雙口渡水電站水利水電樞紐工程設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-3"\h\u26491第一章工程規(guī)模的確定 3236581.1水利樞紐與水工建筑物等級(jí)劃分 358931.2永久建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn) 311755第二章調(diào)洪演算 372332.1設(shè)計(jì)洪水位、校核洪水位的確定 325240第三章大壩設(shè)計(jì) 672263.1壩址地形地質(zhì) 6182583.2壩頂高程的確定 610953.2.1計(jì)算方法 6333.2.2計(jì)算過(guò)程 7276673.3非溢流壩剖面設(shè)計(jì) 8252583.3.1壩頂寬度及壩體坡度的確定 812353.3.2抗滑穩(wěn)定性計(jì)算 9115183.4溢流壩段設(shè)計(jì) 22264233.4.1剖面設(shè)計(jì) 22174913.4.2閘墩設(shè)計(jì) 23240233.4.3穩(wěn)定性計(jì)算 25169423.4.4挑流消能計(jì)算 2830772第四章其他水工建筑物設(shè)計(jì) 2930574.1引水建筑物設(shè)計(jì) 29211184.1.1隧洞設(shè)計(jì) 29204774.1.2壓力管道設(shè)計(jì) 2983774.1.3壓井設(shè)計(jì) 30237524.2泄空洞設(shè)計(jì) 33163894.3導(dǎo)流建筑物設(shè)計(jì) 33106304.3.1導(dǎo)流建筑物級(jí)別確定 34263754.3.2導(dǎo)流方式及標(biāo)準(zhǔn) 34259604.3.3導(dǎo)流隧洞選擇 3458364.3.4導(dǎo)流隧洞洞徑確定 34188074.4圍堰設(shè)計(jì) 36142424.4.1下游圍堰設(shè)計(jì) 3627034.4.2上游圍堰設(shè)計(jì) 3627053第五章廠房設(shè)計(jì) 37297165.1水輪機(jī)選擇 3739165.1.1洪水標(biāo)準(zhǔn)確定 37146675.1.2特征水頭確定 3719325.1.3水輪機(jī)型號(hào)的選擇 39149755.1.4水輪機(jī)及發(fā)電機(jī)尺寸確定 423075.2廠房各層高程的確定 4493115.2.1水輪機(jī)安裝高程 44212955.2.2主廠房基礎(chǔ)開(kāi)挖高程 44172065.2.3尾水管底部高程 44280105.2.4水輪機(jī)層高程 45289045.2.5發(fā)電機(jī)定子安裝高程 45197925.2.6發(fā)電機(jī)層樓板高程 45317095.2.7吊車(chē)軌道頂高程 45316385.2.8主廠房屋頂高程 4556965.2.9尾水平臺(tái)高程 4612655.3主廠房尺寸確定 4662065.3.1主廠房長(zhǎng)度確定 46117545.3.2主廠房寬度確定 48299875.3.3副廠房尺寸確定 4925072第六章細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì) 496546.1壩頂構(gòu)造 4982776.1.1非溢流壩段 49271526.2廊道系統(tǒng) 50322196.2.1基礎(chǔ)廊道 5084336.2.2排水及檢查廊道 51184256.3分縫與止水 51243066.4壩基防滲與排水 52325176.5防滲設(shè)計(jì)及材料分區(qū) 52計(jì)算書(shū)第一章工程規(guī)模的確定1.1水利樞紐與水工建筑物等級(jí)劃分根據(jù)雙口渡水電站的基本資料所給定的正常蓄水位343米高程，查水位庫(kù)容曲線可得其相應(yīng)的庫(kù)容為1751.82萬(wàn)立方米，參考《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》SL252-2017?？纱_定該工程規(guī)模為中型水庫(kù)，工程等級(jí)為Ⅲ級(jí)。水工建筑物級(jí)別（永久性水工建筑物）工程等級(jí)為Ⅲ級(jí)，則主要建筑物級(jí)別3級(jí)，次要建筑物4級(jí)。臨時(shí)性水工建筑物級(jí)別，保護(hù)對(duì)象為主要3級(jí)主要永久建筑物，4級(jí)次要永久建筑物，則臨時(shí)性水工建筑物為5級(jí)。1.2永久建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)水利水電樞紐工程永久性擋水建筑物和泄水建筑物采用的正常運(yùn)用洪水標(biāo)準(zhǔn)和非正常運(yùn)用洪水標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)建筑物級(jí)別確定。本工程為Ⅲ級(jí)中型工程，根據(jù)規(guī)范《水利水電樞紐工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》得到：設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)期取100～50年一遇，本設(shè)計(jì)采用100年一遇。校核洪水重現(xiàn)期取1000～500年一遇，本設(shè)計(jì)采用1000年一遇。第二章調(diào)洪演算2.1設(shè)計(jì)洪水位、校核洪水位的確定本設(shè)計(jì)采用表孔溢流，挑流消能，共三孔，表孔凈寬12m，堰頂高程為336m，正常蓄水位位343m。確定泄流公式：根據(jù)規(guī)范《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》SL319-2018，開(kāi)敞式溢流堰泄流能力計(jì)算公式：（2-1）式中：——上游面坡度影響修正系數(shù)，取1.0；——流量系數(shù)；ε——側(cè)收縮系數(shù)，根據(jù)閘墩厚度及墩頭形狀而定；σs——淹沒(méi)系數(shù)，視泄流的淹沒(méi)程度而定?，F(xiàn)未對(duì)閘墩進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，故令，并初步假定進(jìn)行試算，后續(xù)再進(jìn)行修正。當(dāng)時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行水庫(kù)調(diào)洪試算表2-1設(shè)計(jì)洪水調(diào)洪演算表假設(shè)水位(m)時(shí)間t（h）Q(m3/s)(m3/s)q(m3/s)(m3/s)△V(萬(wàn)m3)V(萬(wàn)m3)Z(m)7136013551751.8343.00343.258194016501428139292.981844.8344.24345.6692280211021971813107.021951.8345.67346.0010244023602314225537.631989.4346.00346.4811259025152483239842.022031.5346.48346.6312250025452536250912.852044.3346.63345.93131920221022902413-73.041971.3345.92344.39141510171517782034-114.841856.4344.39343.24151210136014261602-87.081769.4343.23342.2716959108511491287-72.961696.4342.26341.46177888749341041-60.381636.0341.46340.8518617703782858-55.831580.2340.85340.1319526572614698-45.491534.7340.13339.6720440483514564-29.271505.4339.66339.3321404422445480-20.721484.7339.33339.1222367386403424-13.851470.8339.11338.9223332350365384-12.491458.4338.91338.7224296314328347-11.771446.6338.72當(dāng)下泄流量與來(lái)水流量相等時(shí)，水庫(kù)所達(dá)到的最高水位。