南坎2引水支洞封堵算稿

1、老老挝挝南坎南坎 2 水水电电站工程站工程引水系引水系统统施工支洞封堵施工支洞封堵计计算稿算稿二二 O 一五年三月一五年三月审定：审定：审查：审查：校核：校核：编写：编写：目目 录录1.计算总说明.21.1 工程概况.21.2 计算目的.21.3 计算条件和依据.21.4 参考资料.52.计算方法和过程.52.1 计算方法.52.2 计算过程.73. 计算成果分析和结论.11 21.1.计算总说明计算总说明1.1 工程概况工程概况Nam Khan 2 水电站位于老挝 Luang Probang（琅勃拉邦）东南约 30 公里的Nam Khan 河上，是 Nam Khan 河规划三个梯级电站中的第

2、 2 级。Nam Khan 2水电站至下游湄公河（汇入口）河道长约 68km。电站至香恩县进场公路约34km，距省城琅勃拉邦公路里程约 56km，距首都万象约 396km，13 号公路（国道）从香恩县通过。Nam Khan 2 水电站坝址以上流域面积约 5167km2，坝址多年平均流量为67.0m3/s。工程以发电为主，水库正常蓄水位 475m，正常蓄水位相应库容 6.862亿 m3，最大坝高 136m，水库总库容 7.508 亿 m3，死水位 465m，调节库容2.291 亿 m3，为年调节水库，电站装机两台，总装机容量 130MW，平均年发电量 5.58 亿 kWh。本电站为二等工程，工程

3、规模为大（2）型。主要建筑物按 1级设计，次要永久性建筑物按 2 级建筑物设计，临时工程建筑物按 4 级建筑物设计。工程枢纽主要由钢筋混凝土面板堆石坝、右岸开敞式溢洪道、右岸放空洞、右岸引水隧洞+右岸地面厂房组成。引水发电系统布置于河道右岸，采用一洞两机的布置方式，电站设两台机组，装机容量 130MW，额定流量 135m3/s。引水发电系统由进水口、隧洞上平段、隧洞竖井段、隧洞下平段、压力钢管主管、支管、地面厂房组成。进水口底板高程 450m；引水隧洞长 173.488m，隧洞直径 7.0m；压力钢管主管长64.686m，钢管主管直径 5.4m；压力钢管支管总长 106.712m，钢管支管直径

4、3.7m，引水系统总长 363.886m。引水隧洞施工支洞布置于河道右岸，进出口高程分别为366.3m、349.3m，平均坡度 10%，洞长约 158.0m，隧洞断面 6.87m（宽高，城门洞形） 。1.2 计算目的计算目的引水隧洞施工已经完成，施工支洞已失去作用，为保证引水隧洞正常运行，施工支洞需封堵，保证引水隧洞衬砌运行安全，本算稿通过计算，确定堵头的封堵长度。31.3 计算条件和依据计算条件和依据本电站工程规模为大（2）型，属二等工程，引水隧洞的建筑物等级为 2 级，因此施工支洞堵头作为衬砌的一部分也为 2 级永久建筑物。工程设计洪水位475.23m，正常蓄水位 475.00m，校核洪水

5、位 477.86m。封堵体采用混凝土结构，强度等级为 C20。封堵体按照承载能力极限状态进行设计。施工支洞封堵段坡度为 10%，断面型式为城门洞型，断面尺寸为6.8m7m。施工支洞标准断面见图 1，施工支洞堵头平面布置图见图 2。图 1 施工支洞标准断面4 图 2 施工支洞堵头位置平面布置图1.3.11.3.1 地质条件地质条件引水隧洞下平段施工支洞堵头段（距下平段 1015m）岩性为灰黑色薄层板岩夹炭质板岩，岩层产状为 N25E/SE80，主要发育 N6070E/NW010缓倾裂隙及 N40E/NW65陡倾角裂隙，延伸长 1.25m，多近闭合无充填，部分宽 0.21cm，充填岩屑及铁泥质，处

