水电站竖井式进水口设计大纲范本

水利水电工程技术设计阶段水电站竖井式进水口设计大纲范本水利水电勘测设计标准化信息网1997年11月工程水电站竖井式进水口技术设计大纲主 编单 位：主编单位总工程师：参 编 单 位：主要编写人员：软件开发单位：软件编写人员：勘测设计研究院年月目次1. 引 言 . 42. 设计依据文件和规范 . 43. 设计基本资料 . 44. 进水口布置与优化 . 115. 进水口水力计算 . 156. 进水口结构设计 . 157. 细部结构构造设计 . 198. 原型观测、运行要求 . 219. 专题研究 . 2110. 工程量计算 . 2111. 应提供的设计成果 . 21l. 1 工程概况工程位于 省市（县），距市（县）km的河上。本枢纽 是以为主，兼有 等综合利用的水利水电枢纽工程。电站采用 条有压引水隧洞作为发电引水建筑物。弓冰隧洞单条长分别为 、m,直径一m, 引用流量 m3/s。电站装机台MW的式机组，总装机容量 MW。1.2设计任务简述本大纲为该工程竖井式进水口技术设计大纲，包含从拦污栅开始到竖井式进水口末端 与发电（或引水）隧洞连接处止的设计。设计内容包含设计参数选择、进水口总体布置、水力 学计算、竖井式进水口前隧洞工程一次及二次支护设计、细部结构设计、施工技术要求、 工程量计算、施工期监测及运行期观测设计，以及其他辅助设施设计。1.3设计主要思想及应考虑的主要因素提示：本进水口布置于地形较缓、岩体较完整且稳定的水库岸坡，大部分地段围岩地质条件较好，进水口竖井及其之前的隧洞结构设计可参照有压隧洞设计，充分发挥围岩的承载能力，做到简化衬砌结构，加快施工进度，缩短工期， 降低工程造价。2设计依据文件和规范(1)_工程可行性研究报告；_工程可行性研究报告审批文件；工程技术专题（试验）报告；工程上阶段设计有关文件和会议纪要；(5)工程初步设计有关文件。2.2 主要设计规范(1)SDJ 12-78水利水电枢纽工程等级划分及设计标准 和补充规定；(2)SDJ 217-87水利水电枢纽工程等级划分及设计标准SD 303 -88水电站进水口设计规范（试行）(4)SD 134 七4水工隧洞设计规范（试行）；(5)SDJ 10-78水工建筑物抗震设计规范（试行）；(6)SDJ 20 -78水工钢筋混凝土结构设计规范（试行）；(7)SDJ 57 -85水利水电地下工程锚喷支护施工技术规范;2.1有关本工程的文件（山区、丘陵区部分）（试行）（平原、滨海部分）（试行）;(8)(9)(10)(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)(18)(19)(20)(21)(22)SDJ 212-83SL 47 -94SDJ 2081水工建筑物地下开挖工程施工技术规范； 水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范； 钢筋焊接及验收规程1；：-（88）水规设字第8号 水利水电工程设计工程量计算规定（试行）；SDJ 207 $2 水工混凝土施工规范；SL 62 -94水工建筑物水泥灌浆施工技术规范；GBJ 50204 -92 钢筋混凝土工程施工及验收规范；GBJ 86 -85GBJ 7 -89GBJ 10 -89GBJ 17 -88GBJ 9 -87SDJ 2178SD 144 -85SL 74 95锚杆喷射混凝土支护技术规范； 建筑物地基基础设计规范；混凝土结构设计规范及其局部修改条文； 钢结构设计规范；建筑结构荷载规范；混凝土重力坝设计规范及补充规定 （试行）； 水电站压力钢管设计规范 （试行）； 水利水电工程钢闸门设计规范；(或 DL/T 5039 -95)(23) SD 133 -84 水闸设计规范(试行)。2.3主要参考资料（1）水力计算手册（武汉水利电力学院编）；（2）水力学上、下册（成都科技大学编）；（3）灌区水工建筑物丛书涵洞、涵洞；（4）水工设计手册；（5）地下建筑物设计手册（1993版）；（6）铁路工程设计技术手册；喷射混凝土程良奎编著 （1990版）；（8）铁路隧道新奥法指南（1988版）。