片上水库毕业设计9

1、河北工程大学毕业设计（论文）设计总说明本设计来源于实际工程片上水库，片上水库是河海流域大清河北支流拒马河上的一座大（二）型综合利用水利工程。水库库容7.16亿立方米，四库容0.44亿立方米，可进行防洪、兴利的调节库容6.72亿立方米。片上水库兴利任务，主要是农业灌溉和工业供水，发电服从灌溉和工业供水，在灌溉和工业引水出口各修建一水电站，利用灌溉和工业供水发电。灌溉供水电站为季节性发电，引水流量33m/s，采用2台机组，总装机容量1.6万千瓦。电站尾水位为105.0-109.6m。工业给水结合发电，引水流量为4m/s,装机2台机组，总装机容量2500万千瓦，电站尾水位为110.3.由于水头变化范

2、围较大，库水位在149m一下时，工业用水用旁通管下泄，此时机组可进行检修。水库防洪标准为百年设计，千年校核，万年保坝。枢纽建筑物包括主坝、溢洪道、导流泄洪洞、灌溉发电洞及枢纽电站组成。根据工程规模及其在国民经济中的作用，按SDJ12-78规范中设计标准，工程等级为二等，水库枢纽属于大（二）型，主要建筑物按二级设计，次要建筑物按三级设计，临时建筑物按四级设计。本设计的主要任务是片上水库导流泄洪洞设计。设计的内容是：确定进口高程，选择首部进口建筑物的型式，拟定喇叭口渐变段形式，构造及尺寸，选择拦污栅，闸门及启闭机械类型；根据泄洪流量确定隧洞断面型式及尺寸，并根据水流、地质、隧洞直径拟定衬砌的型式及

3、尺寸，进行相应的水力计算及结构计算；拟定细部构造：如灌浆孔布置、分缝、排水等。本设计的主要技术资料：本区灰岩均系硅质和白云质灰岩（白云岩），结晶程度较好，相对不易被溶蚀。坚固系数FK=4，单位弹性抗力系数K0=2KN/cm3(200Kg/3)，弹性模数E=4105KN/2（0.4105Kg/2）,透水性较大。本设计的原则为：通过毕业设计，使所学过的知识得到巩固扩大加深和系统化，同时加强运用理论知识解决实际问题的能力，提高对实际工程的设计计算，绘图等基本技能，并有助于培养和建立正确的设计思想，实事求是，刻苦钻研，通过自己的努力从中受益，为尽快适应将来的工作和学习打下坚实的基础。关键词：隧洞，闸门

4、；衬砌：挑流消能：闸室。The Instruction of the Design Originally design and stem from the actual projectpieces of peak reservoir,pieces of peak reservoir lie Hebei province .The reservoir controls 10000sq.km.of drainage areas,capacity of reservoir 7.16million cubic meters.Reservoir rely mainly on irrigating and

5、 generating electricity,is it prevent flood to combine.The irrigated area is set up the total trunk canal of the rice and four trunk canals to make up for 33 seconds by a flow of pilotting a ship into harbour,build the hydropower station of the pivot and hydropower station of the Chinese scholartree

6、 village in place of 24 kilometers of the total head of the canal of truck canal and low reaches,total installed capacity 31450 electricity.The reservoir prevents flood the standard is designed as a century,check in millennium,protect the dam in ten thousand years.Pivot building including main dam,s

7、pillway,water conservancy diversion let out Hongdong,is it generate electricity the hole and pivot hydropower station make up to irrigate.According to the scale of project and role in national economy,press SDJ12Design standard in the 78 norm,project,etc.second-class,resevoir pivot belongs to the la

8、rge(2)type,the main building is designed according to second,the secondary building is according to designing tertiarily,the temporary building is designed according to four grades.Main task that design originally whether pieces of peak resevoir water conservancy diversion release floodwater the des

9、ign of the tunnel.The main content designed is:Confirm and import high Cheng,choose the first pattern of entering water buiding,draft the form of the horn mouth,according to release floodwater flow confirm tunnel section pattern and size,and according to rivers,geology,tunnel diameter draft is it bu

10、id form and size to line with,carry on corresponding water conservancy and calculate and the structure is calculated,drafting the detail is being constructed.Block as to spillway water and soil design,stone of dam to make some rough sureness of the size on the whole.Main technical data originally de

11、signed:The rock stratum,rock along the line are mainly flour sand and rock,fine sand and rock and conglomerate,the rock is comparatively hard.Firm coefficient Fk=4,unit elasitic reactance strength coeffcient water permeability is relativily great.The inclination low reaches of rock stratum,export th

12、e haircut for a festival to breed. (),plays mould ().Priniciple originally designed is mainly:Through graduation project,make the knowledge studied consolidate,expanded strengthens and systematizedding,is it use theory knowledge solve ability of practical ptoblem to strengthen at the same time,raise

