导流洞说明书

玉树州查日扣水电站工程
导流洞工程设计说明书
青海省水利水电勘测设计研究院
二0一一年元月
一、查日扣水电站工程概况
查日扣水电站位于澜沧江干流（扎曲）的一级支流子曲河上，距玉树州州府结古镇113公里，距省会西宁929公里，是一座混合式电站。

工地通过6km的简易公路与214国道连通，交通比较方便。

查日扣电站主要做为玉树电网支撑电源，该电站建成后可实现110KV电网与结古、囊谦、杂多联网运行，保证全州的电力供应，并作为全州最大的电源点起到调峰的作用，提高供电的保证率和可靠性。

从而将大力推动玉树州经济和各项事业的发展。

查日扣水电站具有较好的开发建设条件、良好的经济效益和社会效益。

为加快玉树州的建设步伐，共创和谐社会，查日扣水电站的建设是十分必要的。

查日扣水电站水库总库容4.21×108m3；兴利库容0.84×108m3；死库容3.15×108m3；调洪库容 0.6×108m3。

正常高水位3997.6.0m，校核洪水位4001.0m，设计洪水位4000.45 m，死水位3984.6m。

混合式电站，电站装机容量4×12500kw，设计发电流量Q=62.95m3/s，设计净水头100.17m，水库为年调节水库；多年平均年发电量2.204×108kw.h，年利用小时数4408.95h。

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）》，按“就高不就低”的原则工程等别为Ⅱ等大（2）型。

主要建筑物（发电洞、压力钢管、发电厂房、溢洪道）为2级，首次可行性研究推荐方案砼面板堆石坝根据水库大坝提级指标，土石坝坝高超过90米要提高建筑物的级别。

因本工程大坝高为121.4m，因此砼面板堆石坝提级为1级，次要建筑物（尾水）为3级，临时建筑物（导流明渠、导流洞、围堰、临时护坡）为4级。

根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252～2000）和《水利水电工程施工组织设计规范》(SL303～2004)的规定，枢纽导流围堰保护1级永久建筑物，使用年限大于1.5年，施工导流标准采用20年一遇洪水（P=5%），根据水文分析结果，相应的洪水洪峰流量Q=372m3/s。

二、导流洞工程设计过程
2004年2月青海省水利水电勘测设计研究院完成了《中华人民共和国水力资源复查成果（第26卷-青海省）》，其中按照编制时期的现状提出了那益雄、查日扣、查隆通、
加登达、江树马5座梯级电站。

查日扣水电站为子曲河水电规划中的第二级电站，其上游为那益雄电站（未建），下游为查隆通电站（拟建）。

2008年9月青海省水利水电勘测设计研究院接青海省水利水电集团玉树电力公司玉树电源电网工程建设项目部委托进行查日扣水电站的可行性研究工作，并签定了《青海省查日扣水电站可研阶段勘察设计合同》
2009年五月我院完成了《查日扣水电站可行性研究报告》的编制工作，2009年7月24日，青海省发展和改革委员会在西宁主持召开了《青海省玉树州子曲查日扣水电站工程可行性研究报告》（以下简称《可研报告》）审查会，会议认为《可研报告》需要进一步完善，增加坝型的比较方案，即混凝土拱坝方案。

本次审查会同意导流洞的布置方式，并对各个建筑物提出了详细的修改措施。

2010年4月14日玉树发生地震，为尽快给玉树震后重建提供电力支持， 2010年12月11日进行了《青海省玉树州子曲查日扣水电站导流洞工程》咨询会，并对提出了导流洞在混凝土面板堆石坝方案或混凝土拱坝方案中的相对位置和注意措施，使导流洞修改后能满足上述两个方案的布置。

2010年12月21日在青海省水利水电勘测设计研究院会议室召开了玉树查日扣水电站可研工作进展情况及布置方案的会议，参加会的单位有玉树电力公司、青海省水电设计院及相关专业的负责人。

