组合体型，应保证形成良好的水垫塘消能效果，并使压

板下游退水隧洞内为稳定的明流形态。

2）消力墩体可采用三角形断面型式，墩体顶部宜采用1200顶角，避免产生负压。

3）洞顶压板宜采用倒三角型式，压板及下游洞顶应设通气管（井），防止出现不稳定

的负压涡。

5.4.2竖井跌流式泄洪洞竖井与退水隧洞连接段水力设计应满足以下要求：

1）竖井底部消能井的面积及深度应满足消能充分、水流稳定的要求，井深一般可取竖

井直径的1.0~2.0倍。

9

2）竖井与退水隧洞连接段顶部压板体型应光滑平顺，使压板下游水流脱离洞顶，应保

持退水隧洞内为明流流态。

3）压板后宜设置通气及补气孔，保证洞顶后有足够的通气量。当退水隧洞较短或洞顶

余幅很大时，压板后可不设通气孔。

5.4.3泄洪洞旋流或跌流内消能工的消能率按附录B.4中的公式计算。

5.5退水隧洞段

5.5.1退水隧洞应设计为无压隧洞型式，无压隧洞水面线以上的洞顶余幅，宜为断面面积的

15%~25%以上。当采用圆拱直墙式断面时，水面线不宜超过直墙范围。

5.5.2退水隧洞的水面线，应根据能量方程采用分段求和法或其他方法计算。

5.6出口消能防冲

5.6.1出口消能防冲的水力设计按《溢洪道设计规范》DL/T5166规定执行。

5.6.2竖井式泄洪洞出口水流汇入其它不常过流的冲沟时，应确保不产生危害性冲刷。

5.7防空蚀设计

5.7.1竖井式泄洪洞的防空蚀设计应包括下列部位和区域：

1）溢流堰面、竖井、竖井与退水隧洞连接段等水流边界突变处。

2）消能井、消力墩、洞顶压板处。

3）水流空化数较小的部位。

5.7.2竖井式泄洪洞各部位的水流空化数应大于该处体型的初生空化数。水流空化数、

初生空化数及是否发生空蚀的判别标准σ，可按《溢洪道设计规范》DLσ/Ti5166的附录计σ算

选取及判别，σi初生空化数还可通过减压模型试验以及参照已建工程经验确定。

5.7.3对于容易发生空蚀的σ部i位和区域，可采用以下防空蚀措施：

1）选取合理的体型。

2）控制水流边界壁面的局部不平整度，控制标准应按《溢洪道设计规范》DL/T5166

相关规定执行。

3）竖井内的水流流速超过35m/s时，应设置掺气减蚀设施；正常运行工况下竖井过流

断面不宜出现负压或负压在不引起水流空化的范围，否则须修改体型或采取掺气减蚀等措施。

4）采用抗蚀性能良好的材料。

10

5.8水工模型试验技术要求

5.8.1竖井泄洪洞的水工模型试验须遵循《水利水电工程水工（常规）模型试验规程》DL/T

5244的规定。对于设置掺气设施的情况，还须同时遵循《水电水利工程掺气减蚀模型试验

规程》DL/T5245的规定；采用减压模型研究泄洪洞空化空蚀问题时，须同时遵循《水电水

利工程水流空化模型试验规程》DL/T5359的规定。

5.8.2竖井泄洪洞的体型设计应通过整体水工模型试验论证，水工模型试验研究的主要内容

及要求有：

1）验证竖井泄洪洞的泄流能力。

2）验证环形堰进口及竖井体型合理性。进口段来流须保证流态平顺稳定且不产生明显