3设计基本资料3.1工程等别与建筑物级别（山区、丘建筑,根据本工程规模，按照水利水电枢纽工程等级划分及设计标准和补充规定 陵区部分）（SDJ 12 78）（试行），本工程属 等工程，进水口为本工程之应按级建筑物设计。3.2气象资料未见有此规范，待查一一编者。3.2.1 气温本进水口区气温情况如下：(1) 多年平均气温C；(2) 绝对最高气温C;(3) 绝对最低气温C；(4) 最低月平均气温 C;(5) 最高月平均气温 C;(6) 平均土层冻深 m，最大土层冻深 m；(7) 多年月平均气温，见表 1。表1 各 月 气 温 表单位：c月份123456789101112多年平均气温极端最高气温极端最低气温3.2.2 水温(1) 本库区多年平均水温 c,极端最高水温 c,极端最低水温 Co(2) 各月水温如表 2o表2各月水温表 单位：C月份123456789101112多年平均水温极端最高水温极端最低水温3.2.3 风速与吹程(1) 相应于洪水期多年平均最大风速： m/s;(2) 风的吹程：km o3.3设计洪水标准 洪水标准及相应流量见表3o表3 洪水标准及相应流量表项目洪水重现期,a入库洪峰流量，m3/s下泄流量，m3/s备注校核洪水设计洪水3.4水位和流量运行水位及引用流量见表4o表4运行水位及引用流量表项目水库水位，m引用流量，m3/s下游水位,m备注校核洪水位设计洪水位正常蓄水位死水位初期发电水位最低运行水位检修水位3.5地震烈度基本地震烈度：设计地震烈度：度；度。3.6水库淤积和泥沙进水口推移质粒径：mm ;进水口推移质含量：3kg/m ;(3)进水口悬移质粒径：mm :进水口悬移质含量：3kg/m :泥沙淤积高程：m(a);淤沙内摩擦角：淤沙浮容重：3kN/m。3.7污物情况及冰情污物来源：;污物种类：;污物数量：;漂浮规律：。冰期：月;冰盖最大厚度：m;流冰特征：冰块厚度：m ;面积：m2,流速：m/s;流冰抗碎强度： MPa。3.8拦污栅及清污机(1) 拦污栅容许最大过栅流速： m/s ；(2) 拦污栅设计情况水压差：=Hs=m；拦污栅校核情况水压差：AH x=m ；每片拦污栅宽度：B=m;栅条间距：cm;栅条厚度：mm;拦污栅栅槽宽度：m;拦污栅栅槽深度：m;清污方式：;清污机布置：高程：m5轨距： m;中心线桩号：m;（8）清污机荷载轮压（最大）：kN。3.9闸门及启闭机（1）闸门工作闸门孔宽： 工作闸门孔高： 工作闸门门槽宽: 工作闸门门槽深:工作闸门门槽中心线桩号： m ；（事故）检修闸门孔宽：m ；（事故）检修闸门孔高：m ；（事故）检修闸门门槽宽：m ；（事故）检修闸门门槽深：m ；（事故）检修闸门门槽中心线桩号： m ；提示：如设置事故检修闸门，应注明闸门工作条件是静水启闭还是动水启闭（2）启闭机室启闭机室高程： m ；2启闭机室面积： m，（3）旁通管（或充水阀）直径： m；（4）检修平台检修平台高程：m；检修平台面积：m2o3.10地质资料3.10.1区域工程地质及水文地质资料提示：本节由地质专业根据区域地质条件提供。供隧洞进水口及竖井布置使用。(1) 简述地形地貌、地层岩土性质、地质构造产状、有无有害气体等；(2) 简述含水层的类型、地下水的化学性质、地下水的补给与排泄、沿线地表水与地下 水动态等；(3) 提供地下水的排堵措施，供设计参考。3.10.2 进水口区围岩工程地质、水文地质资料(1) 进水口隧洞沿线围岩分类及稳定评价、岩性、围岩物理力学指标、地应力、水文 地质条件及一次支护的措施，汇总见表5。表5隧洞围岩地质、水文地质条件汇总表代表性剖面桩号分段长度围岩地质特征及段号隧洞埋深丽上地下水头車位弹性抗力系数坚固系数结构面对围岩影响程度地应力及洞轴与地应力主应力方向夹角若体状态若体弹性模量若体变形模量若体抗拉强度若体抗压强度若体泊松比X17若体抗剪衢强度若体容重若体完整性能若石质量若体工程质量水文地质条件渗透系数围岩分类建议施工支护措施类别名称rrfnE一n卫CSMkrnmmmkN/m37%paMa PMa PMpdMa PMkN/m3dm匚n匚n匚n匚匚匚 基岩 物理力学指标及混凝土/基岩 抗剪(断)强度指标，见表6。