会议中业主（玉树电力公司）要求导流洞技施设计提前完成，并先开工建设，后续完成大坝的比较设计等。

三、导流隧洞设计原则
导流隧洞洞线的布置结合永久建筑物布置进行规划，考虑以下布置原则：
（1）充分考虑地形条件，尽量使隧洞洞线最短；
（2）洞线应尽量选择岩石新鲜、岩性坚硬、断层较少、裂隙不发育等地质条件较好的地层。

（3）进、出口选择地质条件较好的位置，以利于洞口的稳定。

（4）隧洞进出口高程考虑运行要求及截流等因素。

根据以上原则，结合，水工枢纽布置，在坝址右岸布置导流隧洞，断面型式采用城门洞型。

四、导流洞的布置
导流洞位于坝址右岸山体中，地貌类型为中高山峡谷区；隧洞轴线与坝轴线斜交。

导流洞由进水导流明渠、进口段、洞身段及尾水导流明渠组成。

桩号D0+000.00～D0+064.00段为进水导流明渠，此段地形自然坡降在1：0.6左右，上部分布第四系全新统坡积碎石土，以碎石为主，含少量块石，结构较松散，一般厚度0.5-2m，下部为三叠系上统灰岩，属于Ⅱ-Ⅲ类围岩。

明渠段先剥除覆盖层，岩石按1：0.3坡比开挖，平面上按八字形布置，与上游河道顺接，八字形边墙与隧洞轴线的扩散角为9°，明渠底板高程为3902.00。

因为导流洞为临时工程，底板采用50cm混凝土防护，两边岩基锚喷15cm厚混凝土。

桩号D0+064.00～D0+068.00段为隧洞封堵闸室段，底板高程为3902.00。

进口段设封堵闸门一扇，闸孔尺寸为7×9(宽×高)m，闸门形式为平板门；闸室为竖井式，混凝土衬砌。

闸室顶封堵平台高程为3925.00m。

桩号D0+068.00～D0+083.00段为方变圆渐变段，围岩岩性为三叠系上统灰岩，洞室岩体完整性整体较好，属于基本稳定的Ⅲ类围岩。

洞内地下水活动中等，施工时会出现大量滴水或线状流水现象。

隧洞在开挖时,洞内局部会产生掉块。

开挖后进行喷锚支护。

后期按方变圆的形式衬砌。

桩号D0+083.00～D0+098.00段为7m×9m（宽×高）隧洞洞身，围岩岩性为三叠系上统灰岩，洞室岩体完整性整体较好，属于基本稳定的Ⅲ类围岩。

洞内地下水活动中等，施工时会出现大量滴水或线状流水现象。

隧洞在开挖时,洞内局部会产生掉块。

开挖后进行喷锚支护，后期按80cm厚衬砌。

桩号D0+098.00～D0+110.00段洞身由7m×9m（宽×高）渐变为6m×8.5m（宽×高），围岩岩性为三叠系上统灰岩，洞室岩体完整性整体较好，属于基本稳定的Ⅲ类围岩。

洞内地下水活动中等，施工时会出现大量滴水或线状流水现象。

隧洞在开挖时,洞内局部会产生掉块。

开挖后进行喷锚支护，后期按80cm厚衬砌。

桩号D0+110.00～D0+130.00段为6m×8.5m（宽×高）洞身段，围岩岩性为三叠系上统灰岩，此段洞身穿过F18（NE23°NW∠65°）断层，围岩属于基本稳定的Ⅲ类围岩。

洞内地下水活动中等，施工时会出现大量滴水或线状流水现象。

隧洞在开挖时,洞内局部会产生掉块。

开挖后进行喷锚支护，后期按80cm厚衬砌。

桩号0+130.00～0+660.00段为6m×8.5m（宽×高）洞身段，围岩岩性为三叠系上
统灰岩，洞室岩体完整性整体较好，属于基本稳定的Ⅱ-Ⅲ类围岩。

洞顶地表一般高程为4000-4050m。

洞内地下水活动中等，施工时会出现大量滴水或线状流水现象。

隧洞在开挖时,洞内局部会产生掉块。

开挖后进行喷锚支护。

其中桩号0+195.00～0+225.00段洞身穿过F3（NW305°NE∠85°）断层，桩号0+400.00～0+470.00段洞身穿过F4（NW305°NE∠74°）断层。