通過(guò)上表可知最高水位在12～13h之間，列表試算可得出最高水位，即設(shè)計(jì)洪水位：表2-2設(shè)計(jì)洪水位確定表假設(shè)水位(m)時(shí)間t（h）Q(m3/s)(m3/s)q(m3/s)(m3/s)△V(萬(wàn)m3)V(萬(wàn)m3)Z(m)12250025362044.30346.63346.5212.22384244224972516-5.362038.94346.57346.3212.42268232624262461-9.752029.20346.46346.0912.62152221023452386-12.642016.55346.31345.8312.82036209422552300-14.852001.70346.14345.63131920197821872221-17.501984.21346.10由上表可得：在12小時(shí)水庫(kù)達(dá)到設(shè)計(jì)洪水位為346.63m,對(duì)應(yīng)下泄流量為2536m3/s。計(jì)算校核洪水位：表2-3校核洪水調(diào)洪演算表假設(shè)水位(m)時(shí)間t（h）Q(m3/s)(m3/s)q(m3/s)(m3/s)△V(萬(wàn)m3)V(萬(wàn)m3)Z(m)6.3135513551751.82343.00343.39717001527.5014701412.5228.981780.80343.393450020351752.65134.041914.84345.17347.01930602805.0026732354.27162.262077.10347.01348.181032903175.0031112891.88101.922179.03348.18348.851135203405.0033713240.5859.192238.22348.85349.051233903455.0034503410.1516.142254.37349.04347.921325302960.0030113230.55-97.402156.97347.92346.071419202225.0023382674.88-161.961995.01346.07344.471514801700.0018042071.05-133.581861.43344.46343.111611501315.0013871595.53-100.991760.44343.113425011161251.65-72.771687.67342.15341.3518743846.009061010.76-59.311628.35341.35340.7019633688.00746825.55-49.521578.84340.69340.2120529581.00632688.85-38.831540.01340.21339.7721486507.50536583.87-27.491512.52339.77339.5222442464.00483509.45-16.361496.16339.51339.2923400421.00437459.96-14.031482.13339.29339.0824357378.50396416.10-13.541468.59339.07當(dāng)下泄流量與來(lái)水流量相等時(shí)，水庫(kù)所達(dá)到的最高水位。由上表和相關(guān)水文資料可知最高水位在12～13h之間，列表試算可得出最高水位，即校核洪水位，試算過(guò)程是以時(shí)間為變量即先假設(shè)一個(gè)時(shí)間作為達(dá)到最高洪水位的時(shí)間，通過(guò)內(nèi)插法算出相對(duì)應(yīng)的來(lái)水量，然后再計(jì)算出水庫(kù)水位、水庫(kù)水量，通過(guò)計(jì)算所得的水庫(kù)水位和水量就又可以計(jì)算出水庫(kù)的下泄流量，當(dāng)水庫(kù)的下泄流量和來(lái)水量相等時(shí)，水庫(kù)達(dá)到最高水位：表2-4校核洪位確定表假設(shè)水位(m)時(shí)間t（h）Q(m3/s)(m3/s)q(m3/s)(m3/s)△V(萬(wàn)m3)V(萬(wàn)m3)Z(m)12339034502254.37349.04348.9412.23218330434063428-8.932245.44348.94348.7412.43046313233273367-16.912228.53348.74348.4812.62874296032263277-22.812205.72348.48348.1712.82702278831073166-27.242178.48348.17347.82132530261629743040-30.542147.94347.82由上表可得：在12小時(shí)水庫(kù)達(dá)到校核洪水位為349.04m，對(duì)應(yīng)下泄流量為3450m3/s。第三章大壩設(shè)計(jì)3.1壩址地形地質(zhì)將上下壩址從地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、巖體風(fēng)化及水文地質(zhì)等方面進(jìn)行比較，。通過(guò)比較，下壩址有以下3點(diǎn)不利條件：1)下壩址河谷兩岸沖溝發(fā)育，河谷寬度于340m正常蓄水位條件下比上壩址大53m，大大增加了壩體工程量。2)下壩址軸線左岸有一煌斑巖脈，寬約1m，產(chǎn)狀N28～35°E，NW<70～80°，巖脈全，強(qiáng)風(fēng)化深度達(dá)40m以上，以順河向切割左岸，壩基處理難度大，對(duì)拱壩壩肩抗滑穩(wěn)定不利。3)下壩址左岸下部第四系覆蓋層，經(jīng)探井揭露，其厚度達(dá)10m。并且在壩址上游500m處有滑塌體，水庫(kù)蓄水后，滑塌體將進(jìn)一步惡化。通過(guò)上述比較，上壩址工程地質(zhì)條件明顯優(yōu)于下壩址，選定上壩址作為該工程的選定壩址。河床高程開(kāi)挖到269m。3.2壩頂高程的確定3.2.1計(jì)算方法根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》SL319-2018，壩頂高程應(yīng)該高于水庫(kù)最高靜水位。壩頂上游防浪墻頂?shù)母叱虘?yīng)高于波浪頂高程，其與正常蓄水位或校核水位的高差，可由（3-1）計(jì)算，選擇兩者中防浪墻頂高程較高的一個(gè)作為最低高程。（3-1）式中——防浪墻頂至各類(lèi)水位的高差（m）；——累計(jì)頻率1%的波高（m）；——波浪中心線至各類(lèi)水位的高差（m）；——安全加高。水庫(kù)庫(kù)區(qū)的年平均風(fēng)速為1.8m/s，最大的平均風(fēng)速為19m/s，實(shí)測(cè)瞬時(shí)最大的風(fēng)速為29m/s，吹程為2km。正常情況下，計(jì)算風(fēng)速為29m/s，采用鶴地水庫(kù)公式：（3-2）（3-3）（3-4）式中：——平均波長(zhǎng)（m）；——累計(jì)頻率為2%的浪高（m）；——計(jì)算風(fēng)速（m/s）,取29m/s；D——風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度（m），D=2000m；g——重力加速度，9.81m/s2；H——水深。