13、 to actual design calculating,drawing,etc.basic skill of project,train and set up correct design philosophy,seek truth form facts,study assiduously,benefit from it through ones own efforts,finish the essential accumulation in order to meet the needs of society as soon as possible.Because time is sho

14、rter,unavoidably do uncompletly in some places,does not do it carefully,hope the teachers forgive more.Keywords: tunnel; Gateway; liner; choosing can disappear ; the floodgate room.3 目录设计总说明1The Instruction of the Design2绪论11工程概况与基本资料21.1 工程概况及基本目的21.2 设计基本资料21.2.1 流域概况21.2.2 气象31.2.3 洪水31.2.4 年径流41

15、.2.5 泥沙41.2.6 特征水位及库容41.2.7 兴利调节51.2.8 水电站51.2.9 水库淤积61.2.10 水库淹没71.2.11 工程地质条件71.2.12 库区渗漏问题71.2.13 坝址工程地质条件81.2.14 其他建筑物的工程地质条件91.2.15 筑坝材料101.2.16 工程等级及地震烈度111.2.17 其他数据111.2.18 枢纽主要技术指标111.2.19坝轴线河谷断面图132 隧洞的选型142.1 隧洞设计的任务142.2 洞线位置的选择142.2.2洞线位置的选择原则142.2.3 洞线位置的选择142.2.4 洞身断面型式的选择143无压洞设计163.

16、1 隧洞的总体布置163.1.1 进口筑物的形式163.1.2 进口段的组成163.2 进口段的型式及尺寸173.2.1工作门孔口型式及尺寸的确定173.2.2 检修门孔口尺寸的确定183.2.3渐变段的尺寸183.2.4 有压段断面尺寸183.2.5 进口处椭圆曲线参数的确定193.3 洞身段的选型193.3.1 断面型式193.3.2纵坡193.3.3 断面尺寸203.4 隧洞出口段203.4.1 出口段组成203.4.2 消能设施213.4.3 出口段尺寸确定213.5水面线计算工况及计算条件243.5.1判断水面线的类型243.5.2水面曲线的计算243.6掺气水深的计算253.7 无

17、压洞段结构计算263.7.1 衬砌尺寸确定263.7.2 弯矩分配法求解结点内力原理263.7.3 计算简图与荷载273.7.4 内力计算273.8 隧洞配筋计算333.8.1 顶拱配筋计算333.8.2 侧墙配筋计算343.8.3 底板配筋计算353.9 段隧洞的抗裂验算363.9.1 顶拱部分363.9.2 边墙的抗裂验算363.9.3 底板的抗裂计算374细部构造394.1 平压管394.2 通气孔394.3 衬砌的分缝394.3.1横向变形缝394.3.2衬砌的施工缝404.4 隧洞灌浆414.4.1 回填灌浆414.4.2 固结灌浆414.4.3灌浆孔布置424.5 隧洞的排水425

18、 工程量445.1 土石方量445.2混凝土用量44谢辞45参考文献46 5绪 论 片上水库是河海流域大清河北支流拒马河上的一座大（二）型综合利用水利工程。水库容7.16亿立方米，四库容0.44亿立方米，可进行防洪、兴利的调节库容6.72亿立方米。 导流泄洪洞沿洞线周围岩石厚度大于三倍的开挖洞径，出口段已经避开塌滑体的东边界，沿线岩层岩性主要是本区灰岩均系硅质和白云质灰岩（白云岩），结晶程度较好，岩石较为坚硬。 1隧洞设计应先对基本资料进行分析。对隧洞的任务及该处的地质情况、地形、河流附近的水文气象特征、材料以及对外交通状况进行大致分析。 2是根据隧洞的洞线的选择原则，并结合本工程的实际条件进

19、行洞线位置的确定，根据当地的地质、地形、水文、施工等条件，并结合技术经济的比较，求定出符合当地条件的洞型及布置方案，最终确定出两个方案：（1）无压隧洞方案，（2）有压隧洞方案。 3隧洞的总体布置：（1）隧洞进口形式及确定进口高程，考虑死水位，隧洞泄洪及施工导流要求，冰冻、泥沙、闸门、启闭机械的容量等因素确定进口高程，并结合隧洞用途、地质条件，对有压、无压两个方案进行论证比较。（2）选择首部进口建筑物形式，考虑河岸岩石的特性、地形、施工条件、造价及建筑物结构特性，以论证方式选择首部建筑物的形式，并拟定喇叭口、渐变段形状、构造及尺寸，选择拦污栅、闸门及启闭机械类型。4隧洞的水力计算：根据泄洪流量确

