抽水蓄能电站竖井式泄洪洞设计导则

抽水蓄能电站竖井式泄洪洞设计导则DesignGuideforshaftspillwaytunnelofPumpedstoragepowerstation征求意见稿FORMTEXT2020年2月28日2020-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX发布2020-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX实施中国电力企业联合会   发布ICS27.140P59中国电力企业联合会标准T/CECXXXX-XXXX抽水蓄能电站竖井式泄洪洞设计导则1总则1.0.1为规范抽水蓄能电站竖井泄洪洞的设计，统一设计标准和技术要求，做到安全可靠、技术先进、经济合理，制定本标准。1.0.2本标准适用于抽水蓄能电站自由溢流的竖井式泄洪洞设计，包括竖井旋流式和竖井跌流式泄洪洞两种型式。1.0.3抽水蓄能电站竖井泄洪洞设计，除应符合本标准外，尚应符合国家现行有关标准的规定。2术语和符号2.1术语2.1.1抽水蓄能电站Pumpedstoragepowerstation能向上水库抽水蓄能的水电站，一般用于电网的调峰、调频、调相及事故备用。2.1.2自由溢流Freeoverflow水流沿堰顶自由下泄，不受闸门控制的泄流方式。2.1.3竖井旋流式泄洪洞Shaftswirlspillway水流经起旋（墩）设施的引导，在进口环形堰和竖井中产生带有空腔的旋转流运动，经竖井和退水隧洞泄入下游的泄洪洞。2.1.4竖井跌流式泄洪洞Shaftdownflowspillway水流从环形堰溢流跌入竖井底部消能，再经退水隧洞泄入下游的泄洪洞。2.1.5环型溢流堰Ringoverflowweir布置在竖井井口溢流并控制泄洪洞泄量的环形堰。2.1.6起旋墩Startingpier布置于竖井旋流式泄洪洞环形溢流堰四周，引导水流产生旋流流动的墩体结构。2.1.7导流消涡墩Diversionandvortexeliminationpier布置于竖井跌流式泄洪洞环形溢流堰四周，引导水流平顺下泄并避免进口水流产生旋涡的墩体结构。2.1.8消能井Energydissipationwell位于竖井底部，通过井内水垫水体的掺混、翻滚及相互剪切以消耗水流动能的消能设施。2.1.9消力墩Stillingpier布置在竖井与退水隧洞连接段起辅助消能作用的墩。2.1.10顶压板Toppressureplate竖井旋流式泄洪洞内布置在竖井与退水隧洞连接段之间顶部，与消力墩组合构成洞内水垫塘消能型式和起引导水流作用的压板。2.1.11压坡段Slopesection竖井跌流式泄洪洞内布置置在竖井与退水隧洞连接部位顶部的收缩式压坡结构，使其下游水流脱离洞顶而保持退水隧洞为明流形态。2.1.12盲洞Blindhole与导流洞结合的竖井旋流式泄洪洞，导流洞堵头下游至竖井之间的导流洞洞段。2.1.13退水隧洞Waterreturntunnel连接竖井和下游河道（或冲沟）之间，用来泄水或退水的隧洞。2.1.14台阶消能Stepenergydissipation利用水流流经泄槽台阶时形成的水平轴游滚、碰撞和掺气等而逐步消耗、分散能量的一种沿程消能方式。2.1.15消能率Efficiencyrate消能设施损耗的能量与水流初始断面能量的比值。2.2主要符号2.2.1几何特征RL——堰顶半径；P——堰高；D——竖井直径。2.2.2水力计算参数H——环形堰堰顶水头；Q——流量；v——流速；Hd——定型设计水头；h——水深；∆H——上、下游水位落差。2.2.3水力计算系数m——环形溢流堰的流量系数Fr——弗劳德数：σ——水流空化数η——消能率n——糙率3基本规定3.0.1竖井式泄洪洞设计需根据枢纽布置收集水文、气象、地形、地质、地震、施工条件、环境与水土保持要求等资料。3.0.2抽水蓄能电站上水库根据工程条件可单独设置竖井式泄洪洞作为泄洪设施，下水库仅设置自由溢流的竖井泄洪洞时，须设置有泄放水库多余水量的放水孔或放水洞。与常规水库结合布置的抽水蓄能电站单独设置竖井式泄洪洞作为唯一泄洪设施时须进行论证。3.0.3抽水蓄能电站上、下水库布置有导流洞时，竖井式泄洪洞宜结合导流洞布置。竖井泄洪洞与导流洞结合部分除满足本标准规定外，还应满足《水电工程施工导流规范》NB/T35041的相关的要求。3.0.4竖井泄洪洞的地质勘察工作应按照《水力发电工程地质勘察规范》GB50287的相关规定执行，竖井位置应进行地质钻孔勘探。3.0.5竖井式泄洪洞的工程建筑物级别和洪水标准按《防洪标准》GB50201的有关规定执行，消能防冲的洪水标准按《溢洪道设计规范》DL/T5166的有关规定执行。3.0.6竖井式泄洪洞混凝土抗冲耐磨设计按《水工建筑物抗冲磨防空蚀混凝土技术规范》DL5207的相关规定执行。3.0.7竖井式泄洪洞布置及水力设计应通过水工模型试验验证。3.0.8竖井式泄洪洞宜进行原型放水监测工作。4布置4.1一般原则4.1.1通过水力学条件、结构受力条件等综合比较，可选择采用竖井旋流式或竖井跌流式泄洪洞型式。竖井旋流式和跌流式泄洪洞基本布置型式参见附录A。4.1.2竖井式泄洪洞的布置应根据自然条件、枢纽布置及综合利用要求等因素确定。4.1.3竖井式泄洪洞应包括环形溢流堰进水口、竖井、竖井与退水隧洞连接段、退水隧洞及出口消能防冲段等建筑物。4.1.4竖井式泄洪洞的泄量、环型溢流堰直径及竖井直径等应根据下列因素通过技术经济比较选定：1）水库枢纽特性及洪水调度；2）地形、地质条件，下游河床及两岸的抗冲刷能力；3）运用条件；4）造价及维护费用等。4.1.5竖井式泄洪洞进口应布置在稳定的地基上，并应考虑岩体结构特征和地质构造以及建库后水文地质条件的变化对建筑物的不利影响。4.1.6当下泄消能防冲标准洪水时，竖井式泄洪洞出口水流的流态及对河道的冲刷不应影响其他建筑物的安全与正常运行。