表6基岩物理力学指标及混凝土 /基岩抗剪(断)强度指标表基岩岩性基岩抗压强度MPa泊松比变形模量MPa承载力MPa抗剪强度f抗剪断强度备注f*c： MPa(3) 进水口洞脸边坡稳定指标见表7。表7 洞脸边坡稳定指标表基岩岩性基岩抗压强度MPa泊松比变形模量MPa永久稳定坡比抗剪强度f抗断剪强度水上水下fc： MPa提示：包括竖井上口平台以上地坪和周边明挖的岩性、开挖稳定坡度及承载力等。(4) 进水口区地应力资料。提示：由地质专业根据区域地质和实测地应力资料，按隧洞桩号提供地应力值及方向(5) 枢纽平面地质图及洞线地质剖面图。3.10.3 进水口区地温及岩石热常数(1) 地温梯度：度。(2) 岩石热常数，见表 &表8 岩石热常数表岩石名称导热系数cJ/(m h C)比热系数PJ/(kg ；C)线胀系数GC-1(3) 竖井轴线地温。提示：按所处桩号和埋深提供地温。3.11材料特性及结构安全系数3.11.1 钢筋(1) 钢筋设计强度及弹性模量：见表9。表9 钢筋设计强度及弹性模量表 单位：MPa钢筋种类符号钢筋受拉设计强度Rg钢筋受压设计强度Rg弹性模量EI级钢筋(3号钢)2402402.1X 105II级钢筋(16Mn)直径垦8mm3203202.0X 105直径28mm3403402.0X 105III级钢筋(25Mn)38038052.0X 105号钢筋2802802.0X 105(2) 钢筋泊松比：J=0.30。3.11.2 钢材(1) 钢材为钢；钢板为钢；(2) 钢材设计强度及弹模，见表10。表10钢材设计强度及弹性模量表单位：MPa钢材号符号钢材受拉设计强度Rg钢材受压设计强度Rg弹性模量EI级钢材(3号钢)A32402402.1X 105II级钢材(16Mn)板厚 mm16Mn3203202.0X 105板厚 mm16Mn3403402.0X 105III级钢材(25Mn)25Mn3803802.0X 1055号钢材A52802802.0X 105钢材泊松比：上0.30 ;(4) 钢板强度指标及弹模，见表11;表11钢板强度指标及弹性模量表钢材号钢板厚度mm钢板屈服强度Rg, MPa钢板极限强度Rg, MPa弹性模量E, MPa(5) 钢板允许应力，见表 12。表12钢板允许应力表 单位：MPa钢板钢号钢板厚mm荷载组合埋管明管直管弯、锥管按明管校核直管弯、锥管基本特殊基本特殊(6) 焊缝系数：；(7) 钢板泊桑比：上0.30 ；(8) 线膨胀系数： ；(9) 钢板抗外压失稳安全系数： 3.11.3 混凝土和钢筋混凝土(1)混凝土重度：=24kN/m 3；钢筋混凝土重度3=25kN/m ；混凝土泊松比：)=1/6;混凝土设计强度及弹性模量，见表13表13混凝土设计强度及弹性模量表单位：MPa项目符号混凝土标号混凝土标号CC15C20C25C30轴心抗压Ra弯曲抗压Rw抗拉Ri抗裂Rf弹性模量E 强度安全系数见表14。表14 强度安全系数表结构受力特征荷载组合基本特殊混凝土按抗压强度计算的受压构件、局部承压按抗拉强度计算的受压、受弯、受拉构件钢筋轴心受压、偏心受压、局部承压、斜截面受剪、受扭构件混凝土轴心受拉、受弯、偏心受拉构件(6)钢筋混凝土构件抗裂安全系数见表15。表15钢筋混凝土构件抗裂安全系数表受力特征安全系数轴心受拉、小偏心受拉构件受弯、偏心受压、大偏心受拉构件(7)钢筋混凝土结构构件允许最大裂缝宽度：水上 mm；水下mm ；(8) 混凝土抗渗标号： ；(9) 混凝土抗冻标号： ；提示：按不同的部位和建筑物分别列岀。(10) 混凝土与围岩粘结强度不得小于 MPa;(11) 混凝土的热学常数：导热系数c=J(m h :C);比热系数 上J(kg C );线胀系数：=C-1。3.11.4 喷混凝土设计指标(1) 喷混凝土标号： ;(2) 喷混凝土重度： kN/m3 ；(3) 喷混凝土与围岩粘结强度不得小于 MPa;(4) 喷混凝土泊松比：;(5) 喷混凝土设计强度及弹性模量，见表 16。