水利水电工程泄洪兼放空隧洞设计思路研究

－１６・　四川水利　２０１７．Ｎｏ．４　

通江二郎庙水库泄洪放空隧洞竖井结构计算设计　

权涛。岳程伟　（９）１１省水利水电勘测设计研究院规划设计分院，四川德阳，６１８０００）　

【摘要】本论文主要针对通江二郎庙水库泄洪放空隧洞竖井的结构进行计算和分析，通过工作经验分析找出竖井　最不利的区域，并通过一维单元截梁法、二维有限元平面应力分析、三维有限元实体模型三种不同方式，根据杆件与非杆　件体系的钢筋混凝土结构的配筋计算原则，对最不利结构进行配筋，利用最不利处的钢筋样式通配整个竖井以达到配筋　的目的。通过对配筋计算－－ｊ－￣，：ｚ明显地看出：使用三维实体有限元模拟计算方法在竖井结构外形相同的情况下计算出的　钢筋用量明显少于其他两种方法。该方法的应用对竖井在设计中模型的建立以及计算配筋提供了一些参考和借鉴，对　减少施工工期和节约工程造价具有一定的积极意义。　【关键词】二郎庙水库竖井有限元配筋结构设计　

中图分类号：ＴＶ３１４：ＴＶ６５１．３　文献标识码：Ｂ　文章编号：２０９５—１８０９（２０１７）０４—００１６—０５　

１　引言　通过对以往竖井结构发生的破裂灾害进行总　结，竖井的破坏形式表现特别突出的就是压缩特　征，主要表现在：竖井井壁横向环状破裂，内层井　壁混凝土呈楔形块剥落，纵向力钢筋向井内部弯　曲以及水平环向箍筋间距减少，破裂位置多在覆　土层与基岩交界处附近，含水层水位有不同程度　的下降。竖井内层井壁混凝土呈块状脱落，这些　破裂出现位置多在软基与硬基交界处附近。一种　认为竖井变形破坏机理是水平应力在松散层与基　岩风化壳结合部附近井壁中的高度集中，这种作　用力可能来源于区域地震及新构造断裂运动所派　生的应力场等，强调新构造运动对竖井破裂的作　用；另一种认为纵向力是导致竖井变形破坏的主　因，即纵向应力在松散层与基岩风化壳接合部附　近壁中应力高度集中。当然，也与施工质量造成　井壁破坏有关。北京大学的毕思文根据竖井破坏　形态、时空展布特征和动力学过程，提出了竖井变　形破坏的“三因素综合破坏”观点，即地质体薄弱　部位，竖向负摩擦力和水平荷载的综合作用，这种　观点能够较符合实际地解释竖井变形破坏的本　质。竖井三因素综合破坏观点的提出不仅有助于　竖井失稳机理解释和预报，而且对设计施工也能　起到一定的指导作用。　２工程概况及竖井简介　二郎庙水库枢纽位于距巴中市通江县城　４２ｋｉｎ的回林乡二郎庙村，地处小通江一级支流魏　家河上游，坝址以上控制流域集雨面积２８．５ｋｍ　，　是一座以灌溉为主，兼顾乡村供水等综合利用的　水利工程；水库正常蓄水位６９８．００ｍ，总库容　１２６８．００万ｍ　，兴利库容１　１２２。５０万ｍ　，设计灌　面０．６７ｈｍ　。工程属Ⅲ等（中型）工程，放空隧洞　等枢纽永久主要建筑物按３级设计。　二郎庙水库放空导流隧洞竖井闸室建基高程　６４１．００ｍ，闸顶设计地面高程为７００ｍ。闸室地基　为新鲜的Ｊ３ｐ２一①层粉砂质泥岩，其能满足闸基　承载力及变形要求。闸门井高程６８０ｍ以上为　Ｊ３ｐ２一②砂岩，岩体较坚硬～坚硬，中厚层一厚层　状结构，围岩分类属Ⅲ类；高程６８０ｍ以下为Ｊ３ｐ２　

旗开得胜

读万卷书 行万里路 - 299 - 第十四章 放空洞施工方法说明及附图

14.1概述

14.1.1 工程概况

放空洞与4#导流洞完全结合，按永久建筑物设计，进口位于雅砻江支流庆大河左岸变形体内，出口位于雅砻江左岸PD41和PD43平硐一带，由岸塔式进口、无压隧洞、出口挑流鼻坎组成，设计最大泄量为2425.00 m3/s，最大流速39.33m/s。

放空洞进口塔底高程2745.00m，建基面高程2739.00m，塔顶高程2875.00m，进水口塔体尺寸为55.0m×24.0m×136.0m（长×宽×高）。进水口设平板检修闸门、平板事故闸门和弧形工作闸门各一道，检修闸门和事故闸门孔口尺寸为8.0m×12.0m（宽×高）；工作闸门孔口尺寸为8.0m×10.0m（宽×高）。

进口塔后为无压隧洞，无压隧洞段采用一坡到底的形式，洞长1343.98m，纵坡为i=0.0867，洞身断面为10.0m×15.0m（宽×高）的圆拱直墙型，设置两条补气洞和6道掺气坎（槽）。无压隧洞采用钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度分别为1.0m、1.2m、1.5m。

出口采用挑流消能形式，挑坎起点高程2630.00m，挑坎末端中心点高程2632.85m。挑坎采用扭曲斜切挑坎型式，平面弯曲非对称扩散，挑流半径150～200m。放空洞工程特性见表14-1-1。

