导流隧洞设计大纲范本

FCD71030

FCD

水利水电工程初步设计阶段

导流隧洞设计大纲范本

水利水电勘测设计标准化信息网

1998年6月

1

工程初步设计阶段导流隧洞设计大纲

主编单位:

主编单位总工程师:

参编单位:

主要编写人员:

软件开发单位:

软件编写人员:

勘测设计研究院

年月

2

目次

1. 引言 (4)

2. 设计依据文件和规范 (4)

3. 基本资料 (5)

4. 设计原则、设计任务及基本假定 (8)

5.导流隧洞布置及断面体形设计 (9)

6.水力设计 (11)

7.隧洞结构设计 (13)

8.隧洞进出口明渠及洞脸开挖边坡稳定分析 (17)

9.封堵闸门结构设计 (18)

10.导流隧洞施工设计 (18)

11.专题研究及模型试验 (19)

12.工程量计算 (20)

13.设计成果 (20)

附录A 导流隧洞泄流计算 21 附表 25

3

4

1 引言

工程位于 ，是以 为主， 等综合利用的水利水电枢纽工程。枢纽建筑物由组成，最大坝高 m ，正常蓄水位 m ，总库容 3108m 3

，电站总装机容量 MW ，保证出力 MW ，年发电量 3108

kW 2h ，灌溉面积 3104

km 2，通航 t 级船队(舶)。坝址处多年平均流量为 m 3

/s ，河谷为 形，谷底宽为 m ，河谷形状系数 ，左右岸岸坡平均坡度为 度，两岸及河床岩性为

本工程预可行性研究报告于 年 月审查通过，选定坝址为 ，采用隧洞导流，

总工期为 年。

2 设计依据文件及规范

2.1 有关本工程文件

(1) 工程预可行性研究报告；

(2) 工程预可行性研究报告审批文件；

(3)可行性研究设计即原初步设计任务书及项目设计大纲； (4)有关的专题报告。

2.2

设计时应遵照的有关主要规范有(不限于)：

(1)DL5021—93 水利水电工程初步设计报告编制规程； (2)SDJ12—

78 水利水电枢纽工程等级划分及设计标准(试行)及其补充规定；

SDJ217—87

(3)SDJ338—89 水利水电工程施工组织设计规范； (4)SD134—84 水工隧洞设计规范(试行)； (5)GBJ86—85 锚杆喷射混凝土支护技术规范；

(6)SDJ57—85 水利水电地下工程锚喷支护施工技术规范；

(7)SL74-95

水利水电工程钢闸门设计规范；

DL/T5039-95

(8)SDJ212—83 水工建筑物地下开挖工程施工技术规范； (9)SL/T191-96 水工混凝土结构设计规范；

DL/T5057-1996

(10)SDJ207—82 水工混凝土施工规范； (11) 其它有关的设计规范。

2.3

(1)水力计算手册，武汉水利电力学院水力学教研室编，水利出版社，1980年 (2)水工隧洞和调压室，潘家铮主编，水利电力出版社，

1990

(3)水工隧洞的设计理论和计算，汪胡桢编，水利电力出版社，

1977 (4)地下工程喷锚支护原理和设计，王建宇编，中国铁道出版社，

1980

(5)地下工程围岩稳定分析，于学馥、郑颖人、刘怀恒、方正昌编，煤炭工业出版社，

1983年

5

(6)水利水电工程地下建筑物设计手册，水利水电规划设计总院等编，

1993

(7)水利水电施工组织设计手册，水利电力出版社，1990年

3基本资料

3.1

本阶段选定的坝址为 ，坝线为

3.2

本工程为 等工程，永久建筑物为 级建筑物，临时建筑物为 级建筑。

3.3

根据导流方式设计大纲，本工程采用围堰挡(

全年或非汛期) 洪水、隧洞导流的导流方式。导流隧洞设计洪水重现期为 a ，相应设计流量 m 3

/s 。 3.4

(1)坝址不同时段不同重现期洪水流量

表1 坝址不同时段洪水重现期——流量关系表 单位：m 3/s

(2)坝址历史实测逐月最大、最小及平均流量与逐月不同重现期流量

表2 坝址逐月流量特征表 单位：m 3/s

6

(3)

(4)

(5)

