发电无压隧洞设计大纲范本

1、FJD34100水利水电工程技术设计阶段发电（或引水）无压隧洞设计大纲范本水利水电勘测设计标准化信息网FJD1997年11月水电站技术设计阶段发 电（或引水）无压隧洞 设计大纲主 编单位：主编单位总工程师：参编单位:主要编写人员：软件开发单位：软件编写人员：勘测设计研究院年一月目次 TOC o 1-5 h z 弓I言4设计依据文件和规范4设计基本资料5隧洞线路总体设计10隧洞总体水力设计12隧洞工程结构设计13隧洞运行期观测设计25技术专题研究25工程量计算26应提供的设计成果26工程位于一，是以为主,兼有_等综合利用的水利水电枢纽工程。电站总装机容量 MW,年发电量kWh。发电(或引水)无压

2、隧洞长 m,过水断面积m2,引水流量 ma/So本工程初步设计报告于月 日审查通过。2.设计依据文件和规范2.1有关本工程的文件(1)工程初步设计报告;(2)工程初步设计报告审批文件;(3)工程技术设计任务书;(4)有关会议纪要或文件。(5)专题研究(试验)报告。2.2主要设计规范(10) SL47-94水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范;(11) GBJ17-88钢结构设计规范;(12) GBJ86-85锚杆喷射混凝土支护技术规范;(13)国家建委1977黄土地下建筑技术条例;(14) GBJ25-90湿陷性黄土地区建筑规范;SD134-84水工隧洞设计规范（试行）；（2）SDJ10-7

3、8水工建筑物抗震设计规范（试行）；（3）SDJ20-78水工钢筋混凝土结构设计规范（试/、行）；SDJ57-85水利水电地下工程锚喷支护施工技术规范;SDJ207-82水工混凝土施工规范；（6） SDJ212-83水工建筑物地下开挖工程施工技术规范； SDJ217-87水利水电枢纽工程等级划分及设计标准，平滨海部分）原、（试行）；（8）SL62-94水工建筑物水泥灌浆施工技术规范；（9）SDJ12-78水利水电枢纽工程等级划分及设计标准（山 丘陵区部分）区、（试行）及补充规定；(16) GB50204-92混凝土结构工程施工及验收规范;(住J考神钢筋焊接及验收规程;1983 年;1979 年;

4、1980 年；(8) S水力粉算羊册(武汉水院编米规定(试行);水利电力出版社891(19) SI成都3科大出版水力大出、安全监测技术规范(试行)教育出版社2.3水工设计手册水利电力出版社1980年；地山建缆物设计手眦一 p rm.四川科学技术出版1993 年；铁路工程设计技术手册中国铁道出版社1975 年；喷射混凝土水利电力出版社1990 年；(8)铁路隧道新奥法指南中国铁道出版社1988 年。(20) S灌区9水工建筑物工金属结构焊接通隧洞条水利电力出版社设计基本资料3.1工程等别与建筑物级别工程等别为_等；建筑物级别为一级。3.2地震烈度基本地震烈度为 度；设计地震烈度为 度。提示：线路

5、上各洞段地震烈度不同可分列。3.3洪水标准提示：首部洪水和各洞口、沟谷、河等设计洪水标准可分列。设计洪水重现期：Ts= a；校核洪水重现期：Tx= a；提示：隧洞进出口及各支洞进口处河道的施工期各频率洪水流量及相应水位也应列出取水口水位流量及泥沙含量3取水口底板顶面高程 m；引水流量 m/s；3取水口泥沙含量 kg/m。3.5气温与水温月平均气温，见表1。表1月平均气温单位：c月份123456789101112年平均水温(2)绝对最高气温C;绝对最低气温C;(3)气温上升率(供计算冰压力用)C /h ;洞内最低气温 C；洞内最低水温 C。月平均水温，见表2。表2月平均水温单位：C月份12345

6、6789101112年平均水温3.6风速、风向和吹程 TOC o 1-5 h z 多年平均风速m/s;多年最大风速m/s；风的吹程km;风向：风向多为 风。3.7冻土情况线路各洞段、明洞段冻土深 m。3.8年降雨量年降雨量 mm左右；主要集中在 月。3.9无压隧洞主要设计参数无压隧洞主要设计参数，见表3。3.10.1区域地质及水文地质资料。提示：(1)简述地形地貌、地层岩土性质、有无大的地质构造及断裂、板块划分、向斜、背斜、岩层产状、有无其它有害气体 等；简述含水层的类型、基岩裂隙、水的渗透性、地下水的补给与排泄、沿线地 表水和地下水动态、地 下水的化学性质等；地质结论和其它尚需解决的特殊地质

7、问题。3.10.2 隧洞沿线地下水位。提示：(1)提供隧洞沿线桩号 洞段地下水位高程，有无相对隔水层、承压水情况；有无大的构造及地下水的连通情况，如地表水、覆盖层潜水、基岩裂隙水的连通情况、岩土层的分层 渗透系数、每延米洞段开挖后预测渗水量；预测隧洞运行期地下水位的变幅；地质可提供隧洞开挖后地下水的排、堵措施供设计参考；提供地下水的水质情况，特别是对混凝土和钢筋、钢材有无腐蚀及对引水水质的影响等。3.10.3隧洞沿线岩土分类及岩土物理力学指标、地应力资料，见表4。表4岩土物理力学指标、地应力表地 质 时 期石性及代水围石分类石体坚固系数然容重kN/m3单轴饱和抗压强度MPa抗拉 强度MPa弹性

