ICS27.140

P59

中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)標(biāo)準(zhǔn)

T/CECXXXX-XXXX

抽水蓄能電站豎井式泄洪洞設(shè)計(jì)導(dǎo)則

DesignGuideforshaftspillwaytunnel

ofPumpedstoragepowerstation

征求意見(jiàn)稿

2020年2月28日

2020-XX-XX發(fā)布2020-XX-XX實(shí)施

中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)發(fā)布

1

目次

前言..............................................................................................................錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。

1總則.................................................................................................................................................1

2術(shù)語(yǔ)和符號(hào)....................................................................................................................................2

3基本規(guī)定.........................................................................................................................................4

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

5水力設(shè)計(jì).........................................................................................................................................8

6結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)......................................................................................................................................12

7監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)......................................................................................................................................16

附錄A豎井式泄洪洞基本型式及附圖

附錄B水力設(shè)計(jì)計(jì)算方法及公式..............................................................................................17

本導(dǎo)則用詞說(shuō)明..............................................................................................................................26

引用標(biāo)準(zhǔn)名錄..................................................................................................................................27

條文說(shuō)明...........................................................................................................................................28

抽水蓄能電站豎井式泄洪洞設(shè)計(jì)導(dǎo)則

1總則

1.0.1為規(guī)范抽水蓄能電站豎井泄洪洞的設(shè)計(jì)，統(tǒng)一設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求，做到安全可靠、

技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理，制定本標(biāo)準(zhǔn)。

1.0.2本標(biāo)準(zhǔn)適用于抽水蓄能電站自由溢流的豎井式泄洪洞設(shè)計(jì)，包括豎井旋流式和豎井跌

流式泄洪洞兩種型式。

1.0.3抽水蓄能電站豎井泄洪洞設(shè)計(jì)，除應(yīng)符合本標(biāo)準(zhǔn)外，尚應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)

定。

1

2術(shù)語(yǔ)和符號(hào)

2.1術(shù)語(yǔ)

2.1.1抽水蓄能電站Pumpedstoragepowerstation

能向上水庫(kù)抽水蓄能的水電站，一般用于電網(wǎng)的調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相及事故備用。

2.1.2自由溢流Freeoverflow

水流沿堰頂自由下泄，不受閘門(mén)控制的泄流方式。

2.1.3豎井旋流式泄洪洞Shaftswirlspillway

水流經(jīng)起旋（墩）設(shè)施的引導(dǎo)，在進(jìn)口環(huán)形堰和豎井中產(chǎn)生帶有空腔的旋轉(zhuǎn)流運(yùn)動(dòng)，經(jīng)

豎井和退水隧洞泄入下游的泄洪洞。

2.1.4豎井跌流式泄洪洞Shaftdownflowspillway

水流從環(huán)形堰溢流跌入豎井底部消能，再經(jīng)退水隧洞泄入下游的泄洪洞。

2.1.5環(huán)型溢流堰Ringoverflowweir

布置在豎井井口溢流并控制泄洪洞泄量的環(huán)形堰。

2.1.6起旋墩Startingpier

布置于豎井旋流式泄洪洞環(huán)形溢流堰四周，引導(dǎo)水流產(chǎn)生旋流流動(dòng)的墩體結(jié)構(gòu)。

2.1.7導(dǎo)流消渦墩Diversionandvortexeliminationpier

布置于豎井跌流式泄洪洞環(huán)形溢流堰四周，引導(dǎo)水流平順下泄并避免進(jìn)口水流產(chǎn)生旋渦

的墩體結(jié)構(gòu)。

2.1.8消能井Energydissipationwell

位于豎井底部，通過(guò)井內(nèi)水墊水體的摻混、翻滾及相互剪切以消耗水流動(dòng)能的消能設(shè)施。

2.1.9消力墩Stillingpier

布置在豎井與退水隧洞連接段起輔助消能作用的墩。

2.1.10頂壓板Toppressureplate

豎井旋流式泄洪洞內(nèi)布置在豎井與退水隧洞連接段之間頂部，與消力墩組合構(gòu)成洞內(nèi)水

墊塘消能型式和起引導(dǎo)水流作用的壓板。

2.1.11壓坡段Slopesection

豎井跌流式泄洪洞內(nèi)布置置在豎井與退水隧洞連接部位頂部的收縮式壓坡結(jié)構(gòu)，使其下

游水流脫離洞頂而保持退水隧洞為明流形態(tài)。

2

2.1.12盲洞Blindhole

與導(dǎo)流洞結(jié)合的豎井旋流式泄洪洞，導(dǎo)流洞堵頭下游至豎井之間的導(dǎo)流洞洞段。

2.1.13退水隧洞Waterreturntunnel

連接豎井和下游河道（或沖溝）之間，用來(lái)泄水或退水的隧洞。

2.1.14臺(tái)階消能Stepenergydissipation

利用水流流經(jīng)泄槽臺(tái)階時(shí)形成的水平軸游滾、碰撞和摻氣等而逐步消耗、分散能量的一

種沿程消能方式。

2.1.15消能率Efficiencyrate

消能設(shè)施損耗的能量與水流初始斷面能量的比值。

2.2主要符號(hào)

2.2.1幾何特征

RL——堰頂半徑；

P——堰高；

D——豎井直徑。

2.2.2水力計(jì)算參數(shù)

H——環(huán)形堰堰頂水頭；

Q——流量；

v——流速；

Hd——定型設(shè)計(jì)水頭；

h——水深；

——上、下游水位落差。

2.2.3?水?力計(jì)算系數(shù)

m——環(huán)形溢流堰的流量系數(shù)

Fr——弗勞德數(shù)：

——水流空化數(shù)

