团滩河水库电站工程主要建筑物设计方案

团滩河水库电站工程主要建筑物设计方案1.1一级电站主要建筑物1.1.1挡水建筑物（1）坝体剖面设计=1\*GB3①坝顶高程的确定根据《碾压式土石坝设计规范》（DL/T5395-2007），坝顶高程按以下公式计算：y=R+e+A式中：y——坝顶超高(m)；R——最大波浪在坝坡上的爬高（m）；e——最大风雍水面高度(m)；A——安全加高(m)，正常情况取0.7m，非常情况取0.5m。波浪的波高和平均波长采用官厅水库公式：式中：h——波高（m），当=20～250时，为累积频率5%的波高h5%；当=250～1000时，为累积频率10%的波高h10%；W——计算风速（m/s）。正常运用情况下取W=1.5V；非常运用情况下取W=V。V为多年平均最大风速，V=9.9m/s；D——风区长度（m），取为500m；Lm——平均波长（m）。经计算，设计情况下，gD/W2=23，其值介于20～250之间；校核情况下，gD/W2=50，其值亦介于20～250之间，因此，波高h为累积频率5%的波高h5%。平均波高hm与平均水深Hm的比值小于0.1，故查表得，累积频率5%的波高h5%与平均波高hm的比值为1.95，即可求得平均波高hm。风壅水面高度计算公式如下：式中：e——计算点处的风壅水面高度(m)；D——风区长度（m），取500m；K——综合摩阻系数，取3.6×10-6；β——计算风向与坝轴线法线的夹角(°)；Hm——水域平均水深(m)。平均波浪爬高计算公式如下：式中：Rm——平均波浪爬高(m)；m——单坡的坡度系数；K△——斜坡的糙率渗透性系数，根据护面类型确定，本工程为砼护坡，取K△=0.9；kW——经验系数；hm——平均波高(m)。该大坝工程等级为3级，根据《碾压式土石坝设计规范》（DL/T5395-2007），3级坝应采用累积频率为1%的波浪爬高值R1%，其值可由平均波浪爬高Rm换算求得。查表得，累积频率为1%的波浪爬高值R1%与平均波浪爬高Rm比值为2.42。经计算，坝顶高程计算成果见表6-29。坝顶高程计算成果表表6-29计算工况水库水位(m)设计爬高R(m)风壅高度e(m)安全加高（m）计算坝顶高程(m)正常蓄水情况480.01.1850.00020.7481.885设计洪水情况480.01.8850.00020.7481.885校核洪水情况481.390.820.000090.5482.71由上表可知，计算最大坝顶高程由校核洪水情况确定，其计算最大坝顶高程为482.71m。为减少坝体工程量，考虑在坝顶上游侧设2.6m高的防浪墙，墙顶高出坝顶1m，因此确定墙顶高程483.0m，坝顶高程482.0m。=2\*GB3②坝顶结构设计坝顶宽度是根据《混凝土面板堆石坝设计规范》（SL228—98）的要求和坝顶交通及施工要求确定的。坝顶宽6m（不包括防浪墙），上游侧设高为2.6m的钢筋混凝土防浪墙，防浪墙底部与面板顶部有一接缝并设止水。坝顶结构考虑交通公路的要求，设20cm厚的混凝土路面，其下为30cm厚的碎石垫层，坝顶采用单侧坡度向下游排水，分段集中引至坝下。坝顶下游侧设有30cm厚、50cm高的混凝土路缘石。=3\*GB3③上、下游坝坡拟定=4\*GB3④坝体分区设计坝体材料分区原则:A、坝轴线以上堆石体是承受水荷载的主体,此部位堆石体应具有较高的变形模量，以使坝体变形尽可能小，从而使面板和止水系统不致因坝体变形过大而遭致破坏，坝轴线下游堆石体的变形模量可适当降低。B、各区坝料之间应满足水力过渡要求，渗透系数从上游至下游递增，并保证坝体排水畅通，以防止坝体内部产生管涌和冲蚀。C、D、坝料分区尽可能简单。按照以上原则，大坝分为以下几个主要填筑区：(a)上游粉细砂铺盖区当面板局部开裂和止水系统受损后，防渗料随水流带进缝中，经面板下垫层料的反滤作用，淤堵裂缝，恢复防渗性能。铺盖顶部高程河床段为432.00m，两坝肩为453.00m，河床段与两坝肩通过1：1.5的坡度相连，顶宽3.0m，上游边坡1:1.5。(b)盖重区覆盖在上游粘土铺盖上，维持上游铺盖区的稳定，并起保护作用。选用大坝开挖的弃碴料填筑，顶部高程河床段为432.00m，两坝肩为453.00m，河床段与两坝肩通过1：1.5的坡度相连，顶宽3.0m，上游边坡1：2.8。(c)特殊垫层区：此处有出现漏水的可能性，为加强对周边缝的渗漏控制，在趾板周边缝下游侧设置特殊垫层区，该区材料为料场人工破碎筛分后配制的砂岩料。最大粒径为40mm，小于5mm的颗粒含量为35%～60%，小于0.75mm的颗粒含量控制在5～10%。薄层碾压密实（碾压层厚0.2m，适量加水），以尽量减少周边缝的位移，同时起到反滤作用。(d)垫层区：垫层区水平宽度3.0m，以1:1.4的坡等宽布置。材料为料场人工破碎筛分后配制的砂岩料。最大粒径为80mm，小于5mm的颗粒含量为30%～45%，小于0.75mm的颗粒含量控制在4～6%。设计干密度2.2g/cm3，孔隙率18.5%，渗透系数1×10-4cm/s，碾压层厚0.4m，适量加水。垫层上游坡面为挤压砼边墙，以满足面板施工及临时度汛的要求。挤压式边墙断面为梯形，以铰接的方式使边墙可适应垫层区的变形，其底部不会形成空腔，有效避免空腔对面板的不利影响。墙高度为垫层料的设计铺填厚度，边墙上游侧坡度与混凝土面板堆石坝的上游坝坡相同，为1:1.4。本工程顶部宽度确定为10cm。边墙下游侧坡度采用8:1(e)过渡层区：砂0mg/cm10-3cm/s，(f)主堆石区：是面板堆石坝的主要受力区，要求用良好的级配，坚硬的石料填筑，压实后能自由排水。最大粒径600mm，粒径小于5mm的颗粒含量不超过，粒径小于0.075mm的颗粒含量不超过5%，2.1g/cm3，10-2cm/s，(g)次堆石区：次堆石区由于其变形对坝体和面板变形影响不大，材料选用微风化砂岩料，部分采用泄洪洞开挖料填筑。最大粒径80mm,粒径小于0.075mm的颗粒含量不超过5%，设计干密度2.05g/cm3，孔隙率22%，填筑层厚度1.0m，适量加水。另外，在下游坝坡最外层砌筑粒径的大于60cm的干砌石帮砌整齐作为护面。(h)滤水坝趾区：在大坝下游414m以下设置堆石棱体,材料选用微风化灰岩料。最小粒径1.0m,设计干密度2.0g/cm3,孔隙率23%，填筑层厚度1.2m。坝体分区堆石设计指标表表6-30坝体分区填筑材料最大粒径（mm）设计干容重（g/cm3）建议碾压遍数加水量垫层区人工破碎砂岩料802.218.50.43～10适量人工破碎砂岩料402.218.50.2——过渡区人工破碎砂岩料3002.15200.48～1025主堆石区料场砂岩料6002.1210.86～825次堆石区料场砂岩料和泄洪洞开挖料8002.05221.06～825滤水坝趾区人工破碎砂岩料≥10002.0231.26适量（2）坝体防渗结构设计=1\*GB3①混凝土面板设计面板顶部高程480.77m，顶部厚度取0.3m，并向下部逐渐增加，底部厚度按下式计算：t=0.3＋0.003H式中：t——面板厚度（m）；H——计算断面至面板顶部的垂直距离（m）。钢筋混凝土面板底部最大厚度为0.51m。面板采用单层双向配筋，各向平均含筋率为0.4%。面板混凝土标号C25W8F50，二级配，水灰比小于0.50。=2\*GB3②趾板设计根据《混凝土面板堆石坝设计规范》（SL228—98）要求、地质建议及本工程的实际情况，趾板建在弱风化岩的上部。趾板宽度按水头的1/10～1/20考虑，根据所处的地质条件及水头，趾板宽度分为5m、4.5m和4m，分界在432.00m、457.00m高程，厚度均为0.5m。为了适应温度变化和干缩影响，趾板沿长度方向设伸缩缝，每段长约12m，与面板垂直缝错开。趾板混凝土标号C25W8F50，顶部设配筋率0.3%单层双向钢筋。