[word doc]哈拉布拉水库侧槽式溢洪洞设计

[word doc]哈拉布拉水库侧槽式溢洪洞 哈拉布拉水库侧槽式溢洪洞设计 2010年第4期新疆水利XINJIANGWATERRESOURCES.31? 哈拉布拉水库侧槽式溢洪洞设计 潘忠霞,马品非 (新疆塔城地区水利水电勘察设计院,塔城834700) 摘要:新疆塔城地区哈拉布拉水库泄洪建筑物采用侧槽式溢洪洞,侧堰平行等高线布置, 侧槽采用扩散式非棱柱体型式,泄槽段以隧洞为主,避免了明挖造成高边坡问题.水库自2007 年蓄水运行至今,泄洪建筑物运行状况较好. 关键词:侧槽;溢洪洞;设计;哈拉布拉水库 1工程概况明显,根据多年实测数据,沿海拔高度每增 哈拉布拉水库位于塔城地区裕民县境内的100m,降水量增加约32.7mm;降水量年际变化不 哈拉布拉河中游,距裕民县城约18km,是一座以大.哈拉布拉河多年平均悬移质输砂量为2.2 农牧业灌溉为主,结合城镇供水,防洪并兼顾发×lO4t,推移质输砂量为0.22×104t,不会影响水 电的综合性山区水库.水库工程等别为三等,主库发挥正常效益. 要建筑物为3级,设计洪水为50年一遇,洪哈拉布拉河有三种类 型洪水,分别是融雪型 峰流量为84.10m3/s,校核洪水标准为1OO0年一洪水,降雨融雪混合型洪水和暴雨型洪水.融雪 遇,洪峰流量为157.00m3/s.型洪水一般发生在4—5月,其洪水过程日峰明 根据枢纽位置及地形,地质情况,侧槽式溢显,量级逐步加大,相对比较平衡,是该流域主要 洪洞布置在大坝右岸,溢洪洞穿过大坝右岸山体的洪水类型.降雨融雪混合型洪水亦发生在4 将洪水泄入下游的山沟内,洞轴线距离右坝端,5月,但与融雪型洪水又有所区别,是在前期 30m.溢洪洞全长208.72m,由24.72m长的侧槽气温较低,由于连续逐步升温再加入较大降水后 段,20m长的水平调整段及164m长的泄槽段组产生洪水,在逐步升温过程中也出现融雪型洪水 成,其中洞身段长163.04m.溢洪洞采用侧堰控的某些特征.这两种类型的洪水起涨缓慢,持续 制泄流,进口为开敞式,侧堰平行等高线布置,可时间较长,峰型矮胖,水量大,有一定规律可循. 以减少进口控制段的开挖量,尽量避免高边坡问暴雨型洪水一般出现在7,9月,洪水过程陡涨 题,而且可以使枢纽建筑物布置较为紧凑.陡落,从起涨到落平仅60, 80min,由于暴雨中心 2基本资料不固定,洪水发生的随机性很强,预警时间短,很 2.1水文难防范. 哈拉布拉河属中,低山融雪性河流,坝址以2.2溢洪洞工程地质 上集水面积326km2,多年平均年径流量为5360进口段地表基岩裸露,自然坡度45.,48~, Xlo4m3.流域内降水年内分配具有双峰性,有4局部边坡近直立,基岩岩性为华力西中期第二侵 一 7月,9,11月两个雨峰;降水量垂直地带变化人次辉石闪长岩,块状结构,主要发育三组节理, ? 32?潘忠霞,马品非:哈拉布拉水库侧槽式溢洪洞设计 裂面多顺直粗糙,无充填.基岩强风化层厚度5 — 8m,弱风化岩体厚度1O,15m,进口段位于强 风化一弱风化岩体中,属?类围岩. 洞身段上伏岩体厚度18,50m,岩性为华力 西中期第二侵入次辉石闪长岩,块状结构.