華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)PAGEPAGEIII摘要Z水利樞紐是位于Q河上的Ⅰ級建筑物，由河床混凝土重力壩、溢洪道、右岸土壩和壩后廠房等組成。樞紐的主要任務(wù)是發(fā)電，共裝三臺(tái)機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組15萬千瓦，最低發(fā)電水位500米，相應(yīng)庫容19.5本設(shè)計(jì)主要針對施工導(dǎo)流和土壩施工進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，在施工導(dǎo)流部分我們進(jìn)行了導(dǎo)流方案的比較與選擇、導(dǎo)流時(shí)段的劃分和選擇、導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)的確定、導(dǎo)流建筑物的設(shè)計(jì)。在導(dǎo)流之后又進(jìn)行了截流施工，基坑排水以及土石壩施工的具體設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)當(dāng)中通過經(jīng)濟(jì)比較分析選擇三條城門洞型隧洞加不過水土石圍堰作為導(dǎo)流建筑物，由于在洪水來臨之前壩體不能上升到攔洪高程，所以圍堰擋全年洪水，導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)選擇為全年最大流量5130.在土壩施工部分運(yùn)用立面開采，正向鏟開挖，自卸汽車運(yùn)輸卸料，凸塊震動(dòng)碾碾壓，在設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行了上壩強(qiáng)度的計(jì)算，機(jī)械臺(tái)數(shù)的選擇以及各部位的施工技術(shù)的詳細(xì)說明。關(guān)鍵詞：水利樞紐、導(dǎo)流、土壩施工、碾壓AbstractZwaterconservancyhubislocatedintheI-levelbuildingsQRiverfromriverconcretegravity,spillway,damandtherightbankofBahouplant.Hubisthemaintaskofgeneratingatotalofthreeunitsinstalled,15millionkilowattsperunit,generatingminimumwaterlevelof500meters,thecorrespondingstorage1.95billioncubicmeters.Thedesignfortheconstructionofmajordamsanddiversionofconstructiondesign,constructiondiversionpartinadiversionprogrammedwecomparewiththeselection,classificationandselectionofthediversionperiod,thediversioncriteriaestablished,diversionbuildingdesign.Inariverdiversionafterconstruction,drainageandscheduledconstructionJikengspecificdesign.Inthedesignofeconomiccomparativeanalysisofoptionsthroughdoor-typematerialplusthreeCitywatergabionbutasadiversiondambuilding,thefloodsinthedawnBatinotrisetoLanhongelevation,thedamturnedthefloods,diversioncriteriafortheselectionofthegreatestflows5,130cubicmeterspersecond.Damconstructioninthefaceoftheapplicationtotheexploitation,isshoveltodiganddumpmotortransportdischarge,protrudepiecesshockstonerollertrackinthedesignofthedamintensitycalculations,themechanicalpartsofTaiwanaswellasafewchoicedetailsoftheconstructiontechnology.Keyword:keywatercontrol,diversion,damconstruction,track前言為使我們能把理論聯(lián)系實(shí)際，加深對所學(xué)知識的理解和掌握，學(xué)校為我們安排了這次畢業(yè)設(shè)計(jì)。根據(jù)學(xué)校安排我的設(shè)計(jì)題目為<<Z水庫施工組織設(shè)計(jì)及土壩施工>>。水利工程施工是一門涉及面較廣、學(xué)術(shù)性較強(qiáng)、內(nèi)容組織結(jié)構(gòu)聯(lián)系較緊密的學(xué)科。通過對這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我把大學(xué)生活所學(xué)到的理論知識融會(huì)貫通，把書本上的理論知識聯(lián)系了實(shí)際問題，使自己的知識體系得到了升華。本次設(shè)計(jì)在康迎賓老師的精心指導(dǎo)下，沿著康老師“思路要廣、內(nèi)容要細(xì)”的思路，不斷完善和改進(jìn)自己的設(shè)計(jì)，力求思路的創(chuàng)新和內(nèi)容的詳細(xì)，最終圓滿完成了對各章節(jié)的設(shè)計(jì)和論證。本次設(shè)計(jì)的主要研究方面有：施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)、施工導(dǎo)流建筑物設(shè)計(jì)及土壩施工進(jìn)行了大量深入的論證和計(jì)算，綜合運(yùn)用了<<水力學(xué)>>、<<水利工程施工>>、<<水工建筑物>>、<<水文學(xué)>>等各學(xué)科知識，并在設(shè)計(jì)過程中進(jìn)一步加深了自己對各學(xué)科聯(lián)系的認(rèn)識。本說明書共分六大章節(jié)，其中包括：Z水庫工程概況、施工導(dǎo)流、導(dǎo)流建筑物設(shè)計(jì)、導(dǎo)流建筑物施工、截流設(shè)計(jì)和基坑排水以及土壩施工等內(nèi)容。并對這六大方面分別作了不同程度的介紹。由于所學(xué)知識有限，設(shè)計(jì)中難免有些疏漏和不足之處，還望老師和同學(xué)們給予指正批評。