导流洞设计

水利工程施工课程设计
设计题目:出水洞电站隧洞导流设计
姓名：杨洋
学号： 67 年级专业： 2013级水利水电工程
指导老师：杨恩其
提交时间： 2016年12月
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摘要 ..................................................... 错误!未定义书签。

Abstract ................................................. 错误!未定义书签。

一、综合说明 .......................................... 错误!未定义书签。

工程概况......................................... 错误!未定义书签。

坝址地形及施工场地............................... 错误!未定义书签。

气候............................................. 错误!未定义书签。

水文条件......................................... 错误!未定义书签。

工程地质与水文地质............................... 错误!未定义书签。

当地建筑材料..................................... 错误!未定义书签。

施工工期......................................... 错误!未定义书签。

二、导流设计 .......................................... 错误!未定义书签。

导流标准......................................... 错误!未定义书签。

导流时段......................................... 错误!未定义书签。

导流方案选择..................................... 错误!未定义书签。

全段围堰导流 ............................... 错误!未定义书签。

分段围堰导流 ............................... 错误!未定义书签。

辅助导流的选择 ............................. 错误!未定义书签。

导流隧洞......................................... 错误!未定义书签。

导流隧洞的选择 ............................. 错误!未定义书签。

隧洞断面形式 ............................... 错误!未定义书签。

导流隧洞泄洪量与断面尺寸 ................... 错误!未定义书签。

三、围堰 .............................................. 错误!未定义书签。

围堰形式......................................... 错误!未定义书签。

围堰型式选择应遵守下列原则................... 错误!未定义书签。

围堰设计......................................... 错误!未定义书签。

下游围堰 ................................... 错误!未定义书签。

下游围堰的断面设计 ......................... 错误!未定义书签。

上游围堰 ................................... 错误!未定义书签。

上游围堰的断面设计 ......................... 错误!未定义书签。

坝体拦洪度汛..................................... 错误!未定义书签。

坝体拦洪标准..................................... 错误!未定义书签。

中后期度汛....................................... 错误!未定义书签。

四、截流 .............................................. 错误!未定义书签。

截流时段......................................... 错误!未定义书签。

截流流量......................................... 错误!未定义书签。

截流方式......................................... 错误!未定义书签。

立堵法 ..................................... 错误!未定义书签。

平堵法 ..................................... 错误!未定义书签。

综合法 ..................................... 错误!未定义书签。

五、控制性进度计划 .................................... 错误!未定义书签。

参考资料 ................................................. 错误!未定义书签。

摘要
导流洞就是施工期将原河道水流从上游围堰前导向下游围堰后的隧洞。

介绍了某水库导流洞的工程概况、地质条件及设计标准，分析了导流洞布置的原则，计算了导流洞的泄流能力。

关键词：水利设计；导流洞
Abstract
the diversion tunnel construction is the river flow upstream from the cofferdam orientation of the cofferdam before downstream tunnel. Introduces a reservoir of the diversion tunnel project s urvey, geological conditions and design standard, has analyzed the principle of the diversion tunnel layout, calculated the discharg e capacity of the diversion tunnel.
Keywords: water conservancy design; Diversion tunnel
一、综合说明
1.1工程概况
出水洞电站位于乌江南源——三岔河中上游。

坝址在水城县南开区双营乡阿勒河的汇合口，属三岔河规划的第二个梯级，距六盘水市25km，距现有公路仅7km。

工程规模属四等工程，大坝、厂房等主要建筑物均属四级建筑物。

工程由C10砼埋块石单曲拱坝、左岸非溢流坝段冲砂孔、左岸长的引水隧洞、左岸前池、左岸厂房等建筑物组成。

电站主要任务为发电，其装机容量为2×4000kw=8000kw，单机引用流量8m3，引水隧洞进水口采用岸边竖井式，底板高程▽，进口段长，高。

拱坝坝顶高程▽，坝底高程▽，坝顶交通桥面宽，坝底宽，坝顶弧长，溢流堰顶高程▽，溢流段长34m，净宽30m。

拱坝厚高比，宽高比。

冲砂底孔呈径向布置，长，喇叭形进口底板高程▽，进口高，宽，孔身断面×，出口断面×，进出口断面面积比为。

各建筑物主要工程量见表1。

表格 1 各建筑物主要工程量表
m10浆砌石m3
C10砼 m31054428
C15砼 m3440767
闸门.钢管制安t12/124闸门/钢管
厂房建筑 m2635
机电安装2×4000kw
1.2坝址地形及施工场地
坝址河谷呈“V”型，两岸基本对称，两坝肩基岩裸露。

