片上水库导流隧洞设计毕业论文设计

( 此文档为 word 格式，下载后您可任意编辑修改！)存档编号华北水利水电大学North China University of Water Resources and Electric Power毕业设计题目片上水库导流隧洞设计学院水利学院专业水利水电工程姓名xxx学号2010021xx指导教师xxx完成时间2014.05.19教务处制独立完成与诚信声明本人郑重声明：所提交的毕业设计（论文）是本人在指导教师的指导下，独立工作所取得的成果并撰写完成的，郑重确认没有剽窃、抄袭等违反学术道德、学术规范的侵权行为。文中除已经标注引用的内容外，不包含其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。毕业设计（论文）作者签名：指导导师签名：签字日期：签字日期：毕业设计（论文）版权使用授权书本人完全了解华北水利水电学院有关保管、 使用毕业设计（论文）的规定。特授权华北水利水电学院可以将毕业设计（论文）的全部或部分内容公开和编入有关数据库提供检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段复制、保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交毕业设计（论文）原件或复印件和电子文档（涉密的成果在解密后应遵守此规定） 。毕业设计（论文）作者签名：导师签名：签字日期：签字日期：North China University of Water Resources and Electric Power .- 1 -摘 要 .7第一章基本资料 .101.1流域概况 .101.1.1气象 .101.1.2洪水 .101.1.3年径流 .111.1.4泥沙 .111.2特征水位及库容 .121.2.1设计洪水 .121.2.2校核洪水 .121.2.3死水位 .121.2.4汛限水位 .121.3兴利调节 .121.4汛后最高蓄水位 .131.5水电站 .141.5.1灌溉给水电站 .141.5.2工业给水小电站 .141.6水库淤积淹没及渗漏 .151.6.2水库淹没 .151.6.3库区渗漏问题 .161.7工程地质条件 .161.7.2工程等级及地震烈度 .171.8坝址工程地质条件 .181.9其他建筑物的工程地质条件 .191.9.1垭口付坝 .191.9.2溢洪道 .191.9.3灌溉引水发电洞 .201.9.4导流洞 .201.9.5工业给水洞 .201.10 筑坝材料与其他数据 .201.10.1 土料及砂石料 .201.10.2其他数据 .221.10.3 枢纽主要技术指标 .221.10.4 坝轴线河谷断面图 .24第二章枢纽布置 .252.1坝段、坝线选择 .252.2主坝坝型选择 .252.3付坝坝轴线和坝型选择 .292.4溢洪道位置选择 .292.5水电站位置选择 .302.6枢纽总体布置简述 .32第三章洞址的选型 .333.1隧洞设计的任务 .333.2洞线位置的选择 .333.2.1洞线位置的选择原则 .333.2.2洞线位置的选择 .333.2.3洞身断面型式的选择 .33第四章无压洞设计 .344.1隧洞的总体布置 .344.1.1进口建筑物的形式 .344.1.2进口段的组成 .344.1.3洞身段的选型 .374.1.4 隧洞出口段 .374.1.5衬砌尺寸的确定 .374.2隧洞尺寸的计算 .384.2.1隧洞进口段尺寸的确定 .384.2.2洞身断面尺寸的确定 .错误！未定义书签。第五章水力计算 .415.1隧洞过流能力验算 .415.1.1有压流态下基本计算公式 .错误！未定义书签。5.1.2设计洪水 Q 的验算 .425.1.3校核洪水 Q 的验算 .435.2水面线计算 .435.2.1水面线计算工况及计算条件 .435.2.2判断水面线的类型 .435.2.3水面曲线的计算 .错误！未定义书签。5.2.4掺气水深的计算 .错误！未定义书签。第六章无压洞段结构计算 .错误！未定义书签。6.1位移法求解节点位移原理 .错误！未定义书签。6.2计算简图与荷载 .错误！未定义书签。6.2.1计算简图 .错误！未定义书签。6.2.2荷载 .错误！未定义书签。6.2.3位移未知量的确定 .错误！未定义书签。6.2.4荷载计算 .错误！未定义书签。6.3无压段配筋计算 .错误！未定义书签。第七章细部构造设计 .错误！未定义书签。7.1衬砌的分缝 .错误！未定义书签。7.1.1横向变形缝 .错误！未定义书签。7.1.2衬砌的施工缝 .错误！未定义书签。7.2隧洞灌浆 .错误！未定义书签。7.2.1回填灌浆 .错误！未定义书签。7.2.2固结灌浆 .错误！未定义书签。7.3隧洞的排水 .错误！