表16喷混凝土设计强度及弹性模量表单位：MPa项目符号喷混凝土标号喷混凝土标号CC15C20C25C30轴心抗压Ra弯曲抗压Rw抗拉R抗裂Rf弹性模量E(6) 强度及抗裂安全系数： ;(7) 喷混凝土抗渗标号。3.11.5 钢纤维喷射混凝土设计指标(1) 普通炭素钢纤维抗拉强度不低于 MPa ；(2) 钢纤维直径为mm ；(3) 钢纤维长度为mm ；(4) 钢纤维的参量为混合料重的 %；3(5) 钢纤维喷射混凝土重度 kN/m。3.11.6 锚杆指标锚杆采用 钢筋制作，长度为 mm，为砂浆锚杆(预应力等)。3.11.7 浆砌块石指标浆砌块石一般采用号。3.12水力计算参数(1) 衬砌糙率1) 钢模混凝土衬砌：2) 木模混凝土衬砌：3) 喷混凝土衬砌：4) 浆砌石衬砌：5) 钢板衬砌：6) 不衬砌：(2) 局部水头损失系数1) 拦污栅：2) 进水口： 3) 闸门槽：4) 渐变段：5) 合流：6) 转弯段：7) 锥段：m,直径为nmax=；nmi n =；nmax=；nmi n =；nmax=；nmi n =；nmax=；nmi n =；nmax=；nmi n =；nmax=；nmi n =。3.13 初设阶段进水口布置图提示：进水口布置一般包括明渠进水段、取水段（进水口喇叭口和竖井前隧洞）和竖井段布置（1）进水口布置图提示：进水口布置图取自初步设计成果，其上部结构及设备初步设计阶段一般较为粗略，故应 根据技术设计阶段中间成果，及时明确上部结构布置及作用荷载。（2）其他专业布置图提示：包括闸门槽二期混凝土及埋件图、启闭机及启闭机室布置图、旁通管（或旁通阀）布置图以及拦污栅布置图等。4进水口布置与优化提示：此阶段应根据地形、地质等条件，需考虑电站最低运行水位下的最小淹没深度、防沙、防污、防冰等要求，以及工程是否要求分期发电、设计流量等，并应和金属结构、电气、建筑等 专业配合，对初步设计提岀的布置方案、进口设置高程、进口体型、孔口尺寸等进行复核、修改及优化。4.1 进水口布置提示:（1）进水口布置系在批准的初设方案上，根据引水隧洞挂口地质条件及进水口布置条件，进一步结合地形、地质、防沙等条件，进行局部的进水口及洞线优化。（2）原则上应选择地质条件较好处作为隧洞挂口，并应便于进水口布置，要求进口流向尽量与河道流向一致，使进水流态较平稳，以防水流边界急剧变化偏折，在进水口前形成回流或旋涡。（3）进行洞线优化时，应考虑下列条件：1）进水口应当满足水利枢纽总布置的要求。2）应考虑隧洞进口沿线的岩性、产状、断层、节理等结构特征、地下水分布规律等因素，应尽可能避开对隧洞不利的工程地质和水文地质条件的区段（如地质构造有很大破坏、逸岀气体、地下水渗流、坍塌和喀斯特等），避开具有不利卫生环境条件的区段（如坟墓、垃圾厂以及渗滤场地等），隧洞线尽可能布置与岩层走向垂直或交角 大于45度。3）进水口布置应尽量使洞线在平面布置上为直线型，使洞线为最短，工程量量小,满足洞内水流条件，且施工方便，便于机械化施工。4）进水口宜选在地质构造简单、岩体完整稳定、岩石坚硬、上覆厚度大、水文地 质条件有利、以及施工方便的区段。5）对要求设置两个或两个以上进水口的布置，隧洞轴线中心距应根据围岩地质条件，开挖施工机械和方法对围岩扰动的影响，原则上要求隧洞间岩柱厚度应大于 23倍隧洞开挖直径。如岩柱厚度小于2倍隧洞开挖直径时，应作专门论证。6）洞口段主要以成洞条件考虑，承受荷载和防渗主要靠加强支护或灌浆措施。按 成洞条件进洞，可大大减少明挖量，提前进洞，避免高边坡开挖，具有显著的经济 意义，可采用较小的岩体覆盖厚度。应结合具体情况，综合分析研究确定。4.1.1进水口底板高程确定提示：(1)进水口高程的设置应满足在最低水位下的运行要求。有压进水口还应满足最小淹没深度的要求，以不产生漏斗状吸气漩涡，且能保证引水管道顶部压力不小于0.02MPa为原则，但也不宜过深，以免增加金属结构和土建工程的造价。寒冷地区计算淹没 深度时，还应考虑冰盖厚度的影响，冰盖下淹没深度不宜小于2m。