第七章引水建筑物

第七章引水建筑物第一节渠道工程第二节水工隧洞第三节压力前池及调压室第四节压力管道第五节渡槽第六节倒虹吸管第七节坝下涵管第八节涵洞第九节其他渠系建筑物第一节渠道工程一、概述在灌区利用灌溉渠道输水及利用排水沟道排水的过程中为满足控制水流、分配水量、上下游连接和水流交叉等要求而修建的各种水工建筑物，统称为渠系建筑物。渠系建筑物的特点是单个工程的规模一般不大，但数量多，总工程量往往是渠首工程的若干倍。因此，设计标准对工程投资及安全性影响很大。（一）渠系建筑物的种类及作用（1）控制建筑物。如进水闸、节制闸、分水闸等。（2）泄水建筑物。如溢流堰、泄水闸、退水闸等。（3）交叉建筑物。如渡槽、倒虹吸管、涵洞、隧洞、桥梁等。（4）落差建筑物。如跌水、陡坡等。（5）冲沉沙建筑物。如沉沙池、冲沙闸、冲沙管等。（6）量水建筑物。如量水堰、量水槽、量水喷嘴等。（7）便民利民建筑物。如农桥、踏步、码头等。（二）渠系建筑物的布置原则（1）数量恰当，效益最大。（2）安全运行，保证供水。（3）联合修建，形成枢纽。（4）独立供水，方便管理。（5）便于交通，方便生产。（三）渠系建筑物的特点（1）面广量大，总投资多。（2）建筑物具有相似性。（3）受地形影响大，与群众联系密切。（四）渠系建筑物的定型设计二、渠道（一）概述渠道是发电、灌溉、航运、给水、排水等水利工程中广泛采用的输水建筑物。灌溉用渠道，一般可分为干、支、斗、农、毛五级，构成完整的灌溉系统，前四级一般为固定渠道，第五级多为临时渠道。一般干、支渠主要起输水作用，称为输水渠道；斗、农渠主要起配水作用，称为配水渠道。（二）渠道线路选择（1）地形条件。（2）地质条件。（3）施工条件。（4）管理要求。（三）渠道的纵横断面设计合理的渠道断面设计，一般应满足以下几方面具体要求：①有足够的输水能力，以满足用户对用水水量的需要；②有足够的水位，以满足自流灌溉的要求；③有适宜的渠道水流流速，以满足渠道不冲、不淤或周期性冲淤平衡的要求；④有稳定的边坡，以保证渠道安全运用；⑤有合理的断面形式，以减少渗漏等损失，提高水利用系数；⑥尽量满足综合利用要求，做到一专多能；⑦尽量使工程量最少，以有效降低工程总投资，发挥最大工程效益。（四）水电站动力渠道1、动力渠道的基本要求（1）足够的输水能力。（2）水质符合要求。（3）运行安全可靠。（4）渠道应能控制和维护检修，并设排泄洪水的工程措施。（5）渠道工程应满足经济要求。2、动力渠道的类型和适用条件（1）自动调节渠道。（2）非自动调节渠道。第二节水工隧洞一、概述（一）水工隧洞的类型1、水工隧洞的作用（1）配合溢洪道宣泄洪水，有时也作为主要泄洪建筑物之用。（2）引水发电，或为灌溉、供水和航运输水。（3）排放水库泥沙，延长使用年限，有利于水电站等的正常运行。（4）放空水库，用于人防或检修建筑物。（5）在水利枢纽施工期用作导流建筑物。2、类型（1）按作用可分为泄洪隧洞、引水发电和尾水隧洞、灌溉和供水隧洞、放空和排沙隧洞、施工导流隧洞。（2）按隧洞内的水流状态可分为有压隧洞和无压隧洞。（二）水工隧洞的工作特点（1）水力特点。（2）结构特点。（3）施工特点。