科技情报开发与经济 文章编号：１００５—６０３３（２０１０）３１—０２２０—０２ ＳＣＩ一 ｒＥＣＨ ＩＮＦＯＲＭＡ ｌＩＯＮ ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ＆ＥＣＯＮＯＭＹ ２０１０年第２０卷第３１期 收稿日期：２０１０－０９－１３ 松塔水电站工程导流泄；共洞无压隧洞的设计 赵海军 （山两省水利水电勘测设计研究院，山西太原，０３００２４） 摘要：通过对导流泄洪洞无压隧洞设计方法的论述，总结出一套用于无压隧洞设计 的经济科学的设计理论。 关键词：无压隧洞；设计方法；结构计算 中图分类号：ＴＶ６５ｌ－３ 文献标识码：Ａ １松塔水电站工程概况 松塔水电站位于山西省寿阳县潇河主流松塔河上，坝址控 制流域面积ｌＩ７４ ｋｍ ，位于寿阳县松塔镇下游１４．２ ｋｍ、西草庄 村东５００ １１１处；距寿阳县城约２５ ｋｍ，距晋巾市城区约４４ ｋｍ。主 要建设规模为：兴建最大坝高为６３．０ ｎｌ、正常蓄水位１ ０２７．ＯＯ ｍ、 保护下游村镇，水库下泄流量不超过５９４ ｍ ，南导流泄洪洞下 泄；当入库洪水超过２０年一遇且洪水位超过防洪高水位１ ０２７．５４ ｍ时，泄洪洞及溢洪道闸门全部开肩。以上任何一种情况下，最 大下泄流量不得超过入库洪峰流量。 导流泄洪洞无压洞底坡 １％，最大泄量Ｑ＝５２８．ｏ ｍ３／ｓ。求得 临界水深 ＝９．６７ ｎｌ。正常水深ｈｏ＝７．８６ ｉｎ，因ｈｏ＜ｈ￣，故无压隧洞底 总库容９ ８２０万ｍ，的水库＿丁程一座；兴建装机容量为２ｘ５００ ｋＷ 的水电站一座；迁移水库移民９６６人，淹没耕地３７６．４８ ｈｍ ，＿Ｔ程 坡为陡坡。有压洞段ｆ“口水深为４．８ Ｉｌｌ，根据能量方程，推出无压 洞起始断面控制水深３．９８９ ｒ－．，据此可判断ｆｌＩ无压洞段水面线为 静态总投资约７１ ５９９万元。水电站的主要任务是以城市生活及 工业供水为主，兼顾水力发电、防洪、灌溉等综合利 ｝｛Ｊ。枢纽工程 建筑物从大坝开始向左依次为：大坝、供水发电洞、导流泄洪洞、 岸边溢洪道，以及坝后发电站。 ｅｌｌ型壅水曲线。利用分段求和法计算水面线，公式如下： 二 △ｆ 釜 ’ 式巾：△２为流段的长度，ｍ；丁为流段的平均水力坡度。 ２导流泄洪洞无压洞段地质情况 桩号０＋０８１．６９～０＋１５５段：隧洞通过ｒｒｌｌ一８、Ｗｌｌ一９岩组细砂 其巾：‘ 岩、粉砂岩及泥岩，洞顶基岩厚Ｉ３ ｍ一４０ ｎ ，大于开挖洞径的２倍 以上，强风化层厚１ Ｉ１１～３ ｉｎ。围岩类别总体为Ⅳ类，由于节理裂隙 ＿－ ， ＝ ， ＝ 掺气水流的水深采用下式计算： 的相互切割及软弱岩层的存在，围岩不稳定，易产生局部坍塌现 象，应及时喷混凝土、系统锚杆加钢筋网，并浇筑混凝土衬砌。参 ｌｇ ＝ｌ＿７７＋０．ｏ０８ １鲁 式巾：ｈ 为掺气后的水深，Ｉｎ；，ｌ Ｒ分别为未掺气水流的水 深、流速、水力半径；△为表面的绝对粗糙度，对糙率ｎ＝０．０１４的 混凝土，Ａ一０．００２ ｎｌ。 数建议值为：围岩坚固系数 ＝２．０，单位弹性抗力系数Ｋ。：（６０～ １００）Ｘｌ ０４ｋＮ／ｍ３，饱和单轴抗压强度Ｒ ｌ０ ＭＰａ～３０ ＭＰａ。 桩号Ｏ＋１５５～０＋３４０．９２段：桩号０＋２３０附近隧洞通过 断层 破碎影响带，断层前洞身穿过Ｔ，１—８、Ｔ ｌ一９岩组细砂岩、粉砂岩及 经计算，无压洞段水面线计算结果见表１。 表ｌ 无压洞段各断面水深计算成果表 隧洞 桩号 泥岩，断层后洞身穿过Ｔ，ｌ一１０、Ｔ，ｌ一１ １岩组细砂岩、粉砂岩及泥 岩，洞顶基岩厚度６．４ ｉｎ １３ ｉｎ，一般小于开挖洞径的２倍，强风 流段长 流速 水深 掺气水 净空面积比例 净空高度 度Ａｌｌｍ ｖ／（ｍ／ｓ） ｈｉｍ 深＾ ，ｍ （Ａ ，＾ｅ），％ ｈ ， ０ ２３．