4.1.7退水隧洞轴线宜采用直线布置。当需要设置弯段时，应符合《水工隧洞设计规范》DL/T5195的相关要求。4.1.8当竖井泄洪洞与导流洞结合时，应根据泄量要求，对导流建筑物的平面布置、断面体型和堵头布置等提出相应要求。4.1.9上水库竖井式泄洪洞出口水流宜汇入地质情况较好的主要冲沟。4.2进口段4.2.1应选择有利地形地质条件，尽量减少对天然山坡的开挖扰动，保证进口段岸坡施工期及运行期的稳定，对于进口段外侧边坡应进行稳定分析及必要的加固处理。4.2.2在土石坝枢纽中，当进口段位于上游坝坡或靠近坝肩时，进口段水流不应影响坝坡及坝肩稳定。4.2.3竖井跌流式及旋流式泄洪洞进水口均宜采用环形溢流堰控制泄量，环型溢流堰堰顶高程与正常蓄水位齐平。4.2.4采用竖井跌流式泄洪洞时，进口宜避免产生漩涡及回流，进口周边可设置必要的导流防涡措施，并采用合适的开挖轮廓，引导水流平顺入井。4.2.5旋流式竖井泄洪洞应在环形溢流堰前设置起旋（墩）设施，起旋墩的体型布置可按附录B规定初拟，最终应根据水工模型试验确定。4.2.6竖井式泄洪洞应根据库区漂浮物来源情况及运行管理方式等因素，对进口设置拦污设施的必要性进行论证。4.3竖井段4.3.1竖井段的布置型式宜结合地形、地质及退水隧洞布置等因素综合确定。4.3.2竖井段宜采用埋藏式，当地形条件不满足要求时，竖井段顶部可采用岸塔式。4.3.3竖井中心线应布置在退水隧洞轴线处。4.3.4竖井泄洪洞竖井内径宜与进水口环型溢流堰末端直径相同，经论证，可采用变径型式。4.3.5当泄洪洞竖井需布置掺气设施时，宜在环型溢流堰与竖井连接段设置掺气坎与通气孔。4.4竖井与退水隧洞连接段4.4.1竖井旋流式泄洪洞旋流式泄洪洞竖井与退水隧洞连接段应设置消能设施，宜采用盲洞、消力墩和顶压板构成洞内水垫塘消能方式，也可采用消能井的消能方式。4.4.2竖井跌流式泄洪洞1）竖井跌流式泄洪洞竖井与退水隧洞连接段应设置消能井，消能井截面形状可根据地质条件及水力学条件采用圆形、矩形或其他形状。消能井的深度宜取1～2D。2）竖井与退水隧洞宜以压坡段进行衔接，其顶部坡度宜取1：6~1：8，压坡段末端设置通气设施。3）当下泄流量和水流落差较小时，可对连接段退水隧洞顶部进行局部加高，不设压坡段和通气设施。4.5退水隧洞段4.5.1退水隧洞轴线宜采用直线，当流速小于15m/s时可采用曲线布置，但应符合下列要求：1）弯道宜设置在流速较小、水流平稳，底坡较缓且无变化的地段；2）弯曲半径不宜小于5倍的洞径或洞宽，转角不宜大于60°；3）弯道收尾应设置长度不小于5倍洞径或洞宽的直线段。4.5.2退水隧洞应采用无压隧洞型式，其底坡应结合水力条件和施工条件确定。4.5.3退水隧洞断面宜采用圆拱直墙式，当地质条件较差时，也可采用圆形断面或马蹄形断面。4.5.4退水隧洞段上覆岩体厚度要求按《水工隧洞设计规范》DL/T5195要求执行。4.6出口段4.6.1出口段宜避开滑坡等不利的地质条件。4.6.2当下泄水流不能直接进入河道时，应设置出水渠，当隧洞出口与河道高差较大时，出水渠宜采用台阶消能方式衔接河道。4.6.3出水渠轴线宜与下游河道中心线保持较小的夹角，下游防护措施应根据河道抗冲刷能力、运行管理要求等综合确定。5水力设计5.1一般规定5.1.1水力设计应包括以下内容：1）泄流能力计算；2）进水口水力设计；3）竖井水力设计；4）竖井与退水隧洞连接消能段水力设计；5）退水隧洞水力设计；6）出口消能防冲水力设计；7）高速水流防空蚀设计。5.1.2各项水力设计内容，均应经水工模型试验验证。5.1.3竖井式泄洪洞水力设计应满足下列要求：1）泄流能力须满足设计洪水及校核洪水下的泄量要求。2）体型边界合理，竖井及退水隧洞水流流态稳定，竖井旋流或跌流消能良好，出流与下游河床或冲沟水流衔接平顺。3）避免洞内发生空蚀。5.1.4泄洪洞沿程水头损失计算的糙率系数，可按《溢洪道设计规范》DL/T5166附录中的常用糙率建议值选取。5.2进水口5.2.1进口环形溢流堰宜采用实用堰型，堰面曲线按附录A1.1计算。5.2.1竖井旋流式泄洪洞进水口水力设计应满足以下要求：1）堰顶上游堰头可采用圆弧、椭圆或幂曲线，堰顶下游堰面宜采用椭圆曲线或幂曲线。2）环形溢流堰的堰面应尽量避免出现负压。当堰面采用幂曲线时，宜选用使堰面负压较小的堰面体型；当采用1/4椭圆型曲线时，设计洪水条件下堰面负压应小于30kPa，非常运行工况下堰面容许出现的负压值应不大于60kPa。3）堰前起旋墩宜根据运行水位设计为潜水型式，潜水起旋墩的数量、墩与堰的夹角及墩体高度，应满足产生稳定旋流及泄流能力的要求。4）起旋墩宜采用流线体型与环形堰连接，起旋墩和环形堰外缘切线的角度宜取θ≤15°，起旋墩布置按附录B1.2设计。5）起旋墩+环形溢流堰的泄流能力，根据附录B2.1计算。5.2.2竖井跌流式泄洪洞进水口水力设计应满足以下要求：1）进口环形溢流堰面曲线宜按5.2.1第1）、第2）条设计。2）当环形溢流堰P/RL<1(P为堰高,RL为堰顶半径)，或者竖井周围来流流速v>0.3m/s时，进口处易产生旋流及漩涡，应设置导流防涡措施，保证和提高泄流能力。导流防涡措施可按附录B1.3确定。3）环形溢流堰的泄流能力，应根据附录B2.2计算。5.3竖井段5.3.1竖井旋流式泄洪洞竖井段水力设计应满足以下要求：1）旋流式竖井直径应满足设计泄流量要求，应保证形成稳定的旋流空腔，避免发生呛水或壅水而降低泄流能力。2）竖井直径D可按附录B3.1计算5.3.2竖井跌流式泄洪洞竖井段水力设计应满足以下要求：1）跌流式竖井直径应满足设计泄流量要求，应保证进口为自由堰流，避免进口发生呛水或淹没流等影响泄流能力。2竖井直径D应根据附录B3.2计算。3竖井突扩掺气段应设置通气设施，通气孔（管）的风速宜小于60m/s。5.4竖井与退水隧洞连接段5.4.1竖井旋流式泄洪洞采用盲洞、消力墩及洞顶压板构成的水垫塘消能方式时，应满足：1）盲洞、消力墩及洞顶压板的组合体型，应保证形成良好的水垫塘消能效果，并使压板下游退水隧洞内为稳定的明流形态。