20、定隧洞断型式及尺寸，并根据水流、地质、隧洞直径拟定衬砌形式及尺寸，并进行相应的水力计算。5隧洞的结构计算：确定结构计算的标准是抗裂还是限裂，然后确定岩石类别和控制断面，并对无压段部分的衬砌进行计算。计算首先确定各项荷载，然后确定各项荷载作用下断面所受到的轴力和弯矩之后进行量的叠加，之后进行配筋和抗裂的计算。6拟定其细部构造，隧洞的细部构造主要是：衬砌的分缝、隧洞灌浆孔的布置，和排水的设置。1工程概况与基本资料1.1 工程概况及基本目的本设计来源于实际工程片上水库，片上水库是河海流域大清河北支流拒马河上的一座大（二）型综合利用水利工程。水库库容7.16亿立方米，四库容0.44亿立方米，可进行防洪

21、、兴利的调节库容6.72亿立方米。片上水库兴利任务，主要是农业灌溉和工业供水，发电服从灌溉和工业供水，在灌溉和工业引水出口各修建一水电站，利用灌溉和工业供水发电。灌溉供水电站为季节性发电，引水流量33m/s，采用2台机组，总装机容量1.6万千瓦。电站尾水位为105.0-109.6m。工业给水结合发电，引水流量为4m/s,装机2台机组，总装机容量2500万千瓦，电站尾水位为110.3.由于水头变化范围较大，库水位在149m一下时，工业用水用旁通管下泄，此时机组可进行检修。水库防洪标准为百年设计，千年校核，万年保坝。枢纽建筑物包括主坝、溢洪道、导流泄洪洞、灌溉发电洞及枢纽电站组成。根据工程规模及其

22、在国民经济中的作用，按SDJ12-78规范中设计标准，工程等级为二等，水库枢纽属于大（二）型，主要建筑物按二级设计，次要建筑物按三级设计，临时建筑物按四级设计。1.2 设计基本资料1.2.1 流域概况 片上水库是河海流域大清河北支流拒马河上的一座大（二）型综合利用水利工程。水库总库容7.16亿立米，死库容0.44亿立米可进行防洪、兴利的调节库容6.72亿立米。拒马河发源于河北省涞源县，流经涞源、易县、涞水山峡地区，至北京房山县张坊镇流入平原，并分南北两支。南拒马河经涞水至北河店与易水汇流至新城白沟镇，北拒马河汇合胡良河、琉璃河后在涿州县东茨村入白沟河，往南流至白沟镇汇合南拒马河后为大清河。 拒

23、马河位于太行山东麓，流域面积约10000km2。地形特点，西部为山区，流域面积约5000km2，东部为平原。山区多为石质山区，植被较少，坡度较陡。仅上游涞源以上分水岭处于黄土高原边缘地区。平原河槽较窄，坡度很缓。本流域且为华北暴雨中心所在，因此洪水大，危害较为严重。本工程可为东部平原房、涞、涿灌区的一百多万亩农田灌溉、北京生活及工业用水提供水源。1.2.2 气象 本流域处于山区，夏季炎热多雨。附近张坊站平均年降雨量740mm，年平均气温约为11.6，年内气温变化较大，最高温度达43.5，最低温度-26。降雨主要集中在七、八月份，多年平均降雨量470mm，占全年降雨量的65%，七、八月降雨又主要

24、集中在几次暴雨上，特点是强度大，雨量集中。由于天气系统及地形抬升的相互影响，张坊上游的紫荆关一带极易形成暴雨，如1950年8月上旬、1955年8月中旬、1956年、1963年8月上旬均出现日降雨量大于100mm的暴雨。暴雨过程一般为2-3天。1.2.3 洪水 本流域洪水均为暴雨洪水，主要发生在七、八月份，一次洪水历时5天左右。较大洪水多是单峰型，陡涨陡落，双峰或多封不多，且为小水年。据实测20年资料统计，洪峰流量最大为9920m3/s（1963年），最小洪水为45m3/s（1965年）相差220倍，1963年三天洪量最大为5.67亿立米，1965年三天最小洪量0.08亿立米，相差77倍（实测洪

25、水系表列从略）。 本流域调查最大洪水为1801年，洪峰流量20000m3/s。考虑到下游为宽阔平原，并有京广铁路经过，大坝为土坝等情况，校核洪水采用1000年一遇，设计洪水采用100年一遇。 实测资料中，以1963年洪水最大，1956年次之，洪峰流量分别为9920m3/s和4200m3/s，以1963年、1956年平均概化过程线为典型，按洪峰流量比值放大计算设计洪水、校核洪水过程线，如图1.1所示。图1.1 片上水库设计、校核洪水过程线1.2.4 年径流 本水库上游拟建紫荆关水电站，年径流按紫荆关-张坊站区间的径流量计算，紫-张区间年径流量最大为14.55亿立米（1956-1957年），最小为