为了提高趾板基础部位岩石的完整性，保证趾板与基础结合，同时提高表层基岩的抗渗能力，沿趾板线全长布置锚筋和进行浅孔固结灌浆，锚筋直径φ28mm，锚入岩石深4m，间距为2m；浅孔固结灌浆深6m。=3\*GB3③接缝止水设计止水系统在混凝土面板堆石坝中是比较关键的环节。为了适应坝体的沉降变形，在面板与趾板之间设置周边缝，面板与面板之间设置垂直缝，趾板之间设置伸缩缝，防浪墙与面板设水平缝。在不便滑模浇筑的局部，设临时水平施工缝，该缝可不设止水，但面板钢筋要穿过缝面。根据缝的不同作用和要求，采用了以下几种不同的止水构造型式。A、周边缝周边缝设二道止水，即底部铜片止水，周边缝表面设柔性填料止水，其上用橡胶膜密封保护，两侧用扁钢固定并保护。周边缝采用沥青浸渍木板嵌缝，厚度为12mm。B、面板垂直缝垂直缝分为压性缝（B型垂直缝）和张性缝（A型垂直缝）两种。A型垂直缝：张性垂直缝，左岸3条，右岸5条，缝间距为6m，该缝设二道止水，即底部止水铜片，顶部设柔性填料止水。B型垂直缝：压性垂直缝，共9条，缝间距为12m，设一道止水，即底部止水铜片。C、趾板伸缩缝趾板伸缩缝与面板分缝错开，而且垂直于“x”线，设一道橡胶止水，并与周边缝止水构成封闭系统。D、坝顶缝防浪墙伸缩缝间距为12m，与面板垂直缝错开，设一道橡胶止水。防浪墙与面板缝间设二道止水，即底部止水铜片，顶部设柔性填料止水。结构与面板A型垂直缝相同。（3）基础处理=1\*GB3①坝基地质条件坝址区位于马槽坝背斜北西翼，构造简单，岩层为单斜构造，岩层产状：走向N65°～76°，倾向NW，倾角9～25°，岩层倾向上游微偏左岩。坝址区断裂、褶皱不发育。坝址区岸坡裂隙发育长度较短，最长3～4m，一般＜1.5m。裂面多闭合。岩体中裂隙发育程度与岩性有关，砂岩、灰岩类强度较高的脆性岩体裂隙发育，而泥岩、页岩等软质岩的岩体裂隙一般不发育。坝基河谷为横向谷，岩层倾向上游，且为弱透水的泥、页岩岩层，不存在贯通坝基上下游的断层破碎带或节理密集带，不会产生大的坝基渗漏问题。坝基存在的渗漏现象主要为裂隙性渗漏。河床岩体强风化层微弱发育，仅ZK101孔发育有2.0m强风化层。弱风化层厚度为18～21.90m左右，底板埋深22.20～23.50m(高程385.99～395.23m)，向两岸增厚。河床坝基岩体卸荷作用较弱，卸荷带不明显，裂隙不发育，岩体完整性好，估计弱卸荷带分布深度为5m左右。河谷左岸坡强风化较薄，坝肩钻孔ZK105强风化层厚5.90m(高程468.58m)；弱风化较厚，厚度为38.30m，底板埋深44.70m(高程430.28m)。微风化底板埋深75.42m(高程399.56m)。左岸岸坡下部地形较陡，上部较缓。据地表地质调查，卸荷裂隙较右岸发育，强卸荷带水平深度约为5～8m，弱卸荷带水平深度约10～15m。河谷右岸坡强风化较薄，坝肩钻孔ZK107强风化层厚3.90m；弱风化较厚，厚度为21.60m，底板埋深25.50m(高程462.39m)。微风化底板埋深81.80m(高程406.09m)。右岸岸坡，由于地形较缓，强卸荷带不发育。弱卸荷带水平深度约为8m，裂隙不发育，且一般闭合不夹泥，岩体较完整。=2\*GB3②基础开挖坝基开挖主要根据地质条件及面板堆石坝的受力情况，分别确定不同的建基高程，以便达到既满足稳定和沉降的要求，又减少工程量的目的。两岸边坡属层状斜向缓倾岩质边坡，两岸为斜向坡，两坝肩岸坡无大的不利软弱结构面分布，总体稳定性较好。后坡无危岩发育，两坝肩岸坡岩体强风化厚度薄，不存在整体稳定问题。两岸坡清除强卸荷带，并在裂隙较发育带布置锚固措施进行处理，基础置于弱风化层上，建议开挖边坡:第四系（Q）松散堆积层为1：1～1：1.50，基岩强风化的为2：1，基岩弱风化的为3：1。根据面板的受力特点，坝轴线以上区域基础的变形，将直接影响面板的变形和安全。因此趾板及其下游主堆石范围内的坝基基础建在弱风化岩上部，即基岩面下1.5～3.0m。堆石体其它部位基础只需清除覆盖层和松散岩体，趾板基础与堆石体基础用不陡于1：2的底坡相连接。=3\*GB3③节理及建基面的处理趾板地基遇到节理密集带，局部风化较深带，要求作深挖刻槽作混凝土塞处理，并加密固结灌浆孔。紫红色粉砂质泥岩均出露在岸坡上，不作开挖刻槽处理，只要求开挖到建基面后，及时喷砂浆保护，或立即浇筑基础混凝土，防止干裂软化。=4\*GB3④坝基防渗设计A、坝基垂直防渗趾板基础垂直防渗采用帷幕灌浆，在进行帷幕灌浆之前先进行固结灌浆，固结灌浆为3排，孔距2m，孔深5m。帷幕灌浆为单排，孔距2m，与中间固结灌浆孔相结合，孔深要求深入基岩相对隔水层（q≤3Lu）以下5.0m处，在谷底段帷幕深度为23～61m，两岸坡为5.04～53m。B、绕坝渗流处理根据地质所提供资料，帷幕两岸向山里延伸接相对隔水层。左、右岸将坝基防渗帷幕延伸至正常蓄水位与地下水位线相交处，左岸延伸18m，右岸延伸138m，形成岸幕，以减少两岸的绕坝渗漏。（4）坝体稳定、应力及变形分析根据《混凝土面板堆石坝设计规范》（DL/T5016-1999）的相关规定，本工程可不作稳定分析。本工程区地震基本烈度为Ⅵ度，本工程最大坝高72m，Ⅲ级建筑物可不进行应力及变形分析。1.1.2一级电站泄水建筑物（1）设计原则根据团滩河（水库）电站工程一级电站初步选定坝址区的地形、地质、水文和枢纽布置等因素，确定泄水建筑物布置基本原则为：=1\*GB3①满足枢纽安全、正常泄洪需要，具备一定超泄能力；=2\*GB3②水流进水平稳，均匀入渠，合理选择消能防冲形式，尽量使下游出口水流流态平稳，尽量减少冲刷，节省防护工程量；=3\*GB3③尽量减少耕地占用和土石方开挖；=4\*GB3④投资节省，技术可行，运行安全，管理方便。（2）设计标准本工程为Ⅲ等中型水利工程，泄水建筑物级别为3级。推荐坝址拦河坝采用面板堆石坝坝型，大坝设计洪水重现期为50年，相应下泄洪水流量为1270m3／s，校核洪水重现期为1000年，相应下泄洪水流量为1900m3，消能防冲建筑物按30年一遇洪水流量（1160m3／s）设计。（3）泄洪方式选择一般地，溢洪道可拟定无闸开敞式和设闸控制泄洪两个大类方案。受推荐坝址区两岸地形条件以及下泄流量大的限制，本工程若采用无闸控制的岸坡式溢洪道，在下泄相同流量条件下（即淹没范围相同），溢流前缘净宽至少达160m左右，无闸开敞式方案尽管结构简单，但在平面上布置却十分困难，特别是布置在右岸更为困难,且出口水流对岸坡冲刷面较大。因此，本工程溢洪道推荐采用有闸控制泄洪方式。两种泄洪方式的主要技术经济指标见表6-31。一级电站水库泄洪方式比较表表6-31项目单位方案一方案二泄洪方式有闸控制无闸控制溢洪道溢流宽度m3*9=27160溢洪道底板高程m471.00480.00校核洪水位m481.39481.39枢纽工程静态投资万元10582.9812402.87其中：淹没万元2901.872901.87大坝万元6357.207123.00溢洪道万元1323.912378.00推荐/比较推荐比较注：本表工程投资仅用于溢洪道方案初选，与投资估算额可能略有差别。（4）消能方式的选择根据枢纽总体布置，溢洪道出口位于鸭子梁转弯河道处，河床大部分基岩裸露，岩性为泥、页岩，岩体强度较低，节理裂隙发育，抗冲性能较差；且该转弯段左岸地形陡峭，岩性为泥岩夹砂岩，边坡稳定性较差，若采用挑流消能方式，计算冲坑深度达24.0m（上、下游水头差68m，单宽流量51.0m3/s），这将直接影响左岸边坡的稳定，因此，溢洪道消能方式不宜采用挑流消能。由于本工程下游河道水位不稳定，采用面流消能也是不适宜的。综上，根据溢洪道纵轴线方向沿程地形地质条件，采用底流+台阶消能方式对本工程是适合的，通过多级消力池和台阶消能后，可使进入河道的水流流态较好，便于下泄水流与原天然河道衔接顺畅，减少溢洪道出口以后的防护工程量和工程投资。