2）消力墩体可采用三角形断面型式，墩体顶部宜采用1200顶角，避免产生负压。3）洞顶压板宜采用倒三角型式，压板及下游洞顶应设通气管（井），防止出现不稳定的负压涡。5.4.2竖井跌流式泄洪洞竖井与退水隧洞连接段水力设计应满足以下要求：1）竖井底部消能井的面积及深度应满足消能充分、水流稳定的要求，井深一般可取竖井直径的1.0~2.0倍。2）竖井与退水隧洞连接段顶部压板体型应光滑平顺，使压板下游水流脱离洞顶，应保持退水隧洞内为明流流态。3）压板后宜设置通气及补气孔，保证洞顶后有足够的通气量。当退水隧洞较短或洞顶余幅很大时，压板后可不设通气孔。5.4.3泄洪洞旋流或跌流内消能工的消能率按附录B.4中的公式计算。5.5退水隧洞段5.5.1退水隧洞应设计为无压隧洞型式，无压隧洞水面线以上的洞顶余幅，宜为断面面积的15%~25%以上。当采用圆拱直墙式断面时，水面线不宜超过直墙范围。5.5.2退水隧洞的水面线，应根据能量方程采用分段求和法或其他方法计算。5.6出口消能防冲5.6.1出口消能防冲的水力设计按《溢洪道设计规范》DL/T5166规定执行。5.6.2竖井式泄洪洞出口水流汇入其它不常过流的冲沟时，应确保不产生危害性冲刷。5.7防空蚀设计5.7.1竖井式泄洪洞的防空蚀设计应包括下列部位和区域：1）溢流堰面、竖井、竖井与退水隧洞连接段等水流边界突变处。2）消能井、消力墩、洞顶压板处。3）水流空化数较小的部位。5.7.2竖井式泄洪洞各部位的水流空化数σ应大于该处体型的初生空化数σi。水流空化数σ、初生空化数σi及是否发生空蚀的判别标准，可按《溢洪道设计规范》DL/T5166的附录计算选取及判别，初生空化数σ5.7.3对于容易发生空蚀的部位和区域，可采用以下防空蚀措施：1）选取合理的体型。2）控制水流边界壁面的局部不平整度，控制标准应按《溢洪道设计规范》DL/T5166相关规定执行。3）竖井内的水流流速超过35m/s时，应设置掺气减蚀设施；正常运行工况下竖井过流断面不宜出现负压或负压在不引起水流空化的范围，否则须修改体型或采取掺气减蚀等措施。4）采用抗蚀性能良好的材料。5.8水工模型试验技术要求5.8.1竖井泄洪洞的水工模型试验须遵循《水利水电工程水工（常规）模型试验规程》DL/T5244的规定。对于设置掺气设施的情况，还须同时遵循《水电水利工程掺气减蚀模型试验规程》DL/T5245的规定；采用减压模型研究泄洪洞空化空蚀问题时，须同时遵循《水电水利工程水流空化模型试验规程》DL/T5359的规定。5.8.2竖井泄洪洞的体型设计应通过整体水工模型试验论证，水工模型试验研究的主要内容及要求有：1）验证竖井泄洪洞的泄流能力。2）验证环形堰进口及竖井体型合理性。进口段来流须保证流态平顺稳定且不产生明显漩涡；竖井旋流泄洪洞的环形堰顶水流在起旋设施作用下能有效起旋，且竖井中央能形成稳定的空腔；竖井跌流泄洪洞环形堰应为自由堰流。3）论证竖井与退水隧洞连接段消能或消能设施体型的合理性。洞内消能设施应起到较好的消能率效果及调整流态的作用，同时避免发生空化空蚀及保证退水隧洞为平顺的明流。4）验证流速、压力及掺气减蚀等其他水力学指标。5）验证泄洪洞出口水流衔接及消能防冲效果。6）跌流式竖井泄洪洞采用突扩等掺气措施时，竖井掺气及通气设施体型尺寸应根据水工模型试验确定。7）竖井底部消能井的面积、深度等体型参数，旋流式竖井泄洪洞的消力墩+顶压板组合消能体型，均应经水工模型试验优化确定。

6结构设计6.1一般规定6.1.1竖井式泄洪洞的结构设计，应根据布置、水力设计、地基及运用条件，结合防渗、排水、止水及锚固等工程措施，在保证工程运行安全的的前提下，选用经济合理的结构形式及尺寸。6.1.2竖井式泄洪洞结构设计，应根据水工建筑物级别，采用相应的水工建筑物结构安全级别，见表6.1.3。表6.1.3水工建筑物级别与结构安全级别对照表水工建筑物级别水工建筑物的结构安全级别1Ⅰ2,3Ⅱ4,5Ⅲ6.1.3建筑物的混凝土强度等级、抗渗等级、抗冻等级及抗冲磨要求，应按照DL5057《水工混凝土结构设计规范》及DL/T5207《水工建筑物抗冲磨防空蚀混凝土技术规范》执行，寒冷地区的混凝土抗冻等级应符合《水工建筑物抗冰冻设计规范》DL5082的规定。竖井式泄洪洞竖井及连接段混凝土强度等级不宜低于C35，退水隧洞混凝土强度等级不宜低于C30。6.1.4竖井式泄洪洞的支护设计应根据围岩的地质条件、洞径、施工程序及方法，通过工程类比、结合围岩稳定与结构分析成果，选择合适的支护型式与支护参数。6.2结构计算6.2.1竖井式泄洪洞的结构设计采用《水利水电工程结构可靠性设计统一标准》GB50199的概率极限状态设计原则，按分项系数极限状态设计表达式进行结构计算，具体按照《水工建筑物荷载设计规范》DL5077、《水工混凝土结构设计规范》DL/T5057执行。6.2.2竖井段结构应分别按承载能力极限状态及正常使用极限状态进行计算和验算下列内容：1）承载能力极限状态：井壁强度、竖井及消能井洞室围岩稳定计算，结构构件局部应力验算。竖井地面以上结构，应按《水电工程水工建筑物抗震设计规范》NB35047的有关规定进行验算。2）正常使用极限状态：井壁裂缝宽度、竖井地面以上结构变形计算。6.2.3竖井结构按承载能力极限状态设计时，应考虑以下两种作用效应组合：1）基本组合—持久设计状况或短暂设计状况下，永久作用与可变作用的效应组合；2）偶然组合—偶然设计状况下，永久作用、可变作用与一种偶然作用的效应组合。6.2.4竖井结构按正常使用极限状态设计时，应考虑作用的标准组合。标准组合—持久设计状况下，永久作用、可变作用均采用标准值为作用代表值的组合。6.2.5基本组合与标准组合由下列1）~4）款的永久和可变作用产的效应组合，偶然组合应在基本组合下计入下列5）~7）款的一个偶然作用。结构自重；水库上游正常蓄水位、设计洪水位及防渗排水设施正常工作时的外水压力；围岩压力；施工工况下的灌浆压力；水库上游校核洪水位时的外水压力；地震作用；其他出现机会很少的作用。