寸为7m?11.0m。具体通过水面典线计算以后确定.进口以后与斜洞连接,根据以往经验以1:1坡度连接,反弧段以60.0m半径圆弧相连接,见图7.1—隧洞纵坡面布置。 7.3.3
出口消能段
隧洞出口高程定为2750.0m,由于下游出口离电站和大坝较远,较大的冲坑不致影响大坝及电站的安全,且地质条件容许,因此采用挑流消能。由于隧洞出口宽度小,单宽流量集中,因而在出口设置扩散段。
挑流参数鼻坎高程按高于下游最高水位1.0m,定为2756.0m;根据以往工程经验挑角取θ=25°;因出口为平段,为了水流能平顺挑出采用了较大的反弧半径R=60m。
7.4 隧洞的水力计算
水力计算包括洞内水面线及出口消能计算两部分。 7.4.1
计算工况
设计洪水位:2822.6m,下泄流量:672.6m3/s;校核洪水位:2823.58m,下泄流量:753.7m3/s;堰顶高程:2810m。
因在宣泄校核洪水时也要满足各项要求,因而对校核情况进行水力计算。 7.4.2
平洞段底坡的确定
对于矩形断面hc可用下列公式计算:
hRk=k=3αQ231.05×753.72==10.75m gB29.8×72Ak=hk×B=10.75×7=75.25m275.25=2.6410.75×2+711 161Ck=R=×2.5886=90.432n0.013Q2753.72ik=22==0.00465AkCkRk(75.25×90.432)2×2.64计算得到临界坡降ic=0.00465;由于泄流时水流流速较大,为不影响隧洞的泄流能力,隧洞应做成陡坡,鉴于坡度太大施工不便,底坡取ic?0.006。
40
7.4.3
洞内水面曲线
由能量方程:
q2H?hc?计算求hc; 22g?hcH=2823.58-2753.6=69.98m753.7q==107.67m3/s7P69.98-13.58φ=1-0.0155×=1-0.0155×=0.9356
H113.5895.57269.98=hc+2×9.8×0.93322×h2c?hc=2.834m计算得收缩断面水深hc=2.72m。 以收缩断面为起始位置,按公式
22υ1υ2υ2h2=h1+--l-il
2g2gCR依次向下游计算平洞段水面曲线。
由于泄洪隧洞流速较大(最大达39.59m/s),因而必须考虑掺气的影响。掺气后水深按经验公式计算如下:
ha=h+Δhυ2
Δh=khgR平洞段水面线计算成果见表7.4.1。
表7.4.1 平洞段水面线计算成果表
l(m) 0.00 100.00 200.00 300.00 430.00 υ(m/s) 39.59 36.23 33.35 30.86 28.08 h(m) 2.72 2.972 3.23 3.49 3.83 ha 4.23 4.48 4.76 5.00 5.34 为保证洞内为明流,水面线以上应留有一定的净孔,按规范要求高流速泄洪隧洞掺气水面以上的净空为洞身面积的15%~25%,25%的净空是15.42m2,现有34.35m2,因此洞身断面满足要求。由于还有许多因素没顾及,加上还要考虑与
41
导流洞结合,留有一定的富裕是必要的。 7.4.4
出口消能验算
为减少出口单宽流量,利于消能,隧洞出口设扩散段。因流速较大,为避免水流与边墙脱离,扩散角不宜过大。以
tg??1 KF控制,扩散角取为50。 挑距按下式计算
L?12v1sin?cos??v1cos?v12sin2??2g?h1?h2? g??式中: L──自挑坎末端算起的挑流水舌外缘挑距,(m);
v1──坎顶水面流速,按鼻坎处平均流速v2的1.1倍,(m/s);
?──鼻坎挑射角,??250;
h1──坎顶铅直方向水深,h1?cos?h(h为坎顶的平均水深),m;
h2──坎顶至河床面的高差,(m)。
计算结果为43.65m。 冲坑深度按下式计算
tK??q0.5H0.5?t
式中:tk──由河床表面算起至坑底的深度,(m);
H──上下游水位之差,(m),H=21.72-5.34=16.38 m; q──单宽流量,[m2/(s·m)];
K──冲坑系数,对于坚硬的岩石,K=0.9~1.2之间,本设计取
K=1.2;
t─下游水深,从坚硬的岩石算起,取t=5.34m。
计算结果为14.26m
考虑到隧洞沿程水头损失较大,H以挑出时的水头计算,单宽流量也以出口处计算。根据以往工程的经验,安全挑距约为最大冲坑深度的2.5~5.0倍,且有
L/tk=3.06>2.5,满足设计要求。
42
7.5
7.5.1
隧洞的细部构造
洞身衬砌
(1)衬砌型式.本工程无压泄洪隧洞流量大、流速高,采用城门洞形断面,整体式单层混凝土衬砌。
(2)衬砌厚度.根据工程经验,取1/12洞径,最后取0.9m。 7.5.2
衬砌分缝、止水
为适应施工能力、防止混凝土干缩和温度应力而产生的裂缝,沿洞轴线方向设置永久性横向伸缩缝,分缝间距为10.0m,缝间设止水,详见细部构造图。
隧洞通过断层破碎带部位,衬砌厚度加大一倍;为防止不均匀沉陷而开裂,衬砌突变处设横向沉降缝,见细部构造图。 7.5.3
灌浆
洞顶部进行回填灌浆,充填围岩与衬砌的空隙,使之紧密结合,共同工作,改善传力条件和减少渗漏.对围岩进行固结灌浆,提高其整体性,保证围岩的弹性抗力,减少渗漏.回填灌浆与固结灌浆孔间隔布置,详见细部构造图。 7.5.4
排水
从地质剖面上看地下水位较高,为降低外水压力设置径向排水孔,孔径15cm,孔距400cm,孔深400m,并在底部设置纵向排水管,管径为20cm。 7.5.5
掺气槽
在反弧段前沿及其后设置掺气槽,向水流边界通气,提高低压区的压力,缓冲气泡溃灭时的破坏作用,具体尺寸见图。 7.5.6
锚筋加固
泄洪隧洞进口、岩体破碎带、反弧段岩体(四面临空比较薄弱),以锚筋加固,详见隧洞细部构造图。
7.6 放空洞设计
水库放空要求降至2770.0m高程,由于泄洪洞进口高程较高(2810.0m)因而需另设放空洞。放空洞中后部与泄洪洞结合,见平面布置图。
43
止水片沥青油毛毡2cm沉降缝伸缩缝详图 AA 放大图 (单位:cm)详图 A伸缩沉降缝
回填灌浆°°°°固结灌浆纵向排水遂洞排水灌浆布置
锚筋保护范围50掺气槽详图
图7.1 泄洪隧洞细部构造图
44