漩涡；竖井旋流泄洪洞的环形堰顶水流在起旋设施作用下能有效起旋，且竖井中央能形成稳

定的空腔；竖井跌流泄洪洞环形堰应为自由堰流。

3）论证竖井与退水隧洞连接段消能或消能设施体型的合理性。洞内消能设施应起到较

好的消能率效果及调整流态的作用，同时避免发生空化空蚀及保证退水隧洞为平顺的明流。

4）验证流速、压力及掺气减蚀等其他水力学指标。

5）验证泄洪洞出口水流衔接及消能防冲效果。

6）跌流式竖井泄洪洞采用突扩等掺气措施时，竖井掺气及通气设施体型尺寸应根据水

工模型试验确定。

7）竖井底部消能井的面积、深度等体型参数，旋流式竖井泄洪洞的消力墩+顶压板组

合消能体型，均应经水工模型试验优化确定。

11

6结构设计

6.1一般规定

6.1.1竖井式泄洪洞的结构设计，应根据布置、水力设计、地基及运用条件，结合防渗、排

水、止水及锚固等工程措施，在保证工程运行安全的的前提下，选用经济合理的结构形式及

尺寸。

6.1.2竖井式泄洪洞结构设计，应根据水工建筑物级别，采用相应的水工建筑物结构安全级

别，见表6.1.3。

表6.1.3水工建筑物级别与结构安全级别对照表

水工建筑物级别水工建筑物的结构安全级别

1Ⅰ

2,3Ⅱ

4,5Ⅲ

6.1.3建筑物的混凝土强度等级、抗渗等级、抗冻等级及抗冲磨要求，应按照DL5057《水工

混凝土结构设计规范》及DL/T5207《水工建筑物抗冲磨防空蚀混凝土技术规范》执行，寒

冷地区的混凝土抗冻等级应符合《水工建筑物抗冰冻设计规范》DL5082的规定。竖井式泄

洪洞竖井及连接段混凝土强度等级不宜低于C35，退水隧洞混凝土强度等级不宜低于C30。

6.1.4竖井式泄洪洞的支护设计应根据围岩的地质条件、洞径、施工程序及方法，通过工程

类比、结合围岩稳定与结构分析成果，选择合适的支护型式与支护参数。

6.2结构计算

6.2.1竖井式泄洪洞的结构设计采用《水利水电工程结构可靠性设计统一标准》GB50199的

概率极限状态设计原则，按分项系数极限状态设计表达式进行结构计算，具体按照《水工建

筑物荷载设计规范》DL5077、《水工混凝土结构设计规范》DL/T5057执行。

6.2.2竖井段结构应分别按承载能力极限状态及正常使用极限状态进行计算和验算下列内容：

1）承载能力极限状态：井壁强度、竖井及消能井洞室围岩稳定计算，结构构件局部应力验

算。竖井地面以上结构，应按《水电工程水工建筑物抗震设计规范》NB35047的有关规定

进行验算。

2）正常使用极限状态：井壁裂缝宽度、竖井地面以上结构变形计算。

6.2.3竖井结构按承载能力极限状态设计时，应考虑以下两种作用效应组合：

12

1）基本组合—持久设计状况或短暂设计状况下，永久作用与可变作用的效应组合；

2）偶然组合—偶然设计状况下，永久作用、可变作用与一种偶然作用的效应组合。

6.2.4竖井结构按正常使用极限状态设计时，应考虑作用的标准组合。