編者：吳海洲2007.05.31目錄摘要 IAbstract II前言 III1施工條件分析 11.1水利樞紐的組成 11.2施工場地及運(yùn)輸條件 11.2.1施工場地 11.2.2運(yùn)輸條件 21.3氣候特征 21.3.1氣溫 31.3.2冰期 41.3.3風(fēng)向及風(fēng)速 41.4水文條件 41.5工程地質(zhì)條件 61.6當(dāng)?shù)亟ㄖ牧?71.7壩體混凝土主要特征 71.8其他施工條件 71.9隧洞爆破開挖設(shè)計(jì)的有關(guān)資料 82施工導(dǎo)流 102.1導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn) 102.2導(dǎo)流時(shí)段劃分和選擇 112.3 導(dǎo)流方案 122.3.1導(dǎo)流方式的選定 132.3.2圍堰形式的選擇 142.3.3導(dǎo)流泄水建筑物型式的選擇 162.3.4導(dǎo)流方案的擬定 162.3.5通過定量計(jì)算確定隧洞最優(yōu)經(jīng)濟(jì)斷面 173導(dǎo)流建筑物設(shè)計(jì) 203.1導(dǎo)流隧洞的設(shè)計(jì) 203.1.1導(dǎo)流隧洞的斷面形式及尺寸選擇 203.1.2隧洞糙率的選擇 203.1.3隧洞的組成 203.1.4洞軸線的平面布置 203.2導(dǎo)流水力計(jì)算 213.2.1計(jì)算流量系數(shù) 213.2.2隧洞水流流態(tài)的判別 213.2.3隧洞泄流計(jì)算 223.3調(diào)洪計(jì)算 233.3.1目的 233.3.2原理 233.3.3步驟 233.4圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 243.4.1上游圍堰的設(shè)計(jì) 243.4.2下游圍堰 273.5 圍堰的穩(wěn)定分析 273.5.1浸潤線的推求 283.5.2穩(wěn)定分析計(jì)算 294導(dǎo)流建筑物施工 294.1 控制性進(jìn)度計(jì)劃 294.1.1封堵日期的計(jì)算 294.1.2控制性進(jìn)度計(jì)劃 304.2 圍堰的施工 314.2.1圍堰工程量的計(jì)算 314.2.2圍堰工程的進(jìn)度計(jì)劃 314.2.3圍堰的施工方法和機(jī)械設(shè)備 314.2.4圍堰的加高 314.3 圍堰的拆除 314.4導(dǎo)流隧洞施工方法和機(jī)械 314.4.1開挖 324.4.2襯砌 335截流設(shè)計(jì)與基坑排水 335.1截流方式的選擇 335.1.1截流方式 335.1.2龍口的位置和形式： 345.2截流日期和截流設(shè)計(jì)流量 355.2.1截流時(shí)段： 355.2.2截流設(shè)計(jì)流量 355.3截流水力計(jì)算 355.3.1戧堤高程確定 355.3.2立堵截流材料的確定 365.4截流施工 375.4.1戧堤頂高程的確定 375.4.2戧堤施工 375.4.3龍口的合龍 385.5基坑排水 385.5.1排水量的估算 385.5.2排水設(shè)備的選擇 395.5.3排水系統(tǒng)的布置 416.土石壩施工 426.1工程概況 426.1.1.樞紐地理概況 426.1.2壩體設(shè)計(jì) 426.1.3大壩體填筑方量 426.1.4.壩址工程地質(zhì)條件 426.1.5當(dāng)?shù)亟ㄖ牧?426.1.6施工場地 436.1.7運(yùn)輸條件 446.2擬定施工進(jìn)度計(jì)劃 446.2.1施工進(jìn)度進(jìn)度計(jì)劃編制原則 446.2.2壩體施工的進(jìn)度計(jì)劃 446.3料場的布置 446.3.1料場規(guī)劃原則 446.3.2本工程料場情況 456.4施工強(qiáng)度的確定 456.4.1施工天數(shù)的確定 456.4.2施工強(qiáng)度的確定 466.5施工方案的選擇 476.5.1施工方案的內(nèi)容 476.5.2選擇施工方案的依據(jù) 476.5.3 擬定整個(gè)施工過程綜合機(jī)械化方案 486.6壩面作業(yè)的施工 516.6.1壩面壓實(shí)機(jī)械的選擇 516.7結(jié)合部位的施工 536.7.1壩基結(jié)合面 536.7.2與岸坡及混凝土建筑物的結(jié)合 536.7.3壩體縱橫向接坡及接縫 536.8反濾料，墊層料，過度料的施工 547小結(jié) 55參考文獻(xiàn) 56附錄一 57附錄二 82華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第88頁共95頁1施工條件分析1.1水利樞紐的組成Z水利樞紐位于Q河干流上的z峽，系一級建筑物，由河床混凝土重力壩、溢洪道，右岸土壩和壩后廠房等部分組成。樞紐主要任務(wù)是發(fā)電，共裝三臺(tái)機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組15萬噸，發(fā)電的最低水位為500米，相應(yīng)庫容19.5億米3樞紐的右岸適當(dāng)位置布置有排沙放空洞，可滿足封孔蓄水期對下游供水100米3樞紐各組成建筑物的工程量見表1－1。表1－1主要水工建筑物的組成和工程量表序號工程項(xiàng)目挖方(103填方(103混凝土和鋼筋混凝土(103灌漿工程(100m)土方(含砂礫石)石方合計(jì)土方堆砌石反濾層合計(jì)總計(jì)其中固結(jié)灌漿1河床壩段(1)~(10)1103274377432071372右岸混凝土重力壩右(1~15跨)2403527511885463溢洪道121051017202424150(底板78溢流體72)4右岸土壩14301143170020511010151.2施工場地及運(yùn)輸條件1.2.1施工場地壩址距下游的仙州市河道長約100公里，直線距離約50公里，壩址附近皆為高山峽谷地區(qū)。z峽長約樞紐選定壩址位于峽谷尾部，距峽谷出口約1.7公里，壩區(qū)河床兩岸山坡陡峻，成V字形。左岸坡度45°～80°，陡緩相間；右岸坡度60°～85°壩址河床高程一般為410米，枯水季一般水位為418米，河面寬50～60米，深化偏右岸，最深約10米。壩址左岸山峰起伏高出河面約150米以上。右岸壩頭附近為一狹小丘陵階地，高出河面約110米自峽谷出口起，兩岸地勢逐漸開闊，呈狹長的二級階地，高程約430～440米，沿柳河右岸距壩址約8公里壩內(nèi)河谷兩岸有很多沖溝，左岸主要有壩址下游200米處的滑溝；右岸主要有壩址上游150米處的紅柳溝，下游的劉家溝、金溝和銀溝等。這些沖溝切割既深且短，均系沿?cái)鄬蛹肮?jié)理裂隙發(fā)育而成，與河谷多成70°～80壩區(qū)附近可供施工場地布置的地段，有右岸李家溝，峽谷出口下游右岸的明壩和左岸的易家灣等階地，各地段特性如表1－2所示。表1—2各地段特性表順序名稱位置距壩址離（公里）可利用面積(平方公里)高程（米）1李家溝右岸壩址下游1．51．2565～5802明壩右岸壩址下游2．50．5430～4403易家灣左岸壩址下游3．00．3430～4404舊鎮(zhèn)右岸壩址下游8．02．0425～4601.2.2運(yùn)輸條件仙州到z的公路線為六級公路，已建成通車，路線全長約50公里1.3氣候特征表1—3壩區(qū)1953～1988年氣溫（℃）特征項(xiàng)目月份日平均最高絕對最高日平均最低絕對最低月平均17.513.8-18.3-23.1-6.5214.917.5-15.4-22.1-1.6322.526.9-7.9-16.35.5428.433.2-2.9-8.412.0532.717.462.921.0735.922.9834.438.310.65.421.590.516.41023.628.0-2.5-6.610.11117.421.6-10.4-15.31.8127.610.9-15.7-21.6-5.3年平均氣溫本區(qū)為大陸性氣候。多年平均溫度為9.6℃，月平均最高溫度為22.9℃，最低為－6.5℃；絕對最高為39.1℃，絕對最低為-23.1℃本地區(qū)雨量稀少，年平均降水量為330.1毫米，最大達(dá)471.9毫米，其中60～70％集中在7～9月，最大日降雨量為71.8毫米。最長一次降水延續(xù)時(shí)間4降雪一般于11月下旬開始，最大一次為20毫米，積雪最大厚度為6厘米，積雪日期一般從11月下旬到次年3月上旬，年平均積雪日數(shù)為21.6日，土壤冰結(jié)深度約本地區(qū)降水統(tǒng)計(jì)資料如表1－4和表1－5。