未定义书签。附录 1开题报告 .错误！未定义书签。华北水利水电大学本科生毕业设计（论文）开题报告.错误！未定义书签。附录 2设计任务书 .错误！未定义书签。1.1毕业设计目 .错误！未定义书签。1.1.1设计目的 .错误！未定义书签。1.1.2设计任务 : .错误！未定义书签。1.2设计成果及要求 .错误！未定义书签。1.2.1 设计说明书 .错误！未定义书签。1.2.2设计图纸 .错误！未定义书签。1.3时间安排 .错误！未定义书签。附录 3毕业设计指导书 .错误！未定义书签。2.1 枢纽布置 .错误！未定义书签。2.2泄洪隧洞设计 .错误！未定义书签。2.2.1泄洪隧洞结构布置及水力计算 .错误！未定义书签。2.2.2衬砌结构计算 .错误！未定义书签。2.2.3隧洞进、出水口设计 .错误！未定义书签。2.2.4隧洞排水、灌浆布置 .错误！未定义书签。附录 4Gravity Dam .错误！未定义书签。重力坝 .47摘 要河海流域大清河北支流拒马河上的片上水库是一座大（二）型综合利用水利工程。水库总库容 7.16 亿立米，死库容 0.44 亿立米，可进行防洪、兴利的调节库容6.72 亿立米。库区两岸主要为辉绿岩，辉绿岩分布高程只在局部地段低于库水位（即沈家阉村西的南水沟一带） ,170m 以下不存在渗漏问题。本区构造，普遍发育有两组构造裂隙，一组为走向北东 70 度左右，一组为走向北西300-340 度，均为高角度裂隙。导流泄洪洞沿洞线周围岩石厚度大于三倍的开挖洞径，出口段已经避开塌滑体的东边界，沿线岩层岩性主要是灰岩（局部变质成大理岩）夹绢云母片岩，岩石较为坚硬。1隧洞设计应先对基本资料进行分析。对隧洞的任务及该处的地质情况、地形、河流附近的水文气象特征、材料以及对外交通状况进行大致分析。2是根据隧洞的洞线的选择原则，并结合本工程的实际条件进行洞线位置的确定，根据当地的地质、地形、水文、施工等条件，并结合技术经济的比较，求定出符合当地条件的洞型及布置方案，最终确定出两个方案：（1）无压隧洞方案，（2）有压隧洞方案。本设计是无压隧洞方案的设计。另对隧洞的总体布置，以及相应的水力计算与结构计算在下文明确给出。并拟定细部构造。保证设计合格完成关键词： 片上水库水力计算结构计算细部构造AbstractPianshang reservoir is a large (two) comprehensive water control project inthe River basin ,the Qing north fork fork from the ma river.The total reservoircapacityof 716 millioncubicmeters of dead storageof 044 millioncubicmeters,can be floodcontrol,Hennessys adjustmentcapacityof 672 millioncubic meters.Reservoirareaofcross-straitmainly diabase, diabasedistributionofelevation just below the reservoir water level in the local section, 170m belowthe leakage problem. Construct of the area, widely developed in the two sets oftectonic fissures, a group toward the north-east about 70 degrees, a group of300-340 degreestowardthe northwest, are spillwaytunnel along thetunnellineofthe surroundingrockthicknessgreaterthanthreetimestheexcavationboundary of the landslide body, along the rock lithology is limestone (localmetamorphism into marble)foldersericiteschist, rock shouldbe thebasicdataforanalysis.Roughlyanalyzethetaskofthetunnelandthe departmentsgeological conditions, topography, near the rivers .2. According to the principle of selection of the the line of the tunnel, combined