6、地下水位之下，局部见渗水现象。受缓倾角裂隙影响，毛洞成形稍差，开挖后局部存在小规模掉块现象，为类围岩。堵头段围岩地质条件参见附照片 1、2，建议地质参数如下表。表表 1 南坎南坎 2 水电站施工支洞堵头段建议地质参数表水电站施工支洞堵头段建议地质参数表地层岩性变形模量（GPa）岩/岩抗剪（断）强度岩/砼抗剪断强度地层岩性风化程度密度(g/cm3)允许承载力(MPa)泊松比水平铅直ffC(MPa)fC(MPa)深灰色、灰黑色薄层板岩夹炭质板岩微新2.652.50.302.04.00.550.700.600.800.70注：表中数据根据为地质所提建议值。5附照片 1 施工支洞与下平段交叉口照片 1

7、附照片 2 施工支洞与下平段交叉口照片 21.3.21.3.2 计算工况计算工况6施工支洞堵头设计时，根据结构在施工、安装、运行、检修等不同时期可能出现的不同作用、结构体系和环境条件，按以下三种设计状况进行设计：持久状况；短暂状况；偶然状况。（1）持久状况。持久状况下，堵头垂直方向受到自身重力和支持力作用，堵头水平方向受到水压力、摩擦力和抗剪断凝聚力作用，水压力取决于正常蓄水位。因此，持久状况下需用正常蓄水位设计计算。工况一：持久状况下正常蓄水位 475.00m；表表 2 南坎南坎 2 水电站引水系统施工支洞封堵计算持久工况计算表水电站引水系统施工支洞封堵计算持久工况计算表施工支洞计算工况载荷

8、组合计算水位压坡线高程（m）底板高程（m）水头（m）引水施工支洞持久工况基本组合正常蓄水位时压坡线474.5347.9126.6注：压坡线数据由水工专业提供。（2）短暂状况。在结构施工和使用过程中出现的概率较大而持续时间较短的情况，如施工、检修等。在施工状态、检修状态下，载荷基本组合包括堵头垂直方向的重力和支持力，不受水平方向力。因此，短暂状况下不需要计算。工况二：施工短暂状况下施工条件时无水推力；工况三：检修短暂状况下施工条件时无水推力；（3）偶然状况。在使用过程中出现的概率较小且持续时间很短的情况，如地震和校核洪水位。参照南侧临近流域 Nam Ngum 干流上在建工程Nam Ngum 5

9、水电站（直线距离约 45km）地震动参数，Nam Khan 2 水电站工程场地50 年超越概率 10%的地震动峰值加速度为 0.15g，相应地震基本烈度为度，根据抗震设计规范，可不进行地震作用计算。偶然状况下，堵头垂直方向受到自身重力和支持力作用，堵头水平方向受到水推力、摩擦力和抗剪断凝聚力作用，水压力取决于校核洪水位。因此，偶然状况下需用校核洪水位设计计算。工况四：偶然状况下校核洪水位 477.86m；由以上分析，施工支洞依据校核洪水位压坡线计算，施工支洞堵头计算工况见下表 3。表表 3 南坎南坎 2 水电站引水系统施工支洞封堵计算偶然工况计算表水电站引水系统施工支洞封堵计算偶然工况计算表施

10、工支洞计算工况载荷组合计算水位压坡线高程（m）底板高程（m）水头（m）引水施工支洞偶然工况偶然组合校核洪水位时压坡线476.5347.9128.67注：压坡线数据由水工专业提供。1.4 参考资料参考资料（1） 水工隧洞设计规范DL/T5195-2004 ，P34，封堵体设计计算。（2） 施工组织设计手册 1P775 ，堵头长度及稳定计算。（3） 水工混凝土结构设计规范DL/T5057-2009， P254，结构设计状况。（4） 混凝土重力坝设计规范DL5108-1999， P29，材料分项系数。2.计算方法和过程计算方法和过程2.1 计算方法计算方法2.1.1.2.1.1.按抗剪断强度公式计算