(2)进水口底坎高程应在预计的河流泥沙、水库淤积高程以上，如不能满足此要求时，应设置冲沙孔，保证进水口 “门前清”。应根据淤沙颗粒级配及冲沙孔泄量等确定冲沙漏 斗范围，初步估算时可假设冲沙孔底坎为起坡点，两侧边坡为1 : 3左右。4.1.2 确定进水口孔口尺寸提示:(1)参照SD 303-88及参考水工设计手册第七卷第三十一章第三节、水力计算手册 第六篇第二章(武汉水利电力学院编)进行计算后确定。(2) 为减少水头损失，工作闸门孔口面积宜为引水管截面积的1.21.5倍，孔口高宽比也宜在1.21.5之间，孔口宽度宜等于或略小于引水管道直径。(3) 检修孔口尺寸视进水口曲线布置而定。4.1.3 取水喇叭口体型设计确定取水喇叭口的长度、曲线型式。提示：(1)取水段指竖井段前至拦污栅段，为一水工隧洞，在通常情况下，沿流向由方变圆 的渐变段、圆型标准段、圆变方的渐变段等组成。(2) 进水喇叭口体型，主要根据进水口布置方式以及引用流量而决定。其长度在满足 工程结构布置需要及进水可能允许的尺寸与水流顺畅条件下，原则上要求布置 紧凑。必要时，可通过水工模型试验确定。为减少水头损失又便于施工，顶部 和两侧可采用圆弧曲线，曲率半径分别取工作闸门孔口高度和孔宽的一半左右, 底部通常可为平底或斜坡。进口段曲线一般有：1) 进口段的边界曲线，一般采用四分之一椭园、园弧曲线或圆弧加直线。2) 进口段的顶板曲线，一般采用四分之一椭园曲线。2 2曲线方程为：爲+=1a b4.1.4 闸门段布置(1)闸门段布置工作门和检修闸门(或事故门、事故检修门)； 确定工作门和检修闸门(或事故门、事故检修门)之间距离，闸门段长度；(3) 确定闸门井竖井型式及尺寸。提示:(1)闸门段布置考虑检修方便和结构要求选取。闸门段体形主要根据所采用的闸门、门槽 型式以及结构的受力条件而决定。其长度取决于闸门及启闭设备的需要，并考虑引水道检修 通道要求，设置爬梯等。工作门和检修闸门之间距离不宜小于1.5m2m。(2) 闸门井竖井可视地质情况采用全衬或局部衬砌，衬砌型式可比较圆形、方形和方圆形。(3) 当取水段较长时，有必要在取水段进水喇叭口前设置检修闸门(可以是简易叠梁)4.1.5 充水阀设计提示：充水阀(或旁通管)截面积应根据充水时间要求确定，但不应大于通气截面积的0.2倍4.2拦污栅结构布置4.2.1拦污栅道数选择提示：通常设一道拦污栅，当清污频繁，而又不宜停机清污时，可考虑设两道栅，或设备用栅。污物 很多时还可设导污排等辅助设施。4.2.2支承平台及封顶平台高程选择提示：主要根据过栅流速要求(采用机械清污时，一般过栅流速控制在1m/s左右)，确定拦污栅支承平台及封顶平台高程。为减小过栅流速并使水流平顺，支承平台高程可略低于 进水口底坎高程。通常封顶平台高程也不宜高岀死水位过多。4.3渐变段布置确定渐变段长度、渐变段截面变化规律。提示:(1)渐变段将矩形断面(闸门段)变到圆形断面(引水道)，一般采用在四角加圆角过渡。其长 度一般为引水道直径的 1.52.0倍；收缩角一般不超过10。，以6直8 为宜。(2)为方便施工，渐变段高度、宽度及圆角半径通常可按线性变化设计。4.4分岔段布置确定分岔段长度、体型等。提示：当所需进水口宽度较大，围岩稳定和结构设计有困难时，可将进水口设计为两个， 然后在围岩较好时在闸门段前会合为一个引水道。岔洞的主洞和支洞夹角一般为30比60 。4.5 通气孔(1) 确定通气孔尺寸、面积。(2) 确定通气孔布置：通气孔上部孔口高程、位置；通气孔下部孔口高程、位置。提示：通气和通气设施是压力引水道中不可缺少的重要组成部分。压力隧洞中，排水时需要补气，充水时需要排气。(1)目前，还无法对通气作岀数值分析，只能根据试验和原形观测资料，由经验判断 决定。前苏联规范规定风速不宜超过 50m/s;美国规定风速不超过45m/s；我国一些工程的实测风速为1030m/s，最大达80m/s；(2)为避免引水道岀现负压及气蚀现象，通气孔布置应遵循下述原则：1) 通气孔面积宜适当取大些，一般为引水道截面积的5%8%;2) 通气孔下部孔口应尽量靠近闸门；3) 通气孔上部孔口高程应尽可能高些，必要时对孔口进行保护；4) 通气孔上部孔口不可设在启闭机室内。