计算说明书

龙潭嘴施工组织设计计算说明书第一章导流的水力计算一导流标准根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）和《防洪标准》（GB50201-94）和《小型水力发电站设计规范》GB50071-2002的规定：龙潭嘴水库总库容大于0.1亿m3，属Ⅲ等中型工程，水工建筑物为3级。

按《水利水电工程组织设计规范》（SL303-2004）(以下简称《规范》)规定，相应的施工导流建筑物为Ⅳ级建筑物。

综合分析龙潭嘴的地形地质以及水文等资料，本工程采用全段围堰隧洞导流、围堰过水的方案。

由于本河流水文实测资料系列较长，并且根据《规范》，导流建筑物洪水标准采用所要求洪水重现期上限值，即10年洪水重现期。

因此导流建筑物的设计洪水标准确定为10年重现期洪水，相应流量为1203m3/s，导流标准为10年重现期的分期分月施工洪水，即826m³/s(原水文资料为413m³/s，经导师修改为826m³/s）。

二导流建筑物的设计隧洞断面尺寸，取决于通过流量的大小。

在流量一定的情况下，隧洞经济断面的选择，需拟定几个隧洞尺寸，计算相应的围堰高度，并计算不同断面尺寸的隧洞与围堰的工程量造价。

两者相加，总造价最小的断面尺寸即为经济断面。

但由于隧洞开挖及衬砌单价高，围堰的单价低，比较的结果往往是小隧洞配高围堰最经济。

因此隧洞尺寸的选择不能单从经济上分析。

经济合理的隧洞断面尺寸应体现以下的方面：①尽量发挥隧洞效益的同时，务使围堰能在一个枯水期内建成，并保证围堰的安全及技术上的可靠性；②洞内流速不能超过允许抗冲流速；③满足通航、放木等综合利用的要求；④施工方便；⑤满足中后期施工度汛要求。

隧洞经济断面分析，虽不能作为断面尺寸的唯一的依据，但从总的趋势来看，在围堰高度允许的情况下，尽量减少隧洞断面是经济的。

（1）隧洞的设计本工程采用的是双隧洞导流方式，在水力计算中，导流隧洞中水流为有压流，其泄流能力由《水利水电工程施工组织设计手册1-施工规划》中的式（6-1-2）计算：)h -2g(T μωQ p 0= （6-1-2） 式中 µ——流量系数，见式（6-1-3）； ω—— 隧洞出口断面面积；0T ——上游水面与隧洞出口底板高程差T 及上游行进流速水头 ν²/2g 之和，一般可认为0T ≈T ；p h ——隧洞出口断面水流的平均单位势能，p h =0.5a+p /γ； 其中 a ——出口断面洞高；p /γ为出口断面平均单位压能。

当自由出流时，p /γ取决于出口断面下游的边界衔接情况和出口断面的弗汝德数，一般小于0.5a 。

它反映了出口断面压力分布不符合压力规律和出口段顶部存在负压的情况。

当出口段为逐渐收缩和注意改善出口断面与下游边界的衔接条件时，从而使出口断顶部负压得以消除，可取p /γ=0.5a 计算。

本工程计算中，水流为自由出流，为方便计算，取p ／γ=0.5a ，即p h =a 。

式（6-1-2）中的流量系数μ，可由式（6-1-3）计算： ∑∑2i i 2i i 2i i )ωω(R C gl 2)ωω(ζ11μ++=（6-1-3）式中 ω——隧洞出口断面面积；i ζ——某一局部能量损失系数，与之相应的流速所在的断面为i ω （指根号内第二项中的i ω）；i l ——隧洞某一段的长度，与之相应的断面面积、水力半径和舍齐系 数分别为i ω（指根号内第三项中的i ω）、i R 和i C ； R ——水力半径，m ，χω=R ，χ为过水断面湿周；C ——谢齐系数，s /m 2/1,其值按曼宁公式n /R C 6/1=； n ——糙率；糙率n 值表： 衬砌材料 n 现浇混凝土衬砌 0.014 预制装配式混凝土衬砌 0.017 浆砌石衬砌0.017 经过修整的不衬砌断面 0.03~0.035 未经过修整的不衬砌断面 0.04~0.045本设计为简化计算过程，假设隧洞各处断面面积均相等，即i ωω=，而且忽略局部能量损失；隧洞不分段，即流量系数的计算公式简化为式（6-1-3-1）：RC gl 2112+=μ （6-1-3-1）式中各符号含义与（6-1-3）中符号含义相同。

