2017年水利工程施工课程设计任务书(导流设计)

《水利工程施工》课程设计任务书（水利水电工程专业）1 前言根据水利水电工程专业培养计划和《水利工程施工》教学大纲的规定，本专业的学生有一周半时间的《水利工程施工》课程设计。

本课程设计的主要目的是巩固和掌握课堂所学理论知识，培养学生运用本课程的知识解决相应实际问题的能力，并使学生在水力计算、CAD绘图、设计说明书编写等方面能得到初步训练，为毕业设计和今后的工作、学习打下坚实基础。

本次课程设计的主要内容是水利水电工程施工导流设计和截流设计，以下为导流设计的相应资料。

2基本资料2.1工程概况本水电站位于XC市某村境内，系YJ干流水电建设规划的梯级电站之一，距XC市公路里程约80km。

本工程主要任务是发电，水库正常蓄水位1330.00m，死水位1328.00m，总库容7.6亿m3，属日调节水库。

本工程等级为一等工程，主要水工建筑物为1级，次要建筑物为3级。

电站枢纽建筑物主要由左右岸挡水坝、中孔坝段和溢流坝段（为碾压混凝土重力坝）、消力池、右岸引水发电系统组成，右岸地下厂房装机4台600MW机组，总装机容量2400MW。

工程枢纽处地形及工程布置见附图。

大坝为碾压混凝土重力坝，坝顶高程1334.00m，最低建基面高程1166m，最大坝高168.0m，最大坝底宽153.2m，坝顶轴线长516m；整个坝体共24个坝段，从左至右由左岸挡水坝1#～9#坝段、左中孔10#坝段、溢流坝11#～14#坝段、右中孔15#坝段和右岸挡水坝16#～24#坝段组成；溢流坝段布置5孔溢流表孔，每孔净宽15m，溢流堰顶高程1311.00m；放空中孔孔口底高程1240.00m，孔口尺寸5×8m；溢流坝段下游接消力池，消力池边墙为混凝土斜边墙，消力池边墙顶高程1224.0m，建基高程分别为1166.0m、1180.0m，底板高程为1188.0m，消力池长145m。

2.4地质条件本水电站枢纽区属高山峡谷地形，坝址区河道由上游至下游从S75o E逐渐变为EW向，河谷呈基本对称的“V”型河谷，临江坡高大于700m，左岸坡度40o～45o，局部段达50°～55°，右岸坡度35o～45o，50º～60º。

枯水期江水位1205m 时，水面宽90~110m，正常蓄水位1330m时，相应谷宽396~440m。

枢纽区出露地层主要为二叠系上统玄武岩组（P2β），下游将涉及二叠系下统平川组（P1P）灰岩及砂岩，第四纪覆盖层分布较为广泛。

第四系覆盖层主要为现代河床冲积物以及分布于两岸谷坡的崩坡积，坡残积、少量冲沟内的洪积物，两岸的阶地堆积物零星分布。

河床覆盖层厚1.0~35.8m。

玄武岩坚硬性脆，而且经受多次构造作用，加之成岩过程中发育有大量的原生节理，岩石各向异性比较突出，使节理发育规律性差，方向较分散。

枢纽区以中陡倾裂隙为主导优势，占裂隙总数80%以上，且分布普遍，缓倾角裂隙数量相对较少，但分布仍具有一定普遍性，裂隙产状在各部位差异较大，浅表部沿该组裂隙卸荷强烈，大部分充填次生泥。

上游围堰地基：据钻孔揭示，河床覆盖层最厚约35m，基岩岩性为P2β21杏仁状玄武岩及斑状玄武岩和P2β22杏仁状玄武岩、致密状玄武岩，根据覆盖层结构特征由下至上主要分为三层。

Ⅰ层：卵砾石夹砂层，厚4～10m，主要分布于河床中心，卵砾石成份主要为远源物质，如大理岩，花岗岩等，磨园度较好，砂为中粗砂，物质结构较紧密。

分布于河床底部。

Ⅱ层：孤块碎石夹砂砾石层，厚8～19m，结构较松散，局部架空。

孤、块石较多，孤、块及碎石成份主要为斑状玄武岩，新鲜坚硬。

分布于河床中下部。

Ⅲ层：含漂卵砾石夹砂层，厚6～17m，漂、块石较多，结构较松散，漂石成分主要为花岗岩，卵砾石主要为砂岩、花岗岩、大理岩等。

分布于河床上部。

第Ⅰ层厚度小，局部分布。

Ⅱ、Ⅲ层厚度相对较大，分布连续，总体粗颗粒组成骨架，结构较松散，局部架空，根据注水资料河床覆盖层透水性为：K=3.32×10-2～8.25×10-1cm/s，可能为管涌土，透水性强，需采取适宜的防渗和排水措施以及合适的施工方法。