表1-4 壩區(qū)1952~1988年各月降水量mm月份項(xiàng)目123456789101112全年平均13.932.538.362.389.856.619.03.92.0330.5最大16.99.023.427.763.8103.2126.7218.4108.950.613.69.1471.9最小07018.600210.8表1-5 壩區(qū)1985~1988年各月不同降水量出現(xiàn)天數(shù)統(tǒng)計(jì)表降水量月份(天數(shù))全年(天數(shù))1234567891011125mm以下最多6571318201617118515112最少12461112612951393平均8.7151712149.772.76104.35mm以下最多00002345520016最少0000112311007平均000011.73421.70012.310mm以上最多0000011421006最少0000011210001平平均000000.30.7210.3004.320mm以上最多0000001110002最少000000000.70001平均000000000冰期每年11月底或12月初行凌，12月底封凍，次年2月底或3月初解凍。冰凍期約2～3個(gè)月。冬季行凌初期，多為針狀，薄片狀冰化閉。流冰速度最大為1.45米／秒，最小為0.95米／秒。春季流冰多為堅(jiān)硬冰塊，冰厚一般為0.2米1.3.3風(fēng)向及風(fēng)速本地區(qū)春季多風(fēng)，最大風(fēng)速為17米1.4水文條件柳河的年最小流量多發(fā)生在1、2月份，3月份上游開始融雪化冰，流量漸增，6月份以后即進(jìn)入汛期。年最大流量一般發(fā)生在7～9月間。壩址區(qū)實(shí)測最大流量為5640米3／秒，最小流量為205米3／秒，多年平均流量為830米3／秒；河水含沙量最大達(dá)5公斤／米3（7～9月），最小為0.01公斤／米3（1～2其流量特征資料列于表1－6～1－8。表1—6壩址水文站各月不同頻率的瞬時(shí)最大流量（米3／秒）頻率月份1％2％5％10％20％14854624304043702405393371356334372368061556850741310121010709568395235021101816158013206481042703570373024707547049204210365030908513046704030355030209638056204610387031101037003410301027002370111750165015201410129012796759701659601全年63905870513045603810表1—7壩址水文站不同頻率的月平均流量（米3／秒）頻率月份1％5％10％20％85％134832732226521823453383272692293469432410300240458649945832733259595694804253546112071160748240671890102088278562081250105076058053691140870695541480109596305474133851169257948940032812430421406378285全年840638553446402表1-8各種頻率洪水過程數(shù)據(jù)表流量日月頻率5％2％1％0.5％9．125002850312033659．226002964324436329．327403124341836869．428703272358138609．530403466379340909．632203671401743309．734203900426746009．836604172456649239．939404492491653009．1042604856531557309．1146005244573961879．1248605540606365379．1351305848640069009．1448005472598864569．1544005016548959189．1641004674511555159．1738404378479051659．1836304138453048829．1934303910428046139．2032403694404243589．2131003534386841709．2229503363368039709．2328203215351837939．2427003078337036329．2526002964324534979．2625002850312033651.5工程地質(zhì)條件壩區(qū)為高山峽谷區(qū)。狹谷由震旦紀(jì)變質(zhì)巖構(gòu)成，其上部為第四紀(jì)礫石巖，含砂礫石層及黃土。柳河流向，在壩址附近轉(zhuǎn)為S260°W，河谷呈彎曲形。河谷兩岸變質(zhì)巖頂板出露標(biāo)高，左岸約520米，右岸約515米。在標(biāo)高515米壩址區(qū)及上下游河床覆蓋層厚5－12米。表面0.3米左右為黃土覆蓋，以下均由卵礫石夾粗、中砂等物構(gòu)成。河床靠右岸有一深槽，順河呈長條狀分布，深槽處水深約10米，覆蓋層厚10－12米，此深槽系河水沿構(gòu)造裂隙侵蝕沖刷而成。壩址河谷及兩岸的變質(zhì)巖主要由云母石英片巖和角閃巖組成，石質(zhì)堅(jiān)硬，相當(dāng)于16級巖石分類中的第X級巖石，普氏系數(shù)f=8云母石英片巖極限抗壓強(qiáng)度為1000～1200公斤／厘米2，角閃片巖極限抗壓強(qiáng)度為900～壩址右岸距河邊480米處，有一天然沖刷的鞍狀地形，溢洪道即建此處，該處系古河道的遺址，兩側(cè)有大小沖溝數(shù)條，與它成70°～80°此壩址處水文地質(zhì)情況，地下水屬裂隙補(bǔ)給水，數(shù)量很少，主要在構(gòu)造裂隙及局部破碎帶內(nèi)。在壩區(qū)變質(zhì)頁巖中還有裂隙承壓水，穩(wěn)定水位432～446米，單寬涌水量一般為3升／分，最大為120Z是地震波及區(qū)，據(jù)上級主管部門提出的Z水利樞紐地段的地震基本烈度為7度。1.6當(dāng)?shù)亟ㄖ牧蠅沃飞?、下游均有砂石材料。特別是壩址下游藏量豐富，開采運(yùn)輸比較方便，質(zhì)量一般皆符合要求，只有砂質(zhì)土尚未找到理想的產(chǎn)地，必要時(shí)可以采用兩岸的黃土代替，各料物主要特征見表1-2、表1-4。1.7壩體混凝土主要特征壩體混凝土的設(shè)計(jì)齡期為90天，水工設(shè)計(jì)中內(nèi)部混凝土用100＃，外部混凝土用150＃?？偦炷劣昧勘葹?.75:0.25?；炷恋娜葜貫?400公斤／米3混凝土的熱學(xué)指標(biāo)及各種材料的熱學(xué)性能見表1-9～表1-10。表1—9混凝土的熱學(xué)指標(biāo)比熱C（大卡／公斤℃）導(dǎo)溫系數(shù)a（米2／小時(shí)）導(dǎo)熱系數(shù)λ(大卡／米·小時(shí)·℃)熱交換系數(shù)β(大卡／米2·小時(shí)·℃)0.210.00482.410表1—10混凝土各材料的比熱材料名稱水水泥砂子粗骨料C比熱(大卡／公斤·℃)1.000混凝土采用600＃純熟料水泥，水泥最終水化熱為67大卡／公斤，水泥放熱速率m=0.384／天。1.8其他施工條件1、仙州市有些地方工業(yè)可以利用，這些地方工業(yè)可考慮在施工期間委托進(jìn)行部分工作和修配工作。2、壩區(qū)附近村鎮(zhèn)不多，且民房數(shù)量不多，只能在明壩村和李家臺(tái)村租用少量民房作為工人住宅。而其它福利設(shè)施和住宅另行設(shè)置。施工期間大批的生活物資和糧食、燃料、日用品等，均需從仙州市運(yùn)交，當(dāng)?shù)刂荒芙鉀Q副食品和部分糧食等供應(yīng)。3、施工期間普通工人和臨時(shí)工人可由地方調(diào)配，而技術(shù)人員則由專業(yè)施工隊(duì)負(fù)責(zé)。