５９ ３．９８９ ３３．５ ３１．２ ２８．９ 化层厚１ Ｉｌｌ一３ ｍ，洞顶弱风化岩层较薄，岩体较破碎，属Ｖ类嗣 岩，围岩坚同系数 ＝１．５。闱岩极不稳定．应及时喷混凝土、系统 锚杆加钢筋网，并浇筑混凝土衬砌，断层影响带内岩体破碎，施 ＿Ｔ时应及时采取支护措施，防止大面积坍塌。 泄０＋０８１．０ 泄０＋ｌ７１．０ ９０ ２２．１８９ ４．２４１ ４．４４４ ２．５５６ ２．４０１ ２．２４８ 泄０＋２３１．０ ｌ５０ ２１．３６３ ４．４０５ ４．５９９ 泄０＋２９Ｉ．０ ２ｌ０ ２０．６０９ ４．５６６ ４．７５２ 泄０＋３５Ｉ．０ ２７０ １９．９２４ ４．７２３ ４．９Ｏ２ ２６．６ ２．Ｏ９８ ３导流泄洪洞无压隧洞水力计算 根据防洪要求，水库的防洪涮度按二级运行，入库洪水不超 过２Ｏ年一遇且水库水位已达到防洪限制水位１ ０２７．００ ｍ时，为 ２２０ 计算结果表明。无压洞段沿线净空面积比例均大于１５％ ２５％，净空高度均大于４０ ｃｍ，且水面线没有超ｆＩＪ直墙ｌ范围，满足 规范要求。 赵海军松塔水电站＿Ｔ程导流泄洪洞无压隧洞的设汁 本刊Ｅ—ｍａｉｌ：ｂｊｂ＠ｓｘｉｎｆｏ．ｎｅｔ 实践与创新 ４导流泄洪洞无压隧洞结构计算 ４．１．５单位弹性抗力系数 由《水工建筑物》第４０１页，查表８－３得： ＝８ｘｌ０ｓ ｋＮ／ｍｓ。 无压洞段位于导流泄洪洞竖井Ｔ作闸门下游，桩号泄Ｏ＋ ４．１．６地震荷载 ０８２．２０一泄０＋３４０．９２，总长２５８．７２ ｍ，城门洞形断面净宽６ ｍ、净 根据《水工隧洞设计规范》ＳＬ ２７９—２ｏ０２：洞身设计可不考虑 高７．３ｍ、总高９ ｎｌ，衬砌厚度为８０ ＯＨ１。 地震荷载。 隧洞隔岩类别为Ｖ类，坚固系数 Ｉ．５，单位弹性抗力系数 ４．２隧洞衬砌计算 Ｋｏ＝６０ｘ １０４ ｋＮ／ｍ 。 隧洞衬砌内力计算采用理正隧道衬砌软件程序进行计算。 无压洞段采 全断面钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度根据各段 根据无压隧洞各段内力计算结果，确定导流泄洪洞无压洞段 承受的荷载不同而各异。 衬砌厚度８０ ｃｍ；底板和侧墙受力钢筋采用二级２２号钢筋，间距 ４．１荷载及荷载组合 １２５ ｍｍ；顶拱受力钢筋采用二级ｌ８号钢筋．间距１２５ ａｒｍ；构造钢 无压洞衬砌计算考虑以下３种荷载组合。 筋均采用二级１４号钢筋，间距２５０ｍｍ；由于地质原因，在隧洞开 第一种荷载组合：正常蓄水位ｌ ０２７．００ｍ，闸门挡水。同岩压 挖时塌方量较大处，经计算核实，应适当加大衬砌配筋量。 力＋衬砌自重十相应水位时的外水压力。 第二种荷载组合：正常运用情况。围岩压力＋衬砌自重＋宣泄 ５设计方法 设计洪水时的内水压力＋相应水位时的外水压力。 考虑隧洞抗气蚀、抗磨蚀要求，在底板表层２Ｏ ｃｍ及侧墙水面 第三种荷载组合：非常运用情况。嗣岩压力＋衬砌自重＋宣泄 线以下设Ｃ４０抗磨蚀混凝土，以防止下泄挟沙水流对隧洞过水断 校核洪水时的内水压力＋相应水位时的外水压力。 面的破坏，其余部位衬砌混凝土采用Ｃ２５。在洞顶拱及侧墙顶部预 作用在衬砌上的荷载有：围岩压力、内水压力、外水压力、灌 留灌浆孑Ｌ，为提高基岩的整体性和强度．减小围岩压力，减小渗漏， 浆压力、地震荷载和弹性抗力等。 待衬砌完后进行固结灌浆；为使衬砌面与基岩面充分接触，使之紧 ４．１．１ 围岩压力 密结合，共同受力，减小渗漏，待衬砌完后进行回填灌浆。 根据《水工隧洞设计规范》ｓＬ ２７９—２ｏｏ２可知： 在使用理正软件计算过程中发现外水压力对衬砌配筋影响 垂直方向的计算公式为：ｑ ＝（０．２～０．３）ｙ 较大，为减小外水压力对衬砌的不利影响，在洞顶拱上每间隔 水平方向的计算公式为：ｑｈ＝（Ｏ．０５～０．ｔＯ） ３．