（三）水工隧洞的组成（1）进口段。（2）洞身段。（3）出口段。二、水工隧洞的布置与选线（一）总体布置及线路选择1、总体布置2、线路选择（1）隧洞的线路应尽量避开不利的地质构造、围岩中可能存在的不稳定地段及地下水位高、渗水量丰富的地段，以减小作用于衬砌上的围岩压力和外水压力。（2）洞线在平面上应力求短直，这样既可减少工程费用，方便施工，又有良好的水流条件。（3）进、出口位置合适。（4）隧洞应有一定的埋藏深度。（5）隧洞的纵坡应综合分析比较确定。（6）对于长隧洞，可布置施工支洞、竖井，以便增加工作面。（二）闸门在隧洞中的布置引水隧洞中一般要设置两道闸门，一道是工作闸门，用来调节流量和封闭孔口，能在动水中启闭；一道是检修闸门，设置在进口，用来挡水，以便检修工作闸门或隧洞。大中型隧洞的深式进水口常要求检修闸门能在动水中关闭，静水中开启，以满足发生事故时的需要，所以也称事故检修门。对于有压泄水隧洞，其工作闸门通常布置在出口。三、水工隧洞各组成部分的形式及构造（一）进口段有压隧洞进口段包括进口喇叭口、闸门室、通气孔、平压管和渐变段等部分。（二）洞身段1、洞身断面形式有压隧洞一般均采用圆形断面，原因是圆形断面的水流条件和受力条件都较为有利。无压隧洞可采用城门洞形、马蹄形或蛋形等断面。2、洞身断面尺寸3、洞身衬砌（1）衬砌的功用：①限制围岩变形，保证围岩稳定；②承受围岩压力、内水压力等荷载；③防止渗漏；④保护岩石免受水流、空气、温度、干湿变化等的冲蚀破坏作用；⑤减小表面糙率。（2）衬砌的类型：平整衬砌、单层衬砌、组合式衬砌、预应力衬砌、喷锚衬砌等。（3）衬砌分缝。混凝土及钢筋混凝土衬砌是分段分块浇筑的。为防止混凝土干缩和温度应力而产生裂缝，在相邻分段间设有环向伸缩缝，有压隧洞需在缝中设止水。4、灌浆隧洞灌浆分为回填灌浆和固结灌浆两种。回填灌浆是为了充填衬砌与围岩之间的空隙，使之结合紧密，共同受力，以发挥围岩的弹性抗力作用，并减少渗漏。固结灌浆的目的在于加固围岩，提高围岩的整体性，减小围岩压力，保证围岩的弹性抗力，减小渗漏。5、排水设置排水，可以降低作用在衬砌上的外水压力。（三）出口段有压隧洞出口，绝大多数设有工作闸门、启闭机室、渐变段、消能设施等。四、水工隧洞的衬砌计算（一）荷载及其组合1、围岩压力也称山岩压力。指隧洞开挖后由于围岩变形或塌落而作用在衬砌上的压力。2、弹性抗力在荷载作用下，衬砌向外变形时受到围岩的抵抗，这种因围岩抵抗衬砌向外变形而作用在衬砌外壁的作用力，称为弹性抗力。3、内、外水压力4、衬砌自重5、荷载组合（1）正常运用情况。山岩压力+衬砌自重+宣泄设计洪水时的内水压力+外水压力。（2）施工、检修情况。山岩压力+衬砌自重+可能出现的最大外水压力。（3）非常运用情况。山岩压力+衬砌自重+宣泄校核洪水时的内水压力+外水压力。（二）衬砌结构计算（略）五、水工隧洞的喷锚支护喷锚支护是喷混凝土支护与锚杆支护的总称。主要类型有：喷混凝土支护、锚杆支护、喷混凝土锚杆联合支护、喷锚加钢筋网支护。第三节压力前池及调压室一、压力前池又称压力池或前池，位于动力渠道的末端，是水电站引水建筑物与水轮机压力管道的连接建筑物。（一）压力前池的作用及组成1、压力前池的作用（1）分配水流。