标准组合—持久设计状况下，永久作用、可变作用均采用标准值为作用代表值的组合。

6.2.5基本组合与标准组合由下列1）~4）款的永久和可变作用产的效应组合，偶然组合应

在基本组合下计入下列5）~7）款的一个偶然作用。

1）结构自重；

2）水库上游正常蓄水位、设计洪水位及防渗排水设施正常工作时的外水压力；

3）围岩压力；

4）施工工况下的灌浆压力；

5）水库上游校核洪水位时的外水压力；

6）地震作用；

7）其他出现机会很少的作用。

竖井结构承载能力极限状态作用的荷载组合按表6.2.4考虑。

表6.2.4竖井结构极限状态设计作用组合表

效应计算衬砌围岩内水外水灌浆地震

设计状况

组合工况自重压力压力压力压力作用

持久状况正常运行工况√√√√

基本

施工工况√√√√

组合短暂状况

检修工况√√√

校核洪水位

偶然√√√√

偶然状况运行工况

组合

地震工况√√√√√

标准

持久状况正常运行工况√√√√

组合

注：1应根据各种作用同时发生的概率，选择计算中最不利的组合；

2地震工况下的水压力按正常蓄水位计算，有论证时可另作规定。

6.2.6竖井钢筋混凝土结构可采用结构力学或弹性力学方法计算，对于地质条件、结构复杂

或伸出地面高度较大的竖井结构，其结构内力及变形宜采用有限元法进行分析计算。

6.2.7当竖井周围地质条件较差，且周围存在明显的不对称土荷载或围岩压力时，宜按偏压

荷载进行结构计算与稳定分析，并采取相应的结构措施。

13

6.2.8进水口底板及沿岩石开挖边坡衬护而成的贴坡式边墙等，可按弹性地基上的板或梁进

行内力计算，根据《水工混凝土结构设计规范》DL/T5057并参照类似工程经验配筋。

6.2.9退水隧洞的结构及配筋计算参照《水工隧洞设计规范》DL/T5195执行。

6.3进口段衬护

6.3.1进口外侧底板高程应低于堰顶高程不小于1m~2m。

6.3.2进口段外侧底板可采用现浇混凝土护面，厚度可采用0.5m左右，当地质条件较好时，

可不进行衬护。

6.3.3进口段外侧底板结构分缝可采用平缝，有防渗要求时，缝中应设止水；底板衬砌与环

型溢流堰间应设置结构缝。

6.3.4进口外侧边坡应根据地形地质条件、地下水位及水库运行等因素进行设计，按照《水

电水利工程边坡设计规范》DL/T5353进行稳定分析，对严寒地区应按《水工建筑物抗冰冻

设计规范》DL/T5082考虑水库冻融作用的影响。

6.4环形溢流堰

6.4.1环形溢流堰的结构型式应采用整体式，环向不设结构缝。

6.4.2环型溢流堰堰口直径与竖井内径之比小于2时，溢流堰外侧边壁可采用直立式结构；

当环型溢流堰堰口直径与竖井内径之比大于2时，溢流堰外侧边壁可采用倒悬式结构。

6.4.3起旋墩采用与环型溢流堰分离的结构；导流消涡墩宜用与环型溢流堰整浇的结构。

6.5竖井段

6.5.1竖井应采用钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度不宜小于1m，衬砌配筋应采用双层配筋。