围堰两侧边坡整体稳定，但大致顺坡向的错动带及裂隙对局部边坡稳定不利。

由于P2β21、P2β22岩体中裂隙发育，河床下部基岩为弱风化，基岩透水性为Lu=1.2～12Lu，透水性强，应切实按照设计要求作好防渗措施。

下游围堰地基：据勘测，河床覆盖层最厚约33m，由于施工弃渣原因，河床覆盖层厚度有所改变，结构特征与上围堰相近，但厚度略有差异。

Ⅰ层：卵砾石夹砂层，厚2～5m，分布于河床底部。

Ⅱ层：块碎石夹砂砾石层，厚6～14m，孤、块石较多，局部为含泥块碎石，分布于河床中下部。

Ⅲ层：含泥漂卵砾石夹砂层，厚13～21m，块石及漂砾较多，局部夹细砂透镜体，厚0.3～0.4m，分布于河床上部。

根据注水资料河床覆盖层透水性为：K=1.0×10-1～1.53×10-1cm/s，可能为管涌土，由于土体结构较松散，透水性强，需采取适宜的防渗和排水措施以及合适的施工方法。

堰基岩体为P2β14角砾熔岩和P2β13-2火山角砾集块岩、枕状玄武岩，弱风化上段下限，在河床位置最低高程约1150m，厚4～20m，下部弱风化基岩透水性为1.2～11Lu渗透性较强，应按设计方案做好防渗处理。

2.5交通及场地本工程有铁路、国道及其他简易公路可到达，对外交通运输较方便。

场内修建有进场公路、左右岸高线公路及其连接线、左右岸缆机平台公路、左右岸低线公路等，其中经左右岸低线公路可达到导流泄水建筑物进出口及上下游堰肩。

本工程地处高山峡谷地带，岸坡陡峻，阶地不发育，坝区附近可供利用的平缓山坡及滩地很少，除坝址附近库区沿江右岸黑水沟口至虎山滩分布有少量缓坡地带外，工程主要场地集中在大坝附近右岸的黑水沟内、竹子坝沟内，大坝下游左岸2.5km打罗沟沟口，大坝下游左岸3.0km大桥沟沟口及沟内，大坝下游左岸10km大盐池等较为平缓地带。

2.6材料、技术供应条件本电站所需建筑材料包括当地天然建材和外来建材两部分。

天然建材主要为混凝土砂石骨料和防渗土料。

通过对坝区周围的调查表明，坝区附近天然砂石料贫乏，远不能满足工程要求，但生产人工骨料的石料储量丰富，且距坝址较近。

石料场主要有在坝址右坝肩上侧、竹子坝沟上缘山体的玄武岩料场，储量约1925万m3；土料场有温泉堡料场，储量约96.8万m3。

外来建材主要有水泥、粉煤灰、木材、钢筋、炸药及油料等，均在XC市可购买，施工用电由某市电力系统供应。

2.7施工工期工程准备期从第一年3月导流工程施工及坝肩开挖准备工程开始至第三年2月具备下基坑条件，工期24个月；主体工程施工期从第三年2月基坑开挖开始至第七年7月初第一台机组发电，工期52个月；工程完建期从第七年7月到第八年7月，工期12个月。

本工程总工期88个月，即第一年3月～第七年7月。

其中，大坝混凝土施工进度计划安排如下：（1）大坝基础垫层常态混凝土浇筑开始日期：第四年2月1日；（2）大坝碾压混凝土浇筑开始日期：第四年4月1日；（3）1265m以下大坝及溢流面浇筑完成日期：第六年4月30日；（4）大坝常态和碾压混凝土浇筑完成日期：第六年10月31日；（5）放空中孔工作闸门安装完成日期：第六年4月30日；（6）放空中孔检修闸门安装完成日期：第六年10月31日；（7）大坝帷幕灌浆完成日期：第六年10月31日；（8）上游围堰拆除完成日期：第六年10月31日；（9）下游围堰拆除完成日期：第六年4月30日；（10）导流泄水建筑物下闸日期：第六年11月初；（11）导流泄水建筑物封堵完成日期：第七年4月30日；（12）大坝表孔金属结构安装完成日期：第七年4月30日；（13）大坝完工日期：第七年4月30日；（14）1265m以上溢流面完工日期：第六年8月31日；（15）消力池完工日期：第六年3月31日；（16）第一台机组发电时间：第七年7月1日。