因此，本工程溢洪道消能采用底流+台阶消能方式。（5）闸门孔口选择从两岸地形来看，右岸470.0m高程以上地形较陡，坡角43～46°，闸门布置3孔可以减少边坡高度和开挖量，而不宜布置5孔或7孔。左岸坝肩470m～490m高程有一缓坡平台，地面坡较角9～11°，因本工程下泄流量较大，按常规闸门尺寸，布置1孔时泄流能力不够。因此，在选定正常水位和相同下泄流量前提下，并考虑到《水利水电钢闸门设计规范》SL74-95所规定的闸门孔口尺寸系列标准及土建工程量等多方面因素，拟定了3孔-9m×9m（方案一，3孔方案）和5孔-8m×7m（方案二，5孔方案）两个闸门孔口尺寸方案进行初步比较，见表6-32。左岸闸门孔口尺寸比较表表6-32项目单位方案一（3孔方案）方案二（5孔方案）孔口尺寸（孔数-宽×高）3-9×95-8×7溢洪道溢流前缘净宽m3×9=275×8=40溢洪道底板高程m471.00473.00溢洪道轴线总长度m326.80337.95校核洪水位m481.39481.39工程占地亩1928静态投资万元10582.4811042.68其中：淹没万元2901.872901.87大坝万元6357.206357.20溢洪道万元1323.911783.61对比结果：推荐/比较推荐比较注：本比较表未考虑闸门门体、埋件及启闭机等金结投资的差异，若计入该部分投资，方案一金结投资约为606万元，方案二为626万元。从上表可以看出，5孔闸门方案溢洪道建筑工程投资比3孔闸门方案多230.92万元，占地比3孔方案多9亩，且5孔闸门方案出口水流对岸坡的冲刷范围更大。因此，本阶段采用3孔闸门孔口尺寸方案，即方案一。（6）溢洪道布置方案拟定本工程校核洪水对应的下泄流量较大，溢洪道采用有闸控制开敞方式泄洪，根据选定坝址左、右岸地形地质条件，初步拟定了3个有闸控制方案，即：左岸3孔有闸控制开敞式溢洪道（方案一）、右岸3孔有闸控制开敞式溢洪道（方案二），左岸5孔有闸控制开敞式溢洪道（方案三）。分别叙述如下。=1\*GB3①左岸3孔有闸控制开敞式溢洪道（方案一）。左岸坝肩有一缓坡台阶，从下游河道的走势看，可将溢洪道轴线布置成直线，进口段轴线与坝轴线近似正交，出口段出流方向可平顺归入河道，与天然河道良好衔接。上下游水头差近70.0，溢洪道纵轴线地面较平缓，可通过台阶及消力池联合消能，减小出口水流流速，减轻对岸坡和河床的冲刷。=2\*GB3②右岸3孔有闸控制开敞式溢洪道（方案二）。此方案布置在右坝肩，控制段及收缩段布置与左岸方案一相同，溢洪道轴线为曲线，通过96.25m长弯段引水渠进水，溢洪道前段地形较缓，尾部段地形较陡，出口水流方向顺下游河道直段。=3\*GB3③左岸5孔有闸控制开敞式溢洪道（方案三）本方案与方案一总体布置基本相同，仅在泄水道宽度、边墙高度和开挖工程量等方面有所不同，此处不再赘述。（7）拟定方案布置=1\*GB3①左岸3孔有闸控制开敞式溢洪道（方案一）。本方案引水渠和控制段布置在左岸黑咀梁（靠近坝肩），其中心线与坝轴线交角为91.08°，该方案溢洪道由进水渠、闸室（控制段）、陡槽及消能工段四部分组成，轴线全长326.80m(指水平投影长度，含消能工段长度)。A、进水渠进水渠长30.85m，进水渠底板高程469.00m，渠宽34.00m。B、闸室闸室采用开敞式，闸室长26.50m，闸室总宽度34.0m。溢流堰采用2m高WES曲线型低实用堰。溢流堰堰顶高程471.00m，堰前进水渠底板高程469.00m，溢流堰前缘净宽27.0m。C、陡槽段陡槽段长49.25m，底坡i=0.05。陡槽净宽从控制段末端由34.0m收缩至22.0m，收缩段长31.0m，边墙收缩角11.0°,陡槽采用矩形断面。D、底流台阶消能段消能段全长220.20m，由三段台阶消能段和2级底流消力池组成。一级台阶消能段长49.0m，一级消力池长27.0m、深2.0m，二级台阶消能段长35.2m，二级消力池长22.0m、深2.0m，三级台阶消能段长87.0m。由于下游河床为裸露基岩，计算得出的出口水流自由水跃共轭水深与下游水深相同，因此，第3级阶梯末端后不设消力池。=2\*GB3②右岸3孔有闸控制开敞式溢洪道（方案二）该方案布置在右岸，为岸坡式溢洪道。本方案由引水渠段、闸门控制段、泄槽段以及消力池段四部分组成，轴线全长423.87m（指水平投影长度、含消力池长度）。A、引水渠引水渠轴线长96.25m，尾部宽度34m。引水渠采用梯形断面，左侧采用重力式挡墙，右侧采用贴坡式挡墙。B、闸室闸室采用开敞式，溢流堰采用WES曲线型低实用堰，堰顶上游面由双圆弧组成，下接幂曲线，堰顶高程471.00m。闸室为三孔，设三扇弧形钢门，弧形门尺寸为9.0m×9.0m（宽×高），采用液压式启闭机启闭。C、泄槽泄槽段分为收缩段、陡槽段、阶梯消能段三部分，轴线全长237.12m。收缩段轴线长31m，溢洪道净宽由34.0m收缩至22.0m，坡度为i=0.03。陡槽段轴线长89.43m，坡度为i=0.03。阶梯消能段轴线长130.20m，过水断面采用矩形；右侧边墙采用衡重式挡土墙，左侧边墙采用重力式挡土墙；左侧边墙底部悬空段采用C15埋石混凝土砌筑基座，并用锚筋加固。D、消力池溢洪道尾部采用底流消能方式，即下挖式消力池，采用等宽22.0m，长66.5m，池深5.9m。护坦底板高程404.00m，厚1.5m，护坦顶以上导墙高14.4m，导墙采用衡重式挡墙。=3\*GB3③左岸5孔有闸控制开敞式溢洪道（方案三）。此方案布置在左岸，平面布置上与方案一大致相同。不同的是：溢洪道纵轴线向岸坡方向平移9.0m，溢流前缘净宽由27m加宽至40m，进水渠宽由34m加宽至52m，闸墩厚度由3.5m减小至3m，泄槽段宽由22m扩宽至40m，相应边墙高度降低1～2m。（8）方案比选以上拟定的左右岸3个比选方案工程量及建筑工程直接投资比较见表6-33、表6-34、表6-35、表6-36。左岸3孔开敞式溢洪道方案工程量及投资表（方案一）表6-33编号名称单位数量单价合价（万元）1土方开挖m31100013.1714.492石方开挖m35450038.61210.423土石回填m31450021.3330.934C20砼底板m32400346.2283.095C25砼闸墩m32500431.9790.716C20砼边墙m312500409.88512.357C25砼交通桥m31104605.068C25砼底板m33600357.5128.709砾碎石排水沟m3150346.62346.6210C20埋石砼m31300306.4839.8411土工布m2145016.6616.6612钻排水孔m55069.6339.6313钢筋制安t1808938.228938.2214细部结构m32201016.3535.981～14合计1323.91右岸3孔开敞式溢洪道方案工程量及投资表（方案二）表6-34编号名称单位数量单价合价（万元）1土方开挖m311650613.17153.432石方开挖m327184738.611049.603土石回填m31400021.3329.864C20砼底板m31459346.2250.515C20砼边墙m36666409.88273.226C20砼溢流堰m3974346.2233.727C25砼边墙m320639431.97891.548C25砼底板m34836357.5172.889砾碎石排水沟m3155346.625.3710喷砼护坡m31671787.06131.5111C15埋石砼m310557318.75336.5012φ22钢筋，L=3.0m根1486146.8721.8213钢筋网t14.58938.2212.9614细部结构m34513116.3573.781～14