竖井结构承载能力极限状态作用的荷载组合按表6.2.4考虑。表6.2.4竖井结构极限状态设计作用组合表效应组合设计状况计算工况衬砌自重围岩压力内水压力外水压力灌浆压力地震作用基本组合持久状况正常运行工况√√√√短暂状况施工工况√√√√检修工况√√√偶然组合偶然状况校核洪水位运行工况√√√√地震工况√√√√√标准组合持久状况正常运行工况√√√√注：1应根据各种作用同时发生的概率，选择计算中最不利的组合；2地震工况下的水压力按正常蓄水位计算，有论证时可另作规定。6.2.6竖井钢筋混凝土结构可采用结构力学或弹性力学方法计算，对于地质条件、结构复杂或伸出地面高度较大的竖井结构，其结构内力及变形宜采用有限元法进行分析计算。6.2.7当竖井周围地质条件较差，且周围存在明显的不对称土荷载或围岩压力时，宜按偏压荷载进行结构计算与稳定分析，并采取相应的结构措施。6.2.8进水口底板及沿岩石开挖边坡衬护而成的贴坡式边墙等，可按弹性地基上的板或梁进行内力计算，根据《水工混凝土结构设计规范》DL/T5057并参照类似工程经验配筋。6.2.9退水隧洞的结构及配筋计算参照《水工隧洞设计规范》DL/T5195执行。6.3进口段衬护6.3.1进口外侧底板高程应低于堰顶高程不小于1m~2m。6.3.2进口段外侧底板可采用现浇混凝土护面，厚度可采用0.5m左右，当地质条件较好时，可不进行衬护。6.3.3进口段外侧底板结构分缝可采用平缝，有防渗要求时，缝中应设止水；底板衬砌与环型溢流堰间应设置结构缝。6.3.4进口外侧边坡应根据地形地质条件、地下水位及水库运行等因素进行设计，按照《水电水利工程边坡设计规范》DL/T5353进行稳定分析，对严寒地区应按《水工建筑物抗冰冻设计规范》DL/T5082考虑水库冻融作用的影响。6.4环形溢流堰6.4.1环形溢流堰的结构型式应采用整体式，环向不设结构缝。6.4.2环型溢流堰堰口直径与竖井内径之比小于2时，溢流堰外侧边壁可采用直立式结构；当环型溢流堰堰口直径与竖井内径之比大于2时，溢流堰外侧边壁可采用倒悬式结构。6.4.3起旋墩采用与环型溢流堰分离的结构；导流消涡墩宜用与环型溢流堰整浇的结构。6.5竖井段6.5.1竖井应采用钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度不宜小于1m，衬砌配筋应采用双层配筋。6.5.2当考虑地震设防，且竖井周边地质条件较差或竖井伸出地面高度较大时，应进行抗震计算，且需采取加强其整体性和刚度等抗震措施。6.5.3作用在竖井衬砌上的最大外水压力，宜采用水库运行的最高水位，一般不考虑折减。6.5.4竖井段水平施工缝应设键槽和止水。6.5.5竖井与围岩的相互连接应设置锚筋，并将锚筋与竖井衬砌中的内侧钢筋焊接。6.6竖井与退水隧洞连接段6.6.1竖井与退水隧洞连接段受力条件复杂，其结构设计中应考虑水流脉动荷载的振动作用，宜采用有限元法或边值法计算。在地质条件较差的情况下宜对其进行动力分析验算。6.6.2消能井深度在保证消能效率的同时，宜深入弱风化及以下岩石3m～5m。6.6.3消能井断面面积不应小于竖井断面面积，其底板厚度不宜小于2m，衬砌厚度宜取1m~2m，具体衬砌厚度依据水力条件、围岩地质参数及结构条件经计算后确定。6.6.4消能墩和顶压板与混凝土衬砌应可靠连接。6.6.5竖井与退水隧洞连接处上、下洞口宜设置圆形倒角，倒角半径可取1.5m～2m。6.6.6连接段宜设置锚筋，并将锚筋与连接段衬砌中的内侧钢筋焊接。6.7退水隧洞6.7.1退水隧洞的结构及配筋计算按照《水工隧洞设计规范》DL/T5195要求执行。6.7.2退水隧洞宜采用圆拱直墙式断面，圆拱中心角90°～180°，当地质条件较差时或洞轴线与岩层夹角较小时，也可采用圆形或马蹄形断面。6.7.3地质条件较差时，帷幕前退水隧洞外水压力应采用水库运行水位计算，一般不考虑折减系数。6.8出口段6.8.1设置有台阶消能段时，根据地形地质条件，可采用分离式结构或整体式结构。6.8.2应根据出口段地质条件结合水工模型试验成果，在出口段设置必要的海漫消能措施和防掏墙等下游河岸防护设施。6.9灌浆和防渗6.9.1竖井段、连接段及帷幕前的退水隧洞段的围岩应进行固结灌浆处理，帷幕后的退水隧洞段可根据地质条件研究确定。固结灌浆的参数，可按工程类比或现场试验确定。6.9.2连接段、退水隧洞段衬砌顶拱与围岩之间应进行回填灌浆，回填灌浆压力可采用0.2~0.3Mpa。6.9.3退水隧洞与防渗帷幕立面相交处，应设置固结灌浆加强段与防渗帷幕可靠搭接。

7监测设计7.1一般规定7.1.1泄洪建筑物应根据其级别、水头、泄量、结构型式及地质条件，设置必要的监测项目。7.1.2监测设计布置遵循以下原则：1）以监测结构的安全状态为主，验证设计和科学研究为辅。2）监测测点宜设置在地质和结构复杂的特殊部位，水力学专项监测应结合水工模型试验确定部位。3）监测项目宜少而精，能全面反映建筑物运行工况的基础上，有针对性的突出重点，做到各监测项目相互协调和资料分析相互验证。4）数据采集宜采用自动化系统，符合精度要求，方便、直观，各监测数据能相互对比、校核。7.2监测项目7.2.1原型监测包括安全监测和水力学专项监测。7.2.2安全监测项目应根据建筑物级别、水头、泄量、结构型式及地质条件，选设围岩变形、锚杆应力、钢筋应力等监测。7.2.3水力学专项监测包括水位、流态、流速、压力、消能、空化空蚀、通气及掺气、振动等监测。水力学监测设计应符合《水利水电工程水力学原型观测规范》SL616的有关规定。7.2.4导流洞封堵体，宜进行接缝位移和渗透压力等监测。