4、施工用電：初步估計(jì)仙州市可供應(yīng)最高負(fù)荷約12000千瓦。5、施工及生活用水壩址區(qū)地下水硫酸根（SO42）含量約2000～3000毫米/升，對一般水泥有硫酸鹽侵蝕性。因此，基礎(chǔ)混凝土所用水泥有抗硫酸鹽侵蝕的要求，鋁酸三鈣的含量應(yīng)小于5％。地下水不宜作為工程和生活用水。河水物理性質(zhì)，除含沙較多外，無其它雜質(zhì)，經(jīng)沉淀后可作為工程和生活用水。1.9隧洞爆破開挖設(shè)計(jì)的有關(guān)資料表1—11瑞典四臂臺(tái)車性能型號T285TH480總重（公斤）3100033000行走時(shí)外形尺寸長×寬×高（毫米）12400×3700×450014500×3000×39500最高行駛速度（公里/小時(shí)）3010定點(diǎn)水平鉆孔范圍寬×高（米）12.3×8.112.9×8鑿巖鉆機(jī)鉆孔深度（米）39305130鉆頭直徑（毫米）48～102（套鉆）48～102（套鉆）鉆孔速度（毫米/秒）10～1210～12撥鉆及定點(diǎn)時(shí)間（秒）60～10060～1002、爆破器材A、2#抗水巖石硝銨炸藥爆力320毫升，猛度12毫米，爆熱1000大卡/公斤，炸藥的殉爆距離3～5厘米，極限爆速3600米/秒，最佳密度0.95～1.1克/厘米3，臨界直徑B、秒差雷管延時(shí)0、2、4、6、8、12秒。C、微差雷管第二系列延時(shí)。段序12345678910延時(shí)(毫秒)<1325±1050±1075+15-10110±15150±20200+20-25250±25310±30380±35段序11121314151617181920延時(shí)(毫秒)460±40550±45650±50760±55880±601080±701200±901400±1001700±1302000±150D、電雷管（鉻橋絲電阻3歐姆）腳絲電阻0.1歐姆/米（銅芯）或0.6歐姆/米（鐵芯）。最大安全電流0.25安培，最小發(fā)火電流0.47安培，最大、最小額定引燃沖能分別為10.6安/秒和4安/秒，最短傳導(dǎo)時(shí)間3毫秒。3、某隧洞爆破振速實(shí)測值（厘米/秒）藥量（公斤）爆心距（米）1020305010090.270.0720.022.81.870.650.310.1900.0350.670.230.0493.73.781.180.580.280.1024、混凝土性能發(fā)展（某配比之實(shí)測資料）齡期（時(shí)）281015172024抗拉強(qiáng)度（公斤/厘米2）5.78.010.012.4縱波速度（米/秒）2800310033003500370038003950粘結(jié)力（公斤/厘米2）0.330.580.92施工導(dǎo)流施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)包括導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)的選擇，導(dǎo)流方式的選擇及導(dǎo)流布置、導(dǎo)流泄水建筑計(jì)、圍堰設(shè)計(jì)、截流設(shè)計(jì)、基坑排水、下閘蓄水措施等。2.1導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)是選擇導(dǎo)流設(shè)計(jì)流量進(jìn)行施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，它包括初期導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)，壩體攔洪度汛標(biāo)準(zhǔn)，孔洞封堵標(biāo)準(zhǔn)等。作為選擇導(dǎo)流方案，確定導(dǎo)流建筑物的依據(jù)，導(dǎo)流設(shè)計(jì)流量的選擇一般應(yīng)根據(jù)下列情況酌情采用規(guī)范的上限或下限，提高或降低標(biāo)準(zhǔn)：臨時(shí)性建筑物的級別，系按被圍護(hù)的永久性建筑的等級確定、根據(jù)洪水規(guī)律適當(dāng)選擇標(biāo)準(zhǔn)、庫容大小及圍堰高低、保護(hù)對象的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、基坑施工期長短。表2—1導(dǎo)流建筑物級別劃分（SDJ338-89）項(xiàng)目級別級別保護(hù)對象失事后果使用年限（年）圍堰規(guī)模圍堰高（m）庫容(億m3)Ⅲ有特殊要求的Ⅰ級建筑物淹沒重要城鎮(zhèn)、工礦企業(yè)、交通干線或推遲工程總工期及第一臺(tái)機(jī)組發(fā)電，造成重大災(zāi)難和損失〉3〉50〉1.0ⅣⅠ、Ⅱ級永久建筑物淹沒一般城鎮(zhèn)、工礦企業(yè)或影響工期及第一臺(tái)機(jī)組發(fā)電，而造成較大經(jīng)濟(jì)損失1.5-315-500.1-1.0ⅤⅢ、Ⅳ級永久建筑物淹沒基坑，但對總工期及第一臺(tái)機(jī)組發(fā)電影響不大經(jīng)濟(jì)損失較小〈1.5〈15〈0.1注：1.當(dāng)導(dǎo)流建筑物根據(jù)表中指標(biāo)分屬不同級別時(shí)，就以其中最高級別為準(zhǔn)。但列為Ⅲ級導(dǎo)流建筑物時(shí)，至少就有兩項(xiàng)指標(biāo)符合要求。2.導(dǎo)流建筑物包括泄水和擋水建筑物，兩者級別相同。3.列表四項(xiàng)指標(biāo)均按施工階段劃分。4.有無特殊要求的永久建筑物均針對工期而言，有特殊要求的I級永久建筑物指施工期不允許過水的土壩及其有特殊要求的永久建筑物。5.使用年限指導(dǎo)流建筑物每一施工階段的工作年限，兩個(gè)或兩個(gè)以上施工階段共有的導(dǎo)流建筑物，如分期導(dǎo)流一、二期共有的縱向圍堰，其使用年限不能疊加計(jì)算。6.圍堰工程規(guī)模一欄中，堰高指擋水圍堰高大高度，庫容指堰前設(shè)計(jì)水位所攔蓄的水量，兩者必須同時(shí)滿足。導(dǎo)流建筑物根據(jù)保護(hù)對象、失事后果、使用年限和規(guī)模分為三到五級。具體按《規(guī)范》中確定，具體劃分依據(jù)如表2-1。Z水庫水利樞紐位于Q干流上的Z峽谷，系一等工程，主要建筑物為一級建筑物，圍堰失事后會(huì)影響第一臺(tái)機(jī)組的正常運(yùn)行，且使用年限不長，根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL303-2004）,則據(jù)表可初步擬定導(dǎo)流建筑物級別為Ⅳ級，導(dǎo)流建筑物設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)建筑物的類型和級別在下表中查取。表2—2導(dǎo)流建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)劃分（SDJ338-89）導(dǎo)流建筑物類型導(dǎo)流建筑物級別345洪水重現(xiàn)期（年）土石50-2020-1010-5混凝土20-1010-55-3施工期可能遭遇的洪水是一個(gè)隨機(jī)事件。如果標(biāo)準(zhǔn)太低，不能保證施工安全；反之則使導(dǎo)流工程設(shè)計(jì)規(guī)模過大，不僅增加導(dǎo)流費(fèi)用，而且可能因其規(guī)模太大以至無法按期完成，造成工程施工的被動(dòng)局面。