校核情況下，計(jì)算風(fēng)速取最大平均風(fēng)速，即19m/s，采用官?gòu)d水庫(kù)公式：（3-5）（3-6）（3-7）式中：——平均波長(zhǎng)（m）；——累計(jì)頻率為5%的浪高（m）；——計(jì)算風(fēng)速（m/s）,取19m/s；D——風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度（m），D=2000m；g——重力加速度，9.81m/s2。3.2.2計(jì)算過(guò)程正常情況下：校核情況下：綜合以上兩種情況，取最大高程為351.64m,防浪墻頂高程為351.7m。在壩體橫縫處設(shè)置伸縮縫，并且設(shè)止水，墻身高度可取1.2m。最終確定壩頂高程為350.5m。3.3非溢流壩剖面設(shè)計(jì)3.3.1壩頂寬度及壩體坡度的確定結(jié)合壩軸線剖面圖和規(guī)范規(guī)定取壩基面最低點(diǎn)高程為269m。壩高=350.5-269=81.5m壩頂?shù)膶挾瓤刹捎脡胃叩?%～10%，且不應(yīng)小于5米。即6.5m到8.2m?？紤]到壩頂應(yīng)要滿足交通和運(yùn)行管理的需求，取壩頂寬度取為8米?？紤]壩體可以利用部分水重來(lái)增加其抗滑穩(wěn)定，根據(jù)其他工程實(shí)踐，上游邊坡系數(shù)ｎ＝1：0.2～1：0，下游邊坡系數(shù)ｍ＝1：0.8～1：0.6。上游的邊坡系數(shù)為1：0.1，下游的邊坡系數(shù)為1：0.75。上游起坡點(diǎn)位置一般起坡點(diǎn)在壩高的（1／3～2／3）附近，即27.2m到54.3m，取為45m，則上游折坡點(diǎn)高程為269+45=314m。將基本三角形頂點(diǎn)置于校核洪水位349.04m處，則相對(duì)應(yīng)得壩體寬度T=（349.04-269）×0.75+4.5=64.53m。縱向廊道的上游壁離上游壩面的最小距離要滿足防滲要求，一般取0.05～0.1倍壩面作用水頭即4米到8米，且不小于3m。取灌漿廊道與上游的距離為6米?；A(chǔ)灌漿廊道的斷面尺寸可以根據(jù)鉆灌機(jī)具尺寸及工作要求確定，寬度可取2.5m～3.0m，高度可為3.0m～3.5m。取寬度為2.5m,高度為3.0m。所以得出排水孔的距離為8.5m，壩基灌漿廊道底面與建基面的高差不得小于1.5倍廊道寬度和3.0m，為減少廊道數(shù)量，底面高程取277m。圖3-1基本剖面圖3.3.2抗滑穩(wěn)定性計(jì)算3.3.2.1荷載計(jì)算圖3-2壩體剖面示意圖荷載組合分為基本組合和特殊組合?；窘M合包括設(shè)計(jì)情況或正常情況，由同時(shí)出現(xiàn)的基本荷載組成。在設(shè)計(jì)時(shí)，從這兩類(lèi)組合中選擇幾種最不利的的荷載組合情況進(jìn)行計(jì)算。荷載組合詳細(xì)情況參照下表。表3-1荷載組合表荷載組合主要考慮情況荷載作用力附注自重水壓力揚(yáng)壓力淤沙壓力浪壓力冰壓力地震力動(dòng)水壓力其他基本組合(1)正常蓄水位情況√√√√√√(2)設(shè)計(jì)洪水位√√√√√√√特殊組合(1)校核洪水位√√√√√√√通過(guò)上表看出需要計(jì)算自重、水壓力、揚(yáng)壓力、淤沙壓力、浪壓力等荷載。對(duì)不同水位下的不同荷載進(jìn)行計(jì)算。自重：圖3-3自重計(jì)算分區(qū)圖水壓力：圖3-4水壓力計(jì)算簡(jiǎn)圖校核水位：堰頂高程為336m，泄流水頭為：下泄流量為：查水位流量關(guān)系曲線可知下游水位為288.09米。設(shè)計(jì)水位：堰頂高程為336m，泄流水頭為：下泄流量為：查水位流量關(guān)系曲線可知下游水位為285.39米。正常水位：堰頂高程為336m，泄流水頭為：下泄流量為：查水位流量關(guān)系曲線可知下游水位為280.98米。揚(yáng)壓力：圖3-5揚(yáng)壓力計(jì)算簡(jiǎn)圖校核水位：設(shè)計(jì)水位：正常水位：浪壓力：校核水位采用多年平均的最大風(fēng)速19m/s，設(shè)計(jì)水位和正常蓄水位采用實(shí)測(cè)的最大風(fēng)速29m/s。對(duì)三種水位進(jìn)行判斷可得，都屬于深水波。校核水位：設(shè)計(jì)水位：正常水位：淤沙壓力：淤沙浮容重為，淤沙內(nèi)摩擦角。根據(jù)水位庫(kù)容曲線得出，淤沙高程為292.0米。地震荷載：本工程基本烈度為6級(jí)，不考慮地震荷載。3.3.2.2抗滑穩(wěn)定計(jì)算計(jì)算的壩基面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K′值應(yīng)符合下表3-2的規(guī)定。表3-2壩基抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)荷載組合基本組合3.0特殊組合（1）2.5（2）2.3本工程大壩等級(jí)為3級(jí)，基本組合要滿足，特殊組合要滿足。對(duì)抗滑穩(wěn)定系數(shù)進(jìn)行分析：基本組合正常蓄水位：滿足要求基本組合設(shè)計(jì)洪水位：滿足要求特殊組合校核洪水位：滿足要求3.3.2.3力矩計(jì)算力矩計(jì)算中取順時(shí)針為負(fù)，逆時(shí)針為正。自重：圖3-6自重力矩圖通過(guò)CAD量取各分區(qū)形心和中心點(diǎn)的距離，即力臂得表3-3自重力矩計(jì)算表荷載名稱(chēng)計(jì)算式荷載(每m壩長(zhǎng))力臂(m)力矩(kN-m)水平(kN)垂直(kN)+-自重243020.3449426自重57657.61.1767459自重1112.613.7915343圖3-7水壓力力矩圖通過(guò)cad量取各分區(qū)形心和中心點(diǎn)的距離，計(jì)算水壓力力矩如下表：表3-4校核水位水壓力力矩計(jì)算表荷載名稱(chēng)計(jì)算式荷載(每m壩長(zhǎng))力臂(m)力矩(kN-m)水平(kN)垂直(kN)+-上游水壓力31423.40.629483上游水自重2540.121.3854307下游水壓力1787.520.9337412下游水自重1340.636.4248825表3-5設(shè)計(jì)水位水壓力力矩計(jì)算表荷載名稱(chēng)計(jì)算式荷載(每m壩長(zhǎng))力臂(m)力矩(kN-m)水平(kN)垂直(kN)+-上游水壓力29559.61.4241975上游水自重2433.720.4052081下游水壓力1317.621.8328763下游水自重988.237.0936653表3-6正常水位水壓力力矩計(jì)算表荷載名稱(chēng)計(jì)算式荷載(每m壩長(zhǎng))力臂(m)力矩(kN-m)水平(kN)垂直(kN)+-上游水壓力26859.82.6370641上游水自重2273.521.4248698下游水壓力00下游水自重00揚(yáng)壓力圖3-8揚(yáng)壓力力矩圖通過(guò)cad量取各分區(qū)形心和中心點(diǎn)的距離，即力臂得，計(jì)算揚(yáng)壓力力矩如下表：表3-7校核水位揚(yáng)壓力力矩計(jì)算表荷載名稱(chēng)計(jì)算式荷載(每m壩長(zhǎng))力臂(m)力矩(kN-m)水平(kN)垂直(kN)+-12084.711.1713498639653.84152261270.619.09242561905.920.5139090表3-8設(shè)計(jì)水位揚(yáng)壓力力矩計(jì)算表荷載名稱(chēng)計(jì)算式荷載(每m壩長(zhǎng))力臂(m)力矩(kN-m)水平(kN)垂直(kN)+-10375.511.171158943983.83.84152981276.619.09243711914.920.5139275表3-9正常水位揚(yáng)壓力力矩計(jì)算表荷載名稱(chēng)計(jì)算式荷載(每m壩長(zhǎng))力臂(m)力矩(kN-m)水平(kN)垂直(kN)+-0004813.93.84184851542.619.09294482313.920.5147458浪壓力校核水位：設(shè)計(jì)水位：正常水位：表3-10浪壓力力矩計(jì)算表荷載名稱(chēng)計(jì)算式荷載(每m壩長(zhǎng))力臂(m)力矩(kN-m)水平(kN)垂直(kN)+-校核水位浪壓力29.42318.2設(shè)計(jì)水位浪壓力180.915157.0正常水位浪壓力180.913179.2淤沙力：表3-11淤沙力力矩計(jì)算表荷載名稱(chēng)計(jì)算式荷載(每m壩長(zhǎng))力臂(m)力矩(kN-m)水平(kN)垂直(kN)+-水平力1117.020.422787豎直力211.621.645713.3.2.4應(yīng)力分析校核洪水位：上游壩踵處：正應(yīng)力：剪應(yīng)力：水平正應(yīng)力：主應(yīng)力：下游壩址處：正應(yīng)力：剪應(yīng)力：水平正應(yīng)力：主應(yīng)力：設(shè)計(jì)洪水位：上游壩踵處：正應(yīng)力：剪應(yīng)力：水平正應(yīng)力：主應(yīng)力：下游壩址處：正應(yīng)力：剪應(yīng)力：水平正應(yīng)力：主應(yīng)力：正常蓄水位：上游壩踵處：正應(yīng)力：剪應(yīng)力：水平正應(yīng)力：主應(yīng)力：下游壩址處：正應(yīng)力：剪應(yīng)力：水平正應(yīng)力：主應(yīng)力：根據(jù)規(guī)范《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》SL319-2018規(guī)定，運(yùn)用期重力壩壩體應(yīng)力應(yīng)滿足壩體上游面的垂直應(yīng)力不能出現(xiàn)拉應(yīng)力。壩體最大主應(yīng)力不大于混凝土的允許壓應(yīng)力值。本次選用混凝土等級(jí)為C20，其抗壓強(qiáng)度為20mPa?；窘M合的壩體混凝土抗壓安全系數(shù)不小于4.0；特殊組合的壩體混凝土抗壓安全系數(shù)不小于3.5。在基本組合情況下，壩體最大壓應(yīng)力大于20/4=5MPa，在特殊組合情況下壩體最大壓應(yīng)力不大于20/3.5=5.1MPa。表3-12壩址和壩踵應(yīng)力強(qiáng)度分析表荷載組合主要考慮情況上游壩踵處下游壩址處基本組合正常高水位776.5-64.3133.1783.0133.7644.3483.2362.41006.70設(shè)計(jì)洪水位804.9-67.1133.0811.6133.7653.6490.2367.71021.30特殊組合校核洪水位876.3-74.3133.0883.7133.7820.4615.3461.51281.90分析>0>0壩體上游面的垂直應(yīng)力沒(méi)有出現(xiàn)拉應(yīng)力。壩體最大主壓應(yīng)力沒(méi)有大于混凝土的允許壓應(yīng)力值，所以壩址壩踵應(yīng)力滿足要求。3.4溢流壩段設(shè)計(jì)3.4.1剖面設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用挑流消能，堰面設(shè)計(jì)如下：此次設(shè)計(jì)采用WES曲線，堰頂下游堰面的函數(shù)為，式中為定型設(shè)計(jì)水頭，一般為，本壩校核洪水水頭，設(shè)計(jì)水頭值為9.78～12.39m，取值11m。n由上游堰坡確定，因上游面坡度為3：0，則有n=1.850，，經(jīng)查表可得k=2.0。故下游堰面的曲線方程為，用Excel計(jì)算曲線坐標(biāo)：表3-13堰頂下游溢流面曲線坐標(biāo)x00.511.522.533.544.555.56y0.000.020.070.140.230.350.500.660.851.051.281.531.79x6.577.588.599.51010.51111.51212.5y2.082.382.713.053.413.794.194.615.055.505.976.466.97上游堰頭曲線選擇三圓弧曲線，并且上游面鉛直。對(duì)于挑流消能，溢流堰下游反弧段半徑的取值：（3-8）式中h為反弧段對(duì)應(yīng)校核洪水位時(shí)最低點(diǎn)處水深，采用式3-9進(jìn)行迭代計(jì)算：（3-9）將帶入式3-9得，當(dāng)滿足精度要求時(shí)，則即為所求。式3-9中的流量系數(shù)初步計(jì)算時(shí)可定為0.9，是基準(zhǔn)面的水流總比能，基準(zhǔn)面取水深收縮斷面底面，計(jì)算公式為：（3-10）式中：—反弧段底到堰頂?shù)母叱滩?；—校核洪水位?duì)應(yīng)的堰頂水頭。表3-14反弧段水深計(jì)算表q(m2/s)(m/s)(m)(m)(m)(m)(m)95.837.990.964.23.0003.0723.0743.074在校核洪水位時(shí)，反弧段水深為h=3.074m，則反弧段半徑取值范圍為R=12.30～30.74m，最低點(diǎn)水流流速v=q/h=95.83/3.074=31.17m/s。為滿足挑角和斜坡兩個(gè)條件，通過(guò)繪圖確定取R=18m。反弧段挑角為。如圖所示。圖3-9溢流壩剖面圖3.4.2閘墩設(shè)計(jì)3.4.2.1中墩溢流堰頂設(shè)檢修閘門(mén)和工作閘門(mén)共兩道閘門(mén)。為便于檢修，兩者取1.5m凈距，為減小閘門(mén)高度，將工作閘門(mén)布置在堰頂。本次設(shè)計(jì)將工作閘門(mén)和檢修閘門(mén)均設(shè)計(jì)為深1.0m，寬1.0m。在閘門(mén)槽截面處，為保證閘墩在閘門(mén)關(guān)閉時(shí)有足夠的強(qiáng)度。厚度要大于1.0m，因溢流壩段分縫采用墩中分縫設(shè)計(jì)，故閘墩厚度還應(yīng)在此基礎(chǔ)上加厚1.0m。故閘墩總厚度為D=1.0+1.0+1.0+1.0=4.0。閘墩的上游端采用半圓曲線，半徑R=0.5D=2.0m，下游端采用圓弧曲線，半徑為R=1.71D=6.84m。閘墩順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)度應(yīng)滿足工作橋與交通橋布置要求，同時(shí)為了水流更加平順進(jìn)入閘孔，閘墩向上游懸出2.0m。工作橋排架柱中心距為7.0m，下游側(cè)交通橋?qū)挾葹?.0m，閘墩總長(zhǎng)度為15.0m。如圖3-8所示。圖3-10中墩尺寸圖3.4.2.2邊墩溢流壩與非溢流壩中間設(shè)邊墩（邊墻）。為避免邊墩上游端破壞，將上游段修改為直線段與1/4橢圓弧連接，橢圓a=2.0m，b=1.0m。下游端修改為方形，長(zhǎng)度等于壩頂?shù)綁沃返木嚯x，邊墩高度受溢流水深、水深沖擊波、摻氣水深影響。水深沿壩面逐漸減小，故計(jì)算邊墻起始處水深作為設(shè)計(jì)水深，按式3-9、式3-10計(jì)算，計(jì)算點(diǎn)處高程為330m，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3-15。表3-15堰面水深計(jì)算表q(m2/s)(m/s)(m)(m)(m)(m)(m)95.837.990.922.295.0925.7965.9195.941故溢流水深可用m。水流開(kāi)始摻氣的位置計(jì)算可按下式計(jì)算：（3-11）式中：—為單寬流量。摻氣點(diǎn)至堰頂距離大于堰面長(zhǎng)度，故可不考慮摻氣水深的影響，取邊墻高于溢流面水面的高度為1m，故取邊墻高度為6.9m，并在距離鼻坎末端17m處轉(zhuǎn)為水平，邊墻厚度與邊墩厚度一致2.0m。見(jiàn)圖3-7。3.4.2.3流量系數(shù)復(fù)核下泄流量由式3-12計(jì)算：（3-12）式中：—側(cè)收縮系；—淹沒(méi)系數(shù)；—流量系數(shù)。（3-13）式中：—系數(shù)，與邊墩有關(guān)，取0.1；—系數(shù)，與中墩有關(guān)，取0；—堰頂全水頭，13.04m。將上值代入3-19得。