?——消能率

n?——糙率

3

3基本規(guī)定

3.0.1豎井式泄洪洞設(shè)計(jì)需根據(jù)樞紐布置收集水文、氣象、地形、地質(zhì)、地震、施工條件、

環(huán)境與水土保持要求等資料。

3.0.2抽水蓄能電站上水庫(kù)根據(jù)工程條件可單獨(dú)設(shè)置豎井式泄洪洞作為泄洪設(shè)施，下水庫(kù)僅

設(shè)置自由溢流的豎井泄洪洞時(shí)，須設(shè)置有泄放水庫(kù)多余水量的放水孔或放水洞。與常規(guī)水庫(kù)

結(jié)合布置的抽水蓄能電站單獨(dú)設(shè)置豎井式泄洪洞作為唯一泄洪設(shè)施時(shí)須進(jìn)行論證。

3.0.3抽水蓄能電站上、下水庫(kù)布置有導(dǎo)流洞時(shí)，豎井式泄洪洞宜結(jié)合導(dǎo)流洞布置。豎井泄

洪洞與導(dǎo)流洞結(jié)合部分除滿足本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定外，還應(yīng)滿足《水電工程施工導(dǎo)流規(guī)范》NB/T35041

的相關(guān)的要求。

3.0.4豎井泄洪洞的地質(zhì)勘察工作應(yīng)按照《水力發(fā)電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》GB50287的相關(guān)規(guī)

定執(zhí)行，豎井位置應(yīng)進(jìn)行地質(zhì)鉆孔勘探。

3.0.5豎井式泄洪洞的工程建筑物級(jí)別和洪水標(biāo)準(zhǔn)按《防洪標(biāo)準(zhǔn)》GB50201的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行，

消能防沖的洪水標(biāo)準(zhǔn)按《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》DL/T5166的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

3.0.6豎井式泄洪洞混凝土抗沖耐磨設(shè)計(jì)按《水工建筑物抗沖磨防空蝕混凝土技術(shù)規(guī)范》

DL5207的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

3.0.7豎井式泄洪洞布置及水力設(shè)計(jì)應(yīng)通過(guò)水工模型試驗(yàn)驗(yàn)證。

3.0.8豎井式泄洪洞宜進(jìn)行原型放水監(jiān)測(cè)工作。

4

4布置

4.1一般原則

4.1.1通過(guò)水力學(xué)條件、結(jié)構(gòu)受力條件等綜合比較，可選擇采用豎井旋流式或豎井跌流式泄

洪洞型式。豎井旋流式和跌流式泄洪洞基本布置型式參見(jiàn)附錄A。

4.1.2豎井式泄洪洞的布置應(yīng)根據(jù)自然條件、樞紐布置及綜合利用要求等因素確定。

4.1.3豎井式泄洪洞應(yīng)包括環(huán)形溢流堰進(jìn)水口、豎井、豎井與退水隧洞連接段、退水隧洞及

出口消能防沖段等建筑物。

4.1.4豎井式泄洪洞的泄量、環(huán)型溢流堰直徑及豎井直徑等應(yīng)根據(jù)下列因素通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比

較選定：

1）水庫(kù)樞紐特性及洪水調(diào)度；

2）地形、地質(zhì)條件，下游河床及兩岸的抗沖刷能力；

3）運(yùn)用條件；

4）造價(jià)及維護(hù)費(fèi)用等。

4.1.5豎井式泄洪洞進(jìn)口應(yīng)布置在穩(wěn)定的地基上，并應(yīng)考慮巖體結(jié)構(gòu)特征和地質(zhì)構(gòu)造以及建

庫(kù)后水文地質(zhì)條件的變化對(duì)建筑物的不利影響。

4.1.6當(dāng)下泄消能防沖標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，豎井式泄洪洞出口水流的流態(tài)及對(duì)河道的沖刷不應(yīng)影響

其他建筑物的安全與正常運(yùn)行。

4.1.7退水隧洞軸線宜采用直線布置。當(dāng)需要設(shè)置彎段時(shí)，應(yīng)符合《水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范》

DL/T5195的相關(guān)要求。

4.1.8當(dāng)豎井泄洪洞與導(dǎo)流洞結(jié)合時(shí)，應(yīng)根據(jù)泄量要求，對(duì)導(dǎo)流建筑物的平面布置、斷面體

型和堵頭布置等提出相應(yīng)要求。

4.1.9上水庫(kù)豎井式泄洪洞出口水流宜匯入地質(zhì)情況較好的主要沖溝。

4.2進(jìn)口段

4.2.1應(yīng)選擇有利地形地質(zhì)條件，盡量減少對(duì)天然山坡的開(kāi)挖擾動(dòng)，保證進(jìn)口段岸坡施工期

及運(yùn)行期的穩(wěn)定，對(duì)于進(jìn)口段外側(cè)邊坡應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定分析及必要的加固處理。

4.2.2在土石壩樞紐中，當(dāng)進(jìn)口段位于上游壩坡或靠近壩肩時(shí)，進(jìn)口段水流不應(yīng)影響壩坡及

壩肩穩(wěn)定。

4.2.3豎井跌流式及旋流式泄洪洞進(jìn)水口均宜采用環(huán)形溢流堰控制泄量，環(huán)型溢流堰堰頂高

5

程與正常蓄水位齊平。

4.2.4采用豎井跌流式泄洪洞時(shí)，進(jìn)口宜避免產(chǎn)生漩渦及回流，進(jìn)口周邊可設(shè)置必要的導(dǎo)流

防渦措施，并采用合適的開(kāi)挖輪廓，引導(dǎo)水流平順入井。

4.2.5旋流式豎井泄洪洞應(yīng)在環(huán)形溢流堰前設(shè)置起旋（墩）設(shè)施，起旋墩的體型布置可按附

錄B規(guī)定初擬，最終應(yīng)根據(jù)水工模型試驗(yàn)確定。

4.2.6豎井式泄洪洞應(yīng)根據(jù)庫(kù)區(qū)漂浮物來(lái)源情況及運(yùn)行管理方式等因素，對(duì)進(jìn)口設(shè)置攔污設(shè)