该段 发育f2,f3两条断层,两条断层破碎带宽度0.03 O.08m,充填糜棱岩,压碎岩,由于其规模较小, 与洞线交角大,故对洞身段影响不大.洞身段位 于微风化新鲜岩体中,软化系数0.77,饱和单 轴抗压强度80.41MPa,属?类围岩. 出口利用了水库右岸的冲沟,地面自然坡度 约38o,覆盖层为坡积碎块石土,厚度约1.0m,该 层土体具有冻涨性,湿陷性,中等压缩性,工程地 质条件差.下伏基岩岩性为华力西中期第二侵 入次辉石闪长岩,块状结构,岩体较破碎,节理裂 隙较发育,属?类围岩,建议洞脸开挖边坡1:0.5 , l:0.75. 3方案设计 3.1洞线选择及方案拟定 根据哈拉布拉水库枢纽位置地形及工程地 质条件,侧槽式溢洪洞轴线选择在距离坝端30m 处,进口处山体呈一”尖角”,隧洞进口采用侧堰 控制泄流,进口段为开敞式侧槽.侧堰平行等高 线布置,可以减少进口控制段开挖量,尽量避免 因洞口开挖而造成高边坡的问题. 3.2水力计算 3.1.1侧堰宽度的确定 根据已定的水库规模,进行调洪演算,确定 溢洪洞的设计流量为66m3/s,堰上水头1.30m, 校核流量为132m3/s,堰上水头2.05m,侧堰宽度 24.8m. 3.1.2侧槽水面线的计算 (1)设计流量的确定:由于溢流堰的淹没将 造成侧槽及陡槽中的不良水力条件,为了保证泄 洪安全,一般建议以校核洪水作为侧槽的设计流 量,即保证在通过校核洪水时堰顶过流为自由出 流.则取侧槽的设计流量为132m3/s. (2)~lJ槽断面尺寸的确定:用扩散式非棱柱 形侧槽,其水流条件较为顺畅稳定,较能适应流 量沿程增加的特点,侧槽首,末端断面底宽比可 采用O.5,1.0;侧槽断面多开挖成窄深式,这样 有利于泄流和减少开挖量;侧槽底坡应取单一坡 度,且小于按侧槽末端断面临界水深计算出的临 界底坡.根据以上原则及实际地形坡度,将侧槽 底坡确定为0.1164,侧槽首端底宽3.0m,末端底 宽5.0m,侧槽长度为24.72m,靠山一侧的开挖边 坡为1:0.5,侧槽末端设20m长水平调整段. (3)侧槽水流控制断面的确定:在侧槽中选 定若干断面,根据各断面距槽首的距离s,计算 各断面的流量Q,临界水深h过水断面面积 ,水面宽度.以s为横座标,以Bk为纵 坐标,绘制s—cU的关系曲线,在曲线上取 : ()z时对应的距离Sk为临界水深 ?gtoL 发生的断面位置. 经计算s=24.70m,可近似认为临界水深 发生在侧槽末端,即控制断面在侧槽末端. (4)侧槽水面线的计算:利用差分形式的基 本方程推求侧槽水面线. zSz=z)+v2/Q( Q1)Jl,+厶 式中:一断面间水位差; Q1,Q2一断面1,2流量; 1,132一断面1,2流速; .,一水力坡降; 厶一断面间距. 3.1.3侧槽首端槽底高程的确定 侧槽首端槽底高程应以溢流堰不受淹没为 标准来确定,如下: Po=ho—h 式中:P.一堰高; ‰一槽首断面水深,3.89m; 潘忠霞,马品非:哈拉布拉水库侧槽式溢洪洞设计?33? — 槽首断面处槽内水位高于堰顶的 差值,为了保证溢流堰不受淹没, 取h.=a~kH; — 槽首断面的堰上水头,2.05m; 一 临界淹没系数,为安全起见取 t:rsk0.2. 即P0=3.89—0.2×2.05=3.48m,则侧槽首 端槽底高程为堰顶高程减堰高. 