合计3236.70左岸5孔开敞式溢洪道方案工程量及投资表（方案三）表6-35编号名称单位数量单价合价（万元）1土方开挖m33140013.1741.352石方开挖m310580038.61408.493土石回填m31320021.3328.154C20砼底板m34320346.22149.565C25砼闸墩m33200431.97138.236C20砼边墙m310600409.88434.477C25砼交通桥m31704607.828C25砼底板m36480357.5231.669砾碎石排水沟m3160346.625.5410C20埋石砼m31300306.4839.8411土工布m2150016.6624.9912钻排水孔m60069.634.1713钢筋制安t2508938.22223.4514细部结构m32807016.3545.891～14合计1783.61现将拟定的三个方案比较如下：=1\*GB3①从技术角度，三个方案均可行；=2\*GB3②从施工干扰程度看，由于溢洪道所需砂石料及水泥等主材从左岸运入，左岸溢洪道（方案一和方案三）的施工对大坝及其他建筑物的施工基本无干扰，且汛期不受影响；=3\*GB3③左岸方案溢洪道轴线顺直，水流流态要好于右岸方案；=4\*GB3④从工程投资看，方案一（左岸三孔开敞式方案）工程投资比方案二少1912.79万元，方案三比方案二少1453.09万元，方案一工程投资比方案三少459.70万元。从以上四方面综合考虑，选取方案一（即左岸3孔有闸控制开敞式方案）作为本阶段溢洪道推荐方案。泄水建筑物不同方案主要技术经济指标比较表表6-36指标名称单位方案一方案二方案三左岸3孔有闸控制方案右岸3孔有闸控制方案左岸5孔有闸控制方案1、左岸/右岸左岸右岸左岸2、正常蓄水位m4804804803、设计洪水位m4804804804、校核洪水位m481.39481.39481.395、堰顶高程m471.00471.00473.006、孔数个3孔3孔5孔7、弧形闸门孔口尺寸m9×99×98×78、泄水建筑物总长m326.80423.87337.959、引水渠长度m30.8596.2542.0010、坝顶高程m482.0482.0482.011、溢洪道工程投资万元1323.913236.701783.6112、淹没补偿投资万元2901.372901.372901.37（9）泄水建筑物布置溢洪道推荐方案布置在左岸，即左岸3孔有闸控制开敞式方案。本方案引水渠和控制段布置在左岸黑咀梁（靠近坝肩），其中心线与坝轴线交角为91.08°，该方案溢洪道由进水渠、闸室（控制段）、陡槽及消能工段四部分组成，轴线全长326.80m(指水平投影长度，含消能工段长度)。=1\*GB3①进水渠进水渠长30.85m，即桩号溢0-030.85～溢0±000.0，进水渠底板高程469.00m，渠宽34.00m。进水渠靠山体一侧采用1：0.3开挖断面衬砌护坡，衬砌厚度1.5m，其后为长18.0m的渐变段与闸室连接。进水渠边墙顶高程482.00m，底板采用0.6m厚C20砼衬砌，边墙采用C20砼浇注。=2\*GB3②闸室闸室采用开敞式，闸室长26.50m，即桩号溢0±000.0～溢0+026.50,闸室总宽度34.0m。溢流堰采用2m高WES曲线型低实用堰，堰顶上游面由双圆弧组成，堰面下游为幂曲线方程y=0.074711x1.85，与下游陡槽底板（i=0.05）采用R=30m的反弧段连接。溢流堰堰顶高程471.00m，堰前进水渠底板高程469.00m，溢流堰前缘净宽27.0m，最低建基面高程466.15m，堰体上下游侧下部设齿墙与地基加强结合。闸室孔口尺寸拟定了3-8.0×9.5m（孔数-宽×高）、3-9.0×9.0m及3-12×7.5m三个方案，通过技术、经济比较，初步选定闸门采用3-9.0×9.0m（宽×高）方案，每孔孔口设一扇弧形工作门，弧门采用液压式启闭机启闭。经水库调节计算，库水位每年有1个月以上时间低于堰顶高程，可安排弧门检修，故不设检修门。溢洪道控制段闸墩顶部下游设6.0m宽交通桥。=3\*GB3③陡槽段陡槽段长49.25m，即桩号溢0+026.50～溢0+075.75，底坡i=0.05。陡槽净宽从控制段末端由34.0m收缩至22.0m，收缩段长31.0m，边墙收缩角11.0°。陡槽采用矩形断面，底板厚0.6m，边墙采用衡重式挡土墙，边墙和底板均采用C20砼浇注，边墙高度根据陡槽内的水面线确定。=4\*GB3④底流台阶消能段消能段全长220.20m，由三段台阶消能段和2级底流消力池组成。一级台阶消能段（长49.0m，除第一步台阶高2.0m外，其余每步台阶皆宽7.0m，高1.0m）、一级消力池（长27.0m、深2.0m）、二级台阶消能段（长35.2m，除第一步台阶宽1.0m外，其余每步台阶皆宽1.8m，高1.0m）、二级消力池（长22.0m、深2.0m）、出口（三级）台阶消能段（长87.0m，除第一步台阶宽2.0m外，其余每步台阶皆宽2.5m，高1.0m）。底流台阶消能段亦采用矩形断面，底宽同陡槽后段底宽一致，为22.0m，其从上至下一级消力池、二级消力池及三级台阶消能段出口护坦底板高程分别为456.66m、438.66m、406.66m，相应位置溢洪道边墙顶高程分别为467.66m、449.66m、415.66m。溢洪道出口左侧临河岸坡采用1：0.3的开挖边坡衬砌护岸，采用C20砼衬砌，厚1.5m，墙顶高程414.00m。底流台阶消能段及出口护坦底板厚0.6m，采用C25钢筋砼衬砌，边墙采用衡重式挡墙，在地面线较低的地方则采用重力式挡墙，墙下采用C20埋石砼回填，挡墙采用现浇C20砼（面层布筋）。（10）结构设计溢洪道底板置于弱风化泥岩夹砂岩基础之上，基础裂隙不发育，整体稳定性好。进水渠、陡槽段底板采用0.6m厚C20砼衬砌，边墙采用C20砼衬砌；底流台阶消能段底板根据类似工程经验进行类比确定采用0.6m厚C25砼浇注，边墙采用C20砼。溢洪道底板共设3条纵缝，沿溢洪道中心线底下布置一条，两侧边墙于墙内侧1.0m处设结构缝与底板分开。溢洪道底板及边墙每隔10-15m设一条横向结构缝，缝间采用橡胶止水带（厚度不小于8mm，宽不小于300mm）止水，底板及边墙横向结构缝错开布置。边墙后临时开挖边坡1:0.3。为排除坡面雨水，在泄槽边墙后的坡脚分别设一条排水沟，沿坡脚与溢洪道大致平行布置，用C20砼衬砌。为降低地下水位和溢洪道底板扬压力，沿溢洪道中心线布置三条矩形断面(0.3m×0.3m)的纵向排水沟，在沉降缝处设横向排水沟（0.2m×0.2m），沟中填满不易风化的砾碎石（强度大于MU40）。在溢流堰帷幕灌浆后垂直于水流方向钻设一排竖向排水孔（通过排水孔顶部横向排水沟与纵向排水沟连通），孔深取上游侧帷幕灌浆深度的0.5倍（即约25m），排水孔横向孔距3m，孔径100mm。在一、二级底流消力池纵横排水沟下钻设竖向排水孔，孔径100mm，孔距3m，排水孔应深入基岩2m。（11）溢洪道水力及结构计算=1\*GB3①泄流能力计算本工程溢洪道溢流堰采用WES型实用堰，溢流净宽27m,按不淹没自由出流计算泄流能力，计算公式为《溢洪道设计规范》SL253-2000附录（A.2.1）经计算，不同库水位时溢流堰下泄流量见表6-37。溢流堰上水位流量关系表表6-37水位（m）471.0471.5472.0472.5473.0473.5474.0474.5475.0475.5流量(m3/s)017.750.091.9141.5197.8260.0327.6400.3477.6水位（m）476.0477.0478.0479.0480.0481.0482.0483.0484.0485.0流量(m3/s)567.1764.0988.21236.01499.61785.42084.92404.22732.43071.7根据调洪演算结果，50年一遇设计洪水时下泄流量1270m3/s，相应水库水位480.00m，1000年一遇校核洪水时下泄流量1900m3/s，相应水位481.39m。