對(duì)于淹沒(méi)系數(shù)，下游水深與堰頂水頭之比,得淹沒(méi)系數(shù)約為。對(duì)于流量系數(shù)m，，此時(shí)即為堰上靜水位13.04m，由，取m=0.510。所以2.1節(jié)假設(shè)的系數(shù)，與假設(shè)相差不大，故計(jì)算無(wú)誤。3.4.3穩(wěn)定性計(jì)算表3-16荷載組合表荷載組合主要考慮情況荷載作用力附注自重水壓力揚(yáng)壓力淤沙壓力浪壓力冰壓力地震力動(dòng)水壓力其他基本組合(1)正常蓄水位情況√√√√√(2)設(shè)計(jì)洪水位√√√√√√特殊組合(1)校核洪水位√√√√√√取一段溢流壩段進(jìn)行分析，取一個(gè)壩段寬度為15m。進(jìn)行溢流壩段分析時(shí)選用校核洪水進(jìn)行穩(wěn)定性和應(yīng)力分析。自重；水壓力：堰頂高程為336m，泄流水頭為：下泄流量為：查水位流量關(guān)系曲線可得出下游水位為288.09米。揚(yáng)壓力：淤沙壓力：動(dòng)水壓力：考慮到門(mén)機(jī)和閘門(mén)的重量取19600kN通過(guò)CAD量取各分區(qū)形心和中心點(diǎn)的距離，即力臂得：表3-17溢流壩荷載、彎矩計(jì)算表荷載名稱(chēng)計(jì)算式荷載(每m壩長(zhǎng))力臂(m)力矩(kN-m)水平(kN)垂直(kN)+-自重14342847.510757130門(mén)機(jī)閘門(mén)1960021.2415520水壓力4713511.78012973810226.19944622681349.313218811251132.2402854揚(yáng)壓力18127110.71939598628153.92449791905918.13449682858919.5557486淤沙壓力1675516.1269756317430.596807動(dòng)水壓力218403.2698889027332.829609548156319應(yīng)力計(jì)算上游壩踵處：正應(yīng)力：剪應(yīng)力：水平正應(yīng)力：主應(yīng)力：下游壩址處：正應(yīng)力：剪應(yīng)力：水平正應(yīng)力：主應(yīng)力：根據(jù)規(guī)范《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》SL319-2018規(guī)定運(yùn)用期重力壩壩體應(yīng)力應(yīng)滿足壩體上游面的垂直應(yīng)力沒(méi)有出現(xiàn)拉應(yīng)力。壩體最大主壓應(yīng)力不大于混凝土的允許壓應(yīng)力值。本次選用混凝土等級(jí)為C20，其抗壓強(qiáng)度為20?；窘M合的壩體混凝土抗壓安全系數(shù)應(yīng)不小于4.0；特殊組合的壩體混凝土抗壓安全系數(shù)應(yīng)不小于3.5。在基本組合的情況下，壩體的最大壓應(yīng)力不大于20/4=5Mpa，在特殊組合的情況下壩體最大壓應(yīng)力不大于20/3.5=5.71Mpa。溢流壩段上下游沒(méi)出現(xiàn)拉應(yīng)力且最大應(yīng)力沒(méi)有大于混凝土抗壓應(yīng)力和壩基巖體的抗壓能力，應(yīng)力滿足要求。3.4.4挑流消能計(jì)算坎頂?shù)乃媪魉伲海?-14）式中：—流速系數(shù)。（3-15）（3-16）式中：——流比能；——單寬流量，；——上游水面至挑坎頂部的高差，58.29m?？岔斄魉?，水深，水舌挑距為：（3-17）（3-18）式中：——反弧段的挑角，23.6°；——坎頂水舌垂直厚度，由式3-18計(jì)算；2.52m；——坎頂高于河床面的高度，為288.09-272=16.09m?？伤愕肔=162.57m。最大沖坑深度按3-19計(jì)算（3-19）式中：—沖刷系數(shù)，由基巖地址情況決定，壩址基巖較好，取0.9；—上游和下游的水位差值，60.95m。根據(jù)規(guī)范，挑距與沖刷坑深度之比，滿足要求。第四章其他水工建筑物設(shè)計(jì)4.1引水建筑物設(shè)計(jì)4.1.1隧洞設(shè)計(jì)4.1.1.1隧洞洞線選擇左，右兩岸引水隧洞從地形地貌，地層巖性，地質(zhì)構(gòu)造，水文地質(zhì)條件等比較，右岸隧洞比左岸Ⅲ1-Ⅲ1線方案長(zhǎng)940m，洞頂至地表厚度相對(duì)較薄，洞線要穿越2100m粉砂巖段，粉砂巖屬軟質(zhì)巖石，裂隙發(fā)育，屬Ⅳ類(lèi)圍巖，且大部沿背斜軸穿行。施工時(shí)此段易發(fā)生冒頂，坍塌，涌水等現(xiàn)象。故建議放棄右岸隧洞方案，選擇左岸隧洞方案一。4.1.1.2洞身設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用彭德舒公式和經(jīng)濟(jì)流速法來(lái)確定洞涇。本電站采用兩臺(tái)型號(hào)為HL160的水輪機(jī)。其總的額定流量為，設(shè)計(jì)水頭(詳細(xì)計(jì)算見(jiàn)廠房設(shè)計(jì)中水輪機(jī)選型的計(jì)算).（4-1）式中：——內(nèi)引水隧洞內(nèi)徑，m；——最大引用流量，m3/s；——經(jīng)濟(jì)流速，m/s；可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取隧洞經(jīng)濟(jì)流速為4m/s。根據(jù)上述可以算出隧洞內(nèi)徑得：，取2.6m?？紤]當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件，采用鋼筋混凝土單層襯砌，襯砌厚度一般為洞徑的1/8～1/12,且不小于25cm，即襯砌厚度在0.22～0.33m，取襯砌厚度為0.3m。故得到?？v坡i取5‰。4.1.1.3進(jìn)水口設(shè)計(jì)因進(jìn)水口處的地質(zhì)條件較好、地形坡度適中，故采用洞式進(jìn)水口。進(jìn)水口中心高程為311m，則進(jìn)水口頂部高程為311+1.6=312.6m。則進(jìn)水口底板高程311-1.6=309.4m，高于淤沙高程。4.1.2壓力管道設(shè)計(jì)壓力管道是從調(diào)壓井向水輪機(jī)輸送水量的運(yùn)輸管道，本設(shè)計(jì)鋼管采用地下埋管。本設(shè)計(jì)中有2臺(tái)機(jī)組，采用鋼管采取Y型布置，在進(jìn)入廠房后分成對(duì)稱(chēng)的兩岔管。4.1.2.1主壓力管道根據(jù)所給資料，主壓力管道總長(zhǎng)為209m，采用分組供水，每根管道有一臺(tái)機(jī)組，所以管道內(nèi)流量為由彭徳舒公式得壓力管道直徑為,出于安全考慮取為2.4m，鋼管厚度采用鍋爐公式計(jì)算：（4-2）式中：——水的容重，取9.81kN/m3；——設(shè)計(jì)水頭，m；——壓力管道直徑，m；——焊縫系數(shù)，取0.95；——容許應(yīng)力，取150×106kPa。，取14mm滿足，不用設(shè)計(jì)加勁環(huán)?？紤]銹蝕，。4.1.2.2分岔管道有2根鋼管，據(jù)廠房布置圖可知每根長(zhǎng)L為13.5m，由彭徳舒公式得壓力管道直徑為，出于安全考慮取1.8m。管壁厚度取12mm，滿足。4.1.3壓井設(shè)計(jì)4.1.3.1設(shè)置條件按下式作初步判斷：（4-1）式中：——壓力水道得慣性時(shí)間常數(shù)；——壓力水道的長(zhǎng)度，m；——壓力水道中的流速；g——重力加速度，；——設(shè)計(jì)水頭，；——的允許值，一般取。表4-1壓力水道參數(shù)表引水隧洞50302.620.024主壓力鋼管2092.420.024.43分岔管道13.51.810.017.87，所以應(yīng)該設(shè)置調(diào)壓井，采用簡(jiǎn)單圓筒式調(diào)壓井。