11、按抗剪断强度公式计算SCfAKPl式中：P设计水头总推力，KN；K安全系数，可取 2.33.0，取 K=3；堵头长度，m；lA断面面积，A=42.6m2；S为堵头全断面混凝土横断面上的接触长度，直墙段仅取 2/3，顶拱不计，此处 S=11.6m；混凝土容重，取=24KN/m3；混凝土与岩石的摩擦系数，按地质建议值取=0.8；ff混凝土与岩石接触面的抗剪断凝聚力，按地质建议值取=700KPa。CC2.1.2.2.1.2.按柱状体进行抗滑稳定计算按柱状体进行抗滑稳定计算作用效应函数 RPS(.)8抗力函数 RRRRACWfR(.)式中：滑动面上封堵体承受的全部切向作用之和，KN；RP滑动面上封堵体

12、全部法向作用之和，向下为正，KN;RW混凝土与围岩的摩擦系数和摩擦系数的材料分项系数（见混凝土重力mRf,坝设计规范.DL5108-1999，表 8.2.1-2） ，1=0.8/1.3=0.62；fmRf混凝土与围岩的粘聚力和粘聚力材料分项系数（见混凝土重力坝设mRC,计规范.DL5108-1999，表 8.2.1-2） ，=700/3=233.33KPaCmRC封堵体与围岩接触面的面积，取底板和 2/3 直墙段作为有效面积，m2。RA按照承载能力极限状态设计的一般表达式：)(1),(0ddkQkGfRQGS其中：结构重要性系数；本工程堵头按 2 级永久建筑物考虑，结构安全级别为02 级，取

13、1.0（见水工混凝土结构设计规范.DL5057-2009，5.1.3） ；设计状况系数；持久状况1，偶然状况0.85（见水工混凝土结构设计规范.DL5057-2009，5.2.1） ；结构系数，取（见混凝土重力坝设计规范.DL5108-1999，表d2 . 1d8.2.1-3） ；永久荷载分项系数，取0.95（见水工混凝土结构设计规范.DL5057-GG2009，5.1.7） ；可变荷载分项系数，取（见水工混凝土结构设计规范.DL5057-Q2 . 1Q2009，5.1.7） ；永久荷载标准值；kG可变荷载标准值。kQ92.2 计算过程计算过程2.2.1.2.2.1. 抗剪断强度公式计算抗剪断

14、强度公式计算1、持久状况，工况一：（1）施工支洞堵头工况一计算施工支洞与引水隧洞相交部位典型断面尺寸，顶拱面积=18.16m2，直墙1A段面积=24.48m2；正常蓄水位压坡线高程是 474.5m，施工支洞连接引水隧2A洞底板高程是 347.9m，最大水头为=126.6m，支洞直墙段高度是=3.6m，2h3h支洞顶拱段高度是=3.4m，计算压力时，顶拱段以相应断面最低点处压力作4h31为该断面的计算压力，矩形段以相应断面最低点处压力作为该断面的计算压21力，则顶拱受到压力水头是=-=121.87m，矩形段受到压力水头是1h2h3h314h=-=124.8m。1h2h213h顶拱推力1p=9.8

15、1 121.87 18.16=21710.05KN11181. 9Ahp 直墙段推力2p=9.81 124.8 24.48=29970.57KN21281. 9Ahp总推力 P=+=21710.05+29970.57=51681.07KN1p2p已知混凝土容重 r=24KN/m3，洞子断面面积 A=42.6m2，洞子断面有效周长S=6.8+2 2 3.6/3=11.6m，参考地质提供的混凝土/岩石抗剪断强度指标建议值， 取=0.8，=700kpa，堵头长度为：fC=17.35mSCfAKPl7006 .118 . 0246 . 2407.168150 . 32、偶然状况，工况四：（1）施工支洞