河床水面宽约30m，河床覆盖层厚约。

据现场实际情况，进场公路汇合口的北岸引入，经阿勒河上新修的公路桥，通到左坝肩，再沿左岸一直连到厂区。

坝址两岸陡峭，施工场地狭窄，但在厂区▽1520m 高程的台地上，平坦开阔，可布置临时施工设施，也可沿进场公路边或汇合口的北岸，适当布置零星施工设施。

1.3气候
电站地区的地形起伏较大，多年平均气温℃，最高气温℃，最低气温℃,主体气候明显。

多年平均降雨量1200mm，5--10月为多雨期，最大日雨量172mm。

最大风速20m/s。

1.4水文条件
汇口以上集水面积2150（含阿勒河），多年平均流量35m3/s。

根据河流水文特性分析，枯水期为11月至次年4月，枯期水位在。

汛前涨水期为5月，6~9月为主汛期，10月为汛后退水期。

用下游35km处牛吃水文站1958—1985年的实测流量资料，分别推算出各时段不同频率的施工洪水，见表2。

表格 2坝址处不同频率施工洪水表
表格 3导流方式与形状系数表
1.5工程地质与水文地质
坝址河谷出露地层为二迭系阳新统中厚层至厚层灰岩，岩层走向N800E，倾向NW，倾角150，与河流走向近于垂直。

岩性坚硬，坝肩稳定性好。

水库回水区内未查到岩溶通道与落水洞。

坝址下游无岩溶大泉，又有厚度大于50m的梁山组倾向上游，故无岩溶管道漏水之忧。

库岸山体雄厚，岸坡稳定，成库条件好。

但流域内水土流失严重，年平均含砂量为m3。

坝址处糙率取至。

1.6当地建筑材料
坝区块石藏量丰富，可就地取材。

碎石和砂可分别在沿进场公路和隧洞进口顺河上游200m河岸坡范围内开采、加工，还可考虑选用部分隧洞弃渣，粘土可在汇合口北岸取用。

1.7施工工期
出水洞电站施工计划两年半完成，力争两年内投产发电。

二、导流设计
2.1导流标准
导流标准是选择导流设计流量进行施工导流设计的标准，它包括初期导流标准、坝体拦洪度汛标准、孔洞填充堵标准等。

施工初期导流标准，按水利水电工程施工组织设计规范的规定，工程规模属四等工程，大坝、厂房等主要建筑物均属四级建筑物。

根据导流建筑物的级别和类型，参照《水利水电工程施工组织设计规范》，施工洪水导流标准为：洪水重现期10～5年（土石围堰）或5～3年（混凝土围堰）。

本河流属山区河流，洪水暴涨暴落，结合规范，考虑到这个工程规模比较小，大坝失事后果不严重，对下游基本没有很大的影响，故考虑施工洪水导流标准采用洪水重现期为5年的枯水期流量100 m3/s，汛期前流量为210 m3/s，汛期后为197m3/s。

2.2导流时段
由于河床水面宽约30m，根据《水利水电工程施工组织设计规范》SDJ338-89（试行），结合工程的实际情况，采用全段围堰法导流方式分为：
（1）初期导流：右岸围堰挡水至导流隧洞具备过流能力，为原河床泄流。

（2）中期导流：河床截流至坝体临时挡水时段，导流隧洞泄流。

（3）后期导流：坝体临时挡水度汛至第一台机组发电，排沙孔与坝体溢流结合隧洞泄流。

2.3导流方案选择
施工导流可划分为全段围堰导流方式和分段围堰导流方式，与之配合的包括明渠导流、隧洞导流、涵管导流以及渡槽导流。

2.3.1全段围堰导流
全段围堰法导流，就是在河床主体工程的上下游一定距离修筑围堰，一次性截断河
道，使河水经河床以外的临时泄水道或永久泄水建筑物下泄。

主体工程建成或接近建成时，再将临时泄水道封堵。

在坝址右岸岩石坚硬，稳定性好，有条件设置导流洞，右端靠岸墙设一导流管，这样既可省去纵向围堰的大工程量施工，缩短工期，降低造价，又解决了纵向围堰向基坑渗流问题；而且不影响坝底板的整体性，设临时围堰，工程量相对很小。