4.6 隧洞围岩覆盖厚度及隧洞间壁厚度提示：参照水利水电工程技术设计阶段发电或引水有压隧洞设计大纲范本有关要求进行。(1) 隧洞围岩最小覆盖厚度。(2) 隧洞间壁厚度。4.7竖井井口建筑设计提示:根据实际地形条件和工程需要，进行井口区的交通、启闭机房建筑、边坡等设计。5进水口水力计算5.1进水口水力计算(1) 最小淹没深度确定(2) 水头损失计算(3) 引用流量计算提示：参照水电站进水口设计规范SD 303-88(试行)附录四计算。5.2 通气孔面积计算提示：参考水工设计手册第七卷第三十一章附录二计算。一般常用的方法有：(1) 最大需气量计算1) 我国一些明流隧洞的观测资料经验公式：Qa=(1020)%Qw 式中：Qa 隧洞中需要的气流量；Qw相应的需水流量。2) 原水电部十一工程局推荐的公式：1 2Qa=0.015(VwA)式中：Vw 最大工作水头下闸门全开时闸门孔口的平均流速; A 明流泄水隧洞的断面面积。3) 水利水电工程钢闸门设计规范DL/T 5039-95推荐的公式：Qa=0.09V wA 式中符号意义同前。(2) 建议的需气系数1）美国陆军工程师兵团建议数据：=Qa/Qw=0.03（F-1）1.6式中：卜最大需气系数；f佛劳德数，F =V /. gh ；h 闸门全开时其后的收缩断面水深；V 闸门流速，V=2gH ；H 闸门孔口顶点至库水位的高差； g重力加速度。2）罗马尼亚韦斯乃尔（Wisner）建议的数据：!：:=0.024（F-1）14式中符号意义同前。3）韦斯乃尔对于闸门小开度时建议的公式：l=0.033（F-1）16（3）通气孔的风速在一般情况下，风速最好保持在 20m/s40m/s左右，最大不宜超过 60m/s（与溢洪 道规范一致）。另外，为了避免发生空蚀或振动，闸门后的压降不宜超过1.5m2.0m, 或负压不低于1.5m2.0m。5.3管道充水时间计算提示：根据设计的充水方式（充水方式有： 在进水口闸室边墙混凝土中埋设旁通道； 在 进水口闸门上设置充水阀门； 小开度提升进水口闸门），选用与充水方式相同的流 量公式，计算管道充水时间，关键要考虑隧洞衬砌的受力情况。6进水口结构设计6.1设计荷载确定及荷载组合6.1.1设计荷载确定（1）自重（A”提示：自重为进水口结构重（包括启闭机室和交通桥、工作桥等上部结构的所有重量在内）设备重（A 2）提示：设备重包括闸门、启闭机和其他安装在进水口结构物上的永久设备重。其重量由金属结构专业及有关厂家提供。静水压力（A 3）提示：相应于各种运行工况水位下的静水压力，包括引水道内水压力，围岩外水压力等。参照混凝土重力坝设计规范 SDJ 21-78（试行）附录二计算。(4) 拦污栅前后水压差(A 4)提示：相应于各种运行工况水位下的水压差。一般为 0.030.05MPa 进水口闸门前后水压差(A 5) 提示：相应于检修水位时的水压差。扬压力(A 6)提示：为进水口竖井段基底面积乘以相应于各种运行工况水位下的水头和容重。包括浮托力和渗透压力，根据进水口基础地质条件和排水设施分析确定。泥沙压力(A 7)提示：参照混凝土重力坝设计规范SDJ 21-78(试行)附录二计算。(8) _风压力(A8)提示：参照建筑结构荷载规范计算。(9) _浪压力(A9)提示：参照混凝土重力坝设计规范SDJ 21-78(试行)附录二计算。(10) 雪压力(A10)提示：参照建筑结构荷载规范计算。(11) _冰压力(A 11)提示：参照水电站进水口设计规范SD 303-88(试行)附录三计算。(12) 温度影响力(A(13) 地震力(A13)提示：参照水工建筑物抗震设计规范SDJ 10-78(试行)计算。(14) 经常作用的其它荷载(A(15) 岩石压力(A15)提示：参照水工隧洞设计规范SD 134-84计算。(16) 灌浆压力及其它施工荷载(A16)(17) 机遇很少的其它荷载(A17)6.1.2拦污栅荷载组合拦污栅荷载组合见表17。