26、1.27亿立米（1965-1966年），相差11倍，1951-1970年19年系列平均值为5.74亿立米。1.2.5 泥沙 本流域泥沙主要集中在汛期，汛期沙量占全年的99%。据实测资料，紫-张区间多年平均输沙量为46万吨，推移质占总沙量的20%。紫荆关水电站建成后，本库多年平均来沙量为55万吨。1.2.6 特征水位及库容（1）设计洪水 考虑到本水库应有一定的防洪库容以拦蓄洪水，若降低洪水位对防洪、兴利效益大为不利，而若提高洪水位，可能降低京-原铁路标准或进行局部改建，协调二者，本库设计洪水位定位186.8m（P=1%），相应库容为6.09亿m3。（2）校核洪水 京-原铁路在拒马河左侧穿越，有十

27、余座桥涵通过库区，桥梁高程最低者为190.44m，墩顶高程为190.26m。考虑在校核洪水时不影响铁路正常通车，校核洪水定位190.1m（P=0.1%），相应库容为7.16亿m3。（3）死水位 本库为综合利用水利枢纽，死水位确定应考虑工业、给水、灌溉、发电等用水要求，确定为130.0m。（4）汛限水位 根据下游河道现有行洪能力，按1955年洪水限泄1300m3/s时，洪水不漫滩；遇1963年洪水限泄3000m3/s，不超过下游河道泄洪能力；遇校核洪水时，限泄最大流量7000m3/s；水位达到190m时，相应泄量为18000m3/s。根据上述分级标准和相应洪水过程线，调洪计算按分级控制确定防洪库

28、容，求得设计洪水位以下防洪库容2.98亿m3，设计洪水位至190m库容0.56亿m3。故总防洪库容为3.54亿m3，相应汛限水位为167.5m。1.2.7 兴利调节 本库工业需水4.0m3/s。农业灌溉毛定额为400m3/亩。水库蒸发损失350万m3/年。依据紫-张区间多年实测径流量，加上紫荆关水电站汛期弃水量，进行径流调节计算，由时历法求得调节流量保证曲线及平、枯水年调节流量(见图1.2，表1.1)。图1.2 片上水库流量保证率曲线表1.1 调节流量表标准毛调节流量秒立米折合毛水量亿立米净调节水量亿立米工业用水量亿立米灌溉用水量亿立米平水年14.74.634.531.263.27枯水年10.

29、53.313.211.261.95由表1.1可见，平水年可用的灌溉水量为3.27亿m3，可灌溉82万亩，遇到枯水年，可灌溉49万亩。1.2.8 水电站 片上水库兴利任务，主要是农业灌溉和工业供水，发电服从灌溉和工业供水，在灌溉和工业引水出口各修建一水电站，利用灌溉和工业供水发电。灌溉供水电站为季节性发电，引水流量33m3/s，采用2台机组，总装机容量1.6万千瓦。电站尾水位为105.0109.6m。 工业给水结合发电，引水流量为4m3/s，装机2台机组，总装机容量2500千瓦，电站尾水水位为110.3m。由于水头变化范围较大，库水位在149m以下时，工业用水用旁通管下泄，此时机组可进行检修。1

30、.2.9 水库淤积 本库库区河道纵坡约2.5%，属带状均匀淤积，淤积前后河底比降基本不变，河道多年平均含沙量约1kg/m3，主要集中在汛期。水库淤积按50年考虑，建库后前10年流域来沙量1200万m3，后40年紫荆关建库后，水库来沙量为2500万m3，50年淤沙量为3700万m3，根据各高程的淤积量，库容曲线见图1.3。图1.3 片上水库水位库容、面积曲线1.2.10 水库淹没 水库主要由基岩组成，第四纪堆积物不多，没有坍岸、浸没问题，水库两岸冲沟发育，沟内均有居民点分布，耕地主要分布在阶地上和冲沟边。沿库区左岸有京原铁路，张坊至浦洼公路和输电线等穿过。水库淹没面积在校核洪水位190m时为20

31、km2，汛期最高蓄水位179m时为16.3km2。1.2.11 工程地质条件 本区除第四系地层外，均为中震旦系，雾迷山组地层（Z2w），分层、厚度及岩性见表1.2。表1.2 地层厚度及岩性编号岩性厚度/m相应坝区分层编号备注Z52w板状、厚层状白云岩夹少量页岩、石英岩、底部为杂色石英砾岩400Z42w厚层白云岩180-200Z32w硅质条带灰岩夹硅质白云岩220-250Z22w硅质条带状、斑点状白云质灰岩（局部变质成大理岩）夹绢云母片岩（在与辉绿岩接触处滑石化）300-400Z2wZ2wZ2w本层为坝基地层Z12w厚层硅质白云岩约250 辉绿岩和片岩透水性甚微，是本区相对隔水层。 本区普遍发育

