隧洞经济洞泾选择、水力计算及调洪演算计算书

1经济洞径的选择

根据江坪河的实际地形条件为山区河流，河谷狭窄，两岸地形陡峻，山岩坚实，可采故采用隧洞导流，由于每条隧洞的泄流能力有限，加之隧洞的造价比较昂贵，而且根据当前的施工水平，每条隧洞的可宣泄量一般不超过2000～5000m 3/s ，根据确定的设计流量为5100 m 3/s ，由于左、右两岸的地形条件基本相似，施工条件，水流条件基本无差别，故在左、右两岸各设一个导流隧洞。

在进行经济洞径的比较时，按无压洞进行设计。 运用如下公式：

Q μ=Q ：河道的下泄流量 m 3/s ；

μ：管道系统的流量系数，一般取值0.6-0.8，取0.7；

A ：遂洞的截面面积 m 2 ； Z ：上下游水位差 m ；

由上面的公式可转化为：

2

22

2Q Z g A μ= 表1-1 江坪河坝址水位流量关系表

295.50 744 305.50 5170 296.00 867 306.00 5530 296.50 996 306.50 5910 297.00 1130 307.00 6300 297.50 1280 307.50 6720 298.00 1440 308.00 7160 298.50 1610 308.50 7610 299.00 1790 309.00 8060 299.50

1980

309.50

8520

注：水位为黄海基面。

由下泄流量Q=5100m 3/s 查上表，得到相应的下游水位Z 下=305.4m 。

已知上游水位及泄流量而流量系数未定，故需用试算法求洞径。先设某一洞径，然后根据上述公式求上游水位，看是否满足已知水位，从而求得最适宜的洞径。

又隧洞最大流速V <20m 3/s ，则隧洞断面面积W=Q/V ，得W>255m 2

经估算得270 m 2 、280m 2 、290m 2 对应下列三种洞径尺寸：17×17，18×17 和18×18

现对三种假设进行试算：

方案一：假定隧洞的洞径为17×17 ，采用无压城门洞型，形式和尺寸如下:

经几何关系计算得到隧洞的断面面积： 2264.75A m =

隧洞洞径不能太小，应校核平均流速V=Q/W <20m/s ，否则流速过高会使隧洞破坏。

隧洞的面积校核：

V=Q/W=5100/264.75=19.26m/s <20m/s,所设计的隧洞尺寸符合要求。

所使用的的公式如下：

2Q A gZ μ=

Q ：河道的下泄流量 m 3/s ；

μ：管道系统的流量系数，一般取值0.6-0.8，取0.7；

A ：遂洞的截面面积 m 2 ； Z ：上下游水位差 m ；

由上面的公式可转化为：

2

22

2Q Z g A μ= 带入数据，计算得到 38.64Z m = 坝顶的超高：d=R+e+A

R ：为波浪在坝坡上的设计爬高，m ； e ：为风浪引起的坝前水位壅高，m ； A ：为安全加高，m ；

安全加高可根据大坝的级别按下表采用。非常运行条件（a ）使用于山区，丘陵区；非常运行条件（b ）适用于平原区，滨海区。

表1–2 土石坝的安全加高

根据江坪河工程围堰的级别为4级，山区属于非常运行条件（a ），所以得安全加高为取0.30。

由于R 和e 的计算公式很多，主要都是经验和 半经验性的，适用于一定的具体条件，可按SL274—2001《碾压式土石坝设计规范》推荐公式计算确定。对于中，小型土石坝，R+e 的高度可按照坝前水库中风的吹程D 做近视估计，参见下表。

D ——水库吹程，一般取上游水库最窄处河宽B 的5倍，D=5B

代入江坪河工程数据，由于D<1.6Km ，故波浪爬高和风浪壅高（R+e ）的近似估计值取值为1.2m 。

综上可得，上游水位Z 上=305.438.64344.04m += 安全加高为取0.30m 。

波浪爬高和风浪壅高（R+e ）的近似估计值取值为1.2m 。 则上游围堰的高程：H =Z 下+h+d=305.4+34.4+1.2+0.3=345.54m 最终确定围堰的高为：H-Z 河床=345.54-290=55.54m 。 下游围堰高程：δ++=w h h H 下下=305.4+1.0+0.3=306.7m ，

w h ——波浪高度 δ——围堰的安全超高。

根据H H Z =+上下求上游围堰高程，隧洞的长度可以从地形图中量得，即为1155m 。下游围堰长度不变为124.5m 。上游围堰长度根据其高程不同而重新布置。由于下游围堰长度不变，则其体积不变，下游围堰的造价为一固定值，下面在考虑各方案造价时就不再计算。 总费用=围堰费用+隧洞费用 围堰费用=围堰单价×围堰体积 隧洞费用=隧洞单价×隧洞体积

进行围堰断面设计，尺寸和形式如图1-1所示：

图 1-1围堰断面尺寸

隧洞长度经测量为1155m

则隧洞的总开挖量：3264.751155305786.25V m =⨯=； 隧洞的造价为：305786.2515045867937.5V C ⨯=⨯=元。 上游围堰的体积开挖量12V L L H =⨯⨯

(15181.62)/2(196.0535)/255.54=+⨯+⨯

3630782.3731m =

围堰的造价为：630782.37314528385206.79V C ⨯=⨯=元。 方案一的总造价为45867937.5+ 28385206.79=74253144.29元。

方案二：假定隧洞的洞径为18×17，采用无压城门洞型，形式和尺寸如下：

经几何关系计算得到隧洞的断面面积： 2278.81A m =

隧洞洞径不能太小，应校核平均流速V=Q/W <20m/s ，否则流速过高会使隧洞破坏。

隧

洞

的

面

积

校

核

：

V=Q/W=5100/278.81=18.29<20m/s,所设计的隧洞尺寸符合标准。

利用方案一中的公式带入数据，计算

得到 34.84Z m =

综上可得，上游水位Z 上=305.434.84340.24m += 安全加高为取0.30m 。

波浪爬高和风浪壅高（R+e ）的近似估计值取值为1.2m 。