2.3.2分段围堰导流
分段围堰将河床分段围护成若干个干地施工的基坑段进行施工。

分段围堰一般适用下列情况：
a.导流流量大，河床宽，有条件布置纵向围堰。

b.河床中永久建筑物便于导流泄水建筑物。

c.河床覆盖成不深
根据资料可知现有河床宽约30m，不利于布置纵向围堰束窄河床，分期导流、分期施工，由于坝址及其附近河谷狭窄，河道中无有利地形可利用，所以此方案予以否定。

综上所述选择全段围堰导流方式。

2.3.3辅助导流的选择
涵管导流一般在修筑土坝、堆石坝工程中采用。

一般仅用于导流流量较小的河流上。

本工程修筑混凝土拱坝，不宜采用此方案。

隧洞导流是在河岸中开挖隧洞，在基坑上下游修筑围堰，河水经由隧洞下泄。

一般山区河流，河谷狭窄，两岸地形陡峻，山岩坚实，采用隧洞导流较为普遍。

本工程坝址河谷右岸岩石坚固、稳定性好，有利于布置导流隧洞。

在本工程中形状系数为，可以采用隧洞导流。

围堰采用土石围堰(粘土斜墙防渗)，根据以上分析，结合本工程实际情况，确定采用全段围堰法隧洞导流。

2.4导流隧洞
2.4.1导流隧洞的选择
隧洞线路须选择与合理，对减少工程量、减低造价、方便施工、缩短工期等关系很大。

隧洞的布置主要考虑地形和地质条件、水流流速和流态要求、枢纽水工建筑物的布置及是否与永久建筑物结合等。

导流洞布置要因地制宜，布置时须注意：
(1)充分利用地形条件，尽量缩短洞线长度，当坝址位于河湾地段时，宜将洞线布置在凸岸；隧洞最好布置为直线，若有弯道，其转弯半径以大于5b（洞宽）为宜。

(2)隧洞进出口应与上下游水流平顺衔接，与河流主流的交角以30°左右为宜，与上下游围堰堰脚保持必要的距离，一般不应小于10～20m，以防淘刷。

(3)要求洞线沿线地质条件较好,岩体稳定,断层较少，裂隙不发育。

在坚硬完整的岩层中，临时性隧洞可不衬砌或局部衬砌，为降低隧洞糙率、提高泄水能力和减少渗漏，施工中可采用光面爆破和锚喷支护。

(4)重要工程当流量或流速较大时，应注意采取出口消能措施。

(5)隧洞底坡的选择与进、出口高程密切相关，常用1‰～4‰ 。

(6)隧洞应有足够的埋深。

局部地段的最小埋深一般不小于3倍洞径。

(7)当导流隧洞与永久隧洞结合时，其布置还应满足永久建筑物的要求。

由于厂房引水流量和导流洞导流流量相差很大，且高程相差也很大，故不考虑导流隧洞和引水隧洞结合，所以将导流隧洞布置的右岸。

根据以上因素，将隧洞进水口底板高程拟定为，洞长为，隧洞底坡为4‰，则下游出水口底板高程为，拟定为。

2.4.2隧洞断面形式
常用的隧洞有无压隧洞和有压隧洞，断面形式有城门洞形、圆形、马蹄形等，根据地质条件、水力条件、截流等经济技术比较采用无压隧洞，城门洞形。

隧洞由进口段、洞身段、出口段组成，由于底部过水面积大，有利于截流、施工也较方便，调整高宽比，还有利于围岩稳定。

衬砌厚度,顶拱圆心角为1200。

2.4.3导流隧洞泄洪量与断面尺寸
导流隧洞的泄流量应大于枯水期流量100 ，且为保证隧洞为明流，具有一定的富裕空间。

洞身根据明渠均匀流流量公式：
式中：
Q ：流量
A ：过水断面
R ：水力半径
i：隧洞坡率为
n：糙率取
V ：流速
表格 4洞宽试算表
洞宽L A R n i Q h 2683
312
14
424166
由表格试算得L=，结合工程实际情况，取L=。

表格 5隧洞明渠过流计算表（L=）
水深h面积A水力半径
n i C流量Q湿周流速v
R
1813 52014
62416
根据以上试算，拟定洞宽，取洞高为满足导流要求。