断层F18、F3及围岩岩性较差的隧洞出口段（桩号0+640.00～0+660.00）采用80cm厚混凝土衬砌。

F4断层较大，并且与洞身形成的夹角较小，经初步计算采用120cm厚混凝土衬砌，施工先设直径Φ25，单长4m，间距按1.5m×1.5m梅花型布置的超前锚杆，然后进行超前固结，洞室开挖形成后用I20a的“工字钢”钢拱架按排间距80cm支护，并即时衬砌混凝土。

稳定的Ⅱ类围岩洞身段锚喷15cm厚混凝土衬砌，洞底用15cm厚混凝土找平防护。

其中D0+400.00～D0+465.00段为断层破碎带，然后开挖和衬砌施工，衬砌厚度为100cm。

洞身总长为592m，设计洞室为城门型无压洞，2段渐变段总长27m，洞径7m×9m（宽×高）段洞身长15m，洞径6m×8.5m（宽×高）段洞身长550m，隧洞纵坡i=1:80，坡降起点高程3902.00，洞出口底板高程为3894.60m。

导流隧洞后期将封堵，需在导流洞进口安装平板封堵闸门，按混凝土拱坝设计方案桩号D0+325.00～D0+350.00段洞身内浇筑封堵混凝土。

若工程方案选用混凝土面板堆石坝，并将放水洞或溢洪竖井与导流洞结合，则隧洞封堵体按二洞合一的位置确定，一般设在放水洞或溢洪竖井的前段，封堵段混凝土标号为C20W8F150。

桩号D0+660.00～D0+678.50为出口扩散段，桩号D0+678.50～D0+718.50为消力池段，消力池宽15m,长30m,池深2.5m,消力池底板座落在基岩上，后接尾水明渠，隧洞出口扩散段基岩裸露，自然坡度63°，边坡稳定。

此段有一条断层,，产状NW294°NE∠64，宽度2-4m,带内物质为角砾岩，该断层对边坡稳定影响不大，总体上岩体较完整，强风化厚度小于1m。

断层带按规范要求进行加混凝土塞防护。

桩号D0+718.50下游为尾水明渠，此段为坡积碎块石土和砂砾石覆盖层，一般厚度2-3m,河床附近厚度较大，建议开挖边坡1:0.75。

明渠两侧岩石边坡锚喷15cm厚混凝土，剥除可能失稳影响尾水的覆盖层，边坡采用20cm厚混凝土防护。

明渠与河道连接段渠底设20长，1m厚铅丝石笼防冲。

导流洞全段衬砌混凝土标号全部为C25F200。

五、导流洞与其他建筑物空间位置关系
目前本工程大坝方案有混凝土面板堆石坝和混凝土拱坝，导流洞布置大坝右坝肩下的山体中。

混凝土面板堆石坝方案中，导流洞位于大坝桩号0+295.73处，导流洞底边左侧至坝轴线右侧弱风化岩石界线的水平距离为98.8m，洞顶至坝轴线弱风化岩石界线的水平距离89.5m。

混凝土拱坝方案中，导流洞位于大坝桩号0+241.43处，导流洞底边左侧至坝轴线河谷右侧弱风化岩石界线的水平距离为114.1m，洞顶至坝轴线弱风化岩石界线的水平距离99.7m。