坝址水位——

3.5

多年平均年输沙量 万t ／

a 多年平均含沙量 kg ／m

3 实测最大含沙量 kg ／m

3

悬移质平均粒经 mm

3.6

(1)

表3 坝址气温与水温表 单位：℃

(2)

表4坝址降雨量、蒸发量及湿度表

年最大降雨量 mm ，最大降雨强度 mm ／d ，平均降雨天数 d 。 (3)

表5 坝址风速表 单位：m ／s

风向为 ，吹程 km

(4)

7

坝址冰冻期为 月 日至 月 日，平均结冰厚度 m ；流冰期为 月 日至 月 日，持续时间 d

3.7 3.7.1

(1)坝址区(包括导流隧洞)

(1:1000～1:2000)；

(2)

(1:1000～1:2000)；

(3)导流隧洞沿程工程地质纵剖面(包含隧洞沿程岩性、围岩类别、地质构造特性及详细

的工程地质描述与围岩稳定性评价表)

(1:1000～1:2000)；

(4)有关地应力特性指标

岩体内垂直地应力为 MPa ，水平地应力为 MPa ，最大主应力为 MPa ，方向为 ；最大剪切应力为 MPa ，方向为

(5)导流隧洞沿程围岩物理力学特性

(7)

3.7.2

(1)

(2)

(3)

(4)

3.7.3 本工程

3.8

(1)

(2) (3)

3.9

(1)

(2)采用水泥的产地、品种及标号。

8

(3)掺合料、外加剂的品种、性质及指标。 (4)采用的新材料的性质及指标。 3.10

3.11 其它有关的资料

(1) (2)

(3)

(5)

(6)

(7)在梯级电站中，上游已建电站对削减导流流量及枯水期调峰时增泄流量的有关资

(8)临时或永久跨导流隧洞进、出口明渠的交通要求。

4 设计原则、设计任务及基本假定

4.1

(1)导流隧洞设计除执行本《大纲》外，还应符合有关的规程、规范、标准的规定和要

求。

(2)设计前应深入现场踏勘，选择洞线，详细了解并掌握地形地貌、工程地质、水文地

质资料，并充分分析研究有关的设计资料。

(3)

导流隧洞布置应与水工枢纽布置综合考虑，并满足施工导截流要求。

(4)

导流隧洞设计应做到因地制宜，技术先进，隧洞沿程地质条件及水力学条件良好，施工方便，进度快，经济合理，安全可靠，确保质量。

(5)应积极推广使用国内外先进的设计经验，并不断总结提高。

4.2 设计任务

(1)

(2)

(3)

(4)

(5) (6) (7)

4.3

9

(1)

(2)

(3)导流隧洞型式采用(有压式或无压式) 。

5 导流隧洞布置及断面体形设计

5.1

(1)导流隧洞布置应与电站枢纽总布置相协调，尽量与永久泄洪或引水建筑物结合，对沿线建筑物及周围环境影响较小。

(2)

(3)

(4)

5.2

10

5.3

5.3.1 隧洞断面体形及尺寸设计原则

(1)满足地形、地质、地应力等要求，便于施工。

(2)满足导流、截流泄量要求，具有较强的超泄能力，并使导、截流工程综合费用最低。 (3)断面体形应与水流流态相协调，保证水流顺畅，断面尺寸应满足水力学有关要求。 (4)满足通航、过木、排冰等要求。 5.3.2 隧洞纵断面及底坡设计

5.3.3

本工程宜采用

5.3.4

11

本工程隧洞进口体形宜采用 ，进口建筑物结构型式采用

，出口消能型式采用 。

6 水力设计

6.1

6.1.1

(1)导流隧洞泄流能力计算。 (2)设计流量下，无压隧洞水面线计算

(3)

(4)

(5) (6)

6.1.2

(1)

(2)局部水头损失系数及糙率按本范本附表A1、附表A2

(3)

6.2

6.2.1

12

(1)

(2)

6.2.2

S ——

(2)

6.2.3

(1)弯道水流计算

(2)

13

6.2.6

7 隧洞结构设计

7.1

(1)

(2)

(3) (4)

7.2 7.2.1

(1)导流隧洞施 (2)

(3)

7.2.3

7.3

7.3.1

(1)导墙(或边墙)

(2)

14

7.3.2

表7 荷载及其组合表

7.3.3

(1)结构自重，钢筋混凝土容重γ＝ kN/m 3

(2)水压力，水容重γ0＝ kN/m 3

。

(3)渗透压力，渗透压力折减系数β＝ 。 (4)土压力，土料容重γ2＝ kN/m 3

。 7.3.4

(1)

(2)

提示：(1)

f.