满足净空大于40cm，不过水面积占过水面积的15%以上的要求。

式中：
Q：流量，
m：流量系数，取
：作用水头，m
L：宽顶堰宽度，m
：侧收缩系数，取为
：淹没系数，取
隧洞进口做成无坎宽顶堰，取b/B=，m=，contσ=，如下图：
宽顶堰计算如下表：
m宽顶堰宽L流量Q流速V 215
315
415
515
15
15
15
15
15
615
由上表可取隧洞进口段宽为5m，相应的进口水深为6m，取洞高为。

满足宽高比在1～之间。

满足净空大于40cm，不过水面积占过水面积的15%以上的要求。

综上所述：根据以上计算可知，遭遇枯水期导流洪水时，该隧洞满足导流要求。

而遭遇汛期导流标准洪水时，需考虑坝体临时度汛。

进水口断面如图：
三、围堰
3.1围堰形式
3.11围堰型式选择应遵守下列原则
（1）安全可靠，能满足稳定、抗渗、抗冲要求；
（2）结构简单，施工方便，易于拆除并能利用当地材料及开挖渣料；
（3）堰基易于处理，堰体便于与岸坡或已有建筑物连接；
（4）在预定施工期内修筑到需要的断面及高程，能满足施工进度要求；
（5）具有良好的技术经济指标。

本工程坝址附近有充足的土石料，适宜修筑土石围堰。

它能充分利用当地材料或废弃的土石方，构造简单，施工方便，可以在动水中、深水中、岩基上或有覆盖层的河床上修建，但其工程量大，堰身沉陷变形也较大。

采用粘土心墙围堰。

3.2围堰设计
3.2.1下游围堰
下游围堰的高程由下式确定：
式中：
：下游围堰顶部高程，m
：下游水位高程，m
：安全超高，取
下游水位高程为：，山区河流不考虑波浪爬高。

计算得：
3.2.2下游围堰的断面设计
采用粘土心墙围堰，上游坡率取为用1：，下游坡率取为1：。

围堰顶宽取为3m。

上游围堰距主体工程的距离经考虑取为，此处河底高程为，考虑到该工程不再进行开挖，即下游围堰底部高程为，下游围堰高度为
下游剖面图如下：
3.2.3上游围堰
上游围堰的高程由下式确定：
式中：
：上游围堰的顶部高程，m
Z：上下游水位差，m
：波浪高度
结合工程实际，山区河流不考虑波浪爬高，则：
3.2.4上游围堰的断面设计
采用麻袋粘土围堰，上游坡率分别取为用1：，下游坡率取为1：。

围堰顶宽取为4m。

上游围堰距主体工程的距离经考虑取为，此处河底高程为，考虑到该工程不再进行开挖，即上游围堰底部高程为，上游围堰高度为。

上游剖面图如下：
3.3坝体拦洪度汛
围堰工作期为第一年枯水期，在第一个汛期到来时，需要由坝体拦洪。

坝体能否可靠拦洪与安全渡汛，关系本工程的成败，需慎重对待。

3.4坝体拦洪标准
采用全段围堰隧洞导流，则在主河道截流以后，常常要求在汛期到来以前，将坝体填筑到拦蓄相应洪水流量的高程，也就时拦洪高程，以保证坝身能安全度汛。

此时，主体建筑物开始投入运用，已不需要围堰保护。

坝体施工临时度汛导流标准，应视坝型拦洪库容的大小，根据水利水电工程施工组织设计规范确定。

由于本工程为小型水利水电工程，采用重现期为10年洪水设计，相应流量329。

3.5中后期度汛
在遭遇汛期导流洪水时，需考虑坝体临时度汛。

由于坝体上升高度越高，度汛标准也越高。

中后期施工度汛的泄流方式，结合本工程实际，采用坝体主体外围加固防护，允许坝体临时过水，待工程完工，封堵导流隧洞，坝体溢流坝泄水。

四、截流
4.1截流时段
截流在施工中占有重要的地位，如果截流不能按时完成，就会延误相关建筑物的开工时期；如果截流失败，失去了水文年计算的良好截流时机，就会延误整个筑物施工，河槽内的主体工程就无法施工，甚至可能拖延工期一年，在通航的河流上甚至严重影响航运。