因此，混凝土面板坝的趾板开挖或拱坝拱肩的开挖均不能影响导流洞的安全。

六、导流洞的水力计算
根据工程规模和建筑物级别，施工导流标准按20年一遇计，相应洪峰流量：372m³/s。

1、调洪计算
隧洞的尺寸初步通过调洪计算，并考虑到坝址处河床狭窄，从围堰高度、水力条件、渡汛和主要工程量及造价等方面进行了综合分析比较确定，导流洞与上游土石围堰的比较下表1所示：
根据比较最终确定采用无压导流隧洞，进口段洞径为7m×9m(宽×高)，顶拱中心角120°；设计底坡i=1/80，导流洞洞前最高导流水位为3912.17m（后面计算按10.2m计），隧洞相应的设计最大下泄流量：346.7m³/s，最大允许流速：12m/s。

导流隧洞采用钢筋混凝土衬砌结合锚喷衬砌的方式。

其中选定方案调洪计算详见图1.
表1 上游围堰与导流洞尺寸选择的方案比较表
图1 导流洞调洪计算简图
2、进口段校核计算
导流根据实际地形等因素布置，定隧洞进口底板高程为3902.00m,隧洞洞身长592m,洞身比降1/80，出口底板高程为3894.60m。

（1）洞长判别
按校核洪水计算过流能力已知：洞长L=592m，底坡i=0.0125，进口段粗糙系数n=0.014，进口设为八字型渐变段，侧收缩系数ε=0.9，洞身混凝土衬砌段粗糙系数n=0.014，混凝土锚喷段粗糙系数n=0.02。

导流洞洞前最高导流水位为3912.2m，水深为H=10.2m，判别隧洞类型详见表2：
表2 隧洞类型判别表
其中：L1=(161.7i+12.32)*(1+1.64i-ε)*H ，
L3＝2*H ，
L2＝L-L1-L3, Lk ＝（64-62.755ε）*H （2）底坡判别
临界底坡用于判断隧洞底坡是陡坡还是缓坡，计算公式如下：
k k k
B C g ik 2αχ=
式中：ik －临界水深时的底坡；
χk －临界水深时的湿周（m ）； Ck －临界水深时的谢才系数（m 0.5/s ）； Bk －临界水深时的水面宽（m ）。

根据调洪泄水流量346.7 m³/s 和相应的隧洞内临界水深初步计算判别隧洞底坡，详见表3。

表3 隧洞底坡判别表
（3）公式选取
隧洞为长洞，底坡为陡坡，陡坡隧洞的判别标准是：隧洞长度L ≥4.000h1（进口水深）时均按短洞计算。

因为隧洞长度592≥4.000×6.3（进口水深），隧洞出口水流淹没系数小于1，为自由出流，隧洞的泄流能力不受洞长的影响，由调洪计算得知，洞前水
深H ＝10.2＜1.5D =13.5m ，因此隧洞进口段按无压短洞进行水力计算，进口段的过流能力按宽度堰流校核计算。

过流能力按下式计算：
g mB Q s 21σε=H 3/2
式中：Q —过流流量，m 3/s ；
ε1—侧收缩系数，取ε1=0.9； σs —淹没系数，取σs =1(自由出流)； B —堰顶净宽，B=7m ； H —堰顶水头，H=10.2m ；
m —流量系数， P 1/H d ＝0，取m=0.385；
相关系数和参数从水力计算手册选取，详细计算结果见下表4。

表4 导流洞进口过流能力计算表
经计算导流洞进口段最大下泄流量为349.99 m³/s >346.7m³/s，因此，隧洞进口段选用7m×9m(宽×高)满足二十年一遇洪水的导流要求。

3、洞身段过流能力计算
无压隧洞洞身段的尺寸先按明渠均匀流初步计算必选。

详见表5，
明渠均匀流公式：
Ri AC
Q =
式中：A -- 过水断面积（按矩形断面计，宽×高）
C -- 谢才系数 6
/11R n C =
R -- 水力半径
x A R =
n -- 糙率
x -- 湿周
表5 试算洞身比选表
其中：比较长度为Ⅱ类围岩段，其余Ⅲ类和Ⅴ类围岩洞身段全断面混凝土衬砌。