8、模量MPa变形模量MPa泊松比弹抗系数MN/m3凝聚力MPa内摩擦角 度渗透系数cm/s承载MPa石体纵横波m/s地应力CFMPaoyMPa石体IIIIIIIVV体Vi提示：(1)如隧洞埋藏深度大、地应力高，需提出埋藏深度、有无可能发生岩爆等具体指标；如有膨胀岩、红粘土、湿陷性黄土需提出膨胀量、流变数值、粘土缩径指标、黄土的湿陷系数等指 标；提供最大地应力主应力的方向及量值，隧洞开挖最大危石重度；较大断裂构造破碎带的各种力学指标。隧洞进出口地段岩土开挖边坡值：岩体开挖边坡：永久，临时；土体开挖边坡：永久，临时。提示：(1)开挖边坡要注明水上、水下开挖边坡;(2)提出最大开挖坡高，马道宽度及综合

9、边坡值隧洞沿线地温及岩石热传导常数: 各洞段洞身处岩体地温;最高 C;最低 C。岩体的热传导常数_;岩体线膨胀系数_K-1。3.11材料特性及安全系数3.11.1喷混凝土(1)喷射混凝土设计指标：标号：轴心抗压：MPa ;弯曲抗压：MPa ;抗拉：MPa ;弹模：MPa ;容重：kN/m ;钢纤维喷射混凝土设计指标:普通碳素钢纤维抗拉强度不低于 MPa ;钢纤维直径为 mm ;钢纤维长度为 mm ;钢纤维的掺量为混合料重的 %;钢纤维喷射混凝土重度_ kN/m3。提示：对于喷混凝土和钢纤维喷射混凝土、要提出：抗渗、抗冻、抗磨指标。3.11.2 混凝土(1)混凝土设计强度指标，见表5。表5混凝土

10、设计强度指标表强度种类混凝土标号轴心抗压，MPa弯曲抗压，Mpa抗 拉，MPa抗 裂，MPa弹 模，MPa泊桑比混凝土重度，kN/m3提示：根据工程的具体情况与需要确定：混凝土的抗渗、抗冻指标、混凝土渗透系数;(2)线膨胀系数导热系数人比热c。强度安全系数、见表6。表6安全系数结构受力特征荷载组合基本特殊混凝土按抗拉强度设计的受压、拉、弯构件钢筋混凝土轴心受压、偏心受压、局部承压、斜截面受剪、受扭构件轴心受拉、受弯、偏心受拉构件钢筋混凝土轴心受拉、小偏心受拉构件抗裂安全系数：钢筋混凝土结构构件允许最大裂缝宽度：mm。3.11.3钢筋钢筋品种：； TOC o 1-5 h z (2)钢筋设计强度与

11、弹性模量，见表7。表7钢筋设计强度与弹性模量单位：MPa钢筋种类直径mm设计强度弹性模量受拉钢筋受压钢筋 TOC o 1-5 h z (3)泊桑比：。3.11.4钢支撑型钢、钢板(1)钢材品种；强度：钢板厚度mm;屈服强度MPa 极限强度 MPa。允许应力：钢号何载组合基本何载MPa：特殊荷载MPa。 TOC o 1-5 h z 钢板厚mm；基本何载组合MPa :特殊何载组合MPa。型钢或钢板：焊缝系数：弹性模量MPa :泊桑比 :线膨胀系数K-1。抗外压失稳安全系数衬砌糙率喷混凝土综合糙率;模注混凝土综合糙率;预制板混凝土糙率;钢板衬砌糙率;浆砌条块石糙率一。隧洞开挖及衬砌施工方法提示：(1

12、)开挖方法有：人工开挖、钻爆法开挖、掘进机开挖；(2)衬砌方法有：木模、钢模、喷混凝土衬砌、预制混凝土构件衬砌。必要时考虑防渗要求，采用钢衬。隧洞线路总体设计4.1洞线平、立面总体布置提示：(1)洞线系在初设方案上进行工作，各主要建筑物单独布置后，再考虑线路的局部修 正；结合地形、地质、水流、施工等条件，力求洞线顺直，尽量避开不利地质条件，减少土洞长度；洞顶以上有足够厚度，尽量避免出现偏压及沿洞口滑坡体等；(3)洞线水平转角般0 :弯道半径不宜小于5倍洞径(或洞宽)(钻爆法施工)；如采用掘进机施工要满足掘进机的转弯半径，一般R_1500m，机头的转弯半径一般可控制在R .200m ;坚向弯道的