表17拦污栅及支承结构设计荷载及组合组合情况基本荷载特殊荷载结构自重、永久设备重设计情况拦污栅前后水压差泥沙压力冰荷载雪荷载活荷载地震惯性力地震水压力校核情况拦污栅前后水压差123456789基本组合特殊组合I特殊组合II注：表中 2 栏一般取 0.03MPa0.04MPa。表中6栏一般情况下浪压力和风压力所占比重很小，可忽略不计表中9栏一般可比设计情况增大 0.01MPa。6.1.3取水段及竖井段荷载组合提示：根据施工、运行和检修等情况分别考虑最不利的荷载组合，一般应遵循下列组合原则。(1) 垂直围岩压力与侧向围岩压力使顶拱产生的应力符号相反，互相有所抵消。一般估算的围岩压力不一定十分准确，尤其是侧向围岩压力的准确性更差一些，这时宜不计侧向压力。在其它部位也应考虑类似情况。(2) 灌浆压力与外水压力不要叠加。灌浆压力大于外水压力时，顶拱部位只计灌浆压 力，其余部位为外水压力；灌浆压力小于外水压力时则可不计。(3) 考虑围岩抗力时，可少计或不计侧向围岩压力，不计底拱的反压力。荷载组合，见表18。表18取水段及竖井段荷载组合表垂直围侧向围衬砌内水外水均外水非灌浆温度弹性地荷载组合岩压力岩压力自重压力匀压力均匀压力压力荷载抗力震12345678910基本运行工况校核工况特殊检修工况施工期注：表中4栏取相应水位下的内水压力值。6.2拦污栅结构计算原则及方法6.2.1拦污栅支承结构计算(1) 设计荷载：拦污栅结构自重、清污机设备重、栅面上下游水压差、漂浮物撞击力、 地震惯性力、地震水压力等。(2) 拦污栅支承结构计算提示：参考水工设计手册第七卷第三十一章第五节。6.2.2工作平台、启闭机架结构计算提示：参考工业与民用建筑结构设计。623闸门操作室的建筑结构计算提示：参考工业与民用建筑结构设计。6.2.4配筋计算原则及方法(1) 对于按混凝土构件进行强度计算不满足要求的部位，按钢筋混凝土构件进行配筋 计算；(2) 采用结构分析中内力成果进行配筋计算时，按单一安全系数极限状态法进行；(3) 混凝土构件强度校核及钢筋混凝土构件配筋计算，均参照水工钢筋混凝土结构设计规范(SDJ 20-78)进行。6.2.5裂缝宽度验算计算最大裂缝宽度不得超过 mm。6.2.6 受弯构件挠度验算计算最大挠度不得超过1/400(1为构件跨度)。6.3取水段和竖井段结构及配筋设计6.3.1 设计原则与方法提示：在取水段隧洞结构中， 对其围岩需要采用混凝土和钢筋混凝土衬砌。衬砌的应力计算时，对III、IV、V类围岩及更差的围岩，是把围岩当成荷载，把衬砌当成结构，进 行结构计算；而对II类及更好的围岩，当围岩厚度大于3倍洞径时，则将围岩视为承载结构，当围岩厚度小于 3倍洞径时，宜将围岩当成荷载考虑。对I、II、III类围岩，可视围岩条件选用合适的计算方法。一般要求采用下述方法进行：(1) 内力分析选用以下方法。1) 弹性力学法：包含弹性和弹塑性两种方法，主要适用于I、II、山类围岩；2) 结构力学法：适用于IV、V类围岩及更差的围岩；3) 边值问题数值解法；4) 多层园法：即将钢筋折算成一层衬砌，按钢筋衬砌层与混凝土衬砌层变形协调进行计算；5) 其它方法(包含有限元法等)。(2) 混凝土及钢筋混凝土衬砌的强度及配筋计算，可按现行水工钢筋混凝土结构设计规范的有关规定进行。对I、II、III类围岩，可考虑按限裂设计。6.3.2 取水段及竖井段结构及配筋设计提示：参照水工隧洞设计规范及水利水电工程技术设计阶段发电或引水有压隧洞设计 大纲范本有关要求进行。(1) 结构设计与配筋计算。(2) 围岩稳定分析及一次支护设计。(3) 取水段及竖井段施工期监控设计。633 取水段进口结构设计提示：(1) 一般隧洞进口覆盖较薄，地质条件相对较差，要注意对洞脸边坡的保护，及时进行喷锚加固，在隧洞挂口时，注意对洞口开挖时及时采取(挂网)锚喷支护，适当加厚喷混凝土厚度、加密加深锚杆，加强二次支护等措施。(2)在确保隧洞洞脸及围岩稳定以及山体的自然边坡稳定的前提下，尽量避免大开挖，争取早进洞，晚岀洞。