4.1.3.2調(diào)壓井面積壓力管道通過(guò)一定的流量時(shí)的水頭損失值（4-2）引水隧洞通過(guò)一定的流量時(shí)的水頭損失值（4-3）其中：引水隧洞：，，，故壓力管道，，，故入廠鋼管，，，故引水隧洞面積：調(diào)壓井面積：根據(jù)規(guī)范《水電站調(diào)壓室設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL/T5058-1996）規(guī)定，上游調(diào)壓室的穩(wěn)定斷面面積應(yīng)按照托馬準(zhǔn)則計(jì)算：（4-4）式中：——托馬臨界穩(wěn)定斷面面積，m2；——壓力引水道長(zhǎng)度，m；——壓力引水道斷面面積m2；——發(fā)電最小靜水頭，m；——自水庫(kù)到調(diào)壓室損失系數(shù)，，s2/m；——壓力引水道流速，m/s；——壓力引水道水頭損失，m；——壓力鋼管水頭損失，m；——系數(shù)，一般采用1.0～1.1。綜上所述，調(diào)壓井?dāng)嗝婷娣e，相應(yīng)的調(diào)壓井的直徑為7.6m，采用鋼筋混凝土襯砌，厚度取為0.5m，則調(diào)壓井的外徑為8.6m。4.1.3.3調(diào)壓井的最高水位和最低水位（1）最高水位應(yīng)該由校核洪水位和全負(fù)荷工況算出：代入得，最高水位（2）最低水位由死水位和全負(fù)荷工況算出：經(jīng)試算得，最低水位則調(diào)壓井高度為，取87m。4.2泄空洞設(shè)計(jì)泄水底孔的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是在可扣除一臺(tái)機(jī)組的發(fā)電放水的情況下，要求天內(nèi)由正常高水位放空到死水位。其中多年平均來(lái)水量，一臺(tái)機(jī)組發(fā)電放水量為。泄水底孔采用有壓方形底孔，布置在壩體左岸。淤沙高程為，泄水孔口高程可設(shè)在淤沙高程以下1～2m，所以泄水孔口頂高程取為。泄流計(jì)算采用孔口出流公式計(jì)算：（4-5）式中：——孔口流量系數(shù)0.83～0.93，取=0.9；——孔口處的作用水頭，m；——放空孔斷面面積，。采用圓形斷面孔口，選用洞徑D=1.2m，取為一層，計(jì)算放空時(shí)間得到泄水孔計(jì)算表4-2泄空洞計(jì)算表水位Z(m)水頭H(m)庫(kù)容V(萬(wàn)m3)庫(kù)容變化ΔV(萬(wàn)m3)平均水頭H(m)單孔流量Q(m3/s)平均流量Q(m3/s)用時(shí)t(h)343531751.8032.81341511601.7150.15232.1817.5923.70339491463.9137.85031.5416.9622.57337471338.3125.64830.8916.3221.38335451212.7125.64630.2315.6622.28333431108.4104.34429.5514.9919.33331411004.1104.34228.8514.3020.2632939908.795.44028.1413.6019.4932737822.186.63827.4112.8818.6832535735.586.63626.6612.1419.8232333664.071.53425.8911.3717.4632131592.571.53225.0910.5918.7631929527.5653024.279.7818.4631727469.058.52823.428.9418.17總用時(shí)（天）10.85由上表可得出總時(shí)間為10.85天，位于10～15天，滿足要求。4.3導(dǎo)流建筑物設(shè)計(jì)4.3.1導(dǎo)流建筑物級(jí)別確定根據(jù)規(guī)范《水利水電施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL303-2017）中的《導(dǎo)流等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定可得：導(dǎo)流建筑物為5級(jí)臨時(shí)建筑物。根據(jù)《導(dǎo)流建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)劃分》，洪水標(biāo)準(zhǔn)重現(xiàn)期為5～3年，取為5年。4.3.2導(dǎo)流方式及標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)規(guī)范《水利水電施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL303-2017）規(guī)定，此設(shè)計(jì)考慮的設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)包括枯水期導(dǎo)流、壩體施工期臨時(shí)度汛。圍堰計(jì)劃只在枯水期進(jìn)行擋水，汛期采用壩體導(dǎo)流底孔加導(dǎo)流隧洞導(dǎo)流，故在汛期圍堰將會(huì)過(guò)水。若采用護(hù)坡的土石圍堰，則上游圍堰底寬較大，體積過(guò)大，影響導(dǎo)流隧洞布置。在一定程度上也會(huì)使圍堰施工時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，或?qū)⒂绊懼黧w工程施工，故本工程上游圍堰采用混凝土圍堰，而下游圍堰高度較小，可以采用過(guò)水土石圍堰方案。按照規(guī)范《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2017）規(guī)定，上游圍堰和下游圍堰統(tǒng)一采用5年一遇（P=20%）的導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)。施工期臨時(shí)度汛取10年一遇（P=10%）洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)水文資料，將月～月定為枯水期，查雙口渡壩址、廠址分期洪水頻率流量，得的來(lái)水量。施工期臨時(shí)度汛洪水流量取全年頻率10%流量為1350m3/s的洪水。4.3.3導(dǎo)流隧洞選擇由于該壩址處河床狹窄，兩岸地形較為陡峭，枯水期流量不大，且地質(zhì)條件較為良好，故采用一次截?cái)嗪恿鞯娜螄叻ǎ箒?lái)水在枯水期經(jīng)導(dǎo)流隧洞泄向下游。本次勘測(cè)共有左右岸導(dǎo)流洞兩方案，因左岸地質(zhì)情況較差和后期引水隧洞布置在左岸（詳見(jiàn)4.1節(jié)），為施工不相互干擾及避免對(duì)山體穩(wěn)定破壞較大，故采用右岸導(dǎo)流隧洞方案，隧洞進(jìn)口底高程273.5m，出口高程270m。4.3.4導(dǎo)流隧洞洞徑確定由于圓形斷面具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，如相比于城門(mén)洞形，其在滿流狀態(tài)下過(guò)流能力強(qiáng)，故能在較短的時(shí)間內(nèi)宣泄同樣庫(kù)容的洪水。對(duì)于不同地質(zhì)情況，拱的承載力能夠抵抗圍巖壓力，有利于隧洞穩(wěn)定，不容易發(fā)生塌方。所以導(dǎo)流隧洞選擇圓形斷面。采用三角形簡(jiǎn)化的洪水過(guò)程線來(lái)計(jì)算洪水過(guò)程：圖4-1三角形洪水過(guò)程線已知，假設(shè)：為某一個(gè)值代入下式求出，由庫(kù)容水位關(guān)系表推出對(duì)應(yīng)的上游圍堰高程H。由高程H代入求出Q與假設(shè)接近則所求的隧洞半徑即為所求的。計(jì)算公式如下：（4-6）（4-7）（4-8）式中：、為上下游水位（4-9）（4-10）（4-11）考慮進(jìn)出口水頭損失（4-12）其中n為糙率，取0.022.