6.5.2当考虑地震设防，且竖井周边地质条件较差或竖井伸出地面高度较大时，应进行抗震

计算，且需采取加强其整体性和刚度等抗震措施。

6.5.3作用在竖井衬砌上的最大外水压力，宜采用水库运行的最高水位，一般不考虑折减。

6.5.4竖井段水平施工缝应设键槽和止水。

6.5.5竖井与围岩的相互连接应设置锚筋，并将锚筋与竖井衬砌中的内侧钢筋焊接。

6.6竖井与退水隧洞连接段

6.6.1竖井与退水隧洞连接段受力条件复杂，其结构设计中应考虑水流脉动荷载的振动作用，

宜采用有限元法或边值法计算。在地质条件较差的情况下宜对其进行动力分析验算。

14

6.6.2消能井深度在保证消能效率的同时，宜深入弱风化及以下岩石3m～5m。

6.6.3消能井断面面积不应小于竖井断面面积，其底板厚度不宜小于2m，衬砌厚度宜取

1m~2m，具体衬砌厚度依据水力条件、围岩地质参数及结构条件经计算后确定。

6.6.4消能墩和顶压板与混凝土衬砌应可靠连接。

6.6.5竖井与退水隧洞连接处上、下洞口宜设置圆形倒角，倒角半径可取1.5m～2m。

6.6.6连接段宜设置锚筋，并将锚筋与连接段衬砌中的内侧钢筋焊接。

6.7退水隧洞

6.7.1退水隧洞的结构及配筋计算按照《水工隧洞设计规范》DL/T5195要求执行。

6.7.2退水隧洞宜采用圆拱直墙式断面，圆拱中心角90°～180°，当地质条件较差时或洞轴线

与岩层夹角较小时，也可采用圆形或马蹄形断面。

6.7.3地质条件较差时，帷幕前退水隧洞外水压力应采用水库运行水位计算，一般不考虑折

减系数。

6.8出口段

6.8.1设置有台阶消能段时，根据地形地质条件，可采用分离式结构或整体式结构。

6.8.2应根据出口段地质条件结合水工模型试验成果，在出口段设置必要的海漫消能措施和

防掏墙等下游河岸防护设施。

6.9灌浆和防渗

6.9.1竖井段、连接段及帷幕前的退水隧洞段的围岩应进行固结灌浆处理，帷幕后的退水隧

洞段可根据地质条件研究确定。固结灌浆的参数，可按工程类比或现场试验确定。

6.9.2连接段、退水隧洞段衬砌顶拱与围岩之间应进行回填灌浆，回填灌浆压力可采用

0.2~0.3Mpa。

6.9.3退水隧洞与防渗帷幕立面相交处，应设置固结灌浆加强段与防渗帷幕可靠搭接。

15

7监测设计

7.1一般规定

7.1.1泄洪建筑物应根据其级别、水头、泄量、结构型式及地质条件，设置必要的监测项目。

7.1.2监测设计布置遵循以下原则：

1）以监测结构的安全状态为主，验证设计和科学研究为辅。

2）监测测点宜设置在地质和结构复杂的特殊部位，水力学专项监测应结合水工模型试

验确定部位。

3）监测项目宜少而精，能全面反映建筑物运行工况的基础上，有针对性的突出重点，

做到各监测项目相互协调和资料分析相互验证。

4）数据采集宜采用自动化系统，符合精度要求，方便、直观，各监测数据能相互对比、

校核。

7.2监测项目

7.2.1原型监测包括安全监测和水力学专项监测。

7.2.2安全监测项目应根据建筑物级别、水头、泄量、结构型式及地质条件，选设围岩变形、

锚杆应力、钢筋应力等监测。

7.2.3水力学专项监测包括水位、流态、流速、压力、消能、空化空蚀、通气及掺气、振动

等监测。水力学监测设计应符合《水利水电工程水力学原型观测规范》SL616的有关规定。

7.2.4导流洞封堵体，宜进行接缝位移和渗透压力等监测。

16

附录A竖井式泄洪洞基本型式及附图

A．1自由溢流的竖井泄洪洞主要分为竖井跌流和旋流式泄洪洞两种型式。

A．2竖井旋流式泄洪洞基本型式及附图

竖井旋流式泄洪洞一般由起旋墩+环形溢流堰进口段、旋流竖井段、盲洞+消力墩+洞顶

压板的水垫塘消能段、退水隧洞段及出口段组成（见图A.2-1）。

A潜水起旋墩A

潜水起旋墩潜水起旋墩

环形溢流堰

环形溢流堰

旋流竖井

AA

出口

顶压板

盲洞

消力墩退水隧洞

纵剖面图

出口

盲洞消力墩顶压板退水隧洞

平面图

图A.2-1竖井旋流式泄洪洞的基本布置型式

A．3竖井跌流式泄洪洞基本型式及附图

竖井跌流式泄洪洞一般由井口导流防涡设施、环形溢流堰、跌流竖井段、消能井段、退

水隧洞段及出口段组成（见图A.3-1）。

17

AA

环形溢流堰

环形溢流堰

竖井

AA

顶压板通气孔出口

退水隧洞

消能井

图A.3-1竖井跌流式泄洪洞的基本布置型式

18

附录B水力设计计算方法及公式

B．1环形堰面曲线

B.1.1竖井旋流式泄洪洞堰面曲线

（1）环形堰顶下游曲线采用椭圆曲线（参见图例B.1.1-1）时，即按下式计算：

22(B.1.1-1)