32、有两组构造裂隙，第一组走向约为北东70度，第二组走向约为北西300-340度，均为陡倾角裂隙。本区地震烈度为7度。1.2.12 库区渗漏问题 右岸沿库边有辉绿岩墙，从付坝垭口向上游一直延伸到六渡村对岸，自然形成了库区良好隔水层，辉绿岩分布高程只在局部地段低于库水位，170m以下不存在渗漏问题，170m以上与库水接触范围较短，约为400-500m，渗径约为3km，水头压力小，渗漏是微小的。 左岸库内湾子沟存在向库外邻谷渗漏问题，但不会产生大面积渗漏，沿局部裂隙的渗漏量较微小。 总观，库区渗漏性质属局部岩溶裂隙性渗漏，渗漏量较小，不致严重影响水库效益。1.2.13 坝址工程地质条件（1）河床覆盖层

33、 河床宽600余米为第四系冲积砂卵石层所覆盖，厚度为15-28m，靠左右岸边各有一冲蚀槽，左侧为古河床，以卵石层为主。地下水位约为105-106m。通过抽水试验，渗透系数K最小为2.7410-4m/s，最大8.5610-3m/s，一般为（2.315.79）10-3m/s，砂卵石层须防渗处理。 在砂卵石层中，有砂质黏土及细沙夹层。 砂质夹层分布在坝线下游02钻孔附近，高程一般89-91m，厚度1.5-1.8m，这些夹层顺河方向延伸稍长，以窄条带状分布在古河床西侧漫滩边缘和古河床死洼处。河床右岸发现有含碎石、卵石的砂质黏土层，在基岩面上部，属岩石的风化残积层，厚度约1-2m。 总观，这些夹层分布范

34、围不大，厚度较薄，一般位置较深，因此对坝体稳定影响不大，但应摸清具体分布范围，论证其对坝体稳定的影响和确定处理措施。（2）岩溶、渗漏问题 从岩性看，本区灰岩均系硅质和白云质灰岩（白云岩），结晶程度较好，相对不易被溶蚀。据钻孔分析，本区岩溶发育，一是在坝址区高程70-90m较多发育，二是在片岩层的上下层面处较多发育，但溶洞很少，也很小。深层岩溶问题是不存在的，主要表现为岩溶裂隙。 据压水试验，坝基岩石透水性较大，单位吸水量算术平均值为3.2升/分，大值平均值为14.5升/分，对坝基渗漏不利。但在坝下基岩中第2层绢云母片岩，在坝下普遍分布，厚度3-7m，没有间断现象，隔水性好，是防渗的有利条件。不

35、存在顺河断层。坝基防渗处理时，河床砂卵石层宜做防渗墙，其下第2层片岩出露部分风化较严重，宜进行帷幕灌浆，伸入基岩内3-5m，至新鲜岩层处。两岸帷幕灌浆处理深度，左岸宜20-60m（伸入基岩），右岸岩石透水性较小，平均处理深度可为25m。（3）地下水动态 坝址区地下水位坡降较小，右岸为地下水补给河水。左岸地下水有一“凹陷带”，主要是该段为古河床主流线部位，砂砾石层中孤石较多，透水性大，使该段地下水位稍低。两岸地下水位较低，一般在106-110m左右，故存在绕渗问题，应适当向两岸适当延长帷幕线，以减少绕渗量。（4）左岸崩坡积物 左岸坝肩分布有一崩-坡积物，顺河向长约1000m，宽约120m，表面以

36、30坡倾向河谷，高程140m处厚度最大，约47m，以上逐渐变薄。坡积物下基岩地形呈阶梯状。坡积物主要为土、碎石及大块石，表层土的含量较多，约占50%，形成土夹碎石和块石，碎石块石不起骨架作用，只局部地段块石较多。经试验，属中等失陷性，浸水下沉问题不严重，但厚度较大，总下沉量较大。野外试验变形模量算术平均值为681kg/cm2，压缩性不严重。渗透系数为110-5m/s，下部透水严重。筑坝时可不挖除，但须做好防渗处理，以免蓄水后，因渗漏恶化库区地质条件。 1.2.14 其他建筑物的工程地质条件（1）垭口付坝 大坝右岸有一垭口，谷底高程141.0m，谷底宽60m，谷底覆盖砂质黏土，厚度6-8m。在坝

37、高192m高程处，谷宽230m。谷底右侧沿断层有辉绿岩墙侵入体，走向为北西330-340，倾向南西，倾角80，宽52m。辉绿岩风化严重，全风化带厚约10m，半风化带厚约15m，单位吸水量约0.09-4.3升/分。 垭口右侧岩层走向北西340，倾向北东，倾角10，在高程145-157米处分布有两层片岩，下边一层已滑石化，极软弱，遇水崩解。垭口左侧岩层走向近南北，倾向东，倾角10，在高程185.5-138米处，有两层片岩分布。 据上述地质情况，垭口为一断层，不利地质条件比较集中，承载力低，抗滑稳定性较低，修建砼溢洪道不利，而在此修建土石付坝问题不大。但应进行防渗处理，建议处理深度：右侧一般30m，