抗剪

f ′.∑Ｗ＋Ｃ′Ａ）/

式中： Ｋ、Ｋ′——为抗剪及抗剪断的安全系数；

f 、f ′——为混凝土与基础的抗剪及抗剪断摩擦系数，f ＝ ，

f ′＝

——

ＭＰa ；

——为作用在单位长度上垂直力总合，k Ｎ； ——为作用在单位长度上水平力总合，k Ｎ。

(2)抗倾稳定计算

m ＝∑Ｍ抗/∑Ｍ倾

m ——为抗倾稳定安全系数； ∑Ｍ抗——为对导墙趾点的抗倾力矩总和； ∑Ｍ倾——为对导墙趾点的

(3)基础应力计算

σ＝∑Ｗ/Ｔ±６∑Ｍ/Ｔ

2

σ——为导墙基底的垂直应力； ∑Ｗ——为基础截面以上的全部垂直力；

∑Ｍ——为基础截面以上的全部荷载对截面形心的力矩总和； Ｔ——

15

7.4

7.4.1

(1)

(2) 7.4.2

表8荷载及其组合

7.4.3

(1)γ＝ kN/m 3

(2)γ0＝ kN/m

3

(3)

β＝

(4)风压力，根据规范规定的全国最大风压力分布图选择风压力值，对于选择的值尚应乘振动系数1.5和空气动力系数1.4

(5)浪压力，计算风速 m/s ，吹程 km (6)

(7)金属结构重量，包括闸

提示：(1)

(2)

抗浮稳定计算公式为：

式中：Ｋ——为抗浮稳定安全系数；

——

ζ——

Ｎ——为锚固力，Ｎ＝n Ｐg Ｐg ——

n —— Ｖ——

Ｐn ——

——

＝0.1

??g

V P c n 22

?

=n

P V N G K +++=

θ

16

7.4.4

(1)

(2)

7.5

隧洞衬砌结构计算 7.5.1

表9荷载及其组合

7.5.2

(1)

γ＝ kN/m

3

(2)山岩压力，对于Ⅰ类围岩可不计围岩的松动压力，对Ⅱ、Ⅲ类围岩，按下式计算：

q ＝(0.1～0.2)γ1B

γ1——为岩石容重，γ1＝ kN/m 3

；

B ——为隧洞的开挖宽度，m ；

q ——为均匀分布的垂直围岩松动压力，kN/m

2

对于Ⅳ、Ⅴ类围岩按松动介质平衡理论计算山岩压力，其计算公式：

式中： fk ——

(3)内水压力，根据水力计算得到的洞内水面线或压坡线计算内水压力，水的容重γ。 ＝ kN/m 3

(4)外水压力，外水压力折减系数可参考SD134—84

(5)

7.5.3

按整体结构进行计算，计算公式同7.3.4

k

f B q 21

γ=提示：(1)对于混凝土衬砌的隧洞，衬砌结构计算应按上述荷载组合，采用规范SD134—84附录四～七推荐的计算方法及计算程序进行计算。当围岩条件较复杂时，建议采用有限元法

(2)对于喷锚衬砌的隧洞，喷锚衬砌设计可按规范SD134—84附录八推荐的方法进行计算。

17

7.6

导流隧洞封堵结构设计 7.6.1

(1)

本工程封堵体位置宜设置在 。

本工程堵头型式采用

7.6.2

8 隧洞进、出口明渠及洞脸开挖边坡稳定分析及处理设计

8.1 边坡稳定分析计算

本设计采用

8.2

本工程采用 措施进行边坡加固处理。

提示：(1)

(2)封堵体位置应与大坝帷幕灌浆位置相适应，尽量选在大坝帷幕灌浆轴线部位，对于不受帷幕灌浆影响的导流隧洞，封堵体也不宜距帷幕灌浆中心线太远。对于拱坝，

提示：导流隧洞封堵体过去最常用的为重力式，在设计时应结合工程实际情况，选择比较先进的堵头型式，如拱式、棱台式，以加快工程施工进度，减少工程量，节约工程投资。龙羊峡水电