假定不同的隧洞半徑進(jìn)行比較，選擇最優(yōu)的隧洞半徑：表4-3下泄流量計(jì)算表洞徑C（萬(wàn)m3）ZA6369.1539348.630.0330.59103.03298.28275.2423.0428.266.5382.3439349.290.0320.6146.05291.87275.3616.5133.177388.1639349.900.0320.6220.91286.99275.4111.5838.47由上表可知，當(dāng)隧洞洞徑采用7m時(shí)，上游圍堰高度最小，能夠有效減少堰體體積。所以隧洞直徑采用7m。4.4圍堰設(shè)計(jì)4.4.1下游圍堰設(shè)計(jì)堰頂高程取決于導(dǎo)流設(shè)計(jì)流量和圍堰的工作條件，下游圍堰的堰頂高程由式4-13決定：（4-13）式中：——下游水位高程，根據(jù)流量水位關(guān)系曲線查出；——波浪爬高；——圍堰的安全超高，5級(jí)臨時(shí)建筑物取0.3m。假定來(lái)水全部下泄，，查流量水位關(guān)系曲線可以得出下游水位為275.41m，下游圍堰堰頂高程為。已知河床高程為272.0m，，圍堰的基坑坡腳離大壩主體工程為30m，根據(jù)設(shè)計(jì)要求上、下游圍堰的底部均需要挖除1m的卵石層，所以下游圍堰的基底高程可以計(jì)算得出為270.58m，則下游圍堰堰高為278.64-270.58=8.06m，取8.1m，則下游圍堰堰頂高程為278.68m，考慮交通要求，堰頂寬取5m。圍堰剖面迎水坡為取1：0.15，背水坡為1：0.6。4.4.2上游圍堰設(shè)計(jì)上游圍堰堰頂高程：（4-14）式中：——下游圍堰堰頂高程；——上下游水位差；——波浪爬高；——安全加高，0.5m?？紤]河流坡降0.013，挖除1m的卵石層，上游圍堰的基底高程為268m，所以上游圍堰的高度為25.59m，取25.6m，則下游圍堰堰頂高程為293.6m，考慮交通要求，堰頂寬取5m。堰體迎水面坡比取1：1.7，背水坡取1：1.5。第五章廠房設(shè)計(jì)5.1水輪機(jī)選擇5.1.1洪水標(biāo)準(zhǔn)確定水電站工程等級(jí)按《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》SL252-2017的規(guī)定確定。水電站工程等級(jí)確定為5級(jí)。本次設(shè)計(jì)廠房采用地面式發(fā)電廠房，廠房不作為樞紐擋水建筑物，其洪水標(biāo)準(zhǔn)按下表確定。表5-1水電站廠房永久性水工建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)建筑物級(jí)別洪水重現(xiàn)期（年）設(shè)計(jì)洪水位校核洪水位120010002200～1005003100～50200廠房選用洪水重現(xiàn)期100年作為設(shè)計(jì)洪水位，洪水重現(xiàn)期500年作為校核洪水位。通過(guò)調(diào)洪演算可得，設(shè)計(jì)洪水位為162.94米，校核洪水位為163.59米。5.1.2特征水頭確定(5-1)式中：Q——通過(guò)水電站水輪機(jī)的流量，m3/s;H——水電站凈水頭，水電站上下游水位之差減去各種水頭損失;——水電站效率，等于水輪機(jī)效率、發(fā)電機(jī)效率及機(jī)組傳動(dòng)效率的乘積。對(duì)于中型水電站A可?。?.0－8.5），本設(shè)計(jì)取8.2。死水位下，一臺(tái)機(jī)組發(fā)電：表5-2死水位+一臺(tái)機(jī)組發(fā)電時(shí)水頭計(jì)算表317.5012.01186.55130.95127.021.25通過(guò)單變量求解，N=1.25萬(wàn)kw所對(duì)應(yīng)的引用流量Q=12.01m3/s，查得電站廠房處水位～流量關(guān)系曲線有，所以死水位下，一臺(tái)機(jī)組發(fā)電時(shí)的凈水頭為。死水位下，機(jī)組滿發(fā)：表5-3死水位+機(jī)組滿發(fā)時(shí)水頭計(jì)算表317.5024.07186.91130.59126.672.5通過(guò)單變量求解，N=2.5萬(wàn)kw所對(duì)應(yīng)的引用流量Q=24.07m3/s，查得電站廠房處水位～流量關(guān)系曲線有，所以死水位下，一臺(tái)機(jī)組發(fā)電時(shí)的凈水頭為。正常蓄水位下，一臺(tái)機(jī)組發(fā)電：表5-4正常蓄水位+一臺(tái)機(jī)組發(fā)電時(shí)水頭計(jì)算表343.0010.04186.47156.53151.831.2通過(guò)單變量求解，N=2.5萬(wàn)kw所對(duì)應(yīng)的引用流量Q=10.04m3/s，查得電站廠房處水位～流量關(guān)系曲線有，所以正常蓄水位下，一臺(tái)機(jī)組發(fā)電時(shí)的凈水頭為。正常蓄水位下，機(jī)組滿發(fā)：表5-5正常蓄水位+機(jī)組滿發(fā)時(shí)水頭計(jì)算表343.0020.13186.81156.19151.502.5通過(guò)單變量求解，N=2.5萬(wàn)kw所對(duì)應(yīng)的引用流量Q=20.13m3/s，查得電站廠房處水位～流量關(guān)系曲線有，所以正常蓄水位下，一臺(tái)機(jī)組發(fā)電時(shí)的凈水頭為。設(shè)計(jì)洪水位下，機(jī)組滿發(fā)：表5-6設(shè)計(jì)洪水位+機(jī)組滿發(fā)時(shí)水頭計(jì)算表346.6319.67186.79159.84155.042.5通過(guò)單變量求解，N=2.5萬(wàn)kw所對(duì)應(yīng)的引用流量Q=19.67m3/s，查得電站廠房處水位～流量關(guān)系曲線有，所以設(shè)計(jì)洪水位下，一臺(tái)機(jī)組發(fā)電時(shí)的凈水頭為。校核洪水位下，機(jī)組滿發(fā)：表5-7校核洪水位+機(jī)組滿發(fā)時(shí)水頭計(jì)算表349.0419.38186.79162.25157.382.5通過(guò)單變量求解，N=2.5萬(wàn)kw所對(duì)應(yīng)的引用流量Q=19.38m3/s，查得電站廠房處水位～流量關(guān)系曲線有，所以設(shè)計(jì)洪水位下，一臺(tái)機(jī)組發(fā)電時(shí)的凈水頭為。由上表可得，電站的最大水頭為157.38m，最小水頭為126.67m，平均水頭。，根據(jù)最大水頭和最小水頭適合的水輪機(jī)有HL160，其推薦使用的水頭為110～150m，該機(jī)組在水頭大于150m時(shí)停機(jī)不發(fā)電。5.1.3水輪機(jī)型號(hào)的選擇5.1.3.1轉(zhuǎn)輪直徑的計(jì)算HL160型水輪機(jī)方案主要參數(shù)計(jì)算：根據(jù)《混流式水輪機(jī)的模型主要參數(shù)表》（劉啟釗編《水電站》）表3-6，可得HL160型水輪機(jī)在限制工況下的單位流量，效率=89.0％，由此可假定原型水輪機(jī)在該工況下的單位流量，效率。已知額定出力：，設(shè)計(jì)水頭為：。故轉(zhuǎn)輪直徑為：查《反擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱(chēng)直徑系列》，選用較大的標(biāo)稱(chēng)直徑，取。5.1.3.2轉(zhuǎn)速n計(jì)算查《混流式水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪的主要參數(shù)表》HL160型水輪機(jī)在最優(yōu)工況下的轉(zhuǎn)速為。初步假定,將已知的和，代入下式：查《磁極對(duì)數(shù)與同步轉(zhuǎn)速關(guān)系表》，選用接近而偏大的同步轉(zhuǎn)速。5.1.3.3效率修正根據(jù)《混流式水輪機(jī)的模型主要參數(shù)表》（劉啟釗編《水電站》）表3-6，HL160型水輪機(jī)在最優(yōu)工況下的模型最高效率為，模型轉(zhuǎn)輪直徑的為：，故：因?yàn)槟Ｐ退啓C(jī)無(wú)法做到按比例計(jì)算的光滑度，還需要再減去修正值，則可得到效率修正值為，所以對(duì)于原型水輪機(jī)。與最初假設(shè)存在偏差，故重新假設(shè)，重新計(jì)算轉(zhuǎn)輪直徑：故仍選則轉(zhuǎn)輪直徑為。5.1.3.4單位參數(shù)修正單位轉(zhuǎn)速差值：（5-2）則故單位轉(zhuǎn)速和單位流量可以不加修正。綜上所述，原假定得、、是正確得，那么上述計(jì)算及選用結(jié)果、也是正確得。最終確定水輪機(jī)參數(shù)為：、、、、。5.1.3.5工作范圍檢驗(yàn)最大單位流量為：則水輪機(jī)的最大引用流量為：在各特征水頭下：由圖可得，由這三根直線所圍成的水輪機(jī)工作范圍基本包含了該特性曲線的高效率區(qū)，所以對(duì)于HL160型水輪機(jī)方案所選定的參數(shù),是合理的。圖5-1HL160水輪機(jī)工作范圍圖5.1.3.6吸出高度計(jì)算由水輪機(jī)的設(shè)計(jì)工況參數(shù)，，，查圖5-1得氣蝕系數(shù)，由水輪機(jī)查氣蝕系數(shù)修正曲線圖可得氣蝕系數(shù)修正值，再由下式計(jì)算：（5-3）式中：——為安全起見(jiàn)取為單臺(tái)機(jī)組以最大引用流量工作時(shí)對(duì)應(yīng)得下游水位，為186.55m；——設(shè)計(jì)水頭，142.03m。5.1.3.7飛逸轉(zhuǎn)速5.1.4水輪機(jī)及發(fā)電機(jī)尺寸確定5.1.4.1水輪機(jī)尾水管尺寸查《推薦尾水管尺寸表》（劉啟釗編《水電站》）表2-1，選用彎肘形標(biāo)準(zhǔn)混凝土肘，,,,,,,,,進(jìn)口錐管的單邊擴(kuò)散角出口擴(kuò)散段其頂板仰角一般取取11°，詳見(jiàn)廠房布置圖。5.1.4.2蝸殼尺寸本設(shè)計(jì)的作用水頭為142.03m，大于，所以采用金屬蝸殼；又由于，屬于高水頭混流式水輪機(jī)，所以采用鑄焊金屬蝸殼。取。根據(jù)《蝸殼進(jìn)口斷面平均流速曲線》得到蝸殼進(jìn)口斷面的平均流速為。對(duì)于任一斷面的流量，通過(guò)斷面的流量為：（5-4）式中：——從鼻端逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到斷面得角度。斷面半徑：（5-5）表5-8蝸殼斷面半徑計(jì)算（°）3453002552101651207530（m）0.600.560.520.470.410.350.280.185.1.4.3發(fā)電機(jī)的型號(hào)及參數(shù)得確定極距：（5-6）式中：——額定容量，為12500/0.8=15625kVA；——磁極對(duì)數(shù)，為4對(duì)；——系數(shù)取為10。可得。還需要校核飛逸速度：（5-7）式中：——系數(shù)，等于；——額定線速度，頻率為50Hz時(shí)等于極距；可得，低于允許值110～120m/s。定子內(nèi)徑：（5-8）定子鐵芯長(zhǎng)度：（5-9）式中：——系數(shù)，當(dāng)在10000～100000之間時(shí)可取。所以。在選擇水輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)型式時(shí)，可用下式作為造型判別：時(shí)，采用懸式；（5-10）時(shí)，采用傘式；（5-11）時(shí)，可采用全傘式；（5-12）式中：——定子鐵芯內(nèi)徑（m）；——定子鐵芯長(zhǎng)度（m）；——額定轉(zhuǎn)速可得，所以采用懸式水輪發(fā)電機(jī)。表5-9發(fā)電機(jī)外形尺寸估算表項(xiàng)目計(jì)算公式尺寸（cm）項(xiàng)目計(jì)算公式尺寸（cm）定子鐵芯外徑249定子機(jī)座高度278定子機(jī)座外徑324上機(jī)架高度42風(fēng)罩內(nèi)徑524推力軸承高度查表100轉(zhuǎn)子外徑169勵(lì)磁機(jī)高度查表150下機(jī)架跨度300副勵(lì)磁機(jī)高度查表60機(jī)坑直徑查表240永磁機(jī)高度查表50推力軸承外徑200～260220下機(jī)架高度20勵(lì)磁機(jī)外徑140～160150擋風(fēng)板間距25法蘭底面間距70～150100發(fā)電機(jī)總高度豎向累加725磁軛軸向高度195主軸高度5805.2廠房各層高程的確定5.2.1水輪機(jī)安裝高程對(duì)于HL160-LJ-120:（5-13）式中：——設(shè)計(jì)尾水位，186.55m；——導(dǎo)葉高度，。5.2.2主廠房基礎(chǔ)開(kāi)挖高程（5-14）式中：——尾水管尺寸，即尾水管高?！菜艿装寤炷梁穸龋?m。5.2.3尾水管底部高程（5-15）式中：——尾水管高度，為2.64m。5.2.4水輪機(jī)層高程（5-16）式中：——蝸殼最大斷面半徑，0.6m；——包圍蝸殼的混凝土最小厚度，金屬蝸殼取1.0m。5.2.5發(fā)電機(jī)定子安裝高程（5-17）式中：——水輪機(jī)井進(jìn)人孔高度，取2m；——進(jìn)人孔頂部的梁深，取1m。5.2.6發(fā)電機(jī)層樓板高程（5-18）式中：——發(fā)電機(jī)定子高度，取2m；——上機(jī)架高度，取1.3m。水輪機(jī)層與發(fā)電機(jī)層之間的高度一般不小于4米。發(fā)電機(jī)層地面高程高于下游校核洪水位。本次設(shè)計(jì)的發(fā)電機(jī)層滿足以上要求。5.2.7吊車(chē)軌道頂高程（5-19）式中：——吊運(yùn)部件與固定的機(jī)組或設(shè)備的垂直凈距，??；——最大吊運(yùn)部件高度，??；——吊運(yùn)部件與吊鉤間距離，??；——主吊鉤的最高位置到軌頂面的距離，取。5.2.8主廠房屋頂高程（5-20）式中：——軌底至小車(chē)頂?shù)木嚯x，??；——檢修吊車(chē)離小車(chē)上方的距離，??；——屋頂大梁高度，參照已建工程，??；——屋面板和保溫、防水層的厚度，參照已建工程，取。綜上所述，可確定主廠房的高度為主廠房屋頂高程與基礎(chǔ)開(kāi)挖高程之差，為26.25m。5.2.9尾水平臺(tái)高程尾水平臺(tái)是布置尾水閘門(mén)、啟閉機(jī)的地方，也是閘門(mén)檢修場(chǎng)，其高程與發(fā)電機(jī)地面高程相同。5.3主廠房尺寸確定5.3.1主廠房長(zhǎng)度確定裝有立軸反擊式機(jī)組的廠房機(jī)組段長(zhǎng)度由蝸殼、尾水管、發(fā)電機(jī)等在軸方向的尺寸確定，同時(shí)還要考慮機(jī)組附屬設(shè)備和主要通道的尺寸。機(jī)組段長(zhǎng)度：（5-21）式中：——機(jī)組段方向的最大長(zhǎng)度——機(jī)組段方向的最大長(zhǎng)度分別計(jì)算蝸殼層、尾水管層、發(fā)電機(jī)層的和，取其中的最大值。5.3.1.1蝸殼層式中：——蝸殼方向最大的平面尺寸，??；——蝸殼方向最大的平面尺寸，?。弧仛ね獠炕炷梁穸?，由水工結(jié)構(gòu)確定，初步設(shè)計(jì)時(shí)一般可取。取。圖5-1蝸殼層5.3.1.2尾水管層式中：——尾水管的寬度，——尾水管邊墩混凝土厚度。取。圖5-2尾水管層5.3.2.3發(fā)電機(jī)層式中：——發(fā)電機(jī)的風(fēng)罩內(nèi)徑，??；——發(fā)電機(jī)的風(fēng)罩壁厚，??；——兩臺(tái)機(jī)組之間風(fēng)罩外壁的凈距，取。圖5-3發(fā)電機(jī)層所以機(jī)組段的長(zhǎng)度端機(jī)組應(yīng)考慮起吊時(shí)吊鉤處于工作范圍內(nèi)、以及考慮到廠房邊墻和樓梯寬度1.5m，將端機(jī)組長(zhǎng)度擴(kuò)大2.5m。安裝間長(zhǎng)度要能夠滿足同時(shí)將機(jī)組主要部件同時(shí)置于該區(qū)域進(jìn)行檢修的要求，初估時(shí)取。主廠房長(zhǎng)度為機(jī)組段長(zhǎng)度、端機(jī)組