施的必要性進(jìn)行論證。

4.3豎井段

4.3.1豎井段的布置型式宜結(jié)合地形、地質(zhì)及退水隧洞布置等因素綜合確定。

4.3.2豎井段宜采用埋藏式，當(dāng)?shù)匦螚l件不滿足要求時(shí)，豎井段頂部可采用岸塔式。

4.3.3豎井中心線應(yīng)布置在退水隧洞軸線處。

4.3.4豎井泄洪洞豎井內(nèi)徑宜與進(jìn)水口環(huán)型溢流堰末端直徑相同，經(jīng)論證，可采用變徑型式。

4.3.5當(dāng)泄洪洞豎井需布置摻氣設(shè)施時(shí)，宜在環(huán)型溢流堰與豎井連接段設(shè)置摻氣坎與通氣孔。

4.4豎井與退水隧洞連接段

4.4.1豎井旋流式泄洪洞

旋流式泄洪洞豎井與退水隧洞連接段應(yīng)設(shè)置消能設(shè)施，宜采用盲洞、消力墩和頂壓板構(gòu)

成洞內(nèi)水墊塘消能方式，也可采用消能井的消能方式。

4.4.2豎井跌流式泄洪洞

1）豎井跌流式泄洪洞豎井與退水隧洞連接段應(yīng)設(shè)置消能井，消能井截面形狀可根據(jù)地

質(zhì)條件及水力學(xué)條件采用圓形、矩形或其他形狀。消能井的深度宜取1～2D。

2）豎井與退水隧洞宜以壓坡段進(jìn)行銜接，其頂部坡度宜取1：6~1：8，壓坡段末端設(shè)

置通氣設(shè)施。

3）當(dāng)下泄流量和水流落差較小時(shí)，可對(duì)連接段退水隧洞頂部進(jìn)行局部加高，不設(shè)壓坡

段和通氣設(shè)施。

4.5退水隧洞段

4.5.1退水隧洞軸線宜采用直線，當(dāng)流速小于15m/s時(shí)可采用曲線布置，但應(yīng)符合下列要求：

1）彎道宜設(shè)置在流速較小、水流平穩(wěn)，底坡較緩且無(wú)變化的地段；

6

2）彎曲半徑不宜小于5倍的洞徑或洞寬，轉(zhuǎn)角不宜大于60°；

3）彎道收尾應(yīng)設(shè)置長(zhǎng)度不小于5倍洞徑或洞寬的直線段。

4.5.2退水隧洞應(yīng)采用無(wú)壓隧洞型式，其底坡應(yīng)結(jié)合水力條件和施工條件確定。

4.5.3退水隧洞斷面宜采用圓拱直墻式，當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較差時(shí)，也可采用圓形斷面或馬蹄形斷

面。

4.5.4退水隧洞段上覆巖體厚度要求按《水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范》DL/T5195要求執(zhí)行。

4.6出口段

4.6.1出口段宜避開(kāi)滑坡等不利的地質(zhì)條件。

4.6.2當(dāng)下泄水流不能直接進(jìn)入河道時(shí)，應(yīng)設(shè)置出水渠，當(dāng)隧洞出口與河道高差較大時(shí)，出

水渠宜采用臺(tái)階消能方式銜接河道。

4.6.3出水渠軸線宜與下游河道中心線保持較小的夾角，下游防護(hù)措施應(yīng)根據(jù)河道抗沖刷能

力、運(yùn)行管理要求等綜合確定。

7

5水力設(shè)計(jì)

5.1一般規(guī)定

5.1.1水力設(shè)計(jì)應(yīng)包括以下內(nèi)容：

1）泄流能力計(jì)算；

2）進(jìn)水口水力設(shè)計(jì)；

3）豎井水力設(shè)計(jì)；

4）豎井與退水隧洞連接消能段水力設(shè)計(jì)；

5）退水隧洞水力設(shè)計(jì)；

6）出口消能防沖水力設(shè)計(jì)；

7）高速水流防空蝕設(shè)計(jì)。

5.1.2各項(xiàng)水力設(shè)計(jì)內(nèi)容，均應(yīng)經(jīng)水工模型試驗(yàn)驗(yàn)證。

5.1.3豎井式泄洪洞水力設(shè)計(jì)應(yīng)滿足下列要求：

1）泄流能力須滿足設(shè)計(jì)洪水及校核洪水下的泄量要求。

2）體型邊界合理，豎井及退水隧洞水流流態(tài)穩(wěn)定，豎井旋流或跌流消能良好，出流與

下游河床或沖溝水流銜接平順。

3）避免洞內(nèi)發(fā)生空蝕。

5.1.4泄洪洞沿程水頭損失計(jì)算的糙率系數(shù)，可按《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》DL/T5166附錄中的

常用糙率建議值選取。

5.2進(jìn)水口

5.2.1進(jìn)口環(huán)形溢流堰宜采用實(shí)用堰型，堰面曲線按附錄A1.1計(jì)算。

5.2.1豎井旋流式泄洪洞進(jìn)水口水力設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下要求：