��

22

式中：a——椭圆曲线�+长�半=轴1，可取a=；

b——椭圆曲线短半轴，可取(2.2~2.5)�。

�

�2

x、y——堰面曲线纵、横坐标�。=�−

图B.1.1-1旋流竖井泄洪洞进口堰面及起旋墩

（2）环形堰顶下游堰面采用幂曲线（图B.1.1-2）时，宜采用加大堰口半径的方法形

'

成堰面负压较小的堰面体型，其值可由图B.1.1-3按查取。确定后R，L环形实用

''

堰的堰面形状可按表B1.1中所列堰面曲线方程选取计H0算/R，L且取�表�/中��。��

'

��=�

19

图例B.1.1-2环形实用堰幂曲线

图B.1.1-3与H0/RL关系曲线

'

��/��

表B.1.1环形实用堰堰面曲线方程

堰顶上游曲线堰顶下游曲线

Hxy

Psee

H

RRdHd

方程x限界值方程x限界值

HdHd

0.4101.85

xyyy

0.2-0.2370.10350.635-0.1900.6103.20

HdHdHdHd

0.3971.8513.6

xyyxx

2.00.3-0.2090.08930.568-0.1660.6850.0000092.25

HdHdHdHdHd

0.4241.8512.8

xyyxx

0.4-0.1740.07640.538-0.1450.8300.0351.45

HdHdHdHdHd

0.4191.734.99

xyyxx

0.6220.5900.00735

0.2-0.2190.0972HH-0.1553.50

ddHdHdHd

0.4511.738.83

xyyxx

3.00.3-0.1890.08170.637-0.140.6500.001742.15

HdHdHdHdHd

0.4401.736.98

xyyxx

0.4-0.1560.06550.556-0.120.7250.1401.35

HHH

HdHdddd

0.4301.734.77

xyyxx

0.2-0.1920.07240.625-0.1600.6000.007353.45

HH

ddHdHdHd

0.4761.7313.8

xyyxx

0.150.3-0.1640.06270.665-0.1250.6600.00082.15

HdHd

HdHdHd

0.4531.736.67

xyyxx

0.4-0.1320.5040.540-0.1050.7600.1551.35

HHH

HdHdddd

20

B.1.2竖井旋流式泄洪洞进口起旋墩设计

1、起旋墩墩体数量不宜过多或过少，以6~8个为宜；

2、墩体沿环形堰对称布置，墩体形状宜采用流线型。

图例B.1.2-1竖井泄洪洞进口起旋墩（桐城抽水蓄能电站上水库）

B.1.3跌流竖井泄洪洞进口的导流防涡型式

井口的导流防涡型式，可参考图例B.1.3-1和图例B.1.3-2.

图例B.1.3-1井口导流防涡型式（水工设计手册）

21

图例B.1.3-2琼中抽水蓄能电站上水库竖井泄洪洞进口导流墩

B．2泄流能力计算公式

B.2.1竖井旋流式泄洪洞中，起旋墩+环形实用堰的泄流能力按下列公式计算：

(B.2.1-1)

1.5

式中：Q——流�量=，�m23/�s�；�2��

RL——堰口半径，m;

H——环形堰堰顶水头，m;

g——重力加速度，m/s2；

m——环形溢流堰流量系数，对于起旋墩+环形溢流堰面采用椭圆曲线的型式，，

流量系数可按下式计算：

(B.2.1-2)

−1.5−1.5�/��

上式的适用条件�范=围0为.19：+0.035(�/��)�，当泄洪洞设计流量较大时，可选取

较小值（小流量时选取较0大.2值2≤）。�/��≤0.7�/��

B.2.2跌流式竖井泄�洪/�洞�的环形实用堰采用幂曲线时，其泄流能力同样按公式（B.2.1-1）计

算，环形堰的流量系数m则按下式推求：

(B.2.2-1)

�����

式中：——堰上�水头=等�于�定�型�水�头时的流量系数，可按以下公式计算：

�

�(B.2.2-2)

��

