金沙峡水电站工程布置建筑物

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1、5 工程布置及主要建筑物5.1 设计依据5.1.1 工程等别及建筑物级别金沙峡水电站工程为低坝引水径流式电站，装机容量为70MW,根 据水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000）的规定,本工程 属皿等工程，主要建筑物按3级设计，次要建筑物及临时性建筑物为 5 级。 矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。5.1.2 设计标准电站设计保证率为 P=85%；电站水平年为 2010年；5.1.3 洪水标准根据水利水电工程等级划分及洪水标准 ，洪水标准确定为：（ 1） 枢纽设计洪水频率 P=2%， Q=1670m3/s。校核洪水频率 P=0.2%， Q=2440m3/s。（2）厂区设计洪水频率 P=2%，

2、Q=1680m3/s。校核洪水频率 0.5%， Q=2150m3/s。（3）隧洞（黑龙沟涵洞防洪）设计洪水频率 P=10%， Q=15m3/s（4）泄水建筑物消能防冲设计的洪水标准设计洪水频率 P=3.33%， Q=1500m3/s5.1.4 设计基本资料1）气象:历年各月极端最高气温 30 C 历年各月极端最低气温 -28C 多年平均气温 3 C 多年平均最大风速 21m/s 最大冻土深度 1.48m2）水文多年平均流量 81.7m3/s.3）泥沙、冰情 多年平均悬移质输沙率 63.1 kg/s 多年平均含沙量 0.76kg/m3多年平均悬移质输沙量 199万 t4）水位枢纽正常水位： 21

3、66.9m枢纽设计洪水位： 2166.9m枢纽校核洪水位： 2167.6m调压井最高涌浪水位： 2185.33m。调压井最低涌浪水位： 2148.41m。厂房正常尾水位： 2085.5m厂房设计洪水位： 2090.2m。厂房校核洪水位： 2091.0m。厂房最低尾水位： 2082.85m。5) 坝基特性砂砾石地基承载能力：0.350.4MPa。抗剪摩擦系数 -砂卵砾石 0.45。抗剪摩擦系数 -砼与砂卵砾石 0.5。允许渗透坡降 0.1256) 抗滑稳定安全系数a) 厂房、砼重力坝和闸体：基本组合 1.25特殊组合 1.10地震情况 1.05b) 土石坝：基本组合 1.15特殊组合 1.057

4、) 厂房、砼重力坝和闸体地基应力不均匀系数的允许值基本组合 2特殊组合 2.5(8)地震设防烈度度5.1.5 依据的主要规程、规范和资料 以下是水工专业主要规程、规范和资料 水利水电工程初步设计报告编制规程DL 5021-93 水利水电工程等级划分及洪水标准SL252-2000 水闸设计规范SL265-2001 水工隧洞设计规范(SL279 2002) 水电站厂房设计规范(SL2662001) 水电站调压室设计规范(DL/T5058 1997) 水工混凝土结构设计规范(DL/T5057 1996) 水工建筑物抗震设计规范(DL5073 1997) 水利水电工程劳动安全与卫生设计规范(DL506

5、1 1996) 水工建筑物抗冰冻设计规范 SL21198(11) 混凝土重力坝设计规范 DL5108 1999(12) 碾压式土石坝设计规范(13) 锚杆喷射混凝土技术规范 GB50086 2001(14) 水电站压力钢管设计规范 SL281 20035.2 工程选址及工程总布置5.2.1 开发方式确定 青海华龙水电有限责任公司申请批准的大通河开发河段上起扎龙沟口，下至羊脖子弯，河道总长 17.4k m,自然落差130 m。该开发河段 的上一级电站为青海省规划的青岗峡水电站，距离扎龙沟口 29km;下 一级为甘肃省规划的铁城沟水电站 。 聞創沟燴鐺險爱氇谴净。5.2.1.1 电站开发原则经过和

6、业主的协商，确定电站的开发原则如下：（1）将该河段分两级开发，第二级电站为金沙峡水电站。（2）保证第一级电站开发合理的前提下，充分开发第二级电站。（3）优先开发第二级电站。5.2.1.2 电站开发布置形式（1）第一级电站开发形式 根据以上开发原则，经现场踏勘扎龙沟口至金沙峡口河段河谷狭 窄，尤其右岸山势陡峻， 7202 公路紧靠陡崖沿大通河布置， 基本没有布 置电站厂房的条件，在金沙峡口以下河谷开始变宽，即可布置一级电站 的厂房。一级电站的引水枢纽布置在扎龙口，电站厂房布置在菜子弯附 近，河道总长6km，自然落差45m，装机容量 33MW 。残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。根据论证，一级电站开发形式合理

7、可行。（ 2）金沙峡水电站 （第二级电站 ）开发形式 考虑一级电站开发方案技术的可行性和经济的合理性， 确定金沙 峡水电站引水枢纽选择在滩子村，与一级电站尾水衔接，厂房设在羊 脖子弯，河道总长11.4km,自然落差85m。工程由引水枢纽、弓冰 涵洞、有压引水隧洞、压力管道、厂房及电站尾水渠等建筑物组成。设计水头72.5m,设计引用流量116m3/s,装机容量3X 20 Mw +10 Mw=70Mw。 酽锕极額閉镇桧猪訣锥。由于上述开发方式符合总体规划,技术经济可行,充分利用了水力资源，为此本次设计仅对金沙峡水电站的坝址和厂址分别做了方案 论证。一级电站的位置见附图 5-1 。彈贸摄尔霁毙攬砖卤

8、庑。5.2.2 坝址比选 经过多次实地踏勘，根据开发形式、地形地质条件及淹没情况，选 菜子弯坝址（上坝址）和摊子坝址（下坝址）进行方案比较，两坝址相 距2.1km。菜子弯坝址为金沙峡电站开发河段的上限，具有布置枢纽的 地形条件。再向上游移即破坏一级电站的厂房地形条件。摊子坝址往下 游，涉及到摊子村、尕芝村、岗台村等村庄的移民。菜子弯坝址（上坝 址）和摊子坝址（下坝址）之间的河段，没有布置枢纽的有利条件。 謀 荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。5.2.2.1 摊子坝址地形、地质条件和工程布置摊子坝址位于摊子村上游，河道顺直，河床狭窄，河水面宽约60 65m,河谷宽约90100m。左岸陡峻，坡度约78,右岸为H

9、级阶地， H级阶地阶面高出河水位约16.0m,阶面宽约135145m，河谷呈不对 称“ U”型谷。据坝线处物探测试结果，河床覆盖层厚 2223m。坝址 地层岩性从老至新为前震旦系马啣山群花岗片麻岩和冲洪积、崩坡积、 坡洪积等不同成因的松散堆积物。 厦礴恳蹒骈時盡继價骚。河床覆盖层岩性为含漂石砂卵石层，粒径最大约 80100cm, 般 约1520cm，分选性较差，结构松散，渗透性及富水性较好，其渗透 系数为2025m/d，允许渗透坡降为0.125。-pIQ3含漂石砂卵石层 的允许承载力0.350.4MPa,变形模量5060MPa,建议开挖边坡采用1:1.25 1:1.5。 茕桢广鳓鯡选块网羈泪左

10、右坝肩天然边坡基本稳定引水枢纽采用侧向引水，正向泄洪冲砂的布置形式。基础置于砂卵 砾石层上；进水闸布置于右岸，河床由右向左依次为泄洪底孔、泄洪表 孔溢流坝、溢流堰和重力式挡水坝组成，右岸台地布置副坝。进水闸轴 线与河道中心线的夹角为 61，进水闸后接 146.28m 长的涵洞自副坝上 游侧穿过右岸台地与压力隧洞相接。枢纽正常高水位2166.9m,主河床泄水、挡水建筑物总长92m，闸坝顶高程2168.2m。副坝总长143.92m, 副坝顶咼程2168.2m，防浪墙顶咼程 2169.4m。鹅娅尽損鹤惨歷茏鴛賴。泄洪底孔一孔，孔口 B x H=9m x 4m,闸底板高程2144m,闸高 27.2m。

11、三孔泄洪表孔，每孔尺寸 Bx H=10mx 9m,表孔段溢流坝顶高 程2157.9m。溢流堰总长15m，堰顶高程2166.9m。挡水坝设在最左侧， 与左岸坝肩相接，坝长21.5m。各闸、坝段之间设永久沉降缝。进水闸 一孔，孔口为B x H=6m x 6m,孔口以上淹没深度为 6m,为了防止泥 沙进洞，进水闸底板高程设为2152.6m,比泄冲闸底板抬高8.6m。右岸 副坝采用砂砾石坝，坝高 5.4m2.96m。坝顶设高1.2m防浪墙。上游 坝坡用复合土工膜防渗, 设在副坝上游的砼压力输水涵洞兼做土坝的基 础垂直防渗,土坝上游防渗膜与涵洞顶部砼相连。 籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。由于枢纽主河槽覆盖层深达

12、 22m 左右,所以主河床闸坝基础置于软 基砂砾石上。据调查我国到目前为止在软基上建闸的最大闸高度为 27m。主要因消能防冲、防渗及沉降变形等技术问题，限制了闸、坝的 高度。因而也成了该工程的主要技术难点 。預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。本次设计采用消力池消能，经水力学计算，泄洪底孔闸后消力池长63m,消力池深度5m。泄洪表孔闸后消力池长度45m，消力池深2.4m。 溢流堰后消力池长度28m,消力池深度1.0m。 渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。基础防渗形式采用防渗铺盖加垂直砼防渗墙的结构。 经计算泄洪底 孔与表孔的上游防渗铺盖长为 70m。 垂直砼防渗墙深为 6m。 铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。5.2.2.2 菜子

13、弯坝址地形、地质条件和工程布置菜子弯坝址位于金沙桥下游800m处，河床狭窄，河水面宽约45 55m,河谷宽约7090m。右岸为前震旦系花岗片麻岩，岩性致密坚硬， 抗风化能力强，弱风化带厚约23m;右坝肩自然边坡7580,局部 段由于卸荷裂隙切割产生不稳定体,建议进行清除。右坝肩边坡稳定, 工程地质条件良好。左岩为大通河I级阶地，阶面宽约3040m,阶面高出河水位约68m。河床覆盖层厚2025m,岩性为含漂石砂卵石层， 粒径最大约80100cm, 般约1520cm，分选性较差，结构松散， 具架空结构。含漂石砂卵石层的渗透系数为 2025m/d，经类比，其允 许渗透坡降为 0.125。含漂石砂卵石

14、层的允许承载力为 0.350.4MPa, 变形模量 50 60MPa。 擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。河床砂卵砾石覆盖层深。引水枢纽由右向左依次为电站一孔进水 闸、一孔泄洪底孔、三孔泄洪表孔、溢流堰和挡水坝组成。根据一、二 级电站水位衔接确定枢纽正常高水位为2183m，闸高度20m。菜子弯坝址枢纽与摊子坝址枢纽结构布置相似, 所不同的是其一, 右岸山势陡峻, 基岩出露,进水闸侧向引水后可直接进洞。其二,闸坝高度低,技术简5.2.2.3 闸、坝址比较（1）从地形、地质及工程布置方面分析 两坝址均建在软基上，菜子弯坝址（上坝址）闸、坝高度较摊子坝 址低，开发水头不受技术条件限制，淹没赔偿费用低。右岸为凹岸

15、，引 水条件较好，但河道较窄，施工与 7202 公路干扰大，公路布置困难， 且影响上一级电站的开发 。 坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。摊子坝址由于软基上基础防渗、 地基承载力及下游消能等技术问题 的制约，闸、坝的高度限制了金沙峡水电站的装机容量，剩余水头由一 级电站开发。坝址处右岸台地宽阔，虽有利于工程及施工布置，但需设 置长146.28m的副坝。摊子坝址的优点是压力引水隧洞缩短 2.4km,尤 其是隧洞避开了摊子沟，摊子沟地形、地质条件复杂，沟道宽阔，沟底 及沟边覆盖层很深,且常年流水 。蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。（2）从经济方面分析 为了增加方案的可比性,闸、坝址比较时均选羊脖子厂址。对应两 个坝址的

16、电站的主体工程投资见表 5.21。由表可见,菜子弯坝址虽然装机容量大,但由于隧洞加长 2.4km, 增加投资3975万元，且增加一条施工支洞长 500m，隧洞投资增加，所 以摊子坝址的经济指标比菜子弯坝址优越, 而且摊子坝址电站一次性投 资小，见效快。 買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。（3）坝址选定通过地形、地质条件及工程布置、经济等多方面比较，选择摊子坝 址较为有利，本次设计推荐摊子坝址。电站主要经济指标比较表表5.2-1序号工程项目单位菜子弯坝址 电站摊子坝址电站1隧洞洞径m6.86.8隧洞长度km8.96.43设计水头m86744设计流量m99.1399.135装机容量Mw72626引水枢纽投资万

17、元199027057引水隧洞投资力兀1275087758厂房投资力兀195017989机电设备及安装投资万元730262397临时工程万元272119178投资合计万元26713214349单位kw投资万元37103457523厂址比选经过现场踏勘，沿大通河摊子坝址以下至先明桥之间，根据地形、 地质条件选择了尕芝厂址、黑龙沟厂址和羊脖子厂址。初步设计阶段对 以上三个厂址进行比较分析 。 綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。（1）地形、地质条件比较尕芝厂址位于尕芝村，距离摊子坝址 6.9km，黑龙沟厂址距离摊子 坝址7.7km,羊脖子厂址距离摊子坝址 8.9km 。驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。尕芝厂址处地形最复杂，

18、压力管道难以布置。覆盖层也最厚，厂房 基础开挖深达45m。黑龙沟厂址地形相对简单，厂房所在的台地高出河床约20m,基础开挖较大；厂房顶低于地面，厂区布局不佳。羊脖子厂 址地形简单，台地仅高出河床约12m，压力管道和尾水渠最短；三个厂 址中羊脖子厂址最优越。三个厂址的地质条件相似 。猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。(2) 经济技术比较电站三个厂址主要主要技术指标和主体投资比较见表5.2-2电站三个厂址主要投资指标比较表表5.2-2序号工程项目单位尕芝厂址 电站黑龙口厂 址电站羊脖子厂址电 站1隧洞洞径m6.26.56.82隧洞长度km4.95.76.43设计水头m5564744设计流量m99.1399.1

19、399.135装机容量Mw46.0853.6626引水枢纽投资力兀2705270527057引水隧洞投资万元6321741087758厂房投资万元1878181617989机电设备及安装投资万元4430523062397投资合计万元1533417161196078单位kw投资万元333332013162(3) 厂址选定经过以上地形、地质及技术经济分析比较论证，最终推荐羊脖子厂524隧洞洞线布置(1)隧洞布置设计原则根据水工隧洞设计规范，确定隧洞布置设计原则如下：洞线布置主要考虑地形、地质、施工等因素，即线路选在线路短、 沿线地质构造简单、岩体完整稳定、上覆岩层厚度适中及施工方便的地 区，通过比

20、较选定 。 锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。 洞线方位与层状岩体的岩层或块状结构的岩体主要结构面交角 大于30。 洞身最小覆盖厚度：采用钢筋砼支护洞段，按不小于0.4倍内水 头控制；采用锚喷支护时，洞身垂向围岩厚度不小于 1.0倍内水头，侧 向不小于1.5倍内水头，临山谷边坡时，按下式判断： 構氽頑黉碩饨荠龈话骛。rDcos： KH式中：丫 r岩体容重，N/m3;D 覆盖厚度，m;H内水头，m;K安全系数，K=1.51.6,取K=1.6;a坡面倾角。 本工程为低流速有压洞，平面及竖向弯曲段的弯曲半径按不小于5倍洞径控制，转角按不大于60。控制。同时，弯道首尾设置直线段， 长度按5倍洞径控制 。 輒峄陽檉

21、簖疖網儂號泶。 隧洞在最不利条件下，洞顶以上应有不小于 2m的压力水头 洞身段设计为顺坡。 隧洞断面采用承载能力较好的圆形 为适应地质条件变化，采用多种临时支护方式。渐变段长度按2倍洞径控制，渐变段的圆锥角采用 610。 隧洞断面尺寸进行经济论证确定， 论证中采用费用现值最小的原 则。（2）隧洞洞线布置引水发电隧洞通过的山体基岩主要为前震旦系（AnZmh）花岗片麻岩和奥陶系下统（Oi）结晶灰岩两种岩性，岩性致密坚硬，耐风化，岩 体较完整，具有良好的成洞条件。 尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。隧洞沿线发育的结构面主要有以下几组：隧洞穿过大小沟道 7 条，其中哪芝沟、无名沟和黑龙沟最大，哪芝 沟和黑龙沟常年

22、流水，地下水位高，覆盖层厚，是隧洞的技术难点， 识 饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。电站进水口后以涵洞形式布置于坝前H级阶地，隧洞洞口基岩边坡坡角 7580，边坡稳定，岩性为前震旦系花岗片麻岩，致密坚硬，具 良好的进洞条件， 但需对洞脸以上的松散岩石及局卸荷裂隙进行工程处 理。 凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。确定洞线桩号 0+000m 处在进水闸闸后缘；自进水闸后与主河道成 61的夹角布置涵洞，在副坝上游穿过右岸台地进隧洞，该涵洞称1#涵洞，总长156.28m,末端桩号为0+156.28m （即为隧洞起点桩号），隧 洞位于大通河右岸山体；合理可行的跨（穿）几条沟道是隧洞布置的关 键，本次选洞线结合确定合理纵坡，力

23、求跨沟合理可行，洞线最短，故 未进行洞线方案比较。 恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。隧洞纵坡确定为1/500,涵洞进口底高程为 2152.6m;途经的第一 条沟道为哪芝沟，隧洞桩号1+528.69m,此时洞顶高程2156.64m,洞底 高程2149.5m,经地质钻探，哪芝沟的覆盖层深19m，根据规范的要求， 隧洞基岩埋深取15m，确定隧洞的一个控制点IP3,距离哪芝沟沟口的 公路550m。隧洞途经的第二条沟道为无名沟，隧洞桩号3+498.74m,按上述原则确定洞线控制点IP4,洞顶高程约2152.7m，隧洞基岩埋深 24m。经过高程分析，隧洞在途经第三条沟道-黑龙沟时，没有以隧洞形 式穿过该沟道的条件,

24、 必须考虑隧洞钻出地面设涵洞形式跨过黑龙沟的 方案,遂考虑涵洞挖方量和填方量适中,施工期隧洞进出口防洪要求, 便于施工等因素确定隧洞控制点IP4（延），此时隧洞桩号5+818.94m,沟 底高程2141.07m,洞底高程2140.9m，即沟底大致与洞底同高；通过以 上各控制点确定了隧洞的洞线布置,使洞线最短 ,技术可行,经济合理。鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。5.3 工程总体布置 本工程由引水枢纽、引水隧（涵）洞、地面厂房等建筑物组成。5.3.1 枢纽工程布置枢纽工程位于摊子村上游侧,采用正向泄洪冲砂,侧向引水的布置 形式。主河床建筑物及进水闸布置详见 5.2.2.1 。 硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。 涵洞

25、布置方案比较方案 1 ：引水涵洞布置在副坝下游,副坝和引水涵洞互相独立。进水闸正向引水，涵洞前40m顺河岸布置，以致涵洞开挖不影响副坝安全， 然后偏转60的角度大致与副坝平行埋设接隧洞，涵洞总长162.85m,副 坝总长137.4m。畐顾上游设水平铺盖防渗 。阌擻輳嬪諫迁择植秘騖。方案2:引水涵洞布置在副坝上游，进水闸侧向引水。引水涵洞沿 副坝坝角布置，兼做副坝的垂直防渗墙，涵管总长143.92m,畐U坝总长146.28m。两个方案的布置详见金沙峡水电站引水枢纽平面布置图 和土坝剖面图 。氬嚕躑竄贸恳彈濾颔澩。两方案比较：两方案技术可行，从总体布局看，方案 1增加两个弯 道，水头损失大，方案2

26、管线顺直，方案2较方案1优越。从经济方面 分析，方案1副坝长137.4m,涵洞长162.85m。方案2副坝长143.92m, 涵洞长146.28m。分析结果见表5.3 1 。釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。枢纽布置方案比较表表5.3-1序号项目单位单价万案1万案1万案2万案2元工程量投资（万元）工程量投资（万元）1管沟砂砾石开挖3 m10.111811318.3141683317.012管沟砂砾石填筑3 m12.261727421.181605219.683坝基清基3 m8.8935873.1944483.954坝基填筑3 m12.2635874.444485.465浆砌石护坡3 m204.324689

27、.56458011.876中细砂垫层3 m74.863122.343982.97坝坡土工布2 m16.4218713.07430915.078铺盖砂砾石开挖3 m8.8928422.5309铺盖砂砾石填筑3 m12.2622742.79010铺盖垫层（中细砂垫层）3 m74.86142110.64011铺盖土工布2 m16.4234105.6012涵管m28000455.9454.9143.92402.98合计538.5468.9注：上表仅表示两方案不同的项目从上表可见，方案 2 比方案 1 的经济指标好。故本次推荐方案 2。5.3.3 引水发电隧洞隧洞接涵洞后沿右岸山体布置；在桩号 0+00

28、0m0+156.28m段布 置1#涵洞，穿过右岸H级阶地；在桩号5+759.46m处钻出黑龙沟底，布 置跨沟涵洞长124m即2#涵洞；桩号6+404.47m处隧洞末端设调压井。隧洞与涵洞总长 6404.47m；隧洞全长 6124.19m,涵洞全长 280.28m。 其中II类围岩3845.8m，占60%;皿类围岩2128.39m,占33.3%;隧洞 进出口加强段长150m,占2.3%，涵洞长280.28m，占4.4%。怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。隧洞为圆形断面，直径6.8m,采用钢筋混凝土全断面衬砌。涵洞过 水断面形式同隧洞，断面为内衬厚14mm的钢板加外包现浇钢筋混凝土 复合式结构 。 谚辞調担鈧

29、谄动禪泻類。调压井布置于厂后山体中，为阻抗式调压井，竖井直径18m，阻抗孔直径3m。底部高程2145.41m,顶部高程2202.64m。从调压井至厂 房分岔点布置 1 条压力总管, 为洞埋管, 呈 45斜管布置, 之后为分岔 明管。厂房分岔点至机组中心布置 4 条支管,支管为卜形布置。主管管 径5.5m,内衬钢板厚20mm。高压管道总管长度148m 。嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。5.3.4 发电站厂房：根据地形地质条件,主副厂房平行布置,厂房处地面高程21022094m,主厂房发电机层高程 2091.2m,主厂房建基高程 2073.4m。厂 房基础座在砂砾石层上。主厂房总长 64.95m，宽18m，

30、副厂房布置于 主厂房上游侧，长50.63m。主厂房内布置了 3台20MW的水轮发电机 组和1台10MW的水轮发电机组。主机室段长 48.4m，根据地形条件， 安装间布置在主厂房的左侧，长 16.5m。主厂房分为两个机组段，1#与 2#机组为一机组段，3#与此相关4#机为一段。机组间距均为11m，大小 机机组安装高程同高为2081.5m。升压站布置于副厂房左侧的大通河一 级台地上。 7202公路从厂房尾水渠通过， 设进厂公路连通安装间。 管理 区位于厂房左侧台地上 。 熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。5.4 枢纽建筑物设计金沙峡水电站闸坝高度已达到国内在软基上建闸的高度极限， 带来 闸坝下游消能问题、基础

31、渗透稳定问题、抗滑稳定问题及沉降等技术问 题。本次设计时就以上技术问题进行了大量的理论计算，需要下阶段经 过科学试验来验证 。 鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。5.4.1 泄洪方式方案比较 根据地形地质条件及洪水标准，初步设计选两种泄洪形式进行比 较。方案 1 ：三个泄洪表孔 +一个泄洪底孔 +无控制宽 15m 溢流堰。方案 2：四个泄洪底孔 +无控制宽 30m 溢流堰 孔口尺寸及泄量见表 5.4-1两个方案技术均可行。方案 2投资大，从长远运行来说，方案 1 坝 前将形成淤积铺盖，有利于枢纽渗透稳定；降低坝后平均单宽流量，有 利于消能防冲。从大通河沿线已建和在建电站的经验等方面分析论证， 决定推荐方案

32、 1 。纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。序号方 案泄洪形式孔口尺寸(B x H)m泄流量(m3/s)单宽流量3(m /s.m)1方 案三个泄洪表孔10X 9179854.52一个泄洪底孔9 x 462141.93溢流堰宽15m161.254总泄量24365方 案四个泄洪底孔9 x 42472696溢流堰宽30m1083.67总泄量2580542闸顶高程的确定根据水闸设计规范第条的规定：闸顶高程应根据挡水和 泄水两种运用情况确定。挡水时，闸顶高程不应低于水闸正常高水位加 波浪计算高度与相应安全超高值之和；泄洪时，闸顶高程不应低于校核 洪水位与相应安全超高值之和。依下列公式计算，计算结果见表5.4-2颖刍莖

33、峽饽亿顿裊赔泷。 砼坝和闸a. 正常蓄水位时：坝顶高程 二正常蓄水位+hp+hz+A。b. 泄洪时：坝顶高程二校核洪水位+A。 土坝坝顶高程等于水库静水位与超高之和，各种运行工况取大值。a.坝顶高程二设计洪水位+正常运用情况下安全超高。b.坝顶高程二校核洪水位+非常运用情况下安全超高c. 坝顶高程二正常高水位+非常运用情况下安全超高+地震超安全超咼=R+e+A上式中：Hp-累积频率波高。Hz-波浪中心线高出计算水位的高度A-安全超高值。R-最大风浪在坝坡上的爬咼e-最大风雍水面高度。H-各工况的水位闸顶咼程计算表表5.4-2序 号项目工况Hp(m)Hz(M)A(m)正常畜水位(m)校核洪水位(

34、m)坝顶咼程(m)1泄冲闸 溢流坝泄洪时0.52167.62168.12挡水时0.5570.110.42166.92167.97HReAA3土坝正常情 况2166.91.180.030.72168.814非常情况12167.61.310.060.42169.375非常情况22166.91.310.060.40.52169.17根据上表的计算成果，考虑在副坝设1.2m高的防浪墙，最终确定坝顶高程为2168.2m。543防渗设计防渗排水设计应根据闸基地质条件和水闸上下游水位差，结合闸室、坝结构形式、消能防冲和两岸连接布置进行综合分析确定；按下式L=C H上式中：L-闸坝基防渗长度，即闸坝基轮廓线防

35、渗部分水平段和垂 直段长度的总和 (m)。 H -上、下游水位差。C-允许渗径系数值。经过计算，在上游设70m长的水平铺盖和三道6m深的垂直防渗墙， 并在下游消力池内设反滤层和排水孔， 渗径系数值达到 6.37,可满足地质 报告提出的允许渗径系数值降低 30%后 6.15 的要求。该计算结果需要 科学试验验证 。 銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。5.4.4 泄洪冲砂闸泄洪冲砂闸共 1 孔，布置于主河槽，闸址处冲淤基本平衡，河床高 程约为2143m，泄洪冲砂闸底板高程设计为 2144m。泄洪冲砂闸总宽 15m,总长40m。闸墩顶高程2168.20m,泄洪冲砂闸为胸墙式，闸孔尺 寸9X 4m (宽X高)。闸

36、墩厚3m。工作闸门采用弧形闸门，液压启闭机 启闭；检修闸门采用平板闸门。闸底板厚 3m,为防止闸底板被冲磨， 表面浇筑30cm厚的C50硅粉混凝土，且在侧墙离底板1.5m高的范围设 抗磨铸铁板。闸底板前齿墙下布置宽 0.8 m的防渗墙，深5m,与挡水 坝的防渗墙共同形成河床全封闭垂直防渗。闸前布置长70m的水平防渗 铺盖，分上下两层；上层为厚 60cm的C15现浇砼，下设复合土工膜。防渗铺盖前沿再设C15砼截渗墙，厚1m，深6m。闸顶布置交通桥，交通桥位于闸墩的中间顶部，桥面宽 5.0m,采用C25钢筋砼板梁式结构。 在闸顶上、下游端布置防护栏杆，防护栏杆高1.2m，采用 40的铸铁管。 挤貼

37、綬电麥结鈺贖哓类。由于泄冲闸右侧填土高程2157m,填土高度达16m,地下水位也较 高，经计算闸室侧向稳定不满足规范要求，因此采取了以下工程措施： 其一，泄冲闸闸室右侧设宽3m的翼板，增加闸室的稳定性；其二，泄 冲闸右侧埋设滤水坝址,减轻闸室的外水压力；其三,在右侧闸墩外基 础埋设测压管，观测地下水位，一旦发现地下水位超过允许值，应紧急 维修。经以上技术措施，闸体侧向稳定达到规范要求 。赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。5.4.5 表孔溢流坝在泄洪冲砂闸左侧设有表孔溢流坝，坝长 40.5 m。为砼坝，上游坡 度为1: 0.3,下游坡度为1: 1.1，最大底宽34m，最大高28.6m。外层 采用C20的钢筋

38、砼，内层采用C15埋石砼填筑，堰顶高程2157.9m。坝 顶设3孔（宽X高）10X 9m的泄洪孔，闸墩顶高程2168.20m,中墩厚 2.5m，边墩和缝墩厚2.0m。工作闸门采用弧形闸门，液压启闭机启闭； 检修闸门采用平板闸门。坝前分别设 c20砼阻滑板和c15砼截渗墙。阻 滑板厚80cm,长5m。截渗墙厚1.2m,深7.2m。阻滑板上布置70m长 水平铺盖，结构形式从上至下为：干砌石厚40cm,砂砾石垫层厚20cm, 复合土工。铺盖前沿下设砼防渗墙，厚 1m,深6m 。 塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。5.4.6 溢流堰在表孔泄洪闸左侧设溢流堰，堰长15m。采用重力式型式，上游垂直，下游坡度为1: 1

39、.1，最大底宽28.75m,坝顶高程2166.9m,最大坝 高27.3m。外层采用C20的钢筋砼，内层采用 05埋石砼填筑。坝前防 渗、阻滑结构形式同表孔泄洪溢流坝 。 裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。5.4.7 挡水砼坝在溢流堰左侧连接左岸设有挡水砼重力坝， 砼坝长21.5 m。坝顶宽 8m，上游垂直，下游坡度为1:0.7,坝顶高程2169.2m。最大底宽18.69m， 最大坝高26.5m。坝体采用C15砼。坝基固结灌浆 。 仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。5.4.8 挡水副坝连接主河槽建筑物和右岸坝肩在右岸台地上布置副坝, 形式为碾压 砂砾石均质坝，坝高2.96m5.4m,坝顶高程2168.2m，防浪墙顶高程

40、 2169.4m，坝顶宽5m,上游坝坡1:2.0,下游坝坡1: 2,基础处理深度 为1m;坝体防渗层在上游坝坡，采用复合土工膜，土工膜上下层铺设 细砂砾石垫层分别厚25cm，坝坡表面护M10浆砌石厚30cm。坝基防 渗采用电站引水涵管兼作副坝的垂直防渗墙,土工膜与涵管相连接。下 游用干砌石护坡，厚 30cm,坝脚设排水棱体、反滤层和排水沟。副坝 总长143.92m,为了减轻泄冲闸的侧向土压力，副坝左坝肩转弯与进水 闸连接,右坝肩与右岸基岩相接 。 绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。5.4.9 消能防冲5.4.9.1 防冲消能计算(1) 水跃计算收缩水深按下式计算 :hC-Tohc + a/2g =0式中:

41、he收缩水深，m;To总势能，m;q过闸单宽流量，m3/s/m;a 水流动能校正系数，米用1.05；9 流速系数，米用0.95;g重力加速度，m/s2。跃后水深跃后水深按下式计算 : he=he(1+8a q2/ghe3)1/2-1)/2 式中:he跃后水深，m;he收缩水深，m;q过闸单宽流量，m3/s/m;a 水流动能校正系数 ,米用 1.05;g重力加速度，m/s2。(2) 消力池深度消力池深度可按下式计算 :d= (T oheH -hs- Z式中:d消力池深度，m;(T 0水跃淹没系数，采用1.10； z出池落差，m;hs出池河床水深，m;hj 跃后水深，m。(3) 消力池长度水跃长度

42、按下式计算 :Lj=6.9(hc-hc)式中：Lj水跃长度，m;hj 跃后水深，m;hc收缩水深，m。消力池长度可按下式计算：Lsj=Ls+ B Lj式中：Lsj消力池长度，m;Ls消力池斜坡段投影长度，m;B 水跃长度校正系数 ,采用 0.8;Lj水跃长度，m;计算成果见表5.4-3。泄冲闸防冲消能计算成果汇总表表 5.4-3序号项目名称单位数量备注1正常挡水位m2060 :2校核洪水位m2167.6P=0.2%(2440m3/s)3泄 冲 闸 成闸孔尺寸：孔宽汛高（一孔）944闸底板高程m21445消力池深度m56消力池长度637果消力池底板厚度：2 1.5 :8表 孔 泄 洪闸孔尺寸：孔

43、宽汛高（三孔）m10X99闸底板高程m2157.910消力池深度m3.411消力池长度m3.312成 果消力池底板厚度：m75549.2防冲消能布置（1）泄洪冲砂闸泄洪冲砂闸采用消力池消能，通过水力计算后确定消力池长度为63.0m,消力池深度5m,顺坡段长16m，坡度为1： 3.2，直段长63m。 消力池底板厚2m，为了减小扬压力，底板设排水孔，呈梅花状布置。底板下设土工膜细砂砾石反滤层。消力池底板采用C20钢筋砼，为防止推移质的冲磨，表层设一层30cm厚的C50硅粉砼，消力池底板高程2139m。侧墙采用C20钢筋砼，侧墙顶高程 2152m。消力池末端为 C20 的钢筋砼消力坎，消力坎高1m，

44、坎厚1.0 m。消力池后布置33m长厚 80cm的c15砼海漫，海漫后抛填钢筋笼块石。骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。（2）表孔溢流坝表孔溢流坝也采用消力池消能，通过水力计算后确定消力池长度为45m,消力池深度3.4m。消力池底板厚2m,为了减小扬压力，底板设排水孔，呈梅花状布置。底板下设土工膜细砂砾反滤层。消力池底板采用C20钢筋砼，消力池底板高程2141.6m。侧墙采用C20钢筋砼，侧墙顶 高程2152m。消力池末端为C20的钢筋砼消力坎，消力坎高1m，坎厚 0.8 m。消力池后布置73m长厚50cm的M10浆砌石海漫，海漫后抛填 钢筋笼块石。 瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。基础处理枢纽基础为含漂石砂卵砾石

45、层, 垂直防渗施工难度较大, 主要采用 水平防渗。5.4.11 两岸连接布置 左岸用砼重力坝与基岩连接,坝基固结灌浆。右岸水平防渗长度满足坝肩渗透稳定要求。5.4.12 河道环保用水布置 根据环保要求,坝址下游河道必须保证一定流量。现在泄洪冲砂闸与进水闸之间埋设直径为 80cm 钢管,钢管进口布置在进水闸边墩,进 口管中心高程为2153.0m,出口穿过消力池右边墩进入消力池，中间位 置加设阀门控制 。 鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。5.5 枢纽建筑物计算5.5.1 水力计算(1)泄冲闸泄洪能力计算3、 底孔泄流能力计算采用水闸规范公式：对平底闸，当为孔流时，闸孔总净宽可按公式（4）:BO=Q/（T卩

46、he（2gH。）2）a 二 e （1- e he/H）0.5（孔流量系数） =1/（1+（入（1-（he/H）2）0.5）,（孔流垂直收缩系数）入=0.4/2.71816r/he（计算系数）上式中：he-孔口高度（7 -孔流淹没系数Ho闸前水头，m;r-胸墙底圆弧半径 计算成果见表 5.4-1 。5.5.2 稳定计算5.5.2.1 泄冲闸、溢流坝和溢流堰稳定计算 抗滑稳定计算按下式计算基础底面的抗滑稳定：kc=f 艺 G/E H式中：kc抗滑稳定安全系数；f基础底面与地基之间的摩擦系数；E H 作用在闸室上的全部水平向荷载， KN ;艺G作用在闸室上的全部竖向力，KN计算结果见表5.5-1。抗

47、滑稳定计算成果表 5.5-1荷载组合安全系数结论泄冲闸 计算值溢流坝计 算值溢流堰计 算值规范允许值基本组合正常水位情况2.271.831.291.25满足要求设计洪水位情况1.41.25满足要求特殊组合校核洪水位情况1.92.01.21.1满足要求地震情况1.841.491.05满足要求闸坝基础应力计算根据结构布置和受力情况，基底压力按下式计算:pmaxZGZMmin式中：Pmax、Pmin基底压力的最大值、最小值，KN/m2；A 基础底面的面积，m2;艺M作用在闸（坝）上的全部垂直向和水平向荷载对基础底面 垂直水流方向的形心轴的力矩，KN m;W闸（坝）基础底面对该底面垂直水流方向的形心轴

48、的截面矩, m3。计算结果见表5.5-25泄冲闸基底应力计算成果表 5.5-2何载组合计算 Pmax, Pmin地基允许承载 应力计算P max/P min规范允许值P max/P min结论T/m2T/m21基本组合正常蓄水位情况31.3,28.4351.12.0符合要求设计洪水位情况352.0符合要求特殊组合校核洪水位情况23.8,23.6351.012.5符合要求地震情况33.9,25.9351.312.5符合要求溢流坝基底应力计算成果表 5.5-3何载组合计算 Pmax, Pmin地基允许承载 应力计算Pmax/Pmin规范允许值Pmax/Pmin结论T/m2T/m21基本组合正常蓄水

49、位情况34.4,26.8351.32.0符合要求设计洪水位情况2.0符合要求特殊组合校核洪水位情况26.7,17.5351.532.5符合要求地震情况35.9,25.3351.422.5符合要求溢流堰基底应力计算成果表 5.5-4何载组合计算 Pmax, Pmin地基允许承载 应力计算P max/P min规范允许值P max/P min结论2T/m2T/m基本组合正常蓄水位情况31.1,23.8351.392.0符合要求设计洪水位情况26.8,21.4351.252.0符合要求特殊组合校核洪水位情况23.8,21.0351.22.5符合要求地震情况28.5,19.6351.692.5符合要求

50、进水闸基底应力计算成果表 5.5-5何载组合计算 Pmax, Pmin地基允许承载 应力计算Pmax/Pmin规范允许值Pmax/Pmin结论T/m2T/m2基本组合正常蓄水位情况29.2,17.8351.62.0符合要求设计洪水位情况35:2.0符合要求特殊组合校核洪水位情况30.4,16.4351.832.5符合要求地震情况31.8,15.2352.12.5符合要求5.6 引水建筑物设计5.6.1 设计主要参数枢纽校核洪水位： 2167.6m；枢纽正常蓄水位： 2166.9m；枢纽最低运行水位： 2164.6m；调压井最高涌浪水位： 2185.33m；调压井最低涌浪水位： 2148.41m

51、；调压井处隧洞洞底高程： 2139.41m；隧洞进水闸底板高程： 2152.6m。5.6.2 进水闸设计进水闸位于泄冲闸的上游左侧， 为侧向引水， 与泄冲闸的轴线 呈61夹角；闸室长25m,宽20m,闸底板高程2152.6m,闸顶高 程2168.2m,闸底板厚2.0m，闸墩厚2.0m。设三孔拦污栅，孔口 尺寸（宽X高）4 X 8m,采用机械清污；设事故检修平板门一孔， 孔口尺寸（宽x高）6 X 6m。闸后设渐变段与引水涵管连接。 栉缏歐锄 棗鈕种鵑瑶锬。5.6.3 隧洞断面设计设计纵坡确定发电引水隧洞为有压隧洞 , 根据规范要求 ,有压隧洞严禁出现明满 流交替运行的运行方式, 在最不利运行条件

52、下, 洞顶以上应有不小于 2m 的压力水头。,考虑隧洞跨几条沟道的形式等因素综合分析确定隧洞纵 坡为 1/500。 辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。隧洞横断面确定关于隧洞洞径的选择，经论证确定隧洞经济洞径为6.8m。隧洞穿过 的围岩中，H类围岩长3845.8m，占隧洞总长的60%,皿类围岩长2128.39m,占隧洞总长的33.3%。规范规定，有压隧洞宜采用圆形断面； 在围岩稳定性好，内、外水压力不大时，可采用便于施工的其它断面形 状。该工程隧洞衬砌洞径 6.8m，最小开挖断面直径7.4m，对如此大的 断面,施工条件对隧洞断面形状的确定影响很小,并吸收类似工程成熟 经验，经过分析论证将隧洞断面形式确定为受

53、力条件好，又经济的圆形 断面。 峴扬斕滾澗辐滠兴渙藺。隧洞衬砌设计(1) 设计原则a. 为了减少水头损失，隧洞考虑全断面衬砌。b. 围岩具有抗渗能力，内水外渗可能造成不良地质段的局部失稳， 经处理不会造成危害，故衬砌设计考虑一般防渗要求，按限制 裂缝宽度设计 。 詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜。(2) 衬砌结构计算方法隧洞结构计算采用SDCAD 2.0版“水工隧洞钢筋砼衬砌计算 程序”进行，该程序由本院网络查询应用 。 则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。(3) 荷载组合 基本组合包括：衬砌自重、围岩压力、设计条件下的内水压力 (包括动水压力)、地下水压力(稳定渗流) 。 特殊荷载包括：地震作用校核条件下的内水压力(

54、包括动水压 力)、相应的地下水压力、施工荷载、灌浆压力、温度作用等。 胀鏝彈奥秘孫 戶孪钇賻。(4) 荷载计算外水压力外水压力按隧洞规范表 625砸定外水压力折减系数，H类围岩取0.3,皿类围岩取0.5,W、V类围岩取0.8, 鳃躋峽祷紉诵帮废掃減。 回填灌浆压力回填灌浆压力值为0.4MPa,上拱120。范围分布。 山岩压力 对山岩压力的计算方法主要采用系数法。洞顶山岩压力q=0.7Syx r1xB边墙侧向压力e=Sx x rixHSy=1/(2X f)Sx= : 2/3 x tg(450- /2)+0.5x (1+4/3 x B/H) x tg2(45- /2) 其中：r1 岩石容重；f 坚

55、固系数；B 隧洞的开挖宽度；H 隧洞的开挖高度； 岩石的内摩擦角；5)结构计算衬砌结构分析计算采用边值法，是将衬砌结构的计算化为非线性常 微分方程组的边值问题，采用初参数数值解法，在以上各主动荷载的组 合作用之下，计算衬砌结构的内力和位移，自动计算出配筋量。对于被 动的弹性抗力的分布不做任何假定，而根据应力应变相容关系，由迭代 计算而得到 。 稟虛嬪赈维哜妝扩踴粜。隧洞结构计算结果详见计成果表 5.6-1隧洞结构计算成果表表5.6-1围岩类别n出加强段n出加强段何载组合基本组合特殊组合衬砌厚度(cm)304060304060内侧钢筋面积(cm2)6.5056.4463.9775.660外侧钢筋

56、面积(cm2)6.4465.8543.9565.558最大裂缝宽度(mm)0000选用钢筋每米根数556556选用钢筋直径162022162022注：H类围岩岩石坚固系数f=7 ;川类围岩岩石坚固系数f= 6.3。(6)衬砌设计根据以上结构计算、隧洞设计原则及类似的工程经验，确定隧洞衬 砌设计方案如下：H类围岩隧洞一次支护采用全断面喷砼厚10cm,二次衬砌采用全断面单层筋钢筋混凝土，厚30cm。皿类围岩隧洞一次支护全断面喷砼厚10cm,系统锚杆，挂钢筋网，二次衬砌采用全断面双层筋钢筋混凝土，厚40cm。对隧洞进出口加强段，一次支护喷砼厚15cm, 系统锚杆，挂钢筋网，二次支护钢筋砼厚60cm，

57、围岩固结灌浆。隧洞围岩分类详见表5.6-2 。陽簍埡鮭罷規呜旧岿錟。隧洞围岩分类表表5.6-2项目桩号（m）长度（m）占总数的百分数n类围岩0+206.28 1+520.381+562.76 4+094.463845.860%川类围岩1+520.38 1+562.764+094.46 5+709.465+933.46 6+404.472128.3933.3%加强段0+156.28 0+206.285+709.46 5+759.465+883.46 5+933.461504.4%涵洞段#1 0+000 0+156.28#2 5+759.46 5+883.46280.282.3%隧洞+涵洞总长64

58、04.47m，其中隧洞总长 6124.19m涵洞结构设计1#和2#涵洞总长280.28m，断面为圆形，直径6.8m，本次设计采用 厚14mm钢衬+外包砼的结构形势，外包砼外轮廓形状为城门洞形。为 防止冬季运行时冻胀破坏，洞顶以上填土厚度不小于2m 。沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應。调压井设计（1）调压井形式的选择通过对气垫式调压室、差动式、简单圆筒式、阻抗式、上室式等多 种调压井形式形式进行比较分析，并吸收国内已建和在建的工程的成功经验，考虑本工程的具体条件，决定采用阻抗式调压井 。钡嵐縣緱虜荣产涛團蔺。(2)调压室布置及涌浪计算调压井竖井按托马稳定断面确定，为圆形断面，根据引水隧洞布置 等，计算得调压井的稳定断面面积为254.5m2，确定调压井竖井直径为18.0m。调压井主要尺寸为： 懨俠