1）堰頂上游堰頭可采用圓弧、橢圓或冪曲線，堰頂下游堰面宜采用橢圓曲線或冪曲線。

2）環(huán)形溢流堰的堰面應(yīng)盡量避免出現(xiàn)負(fù)壓。當(dāng)堰面采用冪曲線時(shí)，宜選用使堰面負(fù)壓

較小的堰面體型；當(dāng)采用1/4橢圓型曲線時(shí)，設(shè)計(jì)洪水條件下堰面負(fù)壓應(yīng)小于30kPa，非常

運(yùn)行工況下堰面容許出現(xiàn)的負(fù)壓值應(yīng)不大于60kPa。

3）堰前起旋墩宜根據(jù)運(yùn)行水位設(shè)計(jì)為潛水型式，潛水起旋墩的數(shù)量、墩與堰的夾角及

墩體高度，應(yīng)滿足產(chǎn)生穩(wěn)定旋流及泄流能力的要求。

4）起旋墩宜采用流線體型與環(huán)形堰連接，起旋墩和環(huán)形堰外緣切線的角度宜取，

θ≤15°

8

起旋墩布置按附錄B1.2設(shè)計(jì)。

5）起旋墩+環(huán)形溢流堰的泄流能力，根據(jù)附錄B2.1計(jì)算。

5.2.2豎井跌流式泄洪洞進(jìn)水口水力設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下要求：

1）進(jìn)口環(huán)形溢流堰面曲線宜按5.2.1第1）、第2）條設(shè)計(jì)。

2）當(dāng)環(huán)形溢流堰P/RL<1(P為堰高,RL為堰頂半徑)，或者豎井周?chē)鷣?lái)流流速v>0.3m/s時(shí)，

進(jìn)口處易產(chǎn)生旋流及漩渦，應(yīng)設(shè)置導(dǎo)流防渦措施，保證和提高泄流能力。導(dǎo)流防渦措施可按

附錄B1.3確定。

3）環(huán)形溢流堰的泄流能力，應(yīng)根據(jù)附錄B2.2計(jì)算。

5.3豎井段

5.3.1豎井旋流式泄洪洞豎井段水力設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下要求：

1）旋流式豎井直徑應(yīng)滿足設(shè)計(jì)泄流量要求，應(yīng)保證形成穩(wěn)定的旋流空腔，避免發(fā)生嗆

水或壅水而降低泄流能力。

2）豎井直徑D可按附錄B3.1計(jì)算

5.3.2豎井跌流式泄洪洞豎井段水力設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下要求：

1）跌流式豎井直徑應(yīng)滿足設(shè)計(jì)泄流量要求，應(yīng)保證進(jìn)口為自由堰流，避免進(jìn)口發(fā)生嗆

水或淹沒(méi)流等影響泄流能力。

2豎井直徑D應(yīng)根據(jù)附錄B3.2計(jì)算。

3豎井突擴(kuò)摻氣段應(yīng)設(shè)置通氣設(shè)施，通氣孔（管）的風(fēng)速宜小于60m/s。

5.4豎井與退水隧洞連接段

5.4.1豎井旋流式泄洪洞采用盲洞、消力墩及洞頂壓板構(gòu)成的水墊塘消能方式時(shí)，應(yīng)滿足：

1）盲洞、消力墩及洞頂壓板的組合體型，應(yīng)保證形成良好的水墊塘消能效果，并使壓

板下游退水隧洞內(nèi)為穩(wěn)定的明流形態(tài)。

2）消力墩體可采用三角形斷面型式，墩體頂部宜采用1200頂角，避免產(chǎn)生負(fù)壓。

3）洞頂壓板宜采用倒三角型式，壓板及下游洞頂應(yīng)設(shè)通氣管（井），防止出現(xiàn)不穩(wěn)定

的負(fù)壓渦。

5.4.2豎井跌流式泄洪洞豎井與退水隧洞連接段水力設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下要求：

1）豎井底部消能井的面積及深度應(yīng)滿足消能充分、水流穩(wěn)定的要求，井深一般可取豎

井直徑的1.0~2.0倍。

9

2）豎井與退水隧洞連接段頂部壓板體型應(yīng)光滑平順，使壓板下游水流脫離洞頂，應(yīng)保

持退水隧洞內(nèi)為明流流態(tài)。

3）壓板后宜設(shè)置通氣及補(bǔ)氣孔，保證洞頂后有足夠的通氣量。當(dāng)退水隧洞較短或洞頂

余幅很大時(shí)，壓板后可不設(shè)通氣孔。

5.4.3泄洪洞旋流或跌流內(nèi)消能工的消能率按附錄B.4中的公式計(jì)算。

5.5退水隧洞段

5.5.1退水隧洞應(yīng)設(shè)計(jì)為無(wú)壓隧洞型式，無(wú)壓隧洞水面線以上的洞頂余幅，宜為斷面面積的

15%~25%以上。當(dāng)采用圓拱直墻式斷面時(shí)，水面線不宜超過(guò)直墻范圍。

5.5.2退水隧洞的水面線，應(yīng)根據(jù)能量方程采用分段求和法或其他方法計(jì)算。

5.6出口消能防沖

5.6.1出口消能防沖的水力設(shè)計(jì)按《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》DL/T5166規(guī)定執(zhí)行。

5.6.2豎井式泄洪洞出口水流匯入其它不常過(guò)流的沖溝時(shí)，應(yīng)確保不產(chǎn)生危害性沖刷。

5.7防空蝕設(shè)計(jì)

5.7.1豎井式泄洪洞的防空蝕設(shè)計(jì)應(yīng)包括下列部位和區(qū)域：

1）溢流堰面、豎井、豎井與退水隧洞連接段等水流邊界突變處。

2）消能井、消力墩、洞頂壓板處。

3）水流空化數(shù)較小的部位。

5.7.2豎井式泄洪洞各部位的水流空化數(shù)應(yīng)大于該處體型的初生空化數(shù)。水流空化數(shù)、

初生空化數(shù)及是否發(fā)生空蝕的判別標(biāo)準(zhǔn)σ，可按《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》DLσ/Ti5166的附錄計(jì)σ算

選取及判別，σi初生空化數(shù)還可通過(guò)減壓模型試驗(yàn)以及參照已建工程經(jīng)驗(yàn)確定。

5.7.3對(duì)于容易發(fā)生空蝕的σ部i位和區(qū)域，可采用以下防空蝕措施：

1）選取合理的體型。

2）控制水流邊界壁面的局部不平整度，控制標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)按《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》DL/T5166

相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

3）豎井內(nèi)的水流流速超過(guò)35m/s時(shí)，應(yīng)設(shè)置摻氣減蝕設(shè)施；正常運(yùn)行工況下豎井過(guò)流

斷面不宜出現(xiàn)負(fù)壓或負(fù)壓在不引起水流空化的范圍，否則須修改體型或采取摻氣減蝕等措施。

4）采用抗蝕性能良好的材料。

10

5.8水工模型試驗(yàn)技術(shù)要求

5.8.1豎井泄洪洞的水工模型試驗(yàn)須遵循《水利水電工程水工（常規(guī)）模型試驗(yàn)規(guī)程》DL/T

5244的規(guī)定。對(duì)于設(shè)置摻氣設(shè)施的情況，還須同時(shí)遵循《水電水利工程摻氣減蝕模型試驗(yàn)

規(guī)程》DL/T5245的規(guī)定；采用減壓模型研究泄洪洞空化空蝕問(wèn)題時(shí)，須同時(shí)遵循《水電水

利工程水流空化模型試驗(yàn)規(guī)程》DL/T5359的規(guī)定。

5.8.2豎井泄洪洞的體型設(shè)計(jì)應(yīng)通過(guò)整體水工模型試驗(yàn)論證，水工模型試驗(yàn)研究的主要內(nèi)容

及要求有：

1）驗(yàn)證豎井泄洪洞的泄流能力。

2）驗(yàn)證環(huán)形堰進(jìn)口及豎井體型合理性。進(jìn)口段來(lái)流須保證流態(tài)平順?lè)€(wěn)定且不產(chǎn)生明顯

漩渦；豎井旋流泄洪洞的環(huán)形堰頂水流在起旋設(shè)施作用下能有效起旋，且豎井中央能形成穩(wěn)

定的空腔；豎井跌流泄洪洞環(huán)形堰應(yīng)為自由堰流。

3）論證豎井與退水隧洞連接段消能或消能設(shè)施體型的合理性。洞內(nèi)消能設(shè)施應(yīng)起到較

好的消能率效果及調(diào)整流態(tài)的作用，同時(shí)避免發(fā)生空化空蝕及保證退水隧洞為平順的明流。

4）驗(yàn)證流速、壓力及摻氣減蝕等其他水力學(xué)指標(biāo)。

5）驗(yàn)證泄洪洞出口水流銜接及消能防沖效果。

6）跌流式豎井泄洪洞采用突擴(kuò)等摻氣措施時(shí)，豎井摻氣及通氣設(shè)施體型尺寸應(yīng)根據(jù)水

工模型試驗(yàn)確定。

7）豎井底部消能井的面積、深度等體型參數(shù)，旋流式豎井泄洪洞的消力墩+頂壓板組

合消能體型，均應(yīng)經(jīng)水工模型試驗(yàn)優(yōu)化確定。

11

6結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

6.1一般規(guī)定

6.1.1豎井式泄洪洞的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)根據(jù)布置、水力設(shè)計(jì)、地基及運(yùn)用條件，結(jié)合防滲、排

水、止水及錨固等工程措施，在保證工程運(yùn)行安全的的前提下，選用經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)形式及

尺寸。

6.1.2豎井式泄洪洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)根據(jù)水工建筑物級(jí)別，采用相應(yīng)的水工建筑物結(jié)構(gòu)安全級(jí)

別，見(jiàn)表6.1.3。

表6.1.3水工建筑物級(jí)別與結(jié)構(gòu)安全級(jí)別對(duì)照表

水工建筑物級(jí)別水工建筑物的結(jié)構(gòu)安全級(jí)別

1Ⅰ

2,3Ⅱ

4,5Ⅲ

6.1.3建筑物的混凝土強(qiáng)度等級(jí)、抗?jié)B等級(jí)、抗凍等級(jí)及抗沖磨要求，應(yīng)按照DL5057《水工

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》及DL/T5207《水工建筑物抗沖磨防空蝕混凝土技術(shù)規(guī)范》執(zhí)行，寒

冷地區(qū)的混凝土抗凍等級(jí)應(yīng)符合《水工建筑物抗冰凍設(shè)計(jì)規(guī)范》DL5082的規(guī)定。豎井式泄

洪洞豎井及連接段混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C35，退水隧洞混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C30。

6.1.4豎井式泄洪洞的支護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)圍巖的地質(zhì)條件、洞徑、施工程序及方法，通過(guò)工程

類比、結(jié)合圍巖穩(wěn)定與結(jié)構(gòu)分析成果，選擇合適的支護(hù)型式與支護(hù)參數(shù)。

6.2結(jié)構(gòu)計(jì)算

6.2.1豎井式泄洪洞的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用《水利水電工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB50199的

概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)原則，按分項(xiàng)系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，具體按照《水工建

筑物荷載設(shè)計(jì)規(guī)范》DL5077、《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》DL/T5057執(zhí)行。

6.2.2豎井段結(jié)構(gòu)應(yīng)分別按承載能力極限狀態(tài)及正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算和驗(yàn)算下列內(nèi)容：

1）承載能力極限狀態(tài)：井壁強(qiáng)度、豎井及消能井洞室圍巖穩(wěn)定計(jì)算，結(jié)構(gòu)構(gòu)件局部應(yīng)力驗(yàn)

算。豎井地面以上結(jié)構(gòu)，應(yīng)按《水電工程水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》NB35047的有關(guān)規(guī)定

進(jìn)行驗(yàn)算。

2）正常使用極限狀態(tài)：井壁裂縫寬度、豎井地面以上結(jié)構(gòu)變形計(jì)算。

6.2.3豎井結(jié)構(gòu)按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮以下兩種作用效應(yīng)組合：

12

1）基本組合—持久設(shè)計(jì)狀況或短暫設(shè)計(jì)狀況下，永久作用與可變作用的效應(yīng)組合；

2）偶然組合—偶然設(shè)計(jì)狀況下，永久作用、可變作用與一種偶然作用的效應(yīng)組合。

6.2.4豎井結(jié)構(gòu)按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮作用的標(biāo)準(zhǔn)組合。

標(biāo)準(zhǔn)組合—持久設(shè)計(jì)狀況下，永久作用、可變作用均采用標(biāo)準(zhǔn)值為作用代表值的組合。

6.2.5基本組合與標(biāo)準(zhǔn)組合由下列1）~4）款的永久和可變作用產(chǎn)的效應(yīng)組合，偶然組合應(yīng)

在基本組合下計(jì)入下列5）~7）款的一個(gè)偶然作用。

1）結(jié)構(gòu)自重；

2）水庫(kù)上游正常蓄水位、設(shè)計(jì)洪水位及防滲排水設(shè)施正常工作時(shí)的外水壓力；

3）圍巖壓力；

4）施工工況下的灌漿壓力；

5）水庫(kù)上游校核洪水位時(shí)的外水壓力；

6）地震作用；

7）其他出現(xiàn)機(jī)會(huì)很少的作用。

豎井結(jié)構(gòu)承載能力極限狀態(tài)作用的荷載組合按表6.2.4考慮。

表6.2.4豎井結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)作用組合表

效應(yīng)計(jì)算襯砌圍巖內(nèi)水外水灌漿地震

設(shè)計(jì)狀況

組合工況自重壓力壓力壓力壓力作用

持久狀況正常運(yùn)行工況√√√√

基本

施工工況√√√√

組合短暫狀況

檢修工況√√√

校核洪水位

偶然√√√√

偶然狀況運(yùn)行工況

組合

地震工況√√√√√

標(biāo)準(zhǔn)

持久狀況正常運(yùn)行工況√√√√

組合

注：1應(yīng)根據(jù)各種作用同時(shí)發(fā)生的概率，選擇計(jì)算中最不利的組合；

2地震工況下的水壓力按正常蓄水位計(jì)算，有論證時(shí)可另作規(guī)定。

6.2.6豎井鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)可采用結(jié)構(gòu)力學(xué)或彈性力學(xué)方法計(jì)算，對(duì)于地質(zhì)條件、結(jié)構(gòu)復(fù)雜

或伸出地面高度較大的豎井結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)內(nèi)力及變形宜采用有限元法進(jìn)行分析計(jì)算。

6.2.7當(dāng)豎井周?chē)刭|(zhì)條件較差，且周?chē)嬖诿黠@的不對(duì)稱土荷載或圍巖壓力時(shí)，宜按偏壓

荷載進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算與穩(wěn)定分析，并采取相應(yīng)的結(jié)構(gòu)措施。

13

6.2.8進(jìn)水口底板及沿巖石開(kāi)挖邊坡襯護(hù)而成的貼坡式邊墻等，可按彈性地基上的板或梁進(jìn)

行內(nèi)力計(jì)算，根據(jù)《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》DL/T5057并參照類似工程經(jīng)驗(yàn)配筋。

6.2.9退水隧洞的結(jié)構(gòu)及配筋計(jì)算參照《水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范》DL/T5195執(zhí)行。

6.3進(jìn)口段襯護(hù)

6.3.1進(jìn)口外側(cè)底板高程應(yīng)低于堰頂高程不小于1m~2m。

6.3.2進(jìn)口段外側(cè)底板可采用現(xiàn)澆混凝土護(hù)面，厚度可采用0.5m左右，當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較好時(shí)，

可不進(jìn)行襯護(hù)。

6.3.3進(jìn)口段外側(cè)底板結(jié)構(gòu)分縫可采用平縫，有防滲要求時(shí)，縫中應(yīng)設(shè)止水；底板襯砌與環(huán)

型溢流堰間應(yīng)設(shè)置結(jié)構(gòu)縫。

6.3.4進(jìn)口外側(cè)邊坡應(yīng)根據(jù)地形地質(zhì)條件、地下水位及水庫(kù)運(yùn)行等因素進(jìn)行設(shè)計(jì)，按照《水

電水利工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》DL/T5353進(jìn)行穩(wěn)定分析，對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)應(yīng)按《水工建筑物抗冰凍

設(shè)計(jì)規(guī)范》DL/T5082考慮水庫(kù)凍融作用的影響。

6.4環(huán)形溢流堰

6.4.1環(huán)形溢流堰的結(jié)構(gòu)型式應(yīng)采用整體式，環(huán)向不設(shè)結(jié)構(gòu)縫。

6.4.2環(huán)型溢流堰堰口直徑與豎井內(nèi)徑之比小于2時(shí)，溢流堰外側(cè)邊壁可采用直立式結(jié)構(gòu)；

當(dāng)環(huán)型溢流堰堰口直徑與豎井內(nèi)徑之比大于2時(shí)，溢流堰外側(cè)邊壁可采用倒懸式結(jié)構(gòu)。

6.4.3起旋墩采用與環(huán)型溢流堰分離的結(jié)構(gòu)；導(dǎo)流消渦墩宜用與環(huán)型溢流堰整澆的結(jié)構(gòu)。

6.5豎井段

6.5.1豎井應(yīng)采用鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度不宜小于1m，襯砌配筋應(yīng)采用雙層配筋。