对边坡应进行稳定分析，采取必要的加固措施。7细部结构构造设计7.1细部结构设计内容设计内容包括：衬砌浇筑段长；纵横向施工缝、永久缝；止水；不同衬砌结构连接设 计；回填灌浆、固结灌浆；洞脸边坡支护、井口以上边坡处理等。7.2细部结构设计原则提示：设计原则一般有：(1) 进水口混凝土标号不得低于C20(28天龄期)；过流表面抗冲耐磨混凝土标号不宜低于C25(28天龄期)；抗渗标号不宜低于 S4;抗冻标号不低于 (北方地区根据工程地区气温条件确定)。(2) 按构造配筋时，最小配筋率不得小于0.05% ;或钢筋直径06电0,钢筋间距20cm25cm。(3) 在转角或应力突变的位置，应配置加强筋。加强筋直径间距与径向钢筋相同。(4) 混凝土施工缝的处理，要满足有关规程规范的要求。(5) 应满足门槽二期混凝土、启闭机预埋件、拦污栅和闸门检修设施、电缆通道、电气操作、照明设施、栏杆、水位计等监测设备，以及其他有关设施，在布 置和结构上的要求。(6) 平台孔口应加盖安全栅网或预制混凝土盖板。(7) 衬砌段长一般根据浇筑能力和温度收缩等因素分析确定，底拱、边顶拱的环向缝不得错开。(8) 对岩性较均一。处于I、II、山类围岩中的混凝土衬砌，温度变化较小，一般不设伸缩缝，只在地质条件突变的洞段、地质条件较差有严格要求的洞段、 衬砌型式改变的洞段，才设置伸缩缝。伸缩缝缝内设止水带及充填嵌缝材料。 每一浇筑段设一施工缝，缝内只设止水带。(9) 对于岩性较均一，处于I、II、III类围岩中的混凝土衬砌，当可能最低地下水位高于隧洞压力线，且内水外渗不影响围岩稳定时，缝内可不设止水带。但 对伸缩缝，缝内要用充填嵌缝材料充填。(10) 在不同衬砌结构连接点、地质条件变化处、体形改变处，均需设永久缝。(11) 对一般施工缝，纵向钢筋要求穿过缝；对永久伸缩缝，纵向钢筋不穿过缝。但对于地质条件较差的IV、V类围岩中的混凝土衬砌，则应研究纵向钢筋 穿过缝问题。(12) 衬砌的浇筑缝分纵向和横向两种，其位置主要视施工方法和浇筑能力确定。 为防止衬砌产生收缩裂缝，横向缝间距一般限制在12m以内。设计时应注意洞口附近因易受气温影响，间距宜密一些。一般渐变段或闸门段前后均 设永久缝。纵向浇筑缝通常都作键槽和设插筋，横向缝一般不作键槽和不 设插筋。7.3回填灌浆及固结灌浆设计提示：参照水工隧洞设计规范及水利水电工程技术设计阶段发电或引水有压隧洞设 计大纲范本有关要求进行。8原型观测、运行要求提示：参见有关规范。9专题研究提示：根据工程具体情况与需要(如采用新技术、新工艺或其它特殊问题)，选择专题研究项目10工程量计算10.1 工程量计算原则提示:(1)工程量计算方法和阶段系数，按照水利水电工程设计工程量计算规定等文件规定 进行。(2) 主要结构的工程量，应根据结构计算成果确定(如：混凝土、喷混凝土的标号和用量;钢筋、钢材的型号和用量；锚杆、钢支承的型号和用量；土、石方明挖量；石方 洞挖量；回填灌浆、固结灌浆等 )。(3) 次要结构的工程量，可根据工程类比等方法确定。10.2 工程量计算项目提示：工程量计算项目，应根据工程划分，计算相应设计范围的所有工程量。所有工程量均应根 据地质条件、施工方法、使用材料、型号、标号等分别计算。11应提供的设计成果提示：根据工程实际情况与需要拟定。11.1 文字报告(1)技术设计报告(2) 施工技术要求 (含开挖、基础处理、混凝土衬砌、 锚喷支护、 浆砌石、灌浆、监控 等)(3) 观测、试验、管理等技术要求(4) 专题研究报告 (含试验 )11.2 计算书(1) 座标计算(2) 水力计算(3) 边坡、围岩稳定分析计算(4) 围岩结合一、二次支护设计计算(5) 结构计算及配筋计算 (含拦污栅支承结构、进口段、渐变段、竖井段、转弯段、岔 口段、工作平台及启闭机架等 )(6) 工程量计算11.3 图纸(1) 进水口布置图 (平图、剖面图 )(2) 进水口结构布置图(3) 观测设备布置图及设备清单(4) 主要施工图 (含开挖、基础处理、浇筑分块、锚喷支护、钢筋混凝土衬砌、灌浆、 观测等 )11.4 工程量汇总表