（2）平稳水压，平衡水量。（3）拦阻污物和泥沙。（4）在电站停机时可向下游供水，满足下游用水部门的需要。（5）保护压力管道进水口在冬季不受冰凌的阻塞或损坏。2、压力前池的组成部分（1）前室及进水室（2）压力墙（3）泄水建筑物（4）冲沙、拦冰及排冰建筑物（二或）压滩力前滔池的工位置构选择墨及布球置1、位聪置选页择应力求筹做到布零置紧凑握合理、欣水流顺冤畅、运醉行灵活掌可靠、繁结构安问全经济匠。2、布置屿方式如图7.1顶7（三）柿压力前牛池各组纯成部分逝的尺寸土和构造1、前室2、进已水室3、压力鄙前池轮拣廓尺寸俗的拟定二、调寒压室（一）哥调压室糕工作原沸理当水驰轮发况电机沟组正桐常运掠行时著，如胆果负吧荷突跟然变愧化，盖或开斯机、太停机允，引尽水系绿统的困压力亦管道壮的水椅流会铲产生私非恒围定流哪现象茶，一哪般称耀为水遵锤。调压竿室是究一种捡具有恐自由阴水面最和一档定体拣积的逃井式视结构叹物，吃底部翻与压悔力引神水道拖连接敲，以涂破坏互压力醉引水劣道的俭封闭究性，父如同胁水库怖一样昏能反话射水检锤波弊，从将而减捏小水该锤压掘强。（二）各调压室石的作用欧、要求垮及设置肢调压室大的条件1、调压西室的作灶用调压室俯指在较友长的压伸力引水锁（尾水喜）道与煎压力管政道之间气修建的活，用以烧降低压扛力管道盒的水锤梢压力和颤改善机拌组运行顶条件的热水电站定建筑物翠。调压室闪的作用柳：1）反射宇水锤波胆。2）缩短再压力管妙道的长副度。3）改善旦机组在艇负荷变肌化时的拦运行条钩件及系混统供电雕质量。2、对调大压室的巴基本要砌求（1）位置喜应尽量辈靠近厂雅房，以抖缩短压已力管道朽的长度形。（2）能较炒充分地死反射压么力管道径传来的锐水锤波头。（3）调往压室兄的工变作必诸须是有稳定察的。（4）正母常运卫行时浸，水皮头损赖失要巴小。（5）工文程安乔全可悦靠，藏施工浓简单袖方便阀，造齿价经趟济合禁理。（三去）调骗压室绵的基责本类壶型1、调压施室的基戒本布置蹄方式（1）上喷游调浪压室进（引球水调纹压室鄙）。（2）下游徐调压室浩（尾水匹调压室浓）。（3）上劳下游祸双调由压室睡系统惭。（4）上游辫双调压橡室系统岁。2、调压车室的基马本结构最型式（1）简单房诚式调压抹室。火（2）阻抗岁式调压惜室。（3）双室碌式调压拴室。石（4）溢艇流式常调压胃室。（5）差旬动式贱调压弯室。文（6）气卵垫式老调压胁室。（7）综岛合式净调压竹室。（四闯）影伸响调市压室轨波动晚稳定赏的因而素1、电筐站水质头的疑影响2、引棚水系先统糙四率的窗影响3、调卡速器疫和机游组性醋能的虚影响4、电脊力系名统的坟影响（五援）调帖压室绳稳定苦断面全的推惜导（抛略）第四节错压力逃管道一、概天述（一）约压力管异道压力量管道膨是指讽从水制库、形前池恼或调是压室印向水崭轮机黑输送昂水量出的管仙道。（二圾）压派力管撒道的证类型1、钢穴管2、钢筋抓混凝土恐管3、钢衬买砌钢筋锯混凝土耐管二、零压力只管道触的布拦置和抹供水关方式（一棵）压叛力管痕道的房诚布置（1）尽假可能饥选择篮短而慨直的静路线预。（2）尽煌量选顶择良朵好的朴地质坡条件来。（3）尽量闸减少管栗道的起德伏波折肿。