由此可见截流的重要性。

所以在施工导流中，常把截流看作一个关键性工作，它是影响施工进度的一个控制项目。

截流以后，需要继续加高围堰，完成排水、清基、基础处理等大量基坑工作，并应把围堰或永久建筑物在汛期前抢修到一定高程以上。

为了保证这些工作的完成，截流时段应尽量提前。

根据河流水文特性分析，枯水期为11月至次年4月，枯期水位在。

汛前涨水期为5月，6～9月为主汛期，10月为汛后退水期。

截流时段一般多选在枯水期初，流量已有明显下降的时候。

4.2截流流量
一般可根据工程的主要程度，设计时选用截流时期内重现期5～10年的旬或月平均流量，截流时间选在枯水期的不同时段，其设计流量的重现期应有所不同。

选在汛后退水期或稳定枯水期，其重现期可取短一些，如5～10年一遇；本工程属小型工程，采用5年一遇的流量，相应流量为100。

4.3截流方式
截流方式有三种：立堵法、平堵法和综合法。

4.3.1立堵法
立堵法截流是将截流材料从一侧或两侧戗堤向中间抛投进占，逐渐束窄河床，直至
全部截断。

立堵法截流不需架设浮桥，准备工作简单，造价低，但截流时水利条件较为不利，龙口单宽流量较大，流速也大，同时水流绕截流戗堤端底部强烈的立轴漩涡，造成紊流且流速分布不均匀，易造成河床冲刷，需抛投单个重量较大的截流材料，由于工作前线狭窄，抛投强度受到限制。

立堵法截流适用与大流量、基岩或覆盖层较薄的基岩河床，对于软基河床应采取护底措施后才能使用。

4.3.2平堵法
平堵法截流是沿整个龙口宽度全线抛投材料，抛投料堆筑体全面上升，直至露出水面，因此，合龙前必须在龙口架设浮桥，由于它是沿龙口全宽均匀地抛投，所以单宽流量小，流速也小，需要单个材料的质量也较轻。

沿龙口全宽同时抛投强度较大，施工速度快，但有碍于通航，适用与软基河床，河流架桥方便且对通航影响不大的河流。

4.3.3综合法
将立堵法和平堵法综合使用，又分为立平堵和平立堵。

既可以发挥平堵水力条件较好的优点，又降低了架桥的费用。

本工程河床覆盖层厚度较小，流量小，总工期短；如用平堵法截流，准备工作项目较多，工期势必延长，也使工程投资增加。

所以考虑采用立堵法，从两端同时进占，即可缩短工期，又可节省工程投资。

五、控制性进度计划
隧道导流方案，其施工程序，是在枯水期前建成导流隧洞，接着在枯水期初、经过论证的适合时间用上下游围堰一次拦断河床，形成基坑，进行基坑开挖处理，而后坝体全面上升。

（注：在此时段要抓紧时间赶工期，在汛期到来前要把坝至少修筑到上游围堰高，使坝体在汛期能安全拦洪度汛。

）
建成导流隧洞工程，是进行河床截流的前提，准备工程开工后，应尽量创造提前开
挖导流洞的条件。

导流洞施工和其他准备工程、岸坡开挖工程同时进行，在导流洞具备过水能力并完成岸坡开挖之后，进行截流，开始进行基坑工作。

关键性工程项目：
a.准备工作，如大坝岸坡处理、上坝公路、结合施工供电的永久输电线路及其其他在准备期间必须提前兴建的永久工程；
b.隧洞导流修建；
c. 截流；
d.上下游围堰修建；
e. 坝基开挖，坝基开挖一般常分为岸坡和河床两部分。

其程序时先挖岸坡后挖河床；
f. 大坝施工。

参考资料
[1]《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》SL252—2000；
[2]《水利水电枢纽工程施工组织设计规范》SDJ338—89；
[3]《水电水利工程施工导流设计导则》DL/t 5114—2000;
[4]《水电水利工程围堰设计导则》DL/T5087—1999;
[5]侍克斌. 水利工程施工 [M]. 北京：中国农业出版社，2005.
[6]颜宏亮，于雪峰. 水利工程施工 [M]. 郑州：黄河出版社，2009.
[7]钟汉华，冷涛. 水利水电工程施工技术 [M]. 北京：中国水利水电出版社，2010.
[8]肖焕熊. 施工水力学 [M]. 北京：水利水电出版社，1992.
[9]熊启钧. 隧洞 [M]. 北京：中国水利水电出版社，2002.
[10]水利水电工程施工手册：土石方工程 [M]. 北京：中国电力出版社，2002.
[11]成都科学技术大学. 水利水电工程施工导流图集 [M]. 北京：中国水利水电出版社，1982.。