38、左侧一般15-20m，断层与辉绿岩墙侵入体接触带处处理深度不小于50m。（2）溢洪道 在付坝左侧山坡上，开挖布置溢洪道。该地段岩层产状平缓，微倾向上游，倾角 6-10。溢洪道底板以下约27m处（高程约129m），有第4层片岩分布，该层片岩在溢洪道闸线下游220m处，于溢洪道斜坡段底板下出露，需作局部处理。总观，溢洪道工程地质条件良好，但在闸底板处，北西向裂隙较发育，须进行基岩固结灌浆处理。因此处山体较薄（160m高程处仅300余米），为防止渗漏，该处表层20m范围内，须进行帷幕灌浆处理。（3）农业引水发电洞 发电洞位于主坝右岸山脊下部，洞轴线前段为北西300，后段为北西278，在桩号0+187

39、.5m处洞线转折。洞线横穿缓背斜轴部，在Z2w5、6层硅质、白云质灰岩中通过，岩层产状近水平，但岩石新鲜、坚硬、完整，透水性小，单位吸水量为0.004-0.008升/分，地下水位约110.6-105.6m，低于洞身。进口段，洞顶以上约20m处，有第6层片岩，但距离较远，不影响洞身稳定。从转点到出口段，洞线方向与背斜轴交角约33，与北东、北西两组裂隙均成斜交，对洞顶稳定影响不大。洞身斜井段至出口，洞顶部位于第5层片岩内，可挖除。在斜井段下部约高程170m处，洞线穿过第5层片岩，应加强衬砌，以防漏水恶化工程地质条件。洞身与坝体最近处（桩号0+187.5m），岩体厚度约50m，是洞径的5倍。此处接近

40、背斜轴部，发育有北西裂隙，同时考虑水头较大（约0.7MPa），建议此段加厚衬砌，并坝体设计时，考虑排水措施，以免影响坝体稳定。进出口洞脸均为岩石边坡，工程地质条件良好。（4）导流洞 位于右岸，其工程地质条件与发电洞基本相同，但在桩号0+360-560段，洞顶约15-10m处，分布有第6层片岩，及在桩号0+770-1+050段，第4层片岩与洞顶相交或在洞顶以上约10m处分布。特别是在桩号0+770-0+800段，有北东向高角度裂隙密集带，岩层产状近水平，对洞顶稳定不利，应采取相应措施。（5）工业供水洞位于左岸，洞轴线沿北西313。洞身位于地下水位以上，岩层产状近水平，但新鲜完整，多与洞线近垂直，

41、影响较小，且洞径较小，一般没有问题。洞进口为崩坡积物，其内摩擦角为27，应做好洞口左右两侧边坡衬砌保护，以免在水下坍塌，影响管路正常运行。1.2.15 筑坝材料 （1）土料及砂石料土料，坝上下游均有料场，上游料场储量141.89万m3，运距1.2km，有效土层厚度2-5m；下游料场储量263.85万m3，运距2km，有效土层厚度一般约3-4m。砂石料，料场主要在坝下游，总储量为4751.2万m3，其中上游料场储量89.5万m3（占总储量的1.9%）。平均运距12km。土料及砂石料储量均满足需要。据试验，土场土料大部分为中壤土，少量为轻壤土及重壤土，部分含有少量僵石，土料质量符合筑坝要求。但在埋

42、藏深度2m以下的部分土料含水量大于20%，应合理开采，减少翻晒工作量。砂砾料质量，东庄料场，含泥量达24%，且缺少中间粒径，级配欠佳，压实性差，使用时应采取措施。总观，各料场砂砾料的中间粒径略少，含砂量大，加权平均值69%。大于150mm的颗粒多者约占13.4%。上坝时，砾料集中现象难于避免，应采取相应措施，保证坝体渗透稳定性。（3）砼骨料及块石料河床砂卵石，多为坚硬火成岩及灰岩，浑圆度较好，作砼粗骨料符合要求；细骨料一般偏细，且量缺少，开采时势弃料量比例较大。建议采用坝下游铁索崖一带为砼骨料场，拟开采量为65万m3。坝体护坡块石料：在坝上游两岸，西沟及下游铁索崖一带均可开采。以铁索崖一带较好

43、，多系厚层，相对完整。其他地方因夹片岩及薄层，相对利用率较低。（4）筑坝材料技术指标土料初始孔隙水压力系数B=0.3，凝聚力c=14.0kPa，堆石孔隙n=0.33，变形模量68.1MPa，其余指标见表1.3。表1.3 防渗体壤土及砂砾料设计指标筑坝材料名称容重（kN/m3）内摩擦角（度）渗透系数K（cm/s）d（干）s（湿）b(饱和)f（浮）水上水下壤土16.719.320.310.322.520.5110-6砂砾料（坝体）19.620.622.112.13532110-2堆石体19.64037砂砾料（坝基）19.622.112.132110-31.2.16 工程等级及地震烈度本工程为大二型