附录A竖井式泄洪洞基本型式及附图A．1自由溢流的竖井泄洪洞主要分为竖井跌流和旋流式泄洪洞两种型式。A．2竖井旋流式泄洪洞基本型式及附图竖井旋流式泄洪洞一般由起旋墩+环形溢流堰进口段、旋流竖井段、盲洞+消力墩+洞顶压板的水垫塘消能段、退水隧洞段及出口段组成（见图A.2-1）。图A.2-1竖井旋流式泄洪洞的基本布置型式A．3竖井跌流式泄洪洞基本型式及附图竖井跌流式泄洪洞一般由井口导流防涡设施、环形溢流堰、跌流竖井段、消能井段、退水隧洞段及出口段组成（见图A.3-1）。图A.3-1竖井跌流式泄洪洞的基本布置型式

附录B水力设计计算方法及公式B．1环形堰面曲线B.1.1竖井旋流式泄洪洞堰面曲线（1）环形堰顶下游曲线采用椭圆曲线（参见图例B.1.1-1）时，即按下式计算：x2a2式中：a——椭圆曲线长半轴，可取a=(2.2~2.5)b；b——椭圆曲线短半轴，可取b=x、y——堰面曲线纵、横坐标。图B.1.1-1旋流竖井泄洪洞进口堰面及起旋墩（2）环形堰顶下游堰面采用幂曲线（图B.1.1-2）时，宜采用加大堰口半径RL'的方法形成堰面负压较小的堰面体型，其值可由图B.1.1-3按H0/RL查取RL图例B.1.1-2环形实用堰幂曲线图B.1.1-3RL'/RL与H表B.1.1环形实用堰堰面曲线方程堰顶上游曲线堰顶下游曲线方程限界值方程限界值2.00.2-0.2370.1035-0.1903.200.3-0.2090.0893-0.1662.250.4-0.1740.0764-0.1451.453.00.2-0.2190.0972-0.1553.500.3-0.1890.0817-0.142.150.4-0.1560.0655-0.121.350.150.2-0.1920.0724-0.1603.450.3-0.1640.0627-0.1252.150.4-0.1320.504-0.1051.35B.1.2竖井旋流式泄洪洞进口起旋墩设计1、起旋墩墩体数量不宜过多或过少，以6~8个为宜；2、墩体沿环形堰对称布置，墩体形状宜采用流线型。图例B.1.2-1竖井泄洪洞进口起旋墩（桐城抽水蓄能电站上水库）B.1.3跌流竖井泄洪洞进口的导流防涡型式井口的导流防涡型式，可参考图例B.1.3-1和图例B.1.3-2.图例B.1.3-1井口导流防涡型式（水工设计手册）图例B.1.3-2琼中抽水蓄能电站上水库竖井泄洪洞进口导流墩B．2泄流能力计算公式B.2.1竖井旋流式泄洪洞中，起旋墩+环形实用堰的泄流能力按下列公式计算：Q=m2πRL2g式中：Q——流量，m3/s；RL——堰口半径，m;H——环形堰堰顶水头，m;g——重力加速度，m/s2；m——环形溢流堰流量系数，对于起旋墩+环形溢流堰面采用椭圆曲线的型式，，流量系数可按下式计算：m=0.19+0.035(H/RL上式的适用条件范围为：0.22≤H/RL≤0.7，当泄洪洞设计流量较大时，B.2.2跌流式竖井泄洪洞的环形实用堰采用幂曲线时，其泄流能力同样按公式（B.2.1-1）计算，环形堰的流量系数m则按下式推求：m=mdσ式中：mdmd=0.507−σl——考虑井口开挖轮廓影响的系数，可由图Bσp——考虑堰高影响的系数，可由图BkH——考虑堰上水头Hi≠σn——考虑进口防涡设施影响的系数，可按表B.2.1查取。图B.2.1-1环形实用堰流量系数的几种修正系数表B.2.1考虑防涡设施影响的系数B.2.3跌流式竖井泄洪洞的环形实用堰采用椭圆曲线时，其泄流能力按公式（B.2.1-1）计算，环形堰的流量系数m可按下式计算：m=0.56（H/RL）上式的适用条件范围为：0.15≤H/B.3竖井直径计算B3.1竖井旋流式泄洪洞的竖井直径，可按下列公式估算：D=Qm2g式中：D——竖井直径，m;Qm——最大设计流量，m3/s;g——重力加速度，m/s2。B.3.2竖井跌流式泄洪洞的竖井直径，可参考式（B.3.1-1）估算，也可按以下方法计算喉管处的最小竖井直径：对于环形实用堰，堰顶处断面（图B.3.2-1）平均流速可按下式计算：vR=Q堰下水舌中心点轨迹方程为：y=gx2水舌自由表面交汇处的水流流速：vyn=v竖井喉管处的最小直径d0可按下式估算：d0=4Q图B.3.2-1环形实用堰溢流水舌轨迹示意图B．4泄洪洞消能率计算公式：η=1−(ℎ+V2式中：η——消能率；∆H——上游水位与退水隧洞水流平顺段或出口处的水位落差；h——退水隧洞水流平顺段或出口处水深；v——退水隧洞水流平顺段或出口断面的平均流速；g——重力加速度。B．5退水隧洞水面线计算公式退水隧洞水面线应根据能量方程，采用分段求和法进行求解，可参考《溢洪道设计规范》附录中的泄槽水力计算公式进行计算：B．6高速水流防空蚀设计泄洪洞水流空化数σ、可能发生空化水流的边壁表面应进行不平整度控制的标准、若干体型的初生空化数可参考《溢洪道设计规范》附录计算或选取。B．7水力计算中常用的糙率n值，参考《溢洪道设计规范》附录中的常用糙率建议值选取。

本导则用词说明1为便于在执行本规范条文时区别对待，对要求严格程度不同的用词说明如下：1）表示很严格，非这样做不可的用词：正面词采用“必须”，反面词采用“严禁”；2）表示严格，在正常情况均应这样做的用词：正面词采用“应”，反面词采用“不应”或“不得”；3）表示允许稍有选择，在条件许可时首先应这样做的用词：正面词采用“宜”，反面词采用“不宜”；表示有选择，在一定条件下可以这样做的用词，采用“可”。2条文中指明应按其他有关标准执行的写法为：“应符合……的规定”或“应按……执行”。

引用标准名录《水利水电工程结构可靠性设计统一标准》GB50199《防洪标准》GB50201《水力发电工程地质勘察规范》GB50287《水电工程水工建筑物抗震设计规范》NB35047《水工混凝土结构设计规范》DL/T5057《水工建筑物荷载设计规范》DL5077《水工建筑物抗冰冻设计规范》DL/T5082《溢洪道设计规范》DL/T5166《水工隧洞设计规范》DL/T5195《水工建筑物抗冲磨防空蚀混凝土技术规范》DL5207《水利水电工程水工（常规）模型试验规程》DL/T5244《水电水利工程掺气减蚀模型试验规程》DL/T5245《水电水利工程边坡设计规范》DL/T5353《水电水利工程水流空化模型试验规程》DL/T5359《水电工程施工导流规范》NB/T35041《水利水电工程水力学原型观测规范》SL616