with the actual conditions of the project to determine the location of the , combined with the technical and economic comparison, find the prescribedin accordance with local conditions is the design of free-flow tunnel program. The overall arrangement of tunnel, and the corresponding and structuralcalculationas expresslystatedbelow. And fordetailstructure.To ensure designcompletedKeywords:reservoircalculationofthestructureThe detailedstructure第一章基本资料1.1 流域概况片上水库是河海流域大清河北支流拒马河上的一座大（二）型综合利用水利工程。水库总库容 7.16 亿立米，死库容0.44 亿立米可进行防洪、兴利的调节库容6.72 亿立米。拒马河发源于河北省涞源县，流经涞源、易县、涞水山峡地区，至北京房山县张坊镇流入平原，并分南北两支。南拒马河经涞水至北河店与易水汇流至新城白沟镇，北拒马河汇合胡良河、琉璃河后在涿州县东茨村入白沟河，往南流至白沟镇汇合南拒马河后为大清河。拒马河位于太行山东麓，流域面积约10000km2。地形特点，西部为山区，流域面积约5000km2，东部为平原。山区多为石质山区，植被较少，坡度较陡。仅上游涞源以上分水岭处于黄土高原边缘地区。平原河槽较窄，坡度很缓。本流域且为华北暴雨中心所在，因此洪水大，危害较为严重。本工程可为东部平原房、涞、涿灌区的一百多万亩农田灌溉、北京生活及工业用水提供水源。气象本流域处于山区，夏季炎热多雨。附近张坊站平均年降雨量740mm，年平均气温约为11.6 ，年内气温变化较大，最高温度达43.5 ，最低温度 -26 。降雨主要集中在七、八月份，多年平均降雨量470mm，占全年降雨量的65%，七、八月降雨又主要集中在几次暴雨上，特点是强度大，雨量集中。由于天气系统及地形抬升的相互影响， 张坊上游的紫荆关一带极易形成暴雨，如 1950 年8 月上旬、 1955 年8 月中旬、1956 年、 1963 年 8 月上旬均出现日降雨量大于100mm的暴雨。暴雨过程一般为2-3天。洪水本流域洪水均为暴雨洪水，主要发生在七、八月份，一次洪水历时5 天左右。较大洪水多是单峰型，陡涨陡落，双峰或多封不多，且为小水年。据实测20 年资料统计，洪峰流量最大为 9920m3s（1963 年），最小洪水为45m3s（1965 年）相差 220 倍。三天洪量最大为 5.67 亿立米（ 1963 年），最小洪量 0.08 亿立米（ 1965 年）相差 77 倍（实测洪水系表列从略）。本流域调查到的最大洪水为1801 年，经计算得洪峰流量为20000m3s。考虑到下游为宽阔平原，并有京广铁路经过，大坝为土坝等情况，取 19000m3s 作为校核大坝的校核洪水，以校核水位 190.1m，取 11400m3s作为设计洪水流量，相应水位 186.8m，依次选定泄水建筑物尺寸。洪水实测资料中，以 1963 年最大，1956 年次之，洪峰流量分别为 9920m3s和 4200m3s，以 1963 年、 1956 年的的平均概化过程线为典型，按洪峰流量比值放大计算得设计洪水、校核洪水过程线（见图1.1 ）。片上水库设计、校核洪水过程线流量（ m3/s)2500020000校核洪水15000设计洪水1000050000012345历时（日）图 1.1片上水库设计、校核洪水过程线年径流按规划，本水库上游拟建紫荆关水电站，系跨流域水电站。年径流按紫荆关- 张坊站区间的径流量计算， 紫- 张区间年径流量最大为14.55亿立米（ 1965-1966 年），相差 11 倍， 1951-1970 年亿立米（1956-1957 19 年系列平均值为年），最小为 1.275.74 亿立米。泥沙本流域泥沙主要集中在汛期，汛期沙量占全年的99%。据实测资料计算， 紫- 张区间多年平均输沙量为46 万吨，推移质占总沙量的20%。经计算，紫荆关水电站建成后，本水库多年平均来沙量为55 万吨。1.2 特征水位及库容设计洪水考虑到本水库应有一定的防洪库容以拦蓄洪水，若降低洪水位对防洪、兴利效益大为不利，而若提高洪水位，可能降低京- 原铁路标准或进行局部改建，协调二者，本水库设计洪水位定位 186.8m（ P=1%）。校核洪水京- 原铁路在拒马河左侧穿越，有十余座桥涵通过库区，桥梁高程最低者为190.44m，墩