（4）避李开可碎能发叮生山相崩或仍滑坡案地区飘。（5）明掏钢管临的首紫部应供设事茂故闸易门。（二）种压力管丧道的供产水方式1、单答元供抓水2、集等中供粉水3、分付组供绞水三、压馋力管道踩的水力蚊计算和少经济直悼径的确诸定四、蛋钢管艘的管捕壁厚厅度五、明哀钢管的沉敷设方婚式、镇骨墩、支概墩和附庸属设备（一薪）明夕钢管乓的敷霉设方帅式有连续双式和分垃段式两魄种。（二）亲明钢管材的支墩亮和镇墩（三）橡明钢管信上的闸估、阀门种和附件六、越地下尽埋管（一店）地胞下埋牢管的甜布置璃形式地下州埋管参有竖缴井、蒙斜井滨和平锯洞三杀种。（二）伸地下埋遗管的结竖构和构赢造七、段下坝爪身管该道（一）弯坝内埋糊管（二）臂坝后背前管第五擦节侨渡槽一、朽渡槽促的作卡用及愉组成渡槽是邀渠道跨慢越河、些沟、渠肢、路或独洼地的拆明流架困空渠系僻交叉建畏筑物，匙它由进靠口连接恳段、槽新身、结突构支承毯与出口疏连接段诸组成。渡槽晋一般衬适用猛于河震、渠贺相对秩高差乞较大锐，河愧道岸凭坡较浸陡，嘴洪水田流量放较大觉的情恢况。谦它与倘倒虹枕吸管央相比薪较具滤有水概头损全失小进、便伯于管统理运赶用及龙可通染航等谎优点询，是伐渠系盾交叉首建筑路物中贡采用渴最多解的一令种型殊式。二、渡畅槽的型剂式及组非成1、渡璃槽的叹类型按槽腰身断耳面形恶式分砖为U形槽、香矩形槽颂、抛物洁线形槽迎及圆管惩槽等。按支兽承结舟构分群为梁题式渡粉槽、视拱式尽渡槽辣、桁哑架式称渡槽匹、斜手拉式吨渡槽掏、组蹈合式款渡槽棒等。2、渡槽柱的组成渡槽扯一般累由进拆口段才、出兰口段汪、槽收身及青支承用结构被等部仆分组蚕成。三、渡螺槽的总外体布置（一）梁槽址选夜择（1）应选起择在地婚形、地眠质条件躁有利的去地方。（2）跨缸越河既流的忽渡槽谋，槽煎址应贩稳定宪，水伏流顺笔直。（3）便于闯泄水闸渴等建筑阳物的布授置。（4）施吓工、桌管理境及应扰用方吹便。（二妨）进变出口杯段的渴布置（1）与渠埋道直线映连接。（2）设置少渐变段党。（3）设置岭护底与百护坡。四、渡牲槽的水走力计算看要点渡槽庸水力驶计算剑的目查的，毫是确鼓定渡惩槽过史水断尿面形先状和私尺寸寒、槽铃底纵订坡、础进出葡口高杀程，亚校核辽水头凡损失院是否斥满足膊渠系巩规划英要求冰。五、梁累式渡槽厉设计（一）丢槽身断灿面型式按选择一般锹大流心量渡酱槽，证多采提用矩明形断体面；桥中小真流量斥可采般用矩犯形，乏也可开采用U形断仔面。（二）叨梁式渡公槽一般读构造（1）分缝（2）止水（3）支座（三贩）槽乓身结执构计胃算（扩略）（四美）梁抄式渡细槽支倍承结垃构设能计1、支承斑结构的斩型式及葵尺寸（1）槽墩林式。一略般为重务力式，智包括实泳体墩和鄙空心墩套两种型京式。（2）排无架式让。一凡般为锯钢筋柏混凝惩土结乱构，策主要啦有单欢排架脚、双聚排架写、A字形排御架及组挣合式排双架等型连式。2、排垄架与窗基础汗的连犬接排架与抖基础的责连接型袋式，通铁常有固粱接和铰良接。（五）兴渡槽基筹础渡槽赶基础终，是命将渡膜槽的门全部徐重量从传给竹地基帽的底窜部结窝构。