圆形隧洞设计供参习.doc

隧洞设计实例 一、隧洞的基本任务和基本数据 1、隧洞的基本任务 泄水隧洞的进口全部淹没在水下，进口高程接近河床高程，其担负的任务如下： (1) 预泄库水，增大水库的调蓄能力。 (2) 放空水库以便检修。 (3)排放泥沙，减小水库淤积。 (4) 施工导流。 (5) 配合溢洪道渲泄洪水。 2、设计基本数据 (1) 洞壁糙率 泄洪洞采用钢筋砼衬砌，n=0.014~0.017，考虑到本隧洞施工质量较好，故取较小值n=0.014。 (2) 水利计算成果见表1。 表1 水 位(m) 泄量(m3/s) 死水位 348 正常水位 360.52 设计洪水位 363.62 90 校核洪水位 364.81 110 淤沙高程 二、隧洞的工程布置 1、洞型选择 由于段村坝址为石英砂岩，地质条件较好，所以采用圆形有压隧洞，圆形断面的水流条件和受力条件比较好，并且可以充分利用围岩的弹性抗力，从而减小衬砌的工程量，降低施工的难度和造价。同时有压隧洞水流较平顺、稳定，不易产生不利流态。 2、洞线位置 洞轴线布置在右岸，这样出口水流对段村无影响，进口山势较陡，进流条件好，洞线为直线，较短，工程量小又利于泄洪。 3、工程布置 泄洪隧洞由进口段、洞身段、出口段三部分组成。 进口型式 由于进口部位山体岩石条件较好，故采用竖井式进口，在岩体中开挖竖井，将闸门放在竖井底部，在井的顶部布置启闭机及操作室、检修平台，竖井式进口结构简单，不受风浪影响，地震影响也较小，比较安全。 (2) 进口段 包括进口喇叭口段、闸室段、通气孔、渐变段等。 1) 进口喇叭口段 为了与孔口的水流型态相适应，使水流平顺，避免产生不利的负压和空蚀破坏，同时尽量减少局部水头损失，提高泄流能力，在隧洞进口首部，其形状应与孔口锐缘出流流线相吻合，一般顺水流方向做成三向收缩的矩形断面喇叭口形，其收缩曲线为1/4椭图曲线，顶面椭圆方程为： ，用下列坐标绘制顶面曲线，见表1。 表1 x(m) 0 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 y(m) 1.05 1.01 0.95 0.86 0.73 0.54 0 侧面曲线方程为：，用下列坐标绘制侧面曲线，见表2。 表2 x(m) 0 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 y(m) 0.70 0.67 0.63 0.57 0.49 0.36 0 2) 进口闸室段 闸孔尺寸为3.5×3.5m，闸室段长度参照工程经验取6.0m，在闸门上端设置操作室，后设工作桥与坝面相连，桥面高程为365.81m，与坝顶路面高程一致，在操作室与闸室之间设置检修平台，平台高程在正常高水位360.52m以上，取361.50m。 闸门用5.0×4.0m的平面钢闸门，闸门槽宽度为1.0m，深度为75cm，由于高速水流通过平面闸门闸孔时，水流在门槽边界突变，容易发生空化水流，致使门槽及附近的边墙或底板发生空蚀。为此，将门槽的下游壁削去尖角，用半径为R=10cm的圆弧代替，并做成1:12的斜坡，错距采用8cm。 3) 通气孔 在闸室右部设置通气孔，其作用是在关闭检修门，打开工作门放水时，向孔中充气，使洞中水流顺利排出；检修完毕后，关闭工作门，向检修闸门和工作闸门之间充水时，排出洞中空气，使洞中充满水。通气孔的断面积一般取泄水孔断面积的0.5%~1%，此泄水孔的断面积为9.62m2，所以通气孔取0.25×0.25m，通气孔的进口必须与闸门启闭机室相分离，以免在充、排气时影响工作人员的安全。 4)渐变段 为使水流平顺过渡，防止产生负压和空蚀，设置渐变段，由于渐变段施工复杂，故不宜太长，但是为使水流过渡平顺，又不能太短，一般用洞身直径的2~3倍，取渐变段长度为8.0m。 根据本隧洞的任务，其进口高程应设置得低一些，河床的平均高程为340m，这样既便于施工期导流，降低围墙高程，又可在运用期泄水，力争一洞多用，以求隧洞施工方便，运用安全，造价低廉。 (3) 洞身段 考虑到所选洞线的地形、地质情况，并运用情况，洞线长为230m，洞身段长198.5m，为了便于施工时出碴和检修时排除积水，坡降i=1/500，顺坡。 初拟洞径：按管流公式计算，公式为 ； 式中 μ—流量系数，μ=0.74~0.77 ，这里取0.74； w—出口断面面积(m2)； H0—作用于隧洞的有效水头；H0=库水位一出口顶部高程。 分别列表(3)计算设计及校核洪水位时所需的洞径： 表3 H0(m) μ w(m2) Q(m3/s) D(m) 设计洪水 19.1 0.74 6.15 90 2.8 校核洪水 20.27 0.74 7.68 110 3.1 比较以上数据，考虑一定的安全储备，洞径选3.5m。 (4) 出口段 包括出口渐变段、闸室段