根据上述比选，隧洞进口段尺寸选用7m×9m(宽×高)，洞身段尺寸选用6m×8.5m(宽×高)。

考虑洞身段的渐变段和粗糙系数的变化,洞身段按恒定非均匀流推求水面线。

4、隧洞内水面线
（1）水面曲线的定性分析。

根据导流洞的水力计算，导流洞为陡坡，因此，隧洞内断面和糙系数未变化段为
S 2型降水曲线，断面收缩和粗糙系数变大的洞身段为S
3
型壅水曲线，断面扩大和粗糙系
数变小的洞身段为S
2
型降水曲线，水面线按导流洞的最大下流流量346.7 m³/s推算。

（2）水面线的定量计算
首先计算从隧洞进口段底坡i＝0至洞身段i＝0.125变化点处的临界水深。

此
处的临界水深与正常水深h
o
相等。

推求水面线公式：
k h =
＝6.3m
A=b ×h ，Q
v A
=，22v h E g +=，2b h χ=+ A
R χ=， 1/6
1C R n
=，22v J C R =，12()/2J J J -
=+
2
2
21212112
12
()()
22v v h h E E g g
L i J i J -
-
--+-+-∆=
=
--
从起始水深开始试算段末水深，推求此段的设计长度，断面变化段按非棱柱体推求，表内未列。

各相邻断面推求见表6。

表6 水面线推算表
11
12
其中桩号0+098.00m 至桩号0+110.00m 段隧洞断面由7m×9m(宽×高)收缩为6m×8.5m(宽×高)，水面为S 3型壅水曲线，桩号0+660.00m 至桩号0+678.50m 段为隧洞出口扩散段，后接消力池段。

变化段水面线推求成果见表7。

表7 变化段水面线推求成果表
5、消能工的水力计算
消力池深度按下列公式：
h d j σ=//c1-(ht+∆z)
])(1
)(1[22
//12/2c j t h h g q z σϕ-=∆
消力池长度按下列公式：
Lk=(0.7-0.8)Lj
式中：d —消力池深度，m ； L k —消力池长度，m ； L j —水跃长度，m ；
//1c h —为护坦高程降低后收缩水深的跃后水深，m ；
σj —水跃淹没系数；
t
h —下游水深，m ；
q —单宽流量，m 3/s ；
/ϕ—流速系数一般取0.95； 计算结果见表8。

表8 消力池计算表
根据计算，消力池最终选定池深2.5m,池长30m，宽15m。

七、导流洞的结构计算
根据导流泄洪洞运行的各工况及围岩参数，采用“理正结构工具箱5.62版”选取60cm、80cm、100cm和120cm衬砌厚度的不同工况共进行比较计算。

最终不同类别的围岩选用不同的衬砌厚度。

表中只列最终选用的结果。

1、山岩压力：根据地址提供的围岩坚固系数和参考水工建筑物得知，坚固系数为5～6的Ⅱ类围岩不衬砌，同时不再计算。

侧向围岩压力，竖向的围岩压力由水工隧洞规范SL279-2002的规定计算。

2、岩石的单位弹性抗力系数由水工设计手册7或水工建筑物的相关公式（k=100*ko/r）计算。

3、衬砌混凝土标号为C25，灌浆压力为0.3MPa。

4、抗裂要求小于4mm。

比较计算结果见下表：
表9 隧洞衬砌计算统计表
根据计算结果，隧洞的进出口段和围岩为Ⅲ类的小断层衬砌厚度选用80cm，Ⅴ类围岩段衬砌120cm厚，各衬砌段根据计算结果参数配置钢筋。

目录
一、查日扣水电站工程概况 (1)
二、导流洞工程设计过程 (1)
三、导流隧洞设计原则 (2)
四、导流洞的布置 (3)
五、导流洞与其他建筑物空间位置关系 (5)
六、导流洞的水力计算 (5)
1、调洪计算 (5)
2、进口段校核计算 (6)
3、洞身段过流能力计算 (8)
4、隧洞内水面线 (9)
5、消能工的水力计算 (13)
七、导流洞的结构计算 (15)。