44、，主要建筑物：拦河坝、溢洪道、隧洞、厂房、引水洞为2级建筑物。设计洪水标准为100年一遇，校核洪水标准为1000年一遇。地震设计烈度取为7度。本区多年平均最大风速V多=18m/s。水库吹程D=2.5km。1.2.17 其他数据溢洪道闸底板与基岩摩擦系数f=0.6。闸基允许应力6.0MPa。隧洞岩石坚固系数fk=4，单位弹性抗力系数K0=2kN/cm3，弹模E=4105 kN/cm2。1.2.18 枢纽主要技术指标枢纽主要技术指标见表1.4、1.5。表1.4 水库特征值项目数量相应尾水位/m下泄流量m3/s备注坝顶高程/m192.0参考校核水位/m190.1104.0（坝后）1900千年一遇设计

45、水位/m186.8109.6（灌溉电站后）1140百年一遇汛后最高蓄水位/m186.8汛期限制水位/m167.5发电最低水位/m138.0105.0（灌溉电站后）死水位/m130.0总库容亿/m37.16防洪库容亿/m33.62兴利库容亿/m36.09共用库容亿/m32.99死库容亿/m30.44汛期兴利库容/亿m33.10表1.5 枢纽建筑物序号挡水建筑物最大坝高/m坝顶长度/m坝型尾水位或地面高程1主坝88.0（参考）1305.0（参考）下游无水（河底高程114.0）2付坝59.0（参考）200.0（参考）下游无水3泄洪、引水建筑物进/出口底高程/m洞径或孔宽高/m闸门（孔数-宽高）建筑物

46、长度/m最大泄量/m3/s4溢洪道171.0/123.010-13.617.639221635.05泄洪洞124.0/117.01116.51-11125163300.06导流泄洪洞109.5/105.5有压D=6，无压段6.58.51-54.51361.0520.07发电引水洞121.5/105.5（最低）D=54.05.042533.08工业引水洞123.5/110.3（尾水）D=32.43647.04.09大电站装机容量/千瓦2800010小电站装机容量/千瓦21250 1.2.19坝轴线河谷断面图2 隧洞的选型2.1 隧洞设计的任务隧洞可在坝体的施工期进行施工导流，以利于坝体干地施工，

47、同时可将来的水顺利引向沁河下游。根据水文分析的沁河洪水由暴雨形成，年际变化大，洪水峰高，历时短，陡降陡落，如只用溢洪道泄洪不能满足要求，用隧洞可以辅助进行泄洪，泄洪时，可以根据预报提前泄水，延长泄洪时间。当坝体施工完毕，在运行期可利用隧洞进行排沙和放空水库。 2.2 洞线位置的选择 2.2.1泄洪隧洞的概述泄洪隧洞特点是流量大，流速高，因此效能冲刷问题对泄洪隧洞的设计特别重要。泄洪隧洞有可按洞内水流状态，分为有压隧洞和无压隧洞。在工程中无压隧洞应用较多，仅当山体雄厚，岩体坚硬完整，岸破稳定性好时才宜采用有压洞。泄洪隧洞一般设置在岩基内，因此对地质资料特别重视，要查明沿线底层的性质和地质构造，沿

48、线的水文地质条件，进出口的地址条件，地应力及岩爆情况等。2.2.2洞线位置的选择原则洞线在平面上布置应尽量短直，以使开挖量小，水流平顺，并便于施工。2.2.3 洞线位置的选择根据洞线的布置原则，考虑该枢纽地区的地形、地质条件，泄洪隧洞布置在岸的右侧。片上水库坝址轴线为一条折线。该洞线的位置考虑了隧洞进出口位于河槽的中央，隧洞不必拐弯，可使洞沿轴线应力条件较好，沿洞线方向岩石比较坚硬，有利于隧洞的承压和稳定。2.2.4 洞身断面型式的选择按洞内的水流流态，隧洞可分为有压隧洞和无压隧洞。用于引水发电的隧洞一般是有压的，以便于水流稳定。用于其他用途的隧洞可以设计为有压的也可以设计成无压的，但总的来说