因此，導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)的確定，就結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)度的分析使所選標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)濟(jì)合理。由表可知：導(dǎo)流建筑物為Ⅳ級的土石圍堰，所對應(yīng)的洪水重現(xiàn)期為20～10年，為了安全期間，選擇重現(xiàn)期為20年一遇的導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)，即P=5%。全年最大流量為5130。2.2導(dǎo)流時(shí)段劃分和選擇工程施工過程中，不同階段可以采用不同的施工導(dǎo)流方法和擋水、泄水建筑物。不同導(dǎo)流方法組合的順序，通常稱為導(dǎo)流程序。導(dǎo)流時(shí)段就是按照導(dǎo)流程序所劃分的各施工階段的延續(xù)時(shí)間，具有實(shí)際意義的導(dǎo)流時(shí)段，主要是圍堰擋水而保證基坑干地施工的時(shí)間，所以也稱擋水時(shí)段。導(dǎo)流時(shí)段的劃分與河流的水文特征、水工建筑物的布置型式、導(dǎo)流方案、施工進(jìn)度有關(guān)。導(dǎo)流程序的確定：前期導(dǎo)流：是指截流以后到壩體具備擋水條件以前的時(shí)期。Z水庫前期使用三條隧洞導(dǎo)流，采用的土石圍堰擋水。中期導(dǎo)流：是指壩體擋水到導(dǎo)流建筑物封堵以前的時(shí)期?！端姽こ探M織施工設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定壩體擋水度汛時(shí)的洪水標(biāo)準(zhǔn)：混凝土壩50-20年重現(xiàn)期的洪水。為了安全考慮選用20年重現(xiàn)期的洪水。由基本的水文資料查的最大流量是5130m3/s。后期導(dǎo)流：是指蓄水完建期，也就是隧洞封堵到永久建筑物投入運(yùn)行的時(shí)期。Z水庫的導(dǎo)流隧洞封堵后，洪水就從溢洪道泄走。根據(jù)導(dǎo)流程序，而且由于施工期較長，而洪水來臨之前壩體還不能上升到攔洪高程，圍堰必須擋全年洪水，所以本樞紐用全年作為導(dǎo)流時(shí)段。導(dǎo)流方案水利水電樞紐工程施工，從開工到完建往往不是采用單一的導(dǎo)流方案，而是幾種導(dǎo)流方式組合起來配合運(yùn)用，以取得最佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。這種不同導(dǎo)流時(shí)段，不同導(dǎo)流方式的組合，通常稱為導(dǎo)流方案。導(dǎo)流方案的選擇,必須根據(jù)工程的具體條件,擬定幾個(gè)可行的方案,進(jìn)行全方面的分析比較.分析導(dǎo)流方案時(shí),不僅僅從水文條件，地形條件地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，水工建筑物的型式及其布置，施工期間河流的綜合利用，導(dǎo)流工程造價(jià)來衡量,還必須從施工總進(jìn)度、施工交通和布置，主體工程量與造價(jià)及其他國民經(jīng)濟(jì)的要求等進(jìn)行全面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。最優(yōu)導(dǎo)流方案，一般體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）整個(gè)樞紐工程施工進(jìn)度快，工期短、造價(jià)低。盡量壓縮前期投資，盡快發(fā)揮投資效益。（2）主體工程施工安全，施工強(qiáng)度均衡，干擾小，保證施工主動(dòng)性。（3）導(dǎo)流建筑物簡單易行，工程量小，造價(jià)低，施工方便。（4）滿足國民經(jīng)濟(jì)各部門的要求。2.3.1導(dǎo)流方式的選定在河流上修建水利水電工程時(shí)，為了使水工建筑物能在干地上進(jìn)行，需要用圍堰圍護(hù)基坑，并將河水引向預(yù)定的泄水通道往下游宣泄，即為施工導(dǎo)流。目前常用的導(dǎo)流方式按河床斷流條件的不同可分為分段圍堰法導(dǎo)流和全段圍堰法導(dǎo)流。施工導(dǎo)流的基本方法有兩類（1）分段圍堰法亦稱分期圍堰法，就是用圍堰將水工建筑物分期圍護(hù)起來進(jìn)行施工的方法。所謂分段就是在空間上用圍堰將建筑物分成若干段進(jìn)行施工。所謂分期就是在時(shí)間上將導(dǎo)流分為若干時(shí)期。分段圍堰法導(dǎo)流適用于較寬的通航河道上，不允許斷航，冰凌嚴(yán)重，導(dǎo)流流量大河床寬，有條件布置縱向圍堰，河床中永久建筑物便于布置導(dǎo)流泄水建筑物，河床覆蓋層不厚的情況。這種導(dǎo)流方法的導(dǎo)流費(fèi)用低，國內(nèi)外一些大中型水利水電工程采用較廣。分段圍堰法導(dǎo)流，前期都是用束窄的原河道導(dǎo)流，后期要通過事先修建的泄水道導(dǎo)流。優(yōu)點(diǎn)：可以提前進(jìn)行主體建筑物施工，二期可以利用已建成的壩體擋水，減少圍堰的工程量。缺點(diǎn)：需要修筑縱向圍堰，使圍堰施工復(fù)雜化；底孔導(dǎo)流的過流量有限。就本工程而言：=1\*GB3①河床寬度窄，再將河床束窄會(huì)影響河床本身的過流量；=2\*GB3②底孔有限的過流能力不利于山區(qū)洪水的泄流，而且會(huì)影響到主體建筑物的穩(wěn)定；因此，對于本工程，此種方案不合適。（2）全段圍堰法主河道被圍堰一次攔斷一次攔斷，水流導(dǎo)向旁側(cè)的泄水建筑物下泄的導(dǎo)流方式，稱全段圍堰法導(dǎo)流。適用于河谷狹窄、兩岸地形陡峻、山巖堅(jiān)實(shí)的山區(qū)河流。根據(jù)基本資料，Z水庫樞紐的枯水季節(jié)河面寬50～60m，壩內(nèi)河谷兩岸有很多沖溝，并且這些沖溝相互切割，使壩區(qū)的地形變得非常復(fù)雜，給施工場的布置造成一定的困難，且Q河上游為峽谷，河窄水急，不能通行船只，故無通航要求。壩址區(qū)及上下游河床有5～12m的覆蓋層，且在地形圖上測得河谷的周長與其深比為3.83，即河谷系數(shù)為3.83小于6.5。經(jīng)過綜合比較，Z樞紐的情況不滿足分段圍堰的適用條件，故選用全段面圍堰法。全段圍堰法導(dǎo)流全段圍堰法其導(dǎo)流泄水道類型有隧洞導(dǎo)流、明渠導(dǎo)流、涵管導(dǎo)流等，其適用條件分別是：（1）隧洞導(dǎo)流：隧洞導(dǎo)流是在河岸山體中開挖隧洞，在基坑上下游修筑圍堰，水流經(jīng)由隧洞下瀉。優(yōu)點(diǎn)：適用于山區(qū)河流，河谷狹窄，過流量較大，兩岸地形陡峻，山巖堅(jiān)實(shí)的情況。缺點(diǎn)：施工要求高，對地質(zhì)要求高，費(fèi)用較高。（2）明渠導(dǎo)流：是在河岸上開挖渠道，在基坑上下游修筑圍堰，水流經(jīng)過渠道下瀉。優(yōu)點(diǎn)：適用于岸邊具有臺(tái)地，緩坡的地形，或附近具有舊河道、山溝、埡口、河彎的可利用的地形。缺點(diǎn)：工程量大，對地形要求高，后期還需要封堵。對于本工程，由于兩岸均為高山，導(dǎo)致明渠開挖量增加。（3）涵管導(dǎo)流：一般在修筑土壩，堆石壩工程中采用。涵管通常布置在河岸巖灘上，其位置常在枯水位以上，這樣可在枯水期不修圍堰或只修小圍堰而將涵管筑好，然后再修上，下全段圍堰，將水流導(dǎo)入涵管下瀉。優(yōu)點(diǎn)：工程量比較小，節(jié)省導(dǎo)流費(fèi)用。缺點(diǎn)：泄流量有限，對主體建筑物穩(wěn)定有影響。Z樞紐選定壩址位于峽谷尾部，河床兩岸陡峻成V字形，壩址河谷及兩岸的變質(zhì)巖主要由云母石英片和角閃巖組成，石質(zhì)堅(jiān)硬，大壩為混凝土重力壩。