中国电力企业联合会标准抽水蓄能电站竖井式泄洪洞设计导则T/CECXXXX-201X条文说明目录TOC\o"1-1"\h\u1总则 303基本规定 314布置 325水力设计 356结构设计 427监测设计 44

1总则1.0.2抽水蓄能电站集雨面积小，泄洪建筑物一般泄量小，由于有上下两个水库调节，泄洪建筑物一般运行几率也较小，自由溢流的竖井式泄洪洞较为适用，已有较多应用，见表1.0.2。自由溢流的竖井式泄洪洞依据竖井内的水流流态分为竖井旋流式和竖井跌流式泄洪洞两种型式。两种型式的泄洪洞在井口布置和消能方式上有所不同。当竖井高度超过100m时，竖井内水流流速较高，容易引起流激振动和空化空蚀问题，应对水力学及结构设计等进行专门研究。表1.0.2自由溢流的竖井式泄洪洞应用情况序号名称型式泄量（m3/s）竖井高度(m)1广东清远抽水蓄能电站上水库自由溢流竖井旋流泄洪洞14.8372广东清远抽水蓄能电站下水库自由溢流竖井旋流泄洪洞534.2583海南琼中抽水蓄能电站上水库自由溢流竖井跌流泄洪洞70244广东梅州抽水蓄能电站上水库自由溢流竖井跌流泄洪洞60625湖南平江抽水蓄能电站上水库自由溢流竖井跌流泄洪洞95726安徽桐城抽水蓄能电站下水库自由溢流竖井旋流泄洪洞451.4613基本规定3.0.2抽水蓄能电站上下两个水库，正常运行时只允许存有一个水库有效库容的水量，多余来水需及时排走，故下水库仅设置自由溢流的竖井泄洪洞时，必须设置泄放水库多余水量的放水孔或放水洞。与常规水库结合布置的抽水蓄能电站，其水库有可能有较大的集雨面积，洪峰流量较大，考虑到竖井泄洪洞因竖井直径限制而仅有较小的超泄能力，遇超标准洪水泄洪时存在安全隐患，故单独设置竖井式泄洪洞作为唯一泄洪设施时必须进行论证。3.0.7竖井式泄洪洞竖井段及其与退水隧洞的连接段水力条件复杂，本标准提出了水力设计的方法，但其最终布置及水力设计应通过水工模型试验验证。3.0.8竖井式泄洪洞运行经验少，故提出本条要求。4布置4.1一般原则4.1.1竖井旋流式泄洪洞在旋流的离心力作用下能增大堰面及竖井壁面压力，有利于防止竖井发生空化空蚀；通过水流的旋转摩擦及空气掺混作用，还能保证较高的消能率；但竖井旋流洞进口起旋结构相对复杂，与导流洞结合时，其洞内消力墩、顶压板等结构只能在导流洞下闸蓄水时才能施工；由于水流离心力的作用，旋流式竖井对围岩地质条件要求较高。竖井跌流式泄洪洞进口结构较简单，跌流式竖井对竖井处围岩地质条件要求相对较低，但受到消能水流的紊动作用，消能井受力条件较差，竖井底部3~5m应位于弱风化及以下岩层；与导流洞结合时，竖井跌流式泄洪洞需提前施工消能井。由于消能井内流态复杂，结构受力条件较差，对于低水头的工程比较适用，对于100m水头以上的工程采用竖井跌流式泄洪洞时应经专门论证。两种型式各有优缺点，故宜通过水力学条件、结构受力条件综合比较选择。4.1.2在峡谷中筑坝而岸坡较陡的情况下，或导流隧洞可以改建为退水隧洞的一部分时，采用竖井式泄洪洞较为有利。在纯抽水蓄能电站中，上水库集雨面积通常较小，下泄流量不大，竖井式泄洪洞比较适用。当不能采用坝身泄洪且两岸无有利垭口布置溢洪道时，采用开敞式溢洪道往往需大面积的土石方明挖，采用与导流洞相结合的竖井式泄洪洞不仅可避免大面积的土石方明挖对生态环境的不利影响，还可减少工程造价。4.1.4此条主要是确定合适的泄量、溢流堰及竖井直径，即确定竖井式泄洪洞规模，是一个涉及多方面因素的综合技术经济比较问题。针对某一特定工程，其洪水标准及入库流量是一定的，竖井式泄洪洞的泄流能力不仅关系到工程投资的变化，也与周边的生态环境息息相关，故需对拟定的泄量方案进行综合技术经济比较，以确定合适的泄流能力。根据国内目前采用竖井式泄洪洞的已建或在建土石坝工程资料，在设计和校核情况下，分别按最大下泄流量与相应的入库流量之比进行统计，以分析在大多数情况下的泄量范围，详见表4.1.4。表4.1.4国内部分工程最大泄量与入库流量比值统计项目设计校核备注入库流量（m³/s）下泄

（m³/s）比率入库流量（m³/s）下泄

（m³/s）比率琼中18642.850.2325070.380.28抽水蓄能电站梅州195400.21251600.24平江110700.64148950.64绩溪232880.383261270.39金平1731430.832572040.79常规电站桃源191165.20.863012570.85从以上成果可见，在抽水蓄能电站中，下泄流量与入库流量之比约为0.2~0.7。竖井式泄洪洞的泄流能力要通过经济分析和具体设计才能确定，以上资料可供设计时参考。4.1.5竖井式泄洪洞进口地基与边坡应保持稳定，否则应采用工程处理措施。由于岩层的产状、地下水压力等均对建筑物与边坡的稳定有较大的影响，因此，竖井式泄洪洞的进口地基与边坡还应结合岩层的产状及水文地质条件综合分析稳定性，以保证工程安全。4.1.8当竖井泄洪洞与导流洞结合时，导流洞堵头位置不同，会影响竖井底部流态，故提出本条要求。4.1.9针对上水库竖井式泄洪洞位置选择余地较大的特点，提出本条要求。4.2进口段4.2.4对于竖井跌流式泄洪洞，当其进口有严重的水流旋涡时，可使泄流量降低60%~75%，故应使进口周围有合适的开挖轮廓，并设置必要的导流防涡措施，引导水流平顺入井，保证和提高泄流能力。根据不同的地形情况，井口开挖轮廓及导流防涡措施可参照《水工设计手册》第二版第7卷相关部分进行设计。4.2.5起旋墩是形成竖井旋流的关键设施，且墩体与环形堰为小角度切向衔接型式，其体型布置对起旋效果及泄流能力的影响很大，故本条强调须根据水工模型试验来确定。4.2.6较大的漂浮物对竖井式泄洪洞的安全运行有影响，故提出本条要求。4.3竖井段4.3.2泄洪时竖井段结构受力复杂，故宜采用埋藏式，当地形地质条件不满足要求时，竖井段顶部可采用岸塔式，但外露高度不宜过大。