为确定合理经济的隧洞尺寸和围堰高度，需要试算，试算过程如表1： 表1： 宽 b(m) 高 h(m) 面积ω(m²) 湿周χ(m) 水力半径R(m) 糙率n 4 4 16.000 16.000 1.000 0.014 4.2 4.2 17.640 16.800 1.050 0.014 4.2 4.4 18.480 17.200 1.074 0.014 4.2 4.4 18.480 17.200 1.074 0.014 4.4 4.6 20.240 18.000 1.124 0.014 4.4 4.7 20.680 18.200 1.136 0.014 4.8 5.4 25.920 20.400 1.271 0.014 5.1 5.4 27.540 21.000 1.311 0.014 5 5.2 26.000 20.400 1.275 0.014 4.8 5.2 24.960 20.000 1.248 0.014 4 4.6 18.400 17.200 1.070 0.014 4.6 5 23.000 19.200 1.198 0.014 5.15.427.54021.0001.3110.014谢齐系数C(m½/s) 洞长L(m) 流量系数μ 高差H（m ） 流量Q （m³/s）71.429 5000.585 20.0 185.296 72.012 500 0.597 22.0 218.842 72.288 500 0.603 22.0 231.521 72.288 500 0.603 24.0 241.816 72.839 500 0.615 24.0 269.948 72.966 500 0.618 25.0 282.724 74.337 500 0.646 27.0 385.119 74.730 500 0.654 28.4 424.808 74.375 500 0.647 30.0 407.691 74.115 500 0.641 33.0 407.134 72.236 500 0.602 40.0 310.260 73.611 500 0.631 40.0 406.382 74.730 6000.61928.4 402.393由于没有关于造价资料，所以通过比较试算的结果以及参考其他已建工程，且降低施工难度，双隧洞尺寸均选为5.1m×5.4m 。

（2）上游围堰的设计㈠ 堰顶高程的确定根据要求，本工程的上游围堰选用的型式是过水土石围堰。

围堰的堰顶高程由式（1-2-1）确定：堰H h H d u += （1-2-1） 式中 u H ——上游围堰堰顶高程，m ； d h ——河底高程，m ； 堰H ——上游围堰高度，m ； 上游围堰高度由式（1-2-2）确定：z b a h H -H H +=堰 (1-2-2) 式中 a H ——上游水位高程，m ； b H ——河底高程，m; z h ——破浪爬高，m ； 上游水位高程由式（1-2-3）确定：a -H -H H c a = （1-2-3）式中 H ——表1中的高差，m ； c H ——下游水位，m ； a ——隧洞高，m ；本工程中由水文资料查得Q=826m ³/s 对应的下游水位为c H =608.67m 。

由表1查得H 为28.4m ，即28.4=a H -608.67-5.4，可求得a H =642.47m 。

破浪爬高z h 由官厅水库公式确定：LH Π2cthLh Πh )h (4.10L DV 0166.0h 1l z 8.0l 3/14/50l 2===式中 0V ——计算风速，m/s; D ——吹程，km ； 1H ——上游水深，m ； 本工程中，0V =14.3m/s,D=2km1H =a H -b H =642.47-604=38.47m m 582.023.140166.0h 3/14/5l =××= 741.6582.04.10L 8.0=×= m 58.0741.647.3814.32cth741.6582.014.3h 2z =×××=由（1-2-2）式z b a h H -H H +=堰=642.47-604+0.58=39.05m ，即堰高为39m 。

由（1-2-1）堰H h H d u +=可求知u H =604+39=643m ，即堰顶高程为643m 。

㈡ 堰顶宽度的确定堰顶宽度视围堰高度、结构形式及其材料组合等而定。

高于10m 的围堰，其最小宽度不小于3m ；堰高超过20~30m 时，宽度一般为4~6m 。

如果堰顶需要通行汽车等大型车辆，其宽度应视交通要求而定。

当需挡御超标准洪水时，还应考虑设置子堰或防汛抢险材料堆存要求。

本工程的上游围堰高39m ，没有交通要求，也不需挡御超标准洪水，所以选择的堰顶宽度为6m 。

㈢ 围堰底宽的确定围堰的底宽可由式（1-2-4）确定：b )m m H d 21++×=（堰 （1-2-4） 式中 d ——堰底宽，m ； 堰H ——围堰高度，m ； 1m ——上游边坡比； 2m ——下游边坡比； b ——堰顶宽，m ；本工程中，围堰的上游边坡比为1:2.5，即1m =2.5；下游边坡比为1:2，即2m =2。

由前面的计算可知，堰H =39m ；b=6m 。

所以可求：m 5.1816)25.2(39d =++×=，即上游围堰底宽为181.5m 。

（3) 下游围堰的设计由于导流期间允许基坑淹没，故下游围堰设计成过水土石围堰。

虽然设计成过水围堰，但是根据下游围堰的作用，即下游围堰挡水保证基坑干地施工，所以为满足要求，任然要按照不过水围堰的要求设计，查围堰设计规范DL/T 5087——1999，围堰断面设计要求表7.7.1,不过水围堰堰顶安全超过下限值对Ⅳ~Ⅴ土石围堰δ=0.5m表2 不过水围堰堰顶安全超过下限值围堰型式围堰级别ⅢⅣ土石围堰 0.7 0.5 砼围堰 0.40.3有坝址处水位流量关系曲线知，当Q=826m ³/s 时，其相应的水位高程为608.67m ，则下游围堰堰顶高程由式（1-2-5）确定:δ++=z d h H H 下 （1-2-5） 式中 d H ——下游围堰堰顶高程，m ； 下H ——下游水位，m ；z h ——波浪爬高，m,；δ——安全超高，m ，选用表2；d H =608.67+0.58+0.5=609.75，取609.8m 。