渡槽吧基础爹的类渐型较腊多，浑按照锡埋管秩深度绍可分进为浅喉基础复和深江基础规，埋姜置深薯度小况于5m时为浅闭基础，贱大于5m的为深半基础；搂按照结祝构型式稻可分为情刚性基冰础、整两体板式稳基础（辈亦称柔陈性基础申）、钻侍孔桩基物础和沉泛井基础独等。第六弹节糖倒虹咳吸管一、倒耕虹吸管痕的特点钟和使用水条件倒虹肯吸管窄属于疏渠系猜交叉醋建筑炮物，贺是指偶设置怕在渠迫道与救河流般、山鸦沟、环谷地斧、道贵路等庸相交安叉处则的压杜力管体道。疗其特仆点是挤两端质与渠楼道相蹈接，组而中母间向歇下弯殃曲。胀与渡层槽相采比，压具有税结构膊简单刺、造咱价较订低、萍施工横方便域等优晌点。订但是钻，输猾水时祖水头当损失售较大帖，运返行管房诚理不朋如渡拆槽方键便。适用误情况部：①蜘渠道傻跨越谊宽深尽河谷兔，采源用其队它方梨案困老难或唉造价制较高悦时；慎②渠肢道与核原有吃渠、鸣路相孤交，扔因高津差较留小不馆能修漂建渡避槽、阿涵洞邮时；继③修踏建填港方渠抢道，蝇影响链原有术河道制泄流象时；葬④修柴建渡劳槽，誓影响幼原有缴交通较时。二、窜倒虹怪吸管全的组暴成和球类型倒虹盾吸管含一般隙分为拼进口舞段、逃管身扮段和削出口痰段三执部分尘。倒虹挥吸管埋的类家型根鹊据管浑路埋表设情迎况及促高差闪的大东小，淹通常鹊可分朗为竖绵井式浑、斜游管式养、曲时线式内和桥胜式四猾种类推型。三、纯倒虹希吸管植的布锈置要扫求（1）管身辞长度最临短。（2）岸坡品稳定性伤好。（3）开胸挖工维程量弊少。（4）进、她出口平乘顺。（5）管理踢运用方学便。四、柳进口捎段布下置和输构造进口段界主要由猴渐变段柏、进水挽口、拦侦污栅、只闸门、盆沉沙池笼等部分昨组成。五、烛出口筛段的歇布置晒和构阳造出口段该包括出首水口、厉消力池激等，其喝布置型搞式与进或口段相斤似。六、贷管路始布置1、管轨身断爸面2、管身虎材料和痰壁厚七、状倒虹荒吸管畜的水谊力计课算第七弊节庆坝下原涵管一、概家述在土石拣坝水库靠枢纽中斜，主要袍泄水建气筑物应猎是河岸贵溢洪道船，底孔避的设计速流量一炉般不大罗。当由泄于两岸续地质条姑件或其津他原因处不宜开埋挖隧洞辅时，可毒以采用其坝下设丛涵管的弟方法来恐满足泄蔑、放水蛮的要求羊。坝下涵浮管结构复简单、动施工方棉便、造拜价较低膏，故在园小型水但库工程虫中应用渡较多。拆但其最屑大的缺夸点是：膊如设计桐施工或害运用管妥理不当帆，极易慰影响土欺石坝的猾安全。二、暑涵管顶的类故型和秘位置姿选择（一）层坝下涵统管的类夜型涵管按秀其过流择形态可朵分为无佣压涵管争、有压色涵管、否半有压倾涵管。投其管身街断面形面式有圆检形、圆抗拱直墙连形、箱舟形等。（二）距涵管的娇位置选旅择（1）地质奋条件。（2）地监形条提件。（3）运竞用要席求。（4）管线垮宜直。三、涵延管的布痰置和构咸造（一疮）涵占管的茂进口秧形式（1）分级帮斜卧管寸式。（2）斜拉膀闸门式肉。（3）塔贸式和仓井式乌进水败口。（二）慕管身布骗置与构国造（1）管找座。（2）伸葛缩缝的。（3）截伴渗环近。（三）里涵管的哲出口布竭置坝下玩涵管孤通常浪流量昼不大拔，水只头较如低，稼多采祸用底渐流式候消能铺。第八衡节俭涵洞一、竹涵洞戴的作民用和颈组成涵洞朴是指签渠道这与道遍路、挣溪沟缴、谷巡寿地等傻进行冲交叉妹时，互为了埋输送惧渠道罩水流寒或排莫泄溪引谷中显的来弄