49、无压洞应用较多，仅当山体雄厚，岩石坚硬完整，岸坡稳定性好时才宜采用有压洞，以免内水外渗恶化地质条件。该枢纽导流泄洪洞可设计成无压的，地质条件也允许设计成有压的，因此本设计推荐出两种方案：方案1：隧洞设计成无压洞。方案2：隧洞设计成有压洞。沿洞线周围岩石厚度大于三倍开挖洞径，出口段已避开塌滑体的东边界，沿线岩层、岩性主要为粉砂岩、细砂岩及砾岩，岩石较为坚硬。坚固系数Fk=4，单位弹性抗力系数K0=2kN/cm3(200kg/cm3)，弹模E=4105 kN/cm2(0.4105kg/cm2)，透水性较大。岩层倾向下游,出口段节理发育，应采取有效措施予以处理，为进一步保证出口段岩体稳定，免除由内水

50、压力引起的后果，建议该段修建无压洞。对以上两种方案进行经济、技术比较最后决定隧洞选用无压洞方案。3无压洞设计3.1 隧洞的总体布置隧洞建筑物主要包括：进口建筑物的形式、渐变段、闸门段、洞身段、出口消能段。各段可以有不同的形式，现根据本工程的特点对各段形式进行设计。3.1.1 进口筑物的形式隧洞进口建筑物用于支撑进口闸门的起闭设备和拦污设施。按其布置和结构形式，深水式建筑物主要形式有竖井式、塔式、岸塔式和斜坡式几种。竖井式进口建筑物结构简单，不受风浪、冰冻的影响，抗震及稳定性好，适用于进口段岩石坚固的情况。塔式进水口是岸坡较缓，岩石破碎，覆盖层较厚，不宜开挖竖井时采用的进口建筑物形式，它受风浪、

51、流冰及地震的影响较大，需要进行抗滑、抗倾及塔身内水平和垂直应力的验算，此枢纽隧洞岸坡较陡，岩石坚固适宜开挖竖井，排除采用塔式进水口的形式。岸塔式进水口虽宜建在岸坡较陡，岩石坚固完整的岩石上，但因闸门是倾斜的，闸门水压力大，起闭力大，不宜靠自重闭门，此设计不在采用此种形式的进口。斜坡式省去了岸塔和工作桥，结构简单，施工方便，造价低，但因岸坡下滑或沉降时影响闸门起闭，可靠性低，只能设一道闸门，多用于仅设要求较低的检修闸门的中小型工程隧洞的进口，不宜在本工程中采用。综上所述，进口建筑物的形式本工程拟采用竖井式进水口。3.1.2 进口段的组成进口段的组成：拦污删、喇叭口、渐变段、闸门槽、平压管及通气孔

52、。(1) 拦污栅为了防止库内的沉浮物随水流进入洞内，造成堵塞，在进口处设置拦污栅，同时为了清污和检修方便做成活动式的，在进口洞脸处设置栏污栅轨道及起闭设备。(2) 喇叭口进水喇叭口的作用是使水流平顺,减免空蚀。喇叭口的横断面采用窄深的矩形，其顶板和两侧的边墙采用收缩的椭圆曲线，其方程为： （31）式中：a椭圆长半轴，对顶拱和两侧分别取检修门处的孔口高度和宽度； b椭圆短半轴，取a/3长度；(3) 渐变段无压隧洞的进口为矩形断面，闸门前有压段较长，其中间段设计成圆形断面。为使二者平顺连接，在其间设置渐变段，在洞口段前部由矩形断面渐变到圆形断面，在检修闸门前再由圆形断面渐变到矩形断面。(4) 闸门

53、的设置本隧洞设置两道闸门，即工作闸门和检修闸门。工作闸门用来调节流量和封闭孔口，能在动水中起闭；检修闸门设置于工作闸门前，用于检修工作闸门和隧洞时挡水。工作闸门为了便于开启和调节流量，减小起闭力，本工程拟采用弧形钢闸门；检修闸门采用矩形的平面钢闸门。两门都设在隧洞的首部，在竖井上方设置起闭机房，便于运行和管理，且闭门时间内不受水流的作用，有利于围岩的稳定。但泄流时需向门后通气，以免发生空蚀和震动破坏。(5) 平压管为了减小检修闸门的启闭力，需要在边墙内设置由闸阀控制的平压管，连通检修闸门前后，用于检修完毕，提升检修闸门之前向检修闸门和工作闸门之间灌水。(6) 通气孔隧洞中的通气孔有两种：一种是设于检修闸门与工作闸门之间的通气孔，用于检修期下设检修闸门，打开工作闸门之后，放空洞内水流的补气。检修完毕后，平压管间二道闸门充水时排气，该通气孔的断面面积一般不小于平压管断面面积，以利于补气之和排气。二是设于无压洞工作闸门之后的通气孔，用于工作闸门在各级高度下泄流补气，降低门后负压，稳定流态。3.2 进口段的型式及尺寸3.2.1工作门孔口型式及尺寸的确定工作门口断面形式的选择：工作门口的断面形式有矩形、城门洞形和圆形断面，矩形断面构造简单，施工方便，本设计拟采用矩形断面形式。本设计中无压进水口采用的