6.5.2當(dāng)考慮地震設(shè)防，且豎井周邊地質(zhì)條件較差或豎井伸出地面高度較大時(shí)，應(yīng)進(jìn)行抗震

計(jì)算，且需采取加強(qiáng)其整體性和剛度等抗震措施。

6.5.3作用在豎井襯砌上的最大外水壓力，宜采用水庫(kù)運(yùn)行的最高水位，一般不考慮折減。

6.5.4豎井段水平施工縫應(yīng)設(shè)鍵槽和止水。

6.5.5豎井與圍巖的相互連接應(yīng)設(shè)置錨筋，并將錨筋與豎井襯砌中的內(nèi)側(cè)鋼筋焊接。

6.6豎井與退水隧洞連接段

6.6.1豎井與退水隧洞連接段受力條件復(fù)雜，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮水流脈動(dòng)荷載的振動(dòng)作用，

宜采用有限元法或邊值法計(jì)算。在地質(zhì)條件較差的情況下宜對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力分析驗(yàn)算。

14

6.6.2消能井深度在保證消能效率的同時(shí)，宜深入弱風(fēng)化及以下巖石3m～5m。

6.6.3消能井?dāng)嗝婷娣e不應(yīng)小于豎井?dāng)嗝婷娣e，其底板厚度不宜小于2m，襯砌厚度宜取

1m~2m，具體襯砌厚度依據(jù)水力條件、圍巖地質(zhì)參數(shù)及結(jié)構(gòu)條件經(jīng)計(jì)算后確定。

6.6.4消能墩和頂壓板與混凝土襯砌應(yīng)可靠連接。

6.6.5豎井與退水隧洞連接處上、下洞口宜設(shè)置圓形倒角，倒角半徑可取1.5m～2m。

6.6.6連接段宜設(shè)置錨筋，并將錨筋與連接段襯砌中的內(nèi)側(cè)鋼筋焊接。

6.7退水隧洞

6.7.1退水隧洞的結(jié)構(gòu)及配筋計(jì)算按照《水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范》DL/T5195要求執(zhí)行。

6.7.2退水隧洞宜采用圓拱直墻式斷面，圓拱中心角90°～180°，當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較差時(shí)或洞軸線

與巖層夾角較小時(shí)，也可采用圓形或馬蹄形斷面。

6.7.3地質(zhì)條件較差時(shí)，帷幕前退水隧洞外水壓力應(yīng)采用水庫(kù)運(yùn)行水位計(jì)算，一般不考慮折

減系數(shù)。

6.8出口段

6.8.1設(shè)置有臺(tái)階消能段時(shí)，根據(jù)地形地質(zhì)條件，可采用分離式結(jié)構(gòu)或整體式結(jié)構(gòu)。

6.8.2應(yīng)根據(jù)出口段地質(zhì)條件結(jié)合水工模型試驗(yàn)成果，在出口段設(shè)置必要的海漫消能措施和

防掏墻等下游河岸防護(hù)設(shè)施。

6.9灌漿和防滲

6.9.1豎井段、連接段及帷幕前的退水隧洞段的圍巖應(yīng)進(jìn)行固結(jié)灌漿處理，帷幕后的退水隧

洞段可根據(jù)地質(zhì)條件研究確定。固結(jié)灌漿的參數(shù)，可按工程類比或現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。

6.9.2連接段、退水隧洞段襯砌頂拱與圍巖之間應(yīng)進(jìn)行回填灌漿，回填灌漿壓力可采用

0.2~0.3Mpa。

6.9.3退水隧洞與防滲帷幕立面相交處，應(yīng)設(shè)置固結(jié)灌漿加強(qiáng)段與防滲帷幕可靠搭接。

15

7監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

7.1一般規(guī)定

7.1.1泄洪建筑物應(yīng)根據(jù)其級(jí)別、水頭、泄量、結(jié)構(gòu)型式及地質(zhì)條件，設(shè)置必要的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。

7.1.2監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)布置遵循以下原則：

1）以監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)的安全狀態(tài)為主，驗(yàn)證設(shè)計(jì)和科學(xué)研究為輔。

2）監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)宜設(shè)置在地質(zhì)和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特殊部位，水力學(xué)專項(xiàng)監(jiān)測(cè)應(yīng)結(jié)合水工模型試

驗(yàn)確定部位。

3）監(jiān)測(cè)項(xiàng)目宜少而精，能全面反映建筑物運(yùn)行工況的基礎(chǔ)上，有針對(duì)性的突出重點(diǎn)，

做到各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目相互協(xié)調(diào)和資料分析相互驗(yàn)證。

4）數(shù)據(jù)采集宜采用自動(dòng)化系統(tǒng)，符合精度要求，方便、直觀，各監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能相互對(duì)比、

校核。

7.2監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

7.2.1原型監(jiān)測(cè)包括安全監(jiān)測(cè)和水力學(xué)專項(xiàng)監(jiān)測(cè)。

7.2.2安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目應(yīng)根據(jù)建筑物級(jí)別、水頭、泄量、結(jié)構(gòu)型式及地質(zhì)條件，選設(shè)圍巖變形、

錨桿應(yīng)力、鋼筋應(yīng)力等監(jiān)測(cè)。

7.2.3水力學(xué)專項(xiàng)監(jiān)測(cè)包括水位、流態(tài)、流速、壓力、消能、空化空蝕、通氣及摻氣、振動(dòng)