16、堵头工况四计算施工支洞与引水隧洞相交部位典型断面尺寸，顶拱面积=18.16m2，直墙1A10段面积=24.48m2；校核洪水位压坡线高程是 476.5m，施工支洞连接引水隧2A洞底板高程是 347.9m，最大水头为=128.6m，支洞直墙段高度是=3.6m，2h3h支洞顶拱段高度是=3.4m，计算压力时，顶拱段以相应断面最低点处压力作4h31为该断面的计算压力，矩形段以相应断面最低点处压力作为该断面的计算压21力，则顶拱受到压力水头是=-=123.87m，矩形段受到压力水头是1h2h3h314h=-=126.8m。1h2h213h顶拱推力1p=9.81 123.87 18.16=22066.8

17、0KN11181. 9Ahp 直墙段推力2p=9.81 126.8 24.48=30450.87KN21281. 9Ahp总推力 P=+=22067.39+30450.87=52517.66KN1p2p已知混凝土容重 r=24KN/m3，洞子断面面积 A=42.6m2，洞子断面有效周长S=6.8+2 2 3.6/3=11.6m，参考地质提供的混凝土/岩石抗剪断强度指标建议值， 取=0.8，=700kpa，堵头长度为：fC=17.63mSCfAKPl7006 .118 . 0246 . 2466.251750 . 32.2.2.2.2.2.按柱状体进行抗滑稳定计算按柱状体进行抗滑稳定计算1、持久

18、状况，工况一：施工支洞与引水隧洞相交部位典型断面尺寸，顶拱面积=18.16m2，直墙1A段面积=24.48m2；正常蓄水位压坡线高程是 474.5m，施工支洞连接引水隧2A洞底板高程是 347.9m，最大水头为=126.6m，支洞直墙段高度是=3.6m，2h3h支洞顶拱段高度是=3.4m，计算压力时，顶拱段以相应断面最低点处压力作4h31为该断面的计算压力，矩形段以相应断面最低点处压力作为该断面的计算压2111力，则顶拱受到压力水头是=-=121.87m，矩形段受到压力水头是1h2h3h314h=-=124.8m。1h2h213h顶拱推力1p=9.81 121.87 18.16=21710.0

19、5KN11181. 9Ahp 直墙段推力2p=9.81 124.8 24.48=29970.57KN21281. 9Ahp总推力 P=+=21710.05+29970.57=51681.07KN1p2p堵头受垂直向力（重力）标准值为：G= A（A 为 A1A2）l =2442.6 1022.4 (KN) ll设计值 P=PQ0 =1.011.251681.66=63021.20(KN) 设计值 GGG0 =1.010.951022.4 =971.28 (KN)ll作用效应函数：P=63021.20 (KN)(.)RSP=11.6 （m2） （是底板与边墙 2/3 的面积）RA s ll s抗力

20、函数：(.)RRRRRfWC A=0.62971.28 233.3311.6 =3304.38lll则 R（）S（）dr1 3304.38 63021.202 . 11l得 22.89ml2、偶然状况，工况四：（1）施工支洞堵头工况四计算施工支洞与引水隧洞相交部位典型断面尺寸，顶拱面积=18.16m2，直墙1A12段面积=24.48m2；校核洪水位压坡线高程是 476.5m，施工支洞连接引水隧2A洞底板高程是 347.9m，最大水头为=128.6m，支洞直墙段高度是=3.6m，2h3h支洞顶拱段高度是=3.4m，计算压力时，顶拱段以相应断面最低点处压力作4h31为该断面的计算压力，矩形段以相应断面最低点处压力作为该断面的计算压21力，则顶拱受到压力水头是=-=123.87m，矩形段受到压力水头是1h2h3h314h=-=126.8m。1h2h213h顶拱推力1p=9.81 123.87 18.1