由此可知：本樞紐的地形、地質(zhì)等情況，符合隧洞導(dǎo)流的條件。所以，該工程采用全段圍堰法隧洞導(dǎo)流的方式。2.3.2圍堰形式的選擇（1）圍堰基本要求：①具有足夠的穩(wěn)定性、防滲性、抗沖性及一定的強(qiáng)度；②造價(jià)低，工程量較少，構(gòu)造簡單，修建、維護(hù)、拆除較方便；③圍堰之間接頭以及與兩岸的連接要安全；④混凝土縱向圍堰的穩(wěn)定與強(qiáng)度，需充分考慮不同分期導(dǎo)流，雙向先后承受水壓的特點(diǎn)。（2）圍堰的基本類型①草土圍堰：可以就地取材，施工簡便、拆除容易、適應(yīng)低級變形、防滲性能好，特別在多沙河流中，可發(fā)揮快速閉氣等特點(diǎn)。但這種圍堰不能承受較大的水頭，沉陷量較大，在草土圍堰的接頭，尤其是軟硬結(jié)構(gòu)的聯(lián)結(jié)處，比較薄弱。適用于流速低于3.5m/s的條件下。②混凝土圍堰：混凝土圍堰斷面較小，易與永久性混凝土建筑物結(jié)合，抗?jié)B性好，抗沖力強(qiáng)，堰頂可溢流，即可作橫向圍堰，又可作縱向圍堰?；炷羾邔Φ图壱筝^高，多建于巖基上。③鋼板樁圍堰：鋼板樁圍堰邊坡可直立，斷面小，抗沖力強(qiáng)，安全可靠，但耗費(fèi)鋼材，施工機(jī)械化程度高。土石圍堰：土石圍堰能充分利用當(dāng)?shù)夭牧?，?gòu)造簡單，施工方便，對地形地質(zhì)條件要求較低，便于加高培厚，應(yīng)用較廣。本工程基本資料如下：建筑材料：樞紐壩址上、下游均有砂石料場，特別是壩址下游藏量豐富，交通、開采布置方便，且砂石料質(zhì)量皆符合要求。水文條件及地形條件：汛期流量大，河床橫斷面相對不長，兩岸較陡，成V字型左對不寬；枯水期相岸坡度45度～80度，陡緩相間，右岸坡度60度～85度。地質(zhì)條件：河床覆蓋層厚5～12m，表面0.3m由基本資料可知：混凝土圍堰具有抗沖能力大，斷面尺寸小、工程量少，并允許過水等特點(diǎn)，但混凝土圍堰要求修筑在巖基上，混凝土的澆筑要求干地施工，因此在修筑混凝土圍堰時(shí)需提前修土石子圍堰，施工復(fù)雜且不經(jīng)濟(jì)，如果在水下施工，水下清基和水下混凝土澆筑難以保證質(zhì)量，因此工程中采用的不是很多。土石圍堰不僅是水利水工程中采用得最為廣泛的一種圍堰型式，還能充分利用當(dāng)?shù)夭牧匣驈U棄的土石方。構(gòu)造簡單，施工方便，可以在水流中、深水中、巖基上或有覆蓋層的河床上修建。修筑土石圍堰，它能充分利用當(dāng)?shù)夭牧虾退矶撮_挖時(shí)的廢棄料，節(jié)省能源，且可以在有覆蓋層的河床上修建，是水電工程中采用最為廣泛的一種圍堰形式。過水土石圍堰在汛期可以過水，但須采取特殊的防護(hù)措施。由壩址水文、氣象資料可知，該區(qū)從6月份開始即進(jìn)入汛期，到10月份結(jié)束，歷時(shí)較長，在此期間工程施工無法正常進(jìn)行，且影響工程質(zhì)量和施工進(jìn)度。因此不宜采用。壩址上下游均有砂石材料，特別是壩址下游藏量豐富，開采運(yùn)輸比較方便，質(zhì)量一般皆符合要求。且圍堰為臨時(shí)工程，故初步選用不過水土石圍堰。2.3.3導(dǎo)流泄水建筑物型式的選擇全段圍堰法其導(dǎo)流泄水道類型有隧洞導(dǎo)流、明渠導(dǎo)流、涵管導(dǎo)流等，其適用條件分別是：（1）隧洞導(dǎo)流：適用于山區(qū)河流，河谷狹窄，兩岸地形陡峻，山巖堅(jiān)實(shí)的情況。（2）明渠導(dǎo)流：適用于岸邊具有臺(tái)地，緩坡的地形，或附近具有舊河道、山溝、埡口、河彎的可利用的地形。（3）涵管導(dǎo)流：一般在修筑土壩、堆石壩等工程中采用。Z樞紐選定壩址位于峽谷尾部，河床兩岸陡峻成V字形，壩址河谷及兩岸的變質(zhì)巖主要由云母石英片和角閃巖組成，石質(zhì)堅(jiān)硬，大壩為混凝土重力壩。由此可知：本樞紐的地形、地質(zhì)等情況，符合隧洞導(dǎo)流的條件。故選用隧洞導(dǎo)流2.3.4導(dǎo)流方案的擬定根據(jù)該工程的水文、地形等條件，初步擬定導(dǎo)流方案如下：①混凝土圍堰+隧洞導(dǎo)流②過水土石圍堰+隧洞導(dǎo)流③不過水土石圍堰+隧洞導(dǎo)流各方案分析論證：（1）混凝土圍堰+隧洞導(dǎo)流混凝土圍堰具有抗沖能力大，斷面尺寸小、工程量少，并允許過水等特點(diǎn)，但混凝土圍堰要求修筑在巖基上，混凝土的澆筑要求干地施工，因此在修筑混凝土圍堰時(shí)需提前修土石子圍堰，施工復(fù)雜且不經(jīng)濟(jì)，因此工程中采用的不是很多。（2）過水土石圍堰+隧洞導(dǎo)流過水土石圍堰在汛期可以過水，但須采取特殊的防護(hù)措施。由壩址水文、氣象資料可知，該區(qū)從6月份開始即進(jìn)入汛期，到10月份結(jié)束，歷時(shí)較長，在此期間工程施工無法正常進(jìn)行，且影響工程施工進(jìn)度。因此不宜采用。（3）不過水土石圍堰+隧洞導(dǎo)流建筑材料：樞紐壩址上、下游均有砂石料場，特別是壩址下游藏量豐富，交通、開采布置方便，且砂石料質(zhì)量皆符合要求。水文條件及地形條件：汛期流量大，河床橫斷面相對不寬；枯水期相對不長，兩岸較陡，成V字型，左岸坡度45度～80度，陡緩相間，右岸坡度60度～85度。地質(zhì)條件：河床覆蓋層厚5～12m，表面0.3m左右為黃土覆蓋，以下均為卵礫石夾粗中砂等物構(gòu)成，壩址河谷及兩岸的變質(zhì)巖主要有云母石英片巖和角閃巖組成，實(shí)質(zhì)堅(jiān)硬，且抗壓強(qiáng)度足夠，耐沖刷。通過以上條件的比較，修筑土石圍堰，它能充分利用當(dāng)?shù)夭牧虾退矶撮_挖時(shí)的廢棄料，節(jié)省能源，且可以在有覆蓋層的河床上修建，是水電工程中采用最為廣泛的一種圍堰形式。不過水土石圍堰堰頂高程較高，汛期對主體工程的施工影響相對過水圍堰來說較小。施工進(jìn)度易于控制，施工質(zhì)量可達(dá)到要求。因此本次設(shè)計(jì)采取不過水圍堰加隧洞導(dǎo)流的方式。2.3.5通過定量計(jì)算確定隧洞最優(yōu)經(jīng)濟(jì)斷面上游圍堰的擬定（1）堰頂寬的確定根據(jù)《水利水電施工組織設(shè)計(jì)手冊Ⅰ-施工規(guī)劃》知堰頂寬度視圍堰高度、結(jié)構(gòu)形式及其材料組合而定，高于10m的圍堰，其最小寬度不小于3.0m，堰高超過20～30m是，寬度一般為4～6m，取5m（2）圍堰邊坡的確定根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)指南》，土石圍堰的邊坡取決于土石料的性質(zhì)、壓實(shí)程度及地基的承壓能力，參考干填碾壓粗估壩破初擬上游邊坡為1:3.0,下游邊坡為1:1.5。（3）上游圍堰軸線的確定由設(shè)計(jì)規(guī)范知，基坑坡址離主體工程的距離不小于20～30m，取64.25m；基坑開挖的坡比取1：1；由于覆蓋層厚5～12m，故開挖深度取10m；基坑開挖上頂點(diǎn)到圍堰的坡腳的安全距離為3m下游圍堰的擬定（1）堰頂高的確定根據(jù)導(dǎo)流設(shè)計(jì)流量Q=5130m3/s，查壩址水位流量關(guān)系曲線可知，h1=427.3m，下游水深h=427.3–410=17.故下游圍堰高=17.3+0.5=17.8（2）圍堰邊坡的確定迎水坡取1：3.0，背水坡取1：1.5，基坑開挖的坡比取1：1。（3）堰頂寬度的確定根據(jù)規(guī)范要求，取5m。（4）圍堰軸線的確定如地形圖所示：堰軸線到修建主體工程的距離為L=90m隧洞的擬定（1）隧洞進(jìn)出口高程的選擇隧洞進(jìn)出口高程需要考慮：截流、通航、放木要求、封堵條件、泥沙淤積或磨損、方便施工等，一般情況，截流與通航、放木均要求進(jìn)口高程低一些，通常取枯水位以下1.0～1.5m，如果高程過低，可能造成泥沙淤積或門檻磨損，影響封堵閘門沉放，對施工出渣、排水不利，因此，對沒有通航放木要求的河道，在截流許可的條件下，進(jìn)出口高程定高一些為好。