4.3.5当泄洪洞竖井流速高于35m/s或水流空化数小于0.3时，应在竖井段设置掺气设施，位置宜选取在环型溢流堰与竖井连接段部位。旋流式竖井井壁在旋流作用下一般为正压，可不设置掺气设施。根据国内已建或在建跌流式竖井泄洪洞工程资料，抽蓄电站多数跌流式竖井中未设置通气设施，而常规水电站工程如金平电站、桃源水库及大石门电站跌流式竖井泄洪洞竖井中均布置了环型掺气设施，详见表4.3.5。表4.3.5国内已建或在建跌流式竖井泄洪洞竖井掺气设施布置情况序号工程名称最大泄量（m³/s）竖井内径（m）竖井掺气设施1琼中743.8无2梅州604无3平江92.24无4绩溪1275无5桃源水库2577环型掺气坎6金平水电站2026.5环型掺气坎4.4竖井与退水隧洞连接段4.4.1旋流式泄洪洞依靠水流旋转摩擦损失消煞一部分水流能量后，还需要在竖井与退水隧洞连接段进一步消能。已建的清远抽水蓄能电站下库竖井旋流泄洪洞及正在建设的桐城抽水蓄能电站，均采用了盲洞、消力墩和顶压板构成洞内水垫塘消能方式。沙牌水电站的旋流泄洪洞采用竖井底部设置消能井的方式。5水力设计5.1一般规定5.1.1本条规定了竖井式泄洪洞水力设计的主要内容，附录B给出了相应的计算方法、公式及图表。5.1.2鉴于竖井式泄洪洞的水力条件及洞内消能较为复杂，当前水力学计算方法尚不能对一些复杂问题给出准确的解答，因此本条对竖井式泄洪洞进行水工模型试验研究的必要性进行了规定。5.1.3本条一方面强调竖井式泄洪洞必须满足设计及校核工况下泄流能力的要求，另一方面强调水力设计要保证洞内消能效果良好，满足工程防洪和消能防冲的要求。5.1.4水头损失计算精确度的关键是正确选用洞壁糙率系数n值及各项局部阻力系数。参照《溢洪道设计规范》DL/T5166附录选取糙率n值时，当计算退水隧洞水面线以确定边墙高度时取大值；当计算水流能量、流速等水力要素时取小值。5.2进水口5.2.1对于竖井旋流或跌流泄洪洞，进口环形堰顶下游堰面均宜采用椭圆曲线或幂曲线。在已建的清远抽水蓄能电站竖井旋流泄洪（见图5.2.1）及梅州、平江及琼中抽水蓄能电站的竖井跌流泄洪洞（见图5.2.2）中，为方便堰顶与垂直竖井进行900转弯衔接，环形堰面均采用了1/4椭圆曲线。大石门水电站竖井溢洪道（泄洪洞）进口堰面设计为WES幂曲线（见图5.2.2），堰面下游末端采用了突扩掺气方式与竖井连接。图5.2.1清远抽水蓄能电站上库竖井旋流泄洪洞进口环形堰面及起旋墩竖井旋流式泄洪洞须在自由溢流式环形堰进口布置起旋墩，在起旋墩导流作用下形成竖井旋流。在清远抽水蓄能电站上、下库竖井旋流泄洪洞进口设计中，提出了结构相对简单、尺寸较小潜水起旋墩型式，保证低水位时在进口形成有效的旋转流，在高水位时不仅形成强力旋转流并保证较大的泄流能力。这种潜水起旋墩的流动机制为：当堰上水深较浅时水流沿着墩壁进入竖井，产生竖井旋转流运动；当水深超过墩顶时，在惯性力的作用下水流自动调节入流角而加大泄量，在底层旋转流的拖曳作用下同步旋转。从潜水起旋墩的起旋机制来看，起旋墩的数量越多、墩与堰的衔接夹角越小，水流的旋转力度就越大，进口起旋效果越强及更利于消除竖井负压，但泄流能力会随之降低。因此起旋墩数量n及墩与堰的夹角θ应综合考虑旋流效果及泄流能力确定，保证低水位时在进口能形成有效的旋转流，在高水位时不仅形成强力旋转流并保证较大的泄流能力。在清远抽水蓄能电站上、下库竖井旋流泄洪洞潜水起旋墩+环形堰设计中，经模型试验研究采用了沿环形堰周对称布置6~8组流线型起旋墩（见附录图B.1.2-1）的方式，起旋墩和环形堰外缘切线的角度取为10o。对于起旋墩+环形堰的泄流能力，影响其流量系数m的主要因素是起旋墩的数量n，墩与堰的夹角θ，堰顶相对水头H/RL、相对起旋墩高h/H和堰断面曲线形式，以及相对堰高P/H，相对起旋墩长度L/H和宽度W/H等参数（见附录图B.1.1-1）。在附录B2.1给出的起旋墩+环形堰泄流能力计算公式中，其流量系数m是中国水利水电科学研究院的董兴林等根据清远抽水蓄能电站上、下库旋流泄洪洞环形堰的试验资料（水利学报，2011年第1期），再参考传统的喇叭形堰有、无分流墩的流量系数资料提出的经验计算式。由于流量系数不太精确，水力设计中应结合模型试验充分验证。当模型试验中实测流量低于设计流量时，可以通过调整潜水墩的高度来满足设计流量的要求。调整原则为实测流量偏小就略降低墩高，反之实测流量偏大可以略增加墩高。5.2.2竖井跌流式泄洪洞1.竖井跌流泄洪洞进口环形堰面曲线型式设计与竖井旋流泄洪洞基本一致，故按5.2.1条要求进行设计即可。琼中抽水蓄能电站竖井跌流式泄洪洞进口环形堰面采用的椭圆曲线型式见图5.2.2（a），大石门水电站竖井跌流式溢洪道（泄洪洞）进口堰面采用的WES幂曲线型式见图5.2.2(b)。（a）琼中抽水蓄能电站（b）大石门水电站图5.2.2典型已建竖井跌流式泄洪洞进口环形堰面曲线2.在相同的设计水头之下，椭圆型环形溢流堰的体型较实用堰偏瘦，堰面易出现负压。负压随着堰顶水头的增加而增大，随着b/a值的增大而减小(a为铅锤半轴，b为水平半轴)。在保证泄流能力满足要求的情况下，为改善堰面压力分布，堰顶曲线中的b/a尽可能选择较大值。已建或在建部分抽蓄工程竖井跌流泄洪洞模型试验研究得到堰面负压情况如下：（1）梅州抽水蓄能电站：环形堰顶上游曲线采用半径为0.5m的圆弧，堰顶下游曲线为1/4椭圆曲线，椭圆方程为x2/22+y2/102=1，堰顶半径3.5m。堰顶在各个设计洪水频率之下都为自由堰流，堰顶有负压出现，但负压值不大，最大的负压为-4.86kPa。（2）平江抽水蓄能电站：环形溢流堰为1/4椭圆形堰，堰顶高程1062.00m，堰顶上游为圆弧，堰顶下游曲线方程x2/9+y2/36=1，堰顶半径5m，溢流堰外缘半径6m。堰顶在各个设计洪水频率之下均能够保持为自由堰流，堰顶有负压出现，最大负压为-6.51kPa。