3设计任务根据本工程枢纽建筑物的布置及坝体断面结构形式，结合施工条件，进行施工导流设计，要求完成以下任务：（1）选择导流方式（全段围堰法or分段围堰法？隧洞导流or明渠导流？）（2）确定导流设计流量（包括选择导流标准和划分导流时段）（3）选择导流方案（包括初期、中期和后期导流方案）（4）导流建筑物布置及设计（包括导流挡水建筑物及导流泄水建筑物）（5）导流水力计算（无压流、半有压流、有压流）4成果要求（1）设计说明书：20～30页。

应能简明扼要地表达出设计思路，包括设计基本资料的应用，导流方式选择、导流设计流量确定、导流建筑物设计及布置的理由，要求逻辑清楚，语句通顺；导流水力计算应包括计算公式、过程和成果。

（2）图纸：A3图纸2张。

第1张为施工导流平面布置图，采用虚实线的方式绘出导流建筑物的布置位置；第2张为导流建筑物横剖面图。

应有正规图框。

（3）成果提交时间：（4）答辩方式：5 参考资料（1）讨论课所用资料（锦屏一级水电站可研报告）（2）《水利工程施工》（第6版）教材（3）《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303-2004）（4）《水利水电工程施工组织设计手册》第一卷施工规划第二篇施工导流（5）《水力设计手册》第六篇水工隧洞的水力计算（6）《水利水电工程施工过程中的水流控制》王民寿编（7）《水利水电施工导流图集》设计提示（1）选择导流方式主要参考《水利工程施工》（第6版）教材第一章和《水利水电工程施工组织设计手册》（以下简称为《手册》）第一卷施工规划第二篇施工导流第四章导流规划与设计P418～419页，再结合本工程地形地质等资料来选择。

（2）确定导流设计流量导流设计流量一般需要结合导流标准和导流时段的分析来决定。

划分导流时段，可参考《水利工程施工》（第5版）教材P30页。

选择导流标准，可参考《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303-2004）、《水利工程施工》（第6版）教材P29页。

注意：导流标准不仅包括初期导流标准，还应包括坝体挡水度汛标准，截流、下闸、封堵、蓄水标准。

由于资料所限，主要依据所给工程资料和《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303-2004）来定性选择初期导流标准，不考虑导流标准风险决策。

另外，参考本流域上其他水电工程，初步拟定上游围堰最大堰高约55m，使用年限约3年。

（3）选择导流方案参考所用资料（锦屏一级水电站可研报告）P18～22页。

（4）导流建筑物布置及设计围堰布置参考《水利工程施工》（第6版）。

导流泄水建筑物布置参考《水利工程施工》（第6版），或《手册》第一卷施工规划第二篇施工导流有关章节。

导流建筑物设计参考资料（锦屏一级水电站可研报告）P25～42页。

如果导流泄水建筑物确定为导流隧洞，以下要点可供设计时参考：①选择隧洞断面形式：参考《手册》P429页，定性比较；②拟定隧洞断面尺寸：由于资料所限，可不进行经济断面计算；隧洞断面尺寸按有压流设计，断面最大平均流速不超过20m/s来确定；③隧洞衬砌：衬砌厚度应根据地质资料和衬砌计算最终确定，由于所给地质资料不详，洞身全长均暂按全断面钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度取洞径或洞宽的1/8～1/12，参考《水工建筑物》（第5版）教材P396页；④洞口位置：取决于地形、地质条件，洞顶岩层厚度h应满足成洞要求，实际工程中，h可常取1～1.5倍洞门开挖宽度，参考《水利水电工程施工过程中的水流控制》P66页表3-21；⑤进口形式：参考《水力设计手册》第六篇水工隧洞的水力计算P417页；⑥进出口高程及底坡：参考《手册》第一卷施工规划第二篇施工导流P429页，出口高程不宜低于河床高程1200.00m，底坡可取1‰～5‰，底坡取大些，设计成陡坡，可增大泄水能力，也会简化无压流的水力计算；⑦导流隧洞进出口的绘制：参考《水利水电施工导流图集》简单绘制。