結(jié)合Q河的具體情況：Q河沒有通航放木要求，故進(jìn)出口高程定高一些，進(jìn)口高程定為416.82m，出口高程定為（2）隧洞進(jìn)出口位置的選擇隧洞進(jìn)出應(yīng)與上下游水流平順銜接，與河道主流的交角以30°左右為宜。隧洞進(jìn)出口與上下游圍堰之間要有適當(dāng)?shù)木嚯x，以防隧洞進(jìn)出口水流沖刷圍堰的迎水面，從地形上看，隧洞進(jìn)出口一般選在坡度較陡，避免明挖過大，進(jìn)洞困難，進(jìn)洞處頂部巖石厚度一般在1.0～3.0倍的洞徑之間，取3倍。（3）洞軸線的選擇有條件時(shí)，盡量使洞線最短，最好布置成直線，當(dāng)洞線必須轉(zhuǎn)彎時(shí)，應(yīng)盡量避免急彎，其彎曲半徑一般不小于5倍洞寬，否則因離心力作用會(huì)產(chǎn)生橫波，或因流線折斷而產(chǎn)生局部真空，影響隧洞進(jìn)流，隧洞進(jìn)出口應(yīng)與上下游水流銜接，與河道主流的交角以30度為宜。在此次設(shè)計(jì)中，右案隧洞轉(zhuǎn)彎半徑取168米,轉(zhuǎn)彎角度取60度.左岸隧洞轉(zhuǎn)彎半徑取134米轉(zhuǎn)彎半徑取47（4）洞軸線長度的確定在地形圖上畫出隧洞進(jìn)出口及軸線位置，測出洞軸線長度為897.8m試算確定最經(jīng)濟(jì)斷面根據(jù)隧洞泄流公式Q=μw（2gz）0.5式中：Q——隧洞泄流流量，取5130m3/sμ——流量系數(shù)，一般取0.7～0.75,本次設(shè)計(jì)取0.7；w——隧洞斷面面積，m2；z——圍堰上下游水頭差，m。假定不同的水頭差Z的值，通過隧洞泄流公式可確定其相應(yīng)的隧洞斷面面積及上游圍堰高。根據(jù)《定額與造價(jià)評估指標(biāo)》一書上的規(guī)定：填方:3856元/100m挖方：3948元/100m襯砌:20827元/100m對于Z水庫，在施工組織中，擬定了以下四種導(dǎo)流方案：全段不過水土石圍堰法，且在左右岸各布置一條導(dǎo)流隧洞。過水土石圍堰切有一條導(dǎo)流隧洞。過水混凝土圍堰且有兩條隧洞。右岸隧洞導(dǎo)流的過水圍堰，且底孔導(dǎo)流。經(jīng)分析比較，考慮到Z水庫的地形地質(zhì)條件，選用第一種方案。根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》SL303-2004，知土石圍堰造價(jià)便宜且構(gòu)造簡單，便于修建和拆除，由其經(jīng)濟(jì)效益可知采用不過水圍堰以便縮短工期，第一種方案可使主體工程盡可能及早發(fā)揮效益，簡化導(dǎo)流程序，降低導(dǎo)流費(fèi)用，使導(dǎo)流建筑物既簡單易行，又適用可靠，故此Z水庫水利樞紐采用第一種導(dǎo)流方案。隧洞斷面形式選為城門洞形，則洞子寬高比為1～1.5，取1.2，計(jì)算結(jié)果見附表3導(dǎo)流建筑物設(shè)計(jì)3.1導(dǎo)流隧洞的設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)經(jīng)分析計(jì)算需用兩條導(dǎo)流隧洞導(dǎo)流，根據(jù)地形地質(zhì)條件分析確定為左岸布置一條，右岸布置一條。3.1.1導(dǎo)流隧洞的斷面形式及尺寸選擇導(dǎo)流隧洞屬于臨時(shí)性建筑物。隧洞斷面形式則取決與地質(zhì)條件、隧洞工作狀況施工條件。常用斷面形式有：圓形、馬蹄形、方圓形。隧洞斷面尺寸根據(jù)Z水庫的地質(zhì)條件、水利條件（有壓、無壓、水頭的大?。⒔亓骱屯ê降囊?、方便施工等經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較后選定為城門洞形隧洞斷面。隧洞斷面尺寸的選擇隧洞斷面尺寸的選擇，取決于通過流量的大小。初步選定隧洞斷面尺為1416.8m。3.1.2隧洞糙率的選擇糙率n值對隧洞泄流能力的影響很大，若n過大，隧洞斷面必然過大；n過小，則造成實(shí)際過水能力偏小，降低了導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)，甚至危及圍堰及主體工程施工安全。根據(jù)洞線的地質(zhì)條件，巖石堅(jiān)硬完整成洞條件較好，開挖后自穩(wěn)能力較強(qiáng)，不襯砌也能穩(wěn)定，但作為過水隧洞，為加大過流泄水能力，減小糙率，故進(jìn)行構(gòu)造襯砌，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，在此斷面型式范圍內(nèi)，最小襯砌厚度為0.9m，故本隧洞襯砌采用0.9m厚的混凝土襯砌，再根據(jù)Z水庫的泄流特點(diǎn)，初步選定隧洞糙率為0.0143.1.3隧洞的組成 隧洞一般有以下三個(gè)主要組成部分:①進(jìn)口段：位于隧洞進(jìn)口部位,進(jìn)口形狀為喇叭口,在此設(shè)置有攔污柵、閘室、及漸變段.②洞身段：在巖石內(nèi)開挖而成,用于輸送水流.③出口段：隧洞出口設(shè)置消能建筑物.3.1.4洞軸線的平面布置左洞的平面布置坡比為11.485‰，距洞出口一端有一彎曲段，彎曲半徑為134米，轉(zhuǎn)彎角為47度。洞進(jìn)口高程為416.82米，出口高程為410米，進(jìn)出采用橢圓形喇叭口收縮，黃土開挖邊坡為1：右洞的平面布置坡比10‰，距進(jìn)洞口一端有一彎段，彎曲半徑為168m，轉(zhuǎn)彎角60度，進(jìn)口高程416.82m3.2導(dǎo)流水力計(jì)算3.2.1計(jì)算流量系數(shù)隧洞斷面特性指標(biāo)建筑物斷面形式斷面尺寸洞長糙率隧洞城門洞型14×16.8897.80.0局部水頭損失進(jìn)口：出口：沿程水頭損失水力半徑：R=3.謝才系數(shù)：C=89.39流量系數(shù)：右洞μ==0.74左洞μ==0.71=0.74+0.71=1.453.2.2隧洞水流流態(tài)的判別隧洞陡坡緩坡的判別臨界坡度：‰>10‰從以上計(jì)算可知所設(shè)隧洞底坡為10‰時(shí)，為緩坡。則另一條隧洞的底坡為11.485‰也為緩坡.流態(tài)判別設(shè)導(dǎo)流洞的洞底坡度i=10‰，通過《水力學(xué)》中臨界水深臨界坡比的率定其水流下泄有三種泄流方式：當(dāng)H/a＜1.2時(shí)，為無壓流當(dāng)1.2≤H/a＜1.5時(shí)，為半有壓流當(dāng)H/a≥1.5時(shí)，為有壓流3.2.3隧洞泄流計(jì)算無壓流隧洞泄流計(jì)算其泄流按短洞泄流公式計(jì)算。短洞泄流能力不受洞長影響，進(jìn)口水流為寬頂堰流，按寬頂堰流公式計(jì)算泄流量。Q=mбSb（2gH30）0.5 （2—4）式中：b——為矩形隧洞過水?dāng)嗝娴膶挾龋?dāng)過水?dāng)嗝鏋榉蔷匦螘r(shí)，b=wi/hkhk——為臨界水深wi——為相應(yīng)于hk時(shí)的過水?dāng)嗝婷娣e；m——為流量系數(shù)（一般取0.32～0.36,本次設(shè)計(jì)中取m=0.35）бs——為淹沒系數(shù)，當(dāng)下游水位較高，已淹沒進(jìn)口的收縮斷面，使該處的水深h’c‘＞0.75H0時(shí)，為淹沒出流，бs值與比值h’c/H0有關(guān)，當(dāng)h’c＜0.75H0時(shí)，為自由出流，бs=1，當(dāng)淹沒出流時(shí)，hc‘可近似的以下游水位減去進(jìn)口底板高程而得。