13、竖曲线半径一般不小于5倍洞径(或洞宽)；曲线段的首尾应设置直线段,其长度不宜少于5倍洞径(或洞宽)；渐变段长度一般可取一个浇筑段长6m10m;主支洞交叉段宜选择在较好岩体，并做好支洞口、主洞口施工期防洪加固措施;主支洞交叉角不应小于454.2洞线的总体分段提示：(1)根据输水隧洞不同洞段的地形地质条件，将沿线隧洞按自然洞口、结合标段、围岩预测类别结构型式划分为 标准洞段，考虑转弯段、渐变段、统一设计坡降、洞 底高程、设计水位，并考虑隧洞断面型式之间的衔接， 为分段结构设计提出总体 轮廓区划表8;(2)在初设阶段确定的线路基础上，标明隧洞进出口、主支洞交叉段、转弯段以及各 输水建筑物控制点坐标，

14、编制统一设计桩号，结合隧洞通风、检修、观测等要求 确定各支洞的保留与封堵。洞线各控制点见坐标表9。表8 隧洞结构设计总体轮廓区划表序号洞段名称长度m纵坡i地质条件地面高程m洞底高程m内水高程m地下水位高程m起止桩号断面型式1表9 工程洞线控制点坐标及主要建筑物表序坐标，m方位角度距离m偏转角度半径m弧线长m切线长m总长m备注XY14.3各洞线进、出口布置提示:(1)应尽量避免隧洞进出口在土洞段，确实避不开，应做地勘工作，查明岩土分界面是否存在顺坡滑动面和天然滑坡 体、大的偏压土体，如存在，应改选洞口；选择土体自稳条件较好，汛期安全的地段作为土洞的进出口，同时避免 挖方量大，并采用明洞、管棚等保

15、护措施后进洞，同时应采取洞脸喷锚和浆砌块石护坡等加固措施，做好洞脸及地 面排水、洞口防洪等设施；(2)岩洞进出口应选择在稳定和基本稳定、地质构造简单、岩石坚硬完整、风化覆盖浅、节理裂隙少的地段，尽量避开有 构造切割、严重的顺坡节理和山崩危崖、滑坡体不稳定地段。分析山坡的稳定问题：对于高边坡，技术设计时要仔 细分析开挖后边坡稳定性，确保洞口安全，可提前进洞。如找不到稳定的山体作为进出洞口 ：洞口选择在IV、V 类岩体中；强迫进洞时应进行适当加固，如搭设明拱棚架、混凝土明拱、锚喷、挂网支护、洞脸边坡加固等措施后，方可进洞。5.1设计原则提示：根据隧洞进出口水位条件，决定隧洞为无压的工作状态并进行水

16、力参数选择、局部水头和沿程水头损失计算，经济纵坡选定作为水力计算之前提，在设计湿周均为模筑混凝土时，糙率 系数的取值，参照国内外工程经验取n=0.014。(引滦入津隧洞实测值n： 0.014)。为保持隧洞水流的无压状态，考虑在恒定流时水面以上的 空间不宜小于总 断面的15%,同时其净空高度不应小于40cm ;而长隧洞或高速水流在掺气水面线以上的空间，一般为横 断面面积的15% 25%;同时还要进行设计、校核情况下过流能力及水面线衔接计算，并作出沿线水面连明洞底高程、各建筑物各段水位、原地面线等参数。5.2计算公式无压隧洞进口段过流能力可采用宽顶堰流公式进行计算：Q =m sb . 2gH； /

17、2式中：b矩形隧洞过水断面的宽度，当过水断面为非矩形时，b=Whk；hk-临界水深；Wk相应于hk时的过水断面面积；岳一一一淹没系数；m流量系数；H0 以隧洞进口断面底板局程起算的上游点水头。无压隧洞洞身段过流能力，按明渠均匀流基本公式计算：Q CA Ri式中：C舍齐系数Chary ；nY=2.5 n - 0.13-0.75 R n- 0.1)；2A过水断面面积，m；n 糙率系数；R 水力半径；i隧洞坡降。5.3作图 作出发电或引水无压隧洞设计水面线图。6.1洞型选择及二次衬砌结构设计6.1.1洞型及衬砌型式的选择提示：(1) I、II、III类围岩衬砌断面选取:该洞段围岩较为完整、均一，裂隙

18、不太发育，除对断裂处、裂隙较为发育地区、 边墙缓倾角裂隙处、顶拱危石可能脱落处、顶拱层状围岩软硬岩互层处或薄层与厚层相间等洞段，局部设定点锚杆或系统锚杆加强一次支护外,二次衬砌断面可边墙底板可采用模筑混凝土即薄边墙衬砌型、但薄边墙必须进行稳定计算以及洞室的选为割圆拱直墙式城门洞型断面，顶拱及过水断面以上可采用锚喷衬砌;但必须经稳定分析后方可采用。必要时采用锚喷混凝土作为二次支护衬砌型式, 过经济比较计算后，确实优越于上述组合衬砌型式，方可采用。(2) IV、V类围岩及土洞段衬砌断面选取:该洞段一般采用标准马蹄型、半圆拱直墙型或三心圆拱直墙型，底板与直墙可 采用圆弧连接型式断面，必要时可采用圆型断面；但要经过计算，结合围岩的稳 定条件选择既 安全、又经济的结构断面型式。(3)特殊地质条件下隧洞衬砌型式