3.1.4泄槽段水力计算 采用能量守恒公式El+/L=E2+计算 各断面水深,由此可得泄槽段水面线.为保证溢 洪洞为无压隧洞泄流,必须在洞内通过最大流量 时,洞内水面以上还留有一定的净空,考虑掺气 的影响,在掺气水面以上的净空一般为隧洞断面 面积的15%,25%.泄槽段首端水深为3.43m, 矩形段末端水深为3.1lm,扩散段末端水深为 1.65m,综合考虑,确定隧洞的高度为5m. 3.3结构设计 侧堰与洞轴线呈12o夹角,堰型为曲线型实 用堰,呈”L”形布置,有效宽度24.8m,首端直线 段及转弯段作为储备纳洪段.堰顶高程为正常 蓄水位,上游堰高3.6m,堰后背坡1:1.087,末端 采用反弧段与侧槽连接,反弧半径2.7m. 侧槽采用不等宽布置,首端宽3m,末端宽 5m,长24.72m,侧槽右侧边坡为1:0.5.侧槽末 端接水平调整段,该段长20m,底宽5m,前段 4.96m长度为明挖段,末段15.04m长度为洞挖 段.为与明挖段的墙顶高程及底板高程衔接,进 洞位置隧洞净高设计为9.91m,在调整段末段 15.04m长度及泄槽段首段7m长度范围内,洞挖 断面由宽5m,高9.91m的城门洞型渐变为宽 5m,高5m的城门洞型. 泄槽段全长164m,底坡2%,洞身段长 148m,断面形式为宽5m,高5m城门洞型;明挖段 长16m,前段8m长度为底宽5m的矩形渠段,后 段8m为扩散段,底宽由5m渐变至8m.泄槽以 后采用明挖方式对山谷进行修整,使水流平顺进 入山谷,再泄向下游河道. 溢洪洞进,出口开挖高度分别为17m,15m, 为防止开挖面岩石进一步风化和脱落,在整个开 挖面表层喷护一层3era厚100号砂浆作为保护 层. 4结语 根据地形及工程地质条件,本工程采用侧槽 式溢洪洞方案有以下优点: (1)不存在高边坡问题,便于建成后的运行 管理.泄洪建筑物所在位置山体自然坡度为1: 1.1,如果采用明挖方案,根据岩石的稳定边坡1: 0.5进行放坡,右岸最高开挖高度66m,产生高边 坡问题,不便于建成后的运行管理.侧槽式溢洪 洞的侧堰平行等高线布置,泄槽段以隧洞开挖为 主,进,出口段最大开挖高度仅17m,不存在高边 坡问题. (2)减少了高边坡处理费用.如采用开敞式 溢洪道方案,高边坡处理措施为每隔15m高程设 置一条2m宽的马道,在开挖面上部岩石强风化 带范围内需进行钢筋网挂锚并喷护5em厚100 号砂浆,开挖面下部弱风化岩层还需喷射3era厚 100号砂浆防护层.但侧槽式溢洪洞方案只需 在开挖面表层喷护3em厚100号砂浆作为保护 层,防止开挖面岩体脱落和进一步风化,这样泄 洪建筑物投资可减少150.53×104元. (3)施工干扰小,有利于安全施工,保证工程 进度.哈拉布拉水库设计施工期为4年,水库实 际于2004年10月开工,计划2007年竣工,因水 库开工较晚,2004年最佳施工期已过,实际工期 只有3年,施工期较为紧张,造成溢洪道开挖与 大坝施工相互干扰,如果采用明挖方案,为减少 石方开挖的工程量,溢洪道位置靠近右坝肩,开 挖时的石方爆破将影响到大坝基础处理.采用 侧槽式溢洪洞方案为满足隧洞的成洞条件,将洞 轴线设在距离坝端30m,其岩石开挖爆破施工对 大坝施工的影响小,可减少施工干扰问题.