提示：(1)导流隧洞封堵体应按永久建筑物设计，设计与校核水位同大坝设计标准一致。 (2)

式中：Ｋ、Ｋ′——为抗剪及抗剪断的安全系数；

f 、f ′——为混凝土与基岩的抗剪及抗剪断摩擦系数，f ＝——，f ＝——；

Ｃ′——a ；

Ｐ——为作用在堵头上的总水压力(包括地震动水压力)及泥沙压力，k Ｎ；

γ——为堵头混凝土容重，γ＝——kN/m 3

λ——为封堵体断面周长(一般不计顶拱)；

ω——为封堵体截面面积，m 2

f KP

l ωλ='

'''C f P K l λωλ+=

提示：根据边坡稳定分析计算，对边坡进行锚固处理设计。锚固措施主要有：浇混凝土

或喷混凝土衬砌、锚杆、锚桩、予应力锚索、混凝土抗滑桩及混凝土抗剪洞等，根据实际情况选择单一措施或组合措施进行边坡加固处理，具体设计方法参见有

18

9 封堵闸门结构设计

9.1

(1)

(2)

9.2 9.2.1

9.2.2 荷载及其组合

9.3

(1)水压力计算，水的容重γ

0＝ kN ／m 3

，设计及校核条件下闸门挡水水头分别为 m (2)泥沙压力计算，泥沙浮容重γ＝kN/m 3

，泥沙内摩擦角φ＝

9.4

9.5

10 导流隧洞施工设计

10.1 施工方法、施工布置、施工进度设计

提示：闸门结构设计采用结构力

学方法，按水工钢筋混凝土结构设计规范或水工钢结构设计规范进行结构计算。根据结构计

19

本工程隧洞开挖方法应采用 ，出碴方式采用 ，混凝土衬砌作业顺序采用 ，衬砌方式采用

10.2

本工程隧洞进口挡水围堰采用，出口围堰采用，围堰设计洪水标准采用。 10.3

11 专题研究及模型试验

11.1 专题研究(必要时)

(1)工程地质及水文地质条件较差或高地应力区的大跨度隧洞围岩稳定分析专题研究。 (2)当隧洞进、出口边坡较高，地质条件较差时，宜进行隧洞洞脸边坡稳定分析及锚固处理设计研究。

(3)大流量、高流速隧洞的水力学模型试验及专题研究。

(4)当有过木、通航、排冰要求时，应进行专门的模型试验及专题研究。 (5)当与永久建筑物结合时，应进行专门的水力学模型试验及专题研究。 11.2 模型试验

初步设计阶段，对推荐的导流隧洞布置方案应进行水工模型试验。

提示：根据导流洞布置及洞线沿程地形地质情况，选择合适的施工机械及施工方法，布置相 应的施工支洞、出碴及混凝土施工道路，编制单工作面单循环工作进度及隧洞施工总 进度，以保证工程按期完成，按时截流。隧洞施工设计可参见《水利水电工程初步设

(1) 导流隧洞一般均采用钻爆法施工，开挖方法有全断面法、台阶法、导洞辐射法、支 撑拱法、核心开挖法等，按照围岩分类，隧洞断面尺寸，机械设备能力，工程进度等

(2) 隧洞出碴及混凝土运输方式有无轨运输及有轨运输两种。无轨运输时，道路最 大纵坡应≤14%；有轨运输时，道路纵坡宜＜2

(3)隧洞衬砌作业可与开挖作业顺序进行或与其平行交叉进行。衬砌方式有全断面一 次衬砌(适用于地质条件良好的中小隧洞)及分块衬砌(断面尺寸较大，地质条件 较差时可采用先边顶拱后底拱的分块型式；地质条件较好时，可采用先底拱后 边顶拱的分块型式)

提示：隧洞进、出口挡水围堰一般为预留岩坎，宜可采用草土围堰及混凝土围堰。围堰高度一般

按挡10

～20年一遇洪水位设计。围堰拆除方法一般为在汛后逐渐下挖，最后采用爆破拆除。

20

12 工程量计算

12.2

初步设计阶段各项工程量计算的阶段系数参见表11

表11 工程量计算的阶段系数表

13 设计成果

13.1

(1)

(2) (3) (4)

(5)

(6)

13.2 设

(1)

(2) (3)

13.3 工程量汇总表