（3）琼中抽水蓄能电站：溢流堰采用无闸控制环形实用堰，环形堰顶曲线采用1/4椭圆曲线，椭圆方程为x2/12+y2/2.22=1。环形堰直径5.8m，堰顶高程567.00m，与正常蓄水位齐平。在堰顶增加了导流设施以稳定堰顶流态，实施方案堰顶也有负压出现，但量值较小。3.堰高P对环形溢流堰堰顶的流态和泄流能力有较大的影响，当环形溢流堰堰高较小，由于行近流速较大，水流容易在堰顶处形成环流，进而影响环形溢流堰的泄流能力。表5.2.2为三个工程进口环形堰体型参数以及水力学模型试验参数。表5.2.2各工程堰顶参数及水力学参数表工程堰高P堰顶半径RsP/Rs堰顶流速v堰顶流态梅州抽水蓄能93.52.570.12无旋流琼中抽水蓄能2.52.90.860.72堰顶有旋流平江抽水蓄能192.57.60.19无旋流当环形溢流堰堰顶有环流形成时，需要在堰顶增设导流墩，以此来稳定堰顶流态，导流墩宜径向布置于堰顶曲线外侧，不宜布置于堰面上。为稳定水流流态，减小墩后水翅以及节省工程量，导流墩可以采取不等高间隔布置等方式（见附录B1.3），具体可采用水工模型试验确定。5.3竖井段5.3.1本条强调旋流式泄洪洞的竖井直径尺寸必须满足设计流量下形成稳定旋流的要求，附录B中竖井直径估算公式（B.3.1-1）已得到沙牌、瓦屋山、溪洛渡、小湾和清远等旋流洞模型试验的验证。竖井的泄流能力由其最小空腔（喉部）断面控制，原苏联MC实验室对连接螺旋涡室下部的竖井尺寸进行研究，得出关系式：D=2式中：FrvQ——流量。根据试验结果，考虑旋流空腔半径ra与竖井半径R之比为0.4时涡井不发生呛水现象，得到附录B中给出的竖井直径估算公式B（3.1-1）；1984年JainSC在文献（JournalofHydraulicEngineering）中也针对引水道与竖井切线连接的旋流竖井，根据相对最小空腔半径ra/R=0.5，给出了相同的计算公式。美国IOWA大学采用不同的研究方法也获得同样的计算公式（水力发电学报，1995年第3期）。5.3.2跌流式泄洪洞的竖井直径尺寸同样须满足设计流量的过流要求。因此从不影响泄洪洞泄流能力角度出发，进口宜控制为自由堰流条件，竖井直径大小则应至少满足避免进口不发生呛水或淹没流的条件。在梅州、平江及琼中抽水蓄能电站的竖井跌流泄洪洞中，在适当增大竖井直径条件下，模型试验表明竖井内还能形成有稳定中空通气腔及大量掺气的跌流形态。对于等直径竖井或渐缩式竖井，均需估算竖井喉部控制断面的（最小）直径。附录B3.2给出了两种估算方式，一种是参考旋流式泄洪洞竖井直径计算公式式（B.3.1-1）进行估算；另一种是从堰流水力学原理，根据堰流水舌轨迹方程计算自由水面交汇位置，再根据水流能量方程确定竖井控制断面的流速，进而根据泄洪洞设计流量就可以估算竖井的过流面积及直径。对于采用突扩方式形成脱壁跌流的竖井，竖井喉部控制断面的直径同样可采用该方法估算，突扩尺寸及相关通气要求则需通过模型试验论证。5.4竖井与退水隧洞连接段5.4.1清远抽水蓄能电站下库竖井旋流泄洪洞设计及模型试验中，提出了盲洞、消力墩及洞顶压板组成的洞内水垫塘消能方式（见图5.4.1），模型试验实测及计算的洞内消能率达80%，工程建成后的实际过流运行情况良好。由于这种盲洞+消力墩及洞顶压板形成水垫塘的消能方式及机理复杂，其体型组合在保证形成良好消能效果同时，还应避免在消力墩、洞顶压板等部位产生负压及发生空化空蚀问题，因此消力墩及洞顶压板的具体体型应通过水工模型试验充分论证和确定。图5.4.1清远抽蓄电站下库竖井旋流泄洪洞盲洞+消力墩+洞顶压板的水垫塘消能布置5.4.2《水工设计手册》中指出竖井式泄洪洞底部消能井深度应根据模型试验确定，设计估算时可取竖井直径的1.0~1.2倍。从消力井的水力特性来看，在一定的范围内随着消力井深度的增加，消能效率会提高，但当消力井深度达到一定量值后，消力井的消能效率将基本上为一个定值，在这种情况下，加大消力井深度，只能导致工程投资的增加，无助于提高竖井式泄洪洞的消能效率。几个典型竖井跌流泄洪洞消能井模型试验研究如表5.4.2所示：

表5.4.2典型竖井跌流泄洪洞工程消能井深度工程堰顶至消能井底板高差m竖井直径Dm消能井井深hmh/D梅州抽水蓄能504.05.751.44琼中抽水蓄能193.871.84大石门水电站49.5551.00金平水电站906.510.981.69桃源水库657121.71消能井的井深的合理选定，除了考虑消能效果（消能率）外，还需要考虑足够的水垫深度，防止消能井底部承受较大的水舌冲击压力及脉动荷载。因此几个工程中消能井的最终设计深度达到了1.5~2.1D范围，详见图5.4.2：（1）我国大石门水电站竖井溢洪道（泄洪洞）模型试验表明，消能井井深取1.0D（竖井直径）时已满足消能要求，为有利于防止初始运行过程中消力井内水垫深度有限时出现跌落水流对消力池底部冲击的问题，最终采用了1.5D的消力井井深方案。（2）海南琼中抽水蓄能电站跌流式竖井泄洪洞消能井井深取为1.8D，梅州抽水蓄能电站竖井泄洪洞消能井的井深约为2.1D。（a）梅州抽蓄电站(b)海南琼中抽蓄电站图5.4.2典型抽蓄电站跌流式竖井泄洪洞的消能井布置5.5退水隧洞段5.5.1压板段末宜设置通气孔，保证洞顶后有足够的通气量和适当的（明流）气压。几个典型工程的通气孔设置如表5.5.1所示。表5.5.1典型竖井跌流泄洪洞工程压坡段通气孔体型工程最大泄量m3/s通气孔形状尺寸梅州抽水蓄能60圆形D=0.8m金平水电站202圆形D=2.0m/1.0m(上部/下部)平江抽水蓄能93圆形D=0.7m5.5.2退水（无压）隧洞中水流属于明渠非均匀流，水面线计算时，需首先判断水面线类型，再按分段求和法计算，可参考《溢洪道设计规范》DL/T5166附录中的泄槽水力计算公式进行计算。5.7防空蚀设计5.7.2根据水工建筑物的运行经验，空蚀破坏一般都在流速大于15m/s时发生。因此，为避免发生空蚀，对于流速大于15m/s的过水建筑物，如进口、消力墩等水流边界突变部位，宜慎重