本次設(shè)計(jì)中бs的取值通過查бs～hc/H關(guān)系曲線而得，其關(guān)系曲線摘錄《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)指南》魏璇主編（上冊）。半有壓流狀態(tài)泄流計(jì)算按公式：其中：μ流量系數(shù).取0.591；:隧洞斷面面積，：上游水頭，；η：水流收縮系數(shù)，取0.72有壓流泄流計(jì)算按公式：其中：μ流量系數(shù).取:隧洞進(jìn)口斷面面積=1.45:上游水頭，；:隧洞出口斷面水流平均勢能，。具體過程及成果見計(jì)算書3.3調(diào)洪計(jì)算3.3.1目的確定上下游水位和圍堰高程。3.3.2原理水庫調(diào)洪的水量平衡方程如下：上式表明：在一個(gè)計(jì)算時(shí)段中，入庫水量與下泄水量之差即為該時(shí)段中水庫蓄水量的變化。聯(lián)立下面兩方程：利用下泄曲線，庫容曲線，入庫流量過程線進(jìn)行調(diào)洪演算。3.3.3步驟（1）根據(jù)已知水庫水位容積關(guān)系曲線和泄洪建筑物方案，用水力學(xué)公式，求出下泄流量與庫容的關(guān)系曲線。（2）選擇計(jì)算時(shí)段為一天，并以秒為計(jì)算單位。（3）決定計(jì)算的時(shí)刻為9月2號及此刻的V1，q1。然后進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算過程中對每一計(jì)算時(shí)段的V2，q2，V1，q1，均為已知，先假定一個(gè)q2值，代入水量平衡方程，求出V2值，然后按此V2值在上查出q2，將其與假定的q2值相比較，若兩q2值不相等，則要重新假定一個(gè)q2值，重復(fù)上述計(jì)算過程，直至兩者相等或很接近為止，這樣多次演算求得的V2，q2值，就是下一時(shí)段的V1，q1值，可依據(jù)此值進(jìn)行下一時(shí)段的試算，逐時(shí)段依次進(jìn)行試算的結(jié)果即為調(diào)洪計(jì)算的成果。時(shí)間入庫洪水下泄流量水庫存水量水庫水位（1）（2）(4)(7)(8)12500250071004382260025207460438.23274027807680438.54287028007800438.75304031007850438.863220315079004397342032807950439.28366037808100439.59394038008200439.710426043508490439.911460045008600440.112486047509540440.313513051509958.344114480050009010440.815440044008220440表3-1調(diào)洪計(jì)見下表算程序結(jié)果表由表可知：最大泄量Q=5130m3/s時(shí)，對應(yīng)的最大水位Z=3.4圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目的：根據(jù)調(diào)洪演算結(jié)果，再具體確定圍堰。3.4.1上游圍堰的設(shè)計(jì)堰頂高程簡圖如下：圖31上游圍堰橫剖面圖（m）圍堰堰頂高程以上的超高d計(jì)算土石圍堰堰頂在設(shè)計(jì)洪水靜水位以上應(yīng)有一定超高，其高度應(yīng)當(dāng)避免堰頂溢流的一切可能性。根據(jù)設(shè)計(jì)手冊，堰頂超高按下式確定：式中：土石圍堰在靜水位以上的超高，m;堰前因風(fēng)吹而使靜水位超出庫水位的壅水高度，m；波浪在堰坡上的爬高，m；波浪以上的安全超高（查文獻(xiàn)[3]表3-5，VI級圍堰對應(yīng)的取0.5m；其中：波浪高，；m堰坡坡率，取2；n堰坡護(hù)面粗糙系數(shù)，取0.035；由堰前壅水高度其中：H:堰前水深：風(fēng)向與堰軸線法線方向的夾角，取30度吹程，；從地形圖中測得D=125m；K：綜合摩阻系數(shù)，取0.77將各個(gè)數(shù)據(jù)代入后e=0.036波浪爬高=0.484（1—8）查下表可知：表1-5不過水圍堰堰頂安全超高下限值圍堰形式圍堰級別IIIIV-V土石圍堰0.70.5混凝土圍堰0.40.3圍堰的級別為IV級，安全超高為故靜水位以上的超高：D=0.5+0.484+0.036=1.02上游圍堰高程441+1.02=442.0堰頂寬度本工程堰高32.02m，堰頂寬度取5m圍堰的布置圍堰的平面布置如果過大會(huì)增加排水設(shè)施容量，過小會(huì)防礙主體工程施工，影響工期更甚者會(huì)造成水流宣泄不暢順，沖刷圍堰及其基礎(chǔ)，影響主體工程安全施工。圍堰的布置應(yīng)滿足壩體、廠房的施工要求以及對隧洞進(jìn)口的要求，綜合考慮以上因素并根據(jù)《水利水電工程施工》規(guī)定，隧洞進(jìn)口距上游圍堰坡腳166m，以滿足開挖基坑穩(wěn)定和施工要求。斷面形式圍堰高程442.02m，頂寬5m，迎水坡比1：3，背水坡比1：1.5。防滲本圍堰采用粘土心墻進(jìn)行防滲，采用黃土作為原料，覆蓋層采用粘土截水槽進(jìn)行防滲，黃土心墻兩邊設(shè)置兩層反濾層。3.4.2下游圍堰高程的確定導(dǎo)流設(shè)計(jì)流量為Qd=5130m3/s，查壩址水位～流量關(guān)系曲線可知H下=下游水深h=427.3-410=17.3m，安全超高取為0.5m，故堰高h(yuǎn)下=17.3+0.5=17.8m。堰頂高程為：410+17.8=4.2堰頂寬度依據(jù)設(shè)計(jì)手冊及規(guī)范，取5m。圍堰布置軸線與河床垂直，為避免隧洞出口沖刷及滿足圍堰的穩(wěn)定。隧洞出口距堰腳要有一定的距離。上游取100m,下游取60m。斷面形式堰頂高程為427.8m，在地形圖上測出底寬為84.2m，頂寬為5m，軸線長40m，迎水面坡比1：3.0，背水面坡比為1：1.5。防滲下游圍堰選用粘土心墻土石圍堰，心墻頂部寬度為3m，斷面成梯形，兩邊坡比相同為1：0.5，底部寬度為20.5m。圍堰的穩(wěn)定分析主要針對上游圍堰的穩(wěn)定分析，下游圍堰類同。圖31上游圍堰橫剖面圖（m）3.5.1浸潤線的推求圍堰心墻的頂寬取3.0m,上下游面坡比均為1：0.5。由于圍堰為臨時(shí)性建筑物并且不是很高，在穩(wěn)定計(jì)算中可以將心墻延伸到堰頂。具體數(shù)據(jù)如下所示：平均值為根據(jù)規(guī)范要求，對圍堰心墻粘土的滲透系數(shù)??；圍堰外殼材料的滲透系數(shù)??；圍堰砂礫石地基滲透系數(shù)??；由基本資料可知，壩址區(qū)及上下游河床覆蓋層厚5～12m。表面0.3m左右為黃土覆蓋，以下均由卵礫石夾粗、中砂等物構(gòu)成。取T=10m計(jì)算心墻中的自由水面線:由資料中查的心墻中的浸潤線方程為心墻下游壩體中自由水面線的計(jì)算其中具體計(jì)算結(jié)果見計(jì)算書3.5.2穩(wěn)定分析計(jì)算編制依據(jù)本設(shè)計(jì)按照“水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范”，“碾壓土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范”編制。計(jì)算說明（1）計(jì)算原理及公式本設(shè)計(jì)采用瑞典圓弧法確定滑動(dòng)面,采用方捷耶夫法和費(fèi)蘭紐斯法選取危險(xiǎn)斷面,由壩坡中點(diǎn)a引出兩條線,一條為鉛直線,另一條與壩坡成85度角,另外兩個(gè)邊界是以a為圓心所做的兩個(gè)圓弧,壩坡為1:1.5取R=5.5×10=55mb=0.091R=5m計(jì)算公式i:下標(biāo),代表土條編號w:土條重量u:孔隙水壓力分別代表土條沿滑裂面的長度和坡角分別為有效抗剪強(qiáng)度指標(biāo)計(jì)算過程和圖見計(jì)算部分和