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关于榆林黄河东线引水工程黄石沟大坝导流建筑物的设计探索

时间:2024-04-29 12:15:01 来源:网友投稿

韩彧

黄石沟大坝坝址处岸坡较陡,两侧ft体基岩出露,两岸无天然滩地和台地可以利用。

若采用分期导流,基坑较小,施工干扰大,河道无条件布置纵向围堰。坝址处两岸陡峭, 无开挖明渠的条件,亦不适合采用明渠导流。坝址处两岸基岩相对完整,具备成洞条件,根据地形地质条件,结合工程布置和建筑物结构型式,综合技术经济比较,采用围堰一 次拦断河床、隧洞导流方式。

黄石沟大坝;导流建筑物;围堰;隧洞

黄石沟大坝坝址处岸坡较陡,两侧ft体基岩出露,两岸无天然滩地和台地可以利用。

若采用分期导流,基坑较小,施工干扰大,河道无条件布置纵向围堰。坝址处两岸陡峭,无开挖明渠的条件,亦不适合采用明渠导流。坝址处两岸基岩相对完整,具备成洞条件 根据地形地质条件,结合工程布置和建筑物结构型式,综合技术经济比较,采用围堰一 次拦断河床、隧洞导流方式。

中期导流采用坝体挡水度汛,导流洞泄流,导流洞下闸封堵后由溢洪道泄流。

一、黄石沟大坝导流建筑物设计

(一)导流隧洞设计

1)导流隧洞布置

坝址处ft体坡度较陡,两岸基岩出露。导流洞布置结合两岸地形,导流洞布置在大坝左岸的方案。根据坝区地形、地质、施工洪水等条件及水工枢纽布置情况,结合导流程序安排,本工程在左岸布置一条导流洞。

2)导流洞设计

导流洞断面比较了城门洞形和圆形两种形式,综合考虑隧洞受施工进度、施工方便程度等因素,选用城门洞形断面。

结合水工建筑物布置,为了降低投资,考虑导流洞后半段与放空洞结合,结合长度404.34m。由于放空洞净断面为2.8m×4m,故导流洞洞径本阶段比较了2m×3m、2.5m×3m 和2.8m×4m三种断面,通过对导流洞开挖量、衬砌量、围堰填筑量和围堰填筑进度的比较,最后确定衬砌后断面尺寸为2.8m×4m。

由于放空洞出口高程为906.45m,隧洞底坡为1.5%,故导流洞底坡亦定位1.5%,出口底板高程为906.45m,进口底板高程为915.34m,洞身长592.74m。

3)导流洞水力计算

根据施工期导截流的需要,整个导流期间,导流洞均敞开泄流,其流态根据水位的

变化,将出现明流、明满流过渡及压力流三种流态。

导流洞泄流能力分别按明流和有压流两种公式计算。明流和有压流的分界,参照一 般经验公式,计算中假定,当隧洞进口水深大于1.5倍洞高时按有压流公式计算,小于1.2 倍洞高时按明流公式计算。

A)明流的泄流能力计算

明流的泄流能力按下式计算:

式中:Q—导流洞泄流量,m/s;

m—流量系数,m=0.35;

σ—淹沒系数,自由出流时σ=1;

b—隧洞过水断面的宽度,m;H—隧洞进口水深,m。

B)有压流的泄流能力计算

有压流的泄流能力按下式计算:

式中:Q—导流洞泄流量,m/s;

μ—有压流流量系数;

W—隧洞过水面积,m;

z—隧洞进出口水头差,m。

其中

式中:

h——隧洞进口损失m;

h——沿程损失,m;

h——弯段损失,m;

V——断面平均流速,m3/s;

C——谢才系数,m1/2/s;

R——水力半径,m;

L——洞身长度,m。

当隧洞出口水深低于隧洞顶板高程时,下游水深H下=0.85a(a为隧洞高度);当隧洞

出口水深高于隧洞顶板高程时,H下采用实际水深。

导流洞围岩主要为砂岩,局部夹薄层泥岩、泥质粉砂岩或粉砂质泥岩,以Ⅲ类和Ⅳ 类为主,局部为Ⅴ类。为减少洞身糙率、提高泄流量和运行的安全性,初步考虑采用喷 锚支护与二次全断面钢筋混凝土衬砌结合的复合衬砌方式。衬砌厚度根据围堰类别及所 承受荷载不同,分别为0.4m、0.45m、0.5m。

(二)围堰设计

1)围堰型式

为便于施工,降低造价,拟采用土石围堰结构型式,围堰堰体和堰基防渗均采用粘土心墙防渗。

2)围堰设计

上游围堰采用土石料填筑,最高挡水位924.0m,考虑波浪爬高和安全超高后,确定 围堰顶高程为925.0m。最大堰高20m,堰顶宽6m,堰顶轴线长160m。上下游坡比均为1:2,围堰基础和堰体均采用粘土心墙防渗。

下游围堰采用砂砾石混合料填筑,最高挡水水位906.0m,堰顶高程907.0m,最大堰高7.0m。堰顶宽6m,堰顶轴线长55m。上游坡、下游坡坡比均为1:2。围堰基础和堰体均采用粘土心墙防渗。

二、取水口泵站导流建筑物设计

本着经济合理、就近取材的原则,并综合考虑导流条件和进度安排,围堰采用抛石 进占、土石料填筑、高压旋喷防渗墙防渗。土石料顶宽8.0m,堰顶高程787.0m,内坡为1:2,外坡1:1.5,围堰总长261m,最大堰高9.0m。

(一)管线穿沟处导流建筑物设计

本着经济合理、就近取材的原则,筑岛填筑采用土石围堰,并结合具体地形地质条件和水工建筑物布置,确定合适的筑岛位置。

(二)出库线路导流建筑物设计

经计算,窟野河倒虹分期围堰最大堰高 6m,秃尾河倒虹分期围堰最大堰高 3.5m, 围堰顶宽 5.0m,迎水面与下游坡比均为 1:2.0,采用砂砾石填筑,迎水面铺设复合土工膜防渗,设 0.5m 厚编织袋装土防冲。其它倒虹经计算,围堰最大堰高 2m,均采用砂砾石填筑,围堰顶宽 3.0m,迎水面与下游坡比均为 1:2.0,采用砂砾石填筑,迎水面铺设复合土工膜防渗,设 0.5m 厚编织袋装土防冲。

本工程跨河(沟)5座倒虹和1座桥倒的施工工期均安排在枯水期进行,由于施工期短,围堰基础不设防渗,因此围堰的基础防渗考虑采用机械抽排解决。

根据地质资料显示,倒虹基礎及部分管线穿越地层大部分为细沙层,地下水位高于管线中心线,基坑开挖采取井点降水的措施保持基坑干地施工。针对砂层地质特性,采 取多管井施工降水方法。施工降水设单级离心水泵抽排,流量 100m3/h,扬程 9m,功率5.5kW。

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