等監(jiān)測(cè)。水力學(xué)監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)應(yīng)符合《水利水電工程水力學(xué)原型觀測(cè)規(guī)范》SL616的有關(guān)規(guī)定。

7.2.4導(dǎo)流洞封堵體，宜進(jìn)行接縫位移和滲透壓力等監(jiān)測(cè)。

16

附錄A豎井式泄洪洞基本型式及附圖

A．1自由溢流的豎井泄洪洞主要分為豎井跌流和旋流式泄洪洞兩種型式。

A．2豎井旋流式泄洪洞基本型式及附圖

豎井旋流式泄洪洞一般由起旋墩+環(huán)形溢流堰進(jìn)口段、旋流豎井段、盲洞+消力墩+洞頂

壓板的水墊塘消能段、退水隧洞段及出口段組成（見(jiàn)圖A.2-1）。

A潛水起旋墩A

潛水起旋墩潛水起旋墩

環(huán)形溢流堰

環(huán)形溢流堰

旋流豎井

AA

出口

頂壓板

盲洞

消力墩退水隧洞

縱剖面圖

出口

盲洞消力墩頂壓板退水隧洞

平面圖

圖A.2-1豎井旋流式泄洪洞的基本布置型式

A．3豎井跌流式泄洪洞基本型式及附圖

豎井跌流式泄洪洞一般由井口導(dǎo)流防渦設(shè)施、環(huán)形溢流堰、跌流豎井段、消能井段、退

水隧洞段及出口段組成（見(jiàn)圖A.3-1）。

17

AA

環(huán)形溢流堰

環(huán)形溢流堰

豎井

AA

頂壓板通氣孔出口

退水隧洞

消能井

圖A.3-1豎井跌流式泄洪洞的基本布置型式

18

附錄B水力設(shè)計(jì)計(jì)算方法及公式

B．1環(huán)形堰面曲線

B.1.1豎井旋流式泄洪洞堰面曲線

（1）環(huán)形堰頂下游曲線采用橢圓曲線（參見(jiàn)圖例B.1.1-1）時(shí)，即按下式計(jì)算：

22(B.1.1-1)

??

22

式中：a——橢圓曲線?+長(zhǎng)?半=軸1，可取a=；

b——橢圓曲線短半軸，可取(2.2~2.5)?。

?

?2

x、y——堰面曲線縱、橫坐標(biāo)?。=??

圖B.1.1-1旋流豎井泄洪洞進(jìn)口堰面及起旋墩

（2）環(huán)形堰頂下游堰面采用冪曲線（圖B.1.1-2）時(shí)，宜采用加大堰口半徑的方法形

'

成堰面負(fù)壓較小的堰面體型，其值可由圖B.1.1-3按查取。確定后R，L環(huán)形實(shí)用

''

堰的堰面形狀可按表B1.1中所列堰面曲線方程選取計(jì)H0算/R，L且取?表?/中??。??

'

??=?

19

圖例B.1.1-2環(huán)形實(shí)用堰冪曲線

圖B.1.1-3與H0/RL關(guān)系曲線

'

??/??

表B.1.1環(huán)形實(shí)用堰堰面曲線方程

堰頂上游曲線堰頂下游曲線

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

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0.4241.8512.8

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0.4-0.1740.07640.538-0.1450.8300.0351.45

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0.4191.734.99

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0.6220.5900.00735

0.2-0.2190.0972HH-0.1553.50

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HH

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0.4531.736.67

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0.4-0.1320.5040.540-0.1050.7600.1551.35

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20

B.1.2豎井旋流式泄洪洞進(jìn)口起旋墩設(shè)計(jì)

1、起旋墩墩體數(shù)量不宜過(guò)多或過(guò)少，以6~8個(gè)為宜；

2、墩體沿環(huán)形堰對(duì)稱布置，墩體形狀宜采用流線型。

圖例B.1.2-1豎井泄洪洞進(jìn)口起旋墩（桐城抽水蓄能電站上水庫(kù)）

B.1.3跌流豎井泄洪洞進(jìn)口的導(dǎo)流防渦型式

井口的導(dǎo)流防渦型式，可參考圖例B.1.3-1和圖例B.1.3-2.

圖例B.1.3-1井口導(dǎo)流防渦型式（水工設(shè)計(jì)手冊(cè)）

21

圖例B.1.3-2瓊中抽水蓄能電站上水庫(kù)豎井泄洪洞進(jìn)口導(dǎo)流墩

B．2泄流能力計(jì)算公式

B.2.1豎井旋流式泄洪洞中，起旋墩+環(huán)形實(shí)用堰的泄流能力按下列公式計(jì)算：

(B.2.1-1)

1.5

式中：Q——流?量=，?m23/?s?；?2??

RL——堰口半徑，m;

H——環(huán)形堰堰頂水頭，m;

g——重力加速度，m/s2；

m——環(huán)形溢流堰流量系數(shù)，對(duì)于起旋墩+環(huán)形溢流堰面采用橢圓曲線的型式，，

流量系數(shù)可按下式計(jì)算：

(B.2.1-2)

?1.5?1.5?/??

上式的適用條件?范=圍0為.19：+0.035(?/??)?，當(dāng)泄洪洞設(shè)計(jì)流量較大時(shí)，可選取

較小值（小流量時(shí)選取較0大.2值2≤）。?/??≤0.7?/??

B.2.2跌流式豎井泄?洪/?洞?的環(huán)形實(shí)用堰采用冪曲線時(shí)，其泄流能力同樣按公式（B.2.1-1）計(jì)

算，環(huán)形堰的流量系數(shù)m則按下式推求：

(B.2.2-1)

?????

式中：——堰上?水頭=等?于?定?型?水?頭時(shí)的流量系數(shù)，可按以下公式計(jì)算：

?

?(B.2.2-2)

??

?