表14-1-1 放空洞工程特性表 旗开得胜

读万卷书 行万里路 - 299 - 名称 起点高程（m） 终点高程（m） 长度

（m） 开挖断面

尺寸

（m×m） 对应长度（m） 纵坡

（%） 衬砌厚度（m） 备 注

放

空

洞 2745 2630 1343.98 12.24×17.12 510

8.67% 1.0 0+700～1+210

12.64×17.52 650 1.2 0+050～0+700

13.3×18.15 133.98 1.5 1+210～1+343.98

衬砌后断面

水工隧洞设计规范DLT-5195-2004

对应的旧标准:SD 134-1984

目 次

前言

1 范围

2 规范性引用文件

3 总则

4 主要术语

5 基本资料

6 隧洞布置

7 断面形状及尺寸

8 水力设计

9 结构设计基本原则

10 不衬砌与锚喷隧洞

11 混凝土和钢筋混凝土衬砌

12 预应力混凝土衬砌

13 高压钢筋混凝土衬砌岔洞

14 封堵体设计

15 灌浆、防渗和排水

16 观测、运行和维修

附录A（规范性附录） 围岩工程地质分类

附录B（规范性附录） 材料

附录C（资料性附录） 水工隧洞水头损失计算

附录D（规范性附录） 高流速防蚀设计问题

附录E（规范性附录） 水工隧洞结构安全级别

附录F（资料性附录） 锚喷支护类型及其参数

附录G（规范性附录） 圆形有压隧洞衬砌计算

附录H（资料性附录） 外水压力折减系数

附录I（规范性附录） 圆形无压隧洞及非圆形隧洞衬砌计算

附录J（资料性附录） 混凝土衬砌裂缝及其防止措施

条文说明

前 言

根据原电力工业部《关于下达1996年制定、修订电力行业标准计划项目（第一批）的通知》（技综［1996］40号文）的指示精神，在原规范（SD134—1984）的基础上，结合我国新建水工隧洞的实践经验，并吸收了当前国外的先进技术而修订为本标准。

本次修订中修改和增加的主要内容有：

（1）遵照GB 50199规定的原则和方法增加了相应的条款。

（2）规范采用开裂设计和限裂设计两种设计方法，取消了不允许出现裂缝的计算方法；限裂验算采用我国经验计算方法。

（3）除圆形有压隧洞外，其他断面取消了原规范中的计算公式，采用以边值数值解法及有限元法进行计算。

（4）扩大了标准的适用范围，增加了抽水蓄能电站隧洞、预应力混凝土衬砌、高压混凝土衬砌岔洞及封堵体设计的有关规定，并补充了锚喷、喷钢纤维混凝土的内容。

（5）引用了GB 50287的围岩分类。

本标准的修订工作，是在水电水利规划设计总院领导下，由成都勘测设计研究院主编，北京勘测设计研究院、中国水利水电科学研究院及清华大学水利系、武汉大学土木建筑学院承担了部分专题科研工作。

第３６卷第６期　２０１０年６月　水力发电　

瀑布：勾水电站泄　洪洞　设计　

张清琼，张娅琴，张君　

（中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川成都　６１００７２）　

摘要：瀑布沟水电站泄洪洞由塔式进水口、洞身、出口挑坎三部分组成，采用直线、一坡到底布置。其泄流量　

大、流速高，衬砌表面易空蚀，另外，需考虑对泄洪洞左右岸泄洪消能区的铁路、大桥等建筑物的泄洪雾化影响。　

通过模型试验研究，提出了减免空蚀的工程措施，确定了防护工程设计标准，较好地解决了雾化问题。　关键词：泄洪洞；布置；空蚀；雾化；瀑布沟水电站　

Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　Ｔｕｎｎｅｌ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｐｕｂｕｇｏｕ　Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　Ｓｔａｔｉｏｎ　

Ｚｈａｎｇ　Ｑｉｎｇｑｉｏｎｇ，Ｚｈａｎｇ　Ｙａｑｉｎ，Ｚｈａｎｇ　Ｊｕｎ　

（ＨｙｄｒｏＣｈｉｎａ　Ｃｈｅｎｇｄｕ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｃｈｅｎｇｄｕ　Ｓｉｃｈｕａｎ　６１００７２）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｔｕｎｎｅｌ　ｏｆ　Ｐｕｂｕｇｏｕ　Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　Ｓｔａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｃｏｎｓｉｓｔｅｄ　ｏｆ　ｔｏｗｅｒ　ｉｎｌｅｔ，ｔｕｎｎｅｌ　ｂｏｄｙ　ａｎｄ　ｏｕｔｌｅｔ　ｂｕｃｋｅｔ，　ａｎｄ　ｉｓ　ａ　ｓｔｒａｉｇｈｔ　ｌｉｎｅ　ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ　ｗｉｔｈ　ａ　ｆｉｘｅｄ　ｓｌｏｐｅ．Ｔｈｅ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ａｎｄ　ｆｌｏｗ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ　ｉｓ　ｌａ￣ｅｒ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｌｉｎｉｎｇ　ｉｓ　ｅａｓｙ　ｔｏ　ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ａｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ　ｓｈｏｕｌｄ　ｂｅ　ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ　ｂｅｃａｕｓｅ　ｔｈｅｒｅ　ａｒｅ　ｒａｉｌ，ｂｒｉｄｇｅｓ　ａｎｄ　ｏｔｈｅｒ　ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ａｒｅａ　ｏｆ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ．Ａｆｔｅｒ　ｍｏｄｅｌ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ，ｔｈｅ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｔｏ　ｒｅｄｕｃｅ　ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｓｔａｎｄａｒｄｓ　ｆｏｒ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｗｅｒｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅ　ａｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ　ｉｓ　ｅｌｉｍｉｎａｔｅｄ．　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ：ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｔｕｎｎｅｌ；ｌａｙｏｕｔ；ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ；ａｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ；Ｐｕｂｕｇｏｕ　Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　Ｓｔａｔｉｏｎ