５ｍ设置５根３ｍ长的ｄ ５０ｍｍＰＶＣ排水花管；在洞底板下面 式巾：ｇ 为垂直均布围岩压力，ｋＮ／ｍ ； 为水平均布用岩压 每间隔３．５ ｍ设置２根３ ｍ长的ｄ ５０ ｍｍＰＶＣ排水花管，排出的 力，ｋＮ／ｍ ２时，可以不计侧向闱岩压力； 为岩石厚度，ｋＮ／ 水将流人预埋在洞底板的２根ｄ ２００ ｍｍ的ＰＶＣ排水管中。 ｍ３＝， ２．７ｇ，＇ｃｍ３（１０ｋＮ／ｍ ）；日、Ｈ为隧洞开挖的宽度、高度，ｍ。 根据规范，混凝土衬砌每ｌ０ Ｉｌｌ设一道施工缝，缝内填沥青 ４．１．２内水压力 砂浆，并设橡胶止水。 对于无压隧洞只要箅 洞内水面线即可确定内水压力。 ６结语 ４．１－３外水压力 根据《水工隧洞设计规范》ｓＬ ２７９－－２００２可知： 在确定无压洞衬砌厚度及配筋量大小时，在确保能正常施 外水压力的计算公式为： ＝ Ｈ 工的情况下，采取一些科学的设计方法可以明显减少外力对隧 式巾： 为作用在衬砌结构外表面的地下水压力； 为外水 洞的不利影响，是一种比较经济合理的做法，值得在今后的其他 压力折减系数， ＝０．２～０．８；，， 为Ｈ 水的重度，９．８１ ｋＮ／ｍ ；Ｈ 为地 工程中加以推广。 （责任编辑：李敏） 下水位线至隧洞巾心的作用水头，Ｉｌｌ。 ４．１．４灌浆压力 第一作者简介：赵海军，男，１９８０年７月生，２００４年毕业于 同填灌浆Ｐ＝－０．２ ＭＰａ～０．３ ＭＰａ， 属施］二情况的临时荷载，可 太原理＿Ｔ大学水利水电ｌ丁程专业，助理工程师，山西省水利水电 在灌浆时采取措施，故在设计巾不予考虑。 勘测设计研究院，山西省太原市，０３００２４． Ｔｈｅ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｎｏｎ－ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｔｕｎｎｅｌ ｏｆ Ｇｕｉｄｅ Ｓｐｉｌｌｗａｙ Ｔｕｎｎｅｌ ｏｆ Ｓｏｎｇｔａ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ Ｐｒｏｊｅｃｔ ＺＨＡＯ Ｈａｉ－ｊｕｎ ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｎｏｎ—ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｔｕｎｎｅｌ ｏｆ ｇｕｉｄｅ ｓｐｉｌｌｗａｙ ｔｕｎｎｅｌ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｓｕｍｓ ｕｐ ａ ｓｅｔ ｏｆ ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌ ａｎｄ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｄｅｓｉｇｎ ｔｈｅｏｒｉｅｓ ｔｈａｔ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｎｏｎ—ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｔｕｎｎｅｌ・ ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ：ｎｏｎ——ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｔｕｎｎｅｌ；ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ；ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ２２ｌ