=2\*GB3②泄槽水面线计算泄槽水面线按照校核洪水位对应的下泄流量1900m3/s，通过能量方程选取典型断面逐段计算确定，掺气水深按《溢洪道设计规范》SL253-2000附录A.3.2式（ξ=1.1）计算。泄槽首端控制断面（堰下反弧处）收缩水深按SL253-2000附录A.3.1-3式计算，经计算收缩水深为5.24m，以该断面为起始断面，向下游选取9个典型断面依次推算水力参数。计算参数：溢洪道糙率n=0.014，台阶消能率取70%。泄槽水面线计算结果详表6-38。泄槽水面线计算成果表表6-38距控制断面距离（m）计算水深（m）掺气水深（m）流速（m/s）05.245.9713.4175.105.9113.8486.057.0114.3665.826.8114.81155.626.5715.41429.5610.519.11775.206.1516.61998.469.4110.22864.495.4419.2溢洪道边墙高度按掺气水深加安全超高1.0m确定。=3\*GB3③消能防冲计算本工程采用在台阶段末端设置底流消力池方式消能，采用下挖式消力池，本工程共2级消力池，消力池长度根据布置要求分别定为27m和22m，消力池深度都是2.0m，消力池宽度与台阶段末端宽度相同（22.0m）,本工程按30年一遇洪水标准下泄流量计算消力池尾槛抗滑稳定。抗滑稳定安全系数按《溢洪道设计规范》SL253-2000给出的抗剪强度公式计算：Kc=f∑W/∑P∑W——作用于堰闸体上的全部荷载对计算滑动面的法向分量；∑P——作用于堰闸体上的全部荷载对计算滑动面的切向分量；计算结果Kc=1.18>[Kc]=1.0=4\*GB3④结构计算A、控制段堰（闸）基底面的抗滑稳定及应力计算（a）计算荷载及基底面选择计算单元为全段闸室，沿基岩面长26.5m，宽12.5m，选取466.15m高程为计算基底面。作用在基面上的主要荷载有：堰体自重、闸墩自重、闸门自重、水压力、闸门前水重、扬压力、交通桥自重，对闸基结构抗滑稳定影响较小的其余荷载可忽略不计。（b）计算公式及参数选择：闸基底面的抗滑稳定安全系数按《溢洪道设计规范》SL253-2000给出的抗剪断强度公式计算：K=（f＇∑w+c＇A）/∑P式中K——按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数；f＇——堰闸体砼与基岩接触面的抗剪断摩擦系数；c＇——堰闸体砼与基岩接触面的抗剪断凝聚力；∑W——作用于堰闸体上的全部荷载对计算滑动面的法向分量；∑P——作用于堰闸体上的全部荷载对计算滑动面的切向分量；A——堰闸体与基岩接触面的截面积；闸室基础为弱风化泥岩，根据地质报告建议值并结合类似工程经验，本阶段堰基与岩石间抗剪断摩擦系数取f＇=0.7，c＇=0.4Mpa，溢流堰堰体混凝土容重采用γ=24kN/m3，堰基有防渗帷幕，帷幕后设有排水孔，取扬压力折减系数=0.25。（c）计算结果及分析溢流堰基底抗滑稳定及应力计算成果表6-39抗滑稳定安全系数K′基底应力（kPa）计算值允许值基本组合正常蓄水位挡水4.33.017992特殊组合校核洪水位挡水3.42.518785从以上计算结果可知，堰闸体在正常工况和非常工况条件下的抗滑稳定安全系数均大于规范要求的最小安全系数值，基底最大应力小于岩石的允许承载能力，闸室结构稳定可靠。B、消力池底板抗浮稳定计算（a）计算公式Kf=式中：ΣV——铅直力总和（自重+水重）；ΣU——扬压力总和；ΣP——脉动压力总和；（b）抗浮稳定计算成果扬压力按消力池排水失效考虑，护坦容重24KN/m3，取消力池中间断面进行计算。经计算，消力池护坦厚度取0.6m时，底板抗浮稳定安全系数大于1.1，满足规范要求。C、泄槽及消力池边墙稳定计算溢洪道泄槽选取两个典型边墙断面（即桩号溢0+075和溢0+250），消力池选取一级消力池中间断面进行稳定计算。计算方法采用理正岩土计算3.1版《挡土墙稳定分析》程序。计算参数根据地质报告及参照相关资料综合取用，即：岩石地基砼与基础摩擦系数f=0.50，挡墙砌筑材料γ=24KN/m3，墙背与回填土之间外摩擦角δ=10°，墙背回填料综合内摩擦角φ=25°,粘聚力c=0。计算成果见表6-43（在满足正常运用条件稳定要求时，仅列出最不利工况成果）。溢洪道陡槽及消力池段边墙稳定复核表表6-40溢0+075溢0+250溢0+138抗滑移安全系数1.382.581.24抗倾覆安全系数2.293.882.10从上表可看出，3个计算断面的抗滑稳定安全系数均大于1.1，抗倾覆安全系数均大于1.4，边墙抗滑和抗倾安全系数满足规范要求。1.1.3一级电站MACROBUTTONMTEditEquationSection2SEQMTEqn\r\hSEQMTSec\r1\hSEQMTChap\r1\h导流放空洞（1）导流放空洞布置为便于水库事故检修时放空水库，本工程拟将施工导流洞改造为永久放空洞。放空建筑物仅对施工导流洞首部进行改造，将导流洞前部封堵时埋设放水钢管。放水钢管从446.0m高程沿山坡向下敷设，钢管直径Φ700，坡度为1：0.5。为防止钢管锈蚀，四周采用0.5m厚Ｃ15砼包裹。钢管进口处设可爆破钢闷盖挡水，使用时炸开钢闷盖边接螺栓，打开钢闷盖放水。在444.8m处设Ｃ25砼镇墩，镇墩长2.7m、宽2.7m、高1.2m；放水钢管在425.66m高程以下，经两次转弯后沿导流洞前部Ｃ15砼封堵体底部埋设，连接施工导流洞放水。放水钢管总长92.6m，导流洞堵体长12m。放空钢管出口接长300m，断面为7m×7m城门洞形隧洞（即原导流洞）,在距放空钢管出水口19m处建消力坎，坎高2.3m，使水流平稳下泄。（2）放空洞水力计算团滩河水库坝址处多年平均流量3.82m3/s，计算水库放空历时。从正常水位480m到453m(死水位)放空洞和电站机组同时运行。死水位至放空洞进口446.0m，为放空洞单独运行。放空起始水位为正常高水位480m。=1\*GB3①泄流能力计算放空洞进口为高程446m，水流为自由出流，按孔口自由出流公式计算泄流能力：式中：μC——流量系数；ω——过水断面面积；H0——闸前总水头；经计算水位流量关系见表6-41。放空洞水位流量关系表表6-41水位(m)4804784764744724704684664644625.625.535.445.355.255.165.064.964.854.75水位(m)4604584564544534524504484464.644.534.424.314.254.194.063.943.81=2\*GB3②放空时间计算水库的放空时间按水量平衡计算：ΔV=(Q入－Q出)ΔT式中：ΔT－计算时段;ΔV－ΔT时段内水库蓄水量的变化,蓄水为正,泄水为负;Q入－ΔT时段内平均入库流量;Q出－ΔT时段内水库放空流量和发电流量;水库放空时间计算结果见表6-42。放空洞放空时间计算表6-42水库水位(m)库容V(万m3)库容差△V(万m3)放空流量(m3/s)放空平均流量(m3/s)多年平均入库流量(m3/s)发电流量(m3/s)流量差(m3/s)时间(天)4801598.465.62120.365.583.8211.513.261.054781478.15.53113.585.493.8211.513.171.004761364.525.44106.895.403.8211.513.080.954741257.635.35100.635.303.8211.512.980.9047211575.2595.215.213.8211.512.890.864701061.795.1689.855.113.8211.512.790.81468971.945.0684.035.013.8211.512.690.77466887.914.9678.514.913.8211.512.590.72464809.44.8573.944.803.8211.512.480.69462735.464.7569.854.703.8211.512.380.65460665.614.6465.994.593.8211.512.270.62458599.624.5362.214.483.8211.512.160.59456537.414.4257.794.373.8211.512.050.56454479.624.3127.294.283.8211.511.960.26453452.334.2526.44.223.8211.511.900.26452425.934.1950.44.133.8211.511.810.49450375.534.0646.924.003.8211.511.680.46448328.613.9443.733.883.8211.511.560.44446284.883.81水库放空从正常高水位480m水位降到死水位453.0m约需10.42天，降至放空洞进口446m约12.08天。=3\*GB3③消能计算放空洞消能采用消能坎计算，消能坎的高度、池长水力计算根据武水的《水力计算手册》第二版消能坎水力公式：Fr1=v1/若>,需设下一级消力坎，算法与上面计算方法相同。水跃长度L按下式计算：Lk=0.8L式中：Fr1——收缩断面弗劳德数；hc——收缩断面水深，m；v1——收缩断面流速，m/s，c——消力坎坎高，m；σ——水跃淹没度，可取σ=1.05；——池中发生临界水跃时的跃后水深，m；——池中发生临界水跃时的收缩水深，mQ——流量，m3/s；b——消力池宽度，7.0m；m——过坎流速系数，取0.42；L——自由水跃的长度，m；Lk——消力池长度，m。计算成果见表6-43。消力坎计算成果表表6-43名称项目池长Lk坎高c计算值（m）18.62.3设计值（m）192.3计算求得上游正常水位480m，下泄流量5.62m3/s时，设消力坎高坎高2.3m，消力坎跃后水深0.4m，水跃后的隧洞净空面积远大于隧洞断面积的15%，满足无压隧洞要求。=4\*GB3④无压洞身水力计算消力池与无压隧洞（及施工导流洞）连接，尾坎高程417.76m，后段无压隧洞，水力计算按《溢洪道设计规范》（DL/T5166-2002）计算，经计算最大下泄流量6.68m3/s时，临界水深hk=0.437m，均匀流水深0.375m。=5\*GB3⑤封堵段长度计算根据《水工隧洞设计规范》（DL/T5195-2004）规定，等断面封堵体长度可按下式计算：式中Ｌ——封堵体长度，m；Ｐ——封堵体迎水面取受的总水压，ＭＮ；——容许剪应力，取0.2∽0.3ＭＰa；Ａ——封堵体剪切面周长，m。在校核洪水位481.9时，计算得封堵体长6.0m，由于导流洞为IV类围岩，裂隙发育，为保证导流洞进水口处长期运行稳定，在导流沿封堵门槽后设12m长C15砼封堵体。为防止区渗漏，封堵段选在弱风化层内，从导0+034.43m起，采用C15砼向洞内封堵30m，洞顶以上围岩覆盖厚度大于2倍洞高，运行期间围岩不发生渗透失稳和水力劈裂。1.1.4一级电站引水建筑物（1）一级电站进水口①进水口型式的选择A、进水口的布置原则（a）在各种运行水位下，进水口均具有良好的水利条件，水流顺畅、流态平稳、进流均称和水头损失小；能够适应电站负荷变化，引进发电所需流量。（b）在进水口前缘水域应尽量避免回流发生，避免产生贯通式漏斗旋涡。（c）应有有效的防沙措施，防止沙淤堵进水口，不使推移质进入引水系统。（d）应设置有效的排污和清洁措施。（e）与枢纽其它建筑物布置相协调。（f）工程量小，造价经济合理。B、进水口地质条件进水口布置在大坝左岸上游鸭荡湾处，岸坡大部分基岩裸露，岩性为侏罗系中统新田沟组(J2X)的砂、页岩。岩体弱风化，其强风化层不发育，弱风化层水平厚度为5～8m。C、进水口型式比选根据进水口地形及地质条件，本阶段拟定了竖井式和岸塔式两种不同型式的进水口进行比选。两方案的工程量及工程造价见表6-44。一级电站进水口型式比较各方案工程量表表6-44项目单位竖井进水口岸塔式进水口土方明挖m347504990石方明挖m319902090石方洞挖m3570510石方井挖m312000C20混凝土边坡喷护m35080C20混凝土闸井、排架柱m310801200交通桥混凝土m30300C25二期混凝土m36060M7.5浆砌块石护坡m3300C15砼砌块石导水墙m3390410Φ25锚杆根120130Φ6钢筋网t23钢筋制安t2536固结灌浆m330200回填灌浆m2360360工程造价万元154.225171.083工程造价差万元16.858岸塔式进水口适用于岸坡地质条件较差或地形平缓而不宜建竖井式进水口处，且塔式结构要承受风浪压力及地震力，必须有足够的强度及稳定性。竖井式进水口适用于隧洞进口地质条件较好、地形坡度适中的情况。根据以上特点，结合进水口地形地质情况，竖井式方案较岸塔式方案省16.858万元。本阶段推荐竖井式进水口方案。=2\*GB3②进水口布置电站进水口布置于坝前左岸上游约900m的鸭荡湾，由拦污栅段、渐变段、闸前连接段、闸门井段及闸后渐变段组成。进水口底板高程446.0m，拦污栅设计为单孔，过栅流速0.88m/s，进水喇叭口宽3.7m，高4.4m，喇叭口段长3m，喇叭口上缘及两侧边墙为椭圆曲线，曲线方程分别为（x/3）2+(y/2)2=1、（x/3）2+(y/0.65)2=1。喇叭口前缘布置一孔3.7×4.4m(宽×高)倾斜的固定式拦污栅，拦污栅槽倾角75°。进水口设检修闸门和工作闸门各一扇，孔口尺寸均为2.4×2.4m，工作闸门布置于桩号引0+75.8处。检修闸门采用前止水，工作闸门采用后止水，闸门竖井井深36.5m，竖井顶部高程482.5m，底高程446.0m，闸门井为矩形，长7.05m，宽5.2m。闸门井前隧洞底坡i=0，闸门井后隧洞坡度i=4‰。闸门后经4m长方变圆渐变段与洞径2.4m的压力隧洞连接。进水口、闸门井及拦污栅槽均为C20钢筋砼结构。为了在引水道充水时排气以及在放水时补气以防止出现有害真空，于工作闸门后设置一通气孔，通气孔面积按最大进气流量除以允许进气流速得出。最大进气流量可近似认为等于进水口最大引用流量9.6m3/s，允许进气流速可取70～80m/s，设计通气孔兼进人孔为矩形，孔口尺寸为0.9×1.2m。=3\*GB3③进水口设计计算进水口在最底运行水位时，顶部必须有足够的淹没水深，以防止产生旋涡以及进口顶部出现负压。最小淹没深度按戈登公式计算：S=cvd1/2式中：s——最小淹没深度；d——闸孔高度（m）；d=2.4mv——闸孔断面平均流速（m/s）；v=1.67（m/s）c——系数，对称水流取0.55，边界复杂和侧向水流取0.73。经计算s=1.5m，根据进水口底板高程的确定原则，应避免进口在各种工况下发生漏斗吸气；进水口底板高程高于30年淤砂高程。因此，进水口底板高程确定为446.00m。（2）一级电站引水隧洞=1\*GB3①一级电站引水隧洞布置洞线沿推荐坝址左岸上游鸭荡湾处进水口处进入隧洞，经二个转点后与调压井相连。从进水口0+000至0+086m洞线为直线段，方位角NE132°46′4.29″；0+086m至0+088m洞线为弧形段，转弯半径30m；0+088m至2+053m洞线为直线段，洞线方位角NE122°3′15″；2+053m至2+059m洞线为弧形段，转弯半径30m；2+059m至2+905m（调压井），洞线为直线段，方位角NE133°20′23.07″。隧洞洞线总长2905m。在桩号1+736m和调压井处分别设1#、2#施工支洞，长度分别为200m、102m。=2\*GB3②引水隧洞开挖断面型式比选本电站引水隧洞总长2905m，设计引用流量9.6m3/s，隧洞断面型式对整个工程投资和工期都有很大的影响，在水头损失相同的前提下，本阶段对圆形断面及马蹄形断面进行比较。各断面具体尺寸见下图。马蹄形断面圆形形断面圆形断面及马蹄形断面具体比较如下：A、工程量及投资比较圆形断面及马蹄形断面工程量及投资比较见表6-45：一级电站隧洞不同断面型式工程量及投资比较表表6-45编号项目单位马蹄形断面圆形断面1石方洞挖m322770219202C20砼m3309027903C20喷砼m3152018204钢筋t81.173.26回填灌浆m2517051707合计总投资万元716.247700.254经计算圆形断面比马蹄形断面节省投资15.993万元。B、施工条件施工条件主要从开挖出渣、施工排水、衬砌浇注施工、施工工期等方面进行比较。隧洞不同断面型式施工条件比较表表6-46项目马蹄形圆形开挖出渣好不便施工排水好较好衬砌浇注施工钢模台车，运行灵活钢模台车，运行灵活控制段开挖浇注时间14月16月由上表可知马蹄形由于断面底部有平台，可以降低开挖出渣、施工排水的难度，而圆形断面开挖后需预留出渣、排水操作平台。在一定程度上增加了施工难度，因此在施工方面马蹄形有一定优势。经以上综合比较：圆形断面虽然比马蹄形节省投资，但施工工期相对增加2个月，因此本阶段推荐马蹄形开挖断面。=3\*GB3③水力计算A、水头损失计算用摩阻公式和曼宁公式计算，公式为：△hf=其中：C=·R1/6△hf——隧洞沿程水头损失（m）局部水头损失用下式计算hj=隧洞水头损失见表6-47。推荐洞线引水隧洞水头损失计算表表6-47项目数量备注过水面积（m2）4.52A型断面6.39B型断面周长(m)7.54A型断面9.13B型断面水力半径（m）0.71A型断面0.83B型断面流量（m3/s）9.6流速(m/s)2.12A型断面1.5B型断面长度（m)776.05A型断面2128.95B型断面糙率0.014A型断面0.022B型断面局部水头损失系数进口1进水口0.12拦污栅0.113闸门槽0.24渐变段0.2隧洞转弯0.088调压井1.5局部水头损失（m）0.47沿程水头损失（m）6.4总水头损失（m）6.87B、压坡线计算根据《水工隧洞设计规范》（DL/T5195-2004），该有压隧洞压坡线按照《水力计算手册》（武汉大学）公式计算：式中，--测压管水头，m；--各过水断面的总水头值，m；--进水口处总水头，m；--各管段的沿程水头损失，m；--各管段的局部水头损失，m；--各管段流速水头，m；以出口中心线为基准线，高程为435.91m。经计算，当水库在最底运行水位453.00m时，有压隧洞在调压井（K2+905）处测压管水头为9.02m，以有压隧洞终点断面中心线为基准线，压力隧洞内无负压产生。=4\*GB3④结构设计推荐方案引水隧洞洞线所处地质条件主要为Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ类围岩，主要以砂岩为主。其中Ⅱ类围岩总长1874m，占隧洞总长的64.51%，该部分隧洞一般不支护，部分喷混凝土结合锚杆加固；Ⅳ类围岩总长912m，占隧洞总长的31.39%，隧洞开挖后需及时支护，喷锚挂网，必要时可全部衬砌或设钢拱架；Ⅴ类围岩总长119m，占隧洞总长的4.1%，该段成洞条件差，开挖需支护跟进，全断面衬砌。本阶段根据地质提供的支护措施，结合工程实际，对Ⅱ类围岩按规范规定采用10cm厚C20砼喷护；Ⅳ类、Ⅴ类围岩采用采用30cm厚钢筋混凝土衬砌。A、计算方法采用屠规彰等提出的衬砌结构非线性常微分方程组，应用初参数数值解法，解算隧洞衬砌在水压力、山岩压力及衬砌自重等荷载作用下弹性抗力分布，算出变位和内力，并按水工钢筋混凝土规范进行配筋计算。B、荷载组合计算荷载及荷载组合：施工情况：回填灌浆压力+衬砌自重+山岩压力运行情况：均匀内水压力+满水重+衬砌自重+山岩压力检修情况：外水压力+衬砌自重+山岩压力C、计算结果 经采用《隧洞衬砌内力及配筋计算通用程序（G-12）》对隧洞进行变位、内力及配筋计算，其抗裂安全系数、裂缝开展宽度均满足规范要求，控制工况为检修情况。计算结果：Ⅳ类围岩洞段采用30cm厚钢筋混凝土衬砌，配筋为单层配筋，每m单宽计算受力钢筋截面面积为：As=1970mm2，选用φ16@100（As=2011mm2）；纵向分布筋：φ=12@200。Ⅴ类围岩洞段采用30cm厚钢筋混凝土衬砌，为双层配筋，每m单宽计算受力钢筋截面面积为：As=2626mm2，内层选用φ16@150（As=1340mm2）；外层选用φ16@150（As=1340mm2）。经计算强度及裂缝限制满足要求。=5\*GB3⑤引水隧洞防沙及检修措施隧洞来水在经过库内沉沙和进水口拦蓄作用后，推移质被挡在进水口之外。隧洞来水平均含沙率很小，其中粒径相对较小，由于隧洞水流流速为1.85m3/s，因此可以考虑隧洞内泥沙不淤积。由于本电站引水隧洞全段都采取了支护措施，因此本阶段不考虑设置集石坑，但为了运行期检修方便，在1#施工支洞堵头处设置进人孔和检修设备进出口。（3）一级电站调压室=1\*GB3①调压室型式的选择调压井井口位于五童岔团滩河左岸山坡中部。出露基岩为三迭系须家河组（T3xj）中至厚层长石岩屑石英砂岩，岩屑石英砂岩夹薄层页岩。地表岩石风化比较严重。裂隙发育，强风化层深3～5m。B、调压室型式比选根据本电站水头较高，引用流量不大的特点，结合调压室的地形、地质条件，以及调压室选型的基本原则，本阶段在阻抗式和简单圆筒式之间进行比选。本工程厂房推荐方案机组两台，引用流量9.6m3/s，根据机组运行要求，增负荷为0台-1台-2台递增，并由此工况确定调压室的最低涌波水位；根据工程运行经验，机组运行过程中出现同时甩掉全部负荷的几率非常小，但不能排除机组突然甩掉全部负荷的可能，因此调压室的最高涌水位按甩负荷为2台-0台的工况来确定。两种调压室水力计算成果见表6-48。不同型式的调压室水力计算成果表表6-48序号调压室型式调压室断面尺寸最高涌浪（m）最低涌浪（m）1简单圆筒式竖井d=7m489.81439.552阻抗式竖井d=7m，阻抗孔直径d＝1.6m486.45439.60从以上计算可以看出，简单圆筒式调压室最高涌浪水位比阻抗式调压室高3.36m，且阻抗式调压室具有结构简单，施工方便，宜于操作等特点。因此，本阶段推荐阻抗式调压室。=2\*GB3②调压室布置调压室布置在引水隧洞末端厂房上游山体内，中心坐标为（X=463592.176m，Y=571253.620m），经方案比选拟采用阻抗式调压室。调压室正常运行水位480.00m，最低涌浪水位439.60m，最高涌浪水位486.45m。调压室井筒内径7m，阻抗孔直径1.6m，井口高程488.30m，底板高程434.71m。=3\*GB3③调压室水力计算设置上游调压室条件可根据《水电站调压室设计规范》（DL/T5058-1996）式（3.1.2-11）作初步判别。Tw>[Tw]Tw=式中：Tw——压力水道中水流贯性时间常数，s；Li——压力水道及蜗壳和尾水管（无下游调压室时应包括压力尾水道）各分段的长度,m；Vi——各分段内相应的流速m/s；g——重力加速度，m/s2；Hp——设计水头，m；[Tw]——Tw的允许值，一般取2~4s。经计算：Tw=5.4s＞4s，考虑水电站在电力系统的作用，本工程拟设置上游调压室。A=KLA1/(2ga(H0-hw0-3hwm)=4\*GB3④调压室支护及结构设计A、支护设计调压室一次支护采用锚喷支护。锚杆直径25mm，深入岩石3m，间、排距3.0m，挂网喷混凝土厚100mm，网筋直径8mm，间距200mm×200mm。永久支护即为钢筋混凝土衬砌(厚60cm)。调压室井壁应进行固结灌浆，灌浆压力由现场试验确定。固结灌浆孔间、排距3.0m，孔径50mm，深入岩石5.0m。B、结构设计本电站调压井的结构主要可分为：a大井（直井）井壁：埋设在基岩中的钢筋混凝土圆筒；b底板：置与弹性地基上的圆。因此，调压井的结构计算，基本上可以看成是圆筒和圆板的计算问题。计算内力时，先分别计算，然后再考虑整体作用。荷载组合主要有下列三种情况。正常运行情况：最高内水压力+岩石弹性抗力+外水压力。施工情况：灌浆压力+外水压力检修情况：外水压力+岩石主动压力调压井衬砌内力计算以第一种是最不利的组合情况。经采用《隧洞衬砌内力及配筋计算通用程序（G-1）》对调压井衬砌进行变位、内力及配筋计算，其抗裂安全系数、裂缝开展宽度均满足规范要求。配筋为单层配筋，每m单宽环向受力钢筋截面面积：As=1396mm2，选用φ16@150（As=1407mm2）；竖向分布筋：φ=10@250。（4）一级电站压力管道=1\*GB3①概述压力管道位于团滩河左岸山坡，下部有102省道穿过。管道前接调压井，后接电站厂房，正对厂房呈直线布置。电站装机2×5000KW，管道设计引用流量9.6m3/s，管线总长约217m。管道区地表山坡坡度41°，岩层倾向与坡向斜交，为斜向坡。绝大部岩石为三迭系上统须家河组砂岩，仅下部靠近河床部分为三迭系中统巴东组上部灰白色薄至中厚状泥质灰岩。管道区中上部地表山坡发育第四系崩坡积砂岩块碎石，粘性土，厚5～10m，公路以下至厂房地表发育崩坡积和修建公路的人工堆积物厚3～5m。=2\*GB3②敷设方案及管线的选定结合管道区的地质地形条件，压力管道敷设有明管和埋管两种方案可供选择。明敷构造简单，受力明确，钢管处于露天环境，施工条件相对较好，运行和维护较为方便，但管道区中上部地表崩坡积砂岩块碎石和粘性土厚度较大，达5～10m，管道区坡度较陡，管槽开挖量较大，对管道沿线植被影响较大，易造成此生灾害，管槽支护和镇、支墩基础处理较困难，安装难度较大，且下部有102省道穿过，施工干扰大。埋管虽然施工工艺要求高，地下施工条件差，但工程施工干扰较小，运行安全可靠，且管道洞挖对周边自然生态环境的破坏很小。为降低施工难度，避免管道槽明挖对山坡塌滑体造成新的安全隐患，保障工程竣工后的正常运行，本阶段压力管道采用埋管方案。管线方案应力求总长度最短，平面和空间转弯最少，以达到节约投资，减少水头损失的目的。根据选定的调压井和电站厂房位置，结合钢管区地形、地质条件，压力管道布置拟定两个管线方案进行经济技术比较：管线方案一：管道首端与调压井相接，为保证水流与调压井及引水隧洞的平顺相接，管道顺隧洞轴线方向延伸11.9m后经空间转弯（纵向转弯40°、平面转弯97.92°）后与斜井段相接，斜井倾角为40°，管道转平后经长66.826m的平洞挂口于厂区上游约96m处，洞外埋管顺云阳至开县省道外侧河道岸坡布置，至厂房后侧分岔，侧向进水。压力管道主管总长370.344m，管内径1.8m，其中洞内埋管长214.65m；支管管内径1.2m，总长50.26m。管线方案二：管道首端与调压井相接，管道顺隧洞轴线方向延伸11.9m后经空间转弯（纵向转弯40°、平面转弯117.27°）后与斜井段相接，由于斜井上部覆盖层较厚，为满足埋深要求，斜井倾角为45°，管道转平经长119.86m的平洞后挂口于厂区上游约12m处，洞外埋管顺厂区后侧布置，分岔后侧向进水。压力管道主管总长338.085m，管内径1.8m，其中洞内埋管长255.321m；进厂支管段与房案一布置一致。一级电站压力管道不同敷设方案比较表见表6-49。一级电站压力钢管不同管线方案比较表表6-49序号项目单位方案一方案二备注1土方明挖m3302049002石方明挖m31503803石方洞挖m3145017204砂卵石回填m34502505C15砼镇墩m34202906地下埋管C20微膨胀砼回填m395011107C15砼回填m38756108C15砼砌块石河堤m34801109喷C20砼m3205010Φ25砂浆锚杆孔4819211固结灌浆m2960218012回填灌浆m219040013接触灌浆m2204014钢筋制安t151215板材t33532516多年平均发电量万kw.h3092309917投资万元524.22525.48本阶段从以下方面对管线布置进行方案比选：A.从管道布置上看：方案二管道布置相对顺直，主管长度略短于方案一；B.从发电量及工程量上看：两方案多年平均发电量相差较小，工程量也相差不多；C.从地质上看：根据踏勘表明，方案二平洞出口覆盖层较厚，洞口处理工程量较大，且出洞口后侧山坡430m高程以下均为崩坡堆积体，洞口的大规模开挖将对后坡产生新的安全隐患，且下平段长达120m，其围岩类别主要为Ⅳ类，平洞的临时支护工程量较大，方案一平洞出口基岩出露，洞口的支护处理简单可靠，平洞仅67m，临时支护工程量相对较小。从地质上看，方案一优于方案二。D.从施工对周边环境的影响上看：方案一出洞口底板高程与公路路面高程相差17m，平洞横穿公路施工时对交通无不利影响；方案二平洞挂口需要挖断公路，对102省道的正常通行影响较大，洞口距离民房较近，施工中的爆破对附近居民影响较大，易产生纠纷，施工干扰较大。从施工干扰上看，方案一优于方案二。综上所述，为减少工程施工对周边环境的不利影响，避免管道施工对原有自然环境的破坏，保障工程竣工后的安全可靠运行，本阶段管线布置推荐采用方案一。=3\*GB3③供水方案及管径的选定钢管最大设计内水压力约1.9MPa，引用流量2×4.8m3/s，压力管道主管长约217m。电站供水有单元和联合两种型式可供选择。采用单元供水运行灵活，可减少局部水头损失，但管道在平面上所占尺寸大，工程量较大，管道与调压井的连接需要在洞内分岔，施工较困难。联合供水灵活性较差，但管道布置比较容易，两者在相同水头损失下比较，联合供水的工程投资小，较为经济，因此本阶段推荐采用单管联合供水方式。本阶段按《小型水力发电站设计规范》（GB50071-2002）规定的钢管经济流速4.0～6.0m/s来确定钢管直径。本工程电站设计水头仅123m左右，为充分利用水力资源，减少因水头损失引起的电量损失，钢管流速应控制在4.0m/s内为宜。经试算，主管直径选定为1.8m，设计流速3.77m/s。=4\*GB3④钢管布置调压井与发电厂房之间采用埋藏式高压钢管连接，一管两机联合供水方式，设计流量9.6m3/s。压力管道主管长370.344m，内径1.8m，支管长50.26m（岔管中心至进水阀中心），内径1.2m。岔管采用非对称Y形分岔。压力管道由上平段、斜井段、下平段、洞外埋管段和进厂支管段五部分组成。上平段长11.9m，其中渐变段长6.0m，管径由2.4m渐变至1.8m后与钢管相接，中心高程435.61m；斜井段长135.924m，倾斜角度40°，管内径为1.8m,钢衬厚度12～16mm,管周回填0.6m厚C20微膨胀砼；下平段长66.826m，钢衬厚度18mm,管周回填与斜井段相同，中心高程348.0m；洞外埋管顺云阳至开县省道外侧河道岸坡布置，管内径为1.8m,钢壁厚度18mm，长155.694m，管周包裹不小于0.6m的C15砼；进厂支管段布置于洞外，经公切直径为2.1m的月牙肋岔管分岔后与机组进水阀相接，支管直径为1.2m，管壁壁厚为16mm。埋管钢衬钢种均采用Q235C。=5\*GB3⑤管道结构设计A、管壁应力和抗外压稳定计算地下埋管钢板材质采用Q235C，钢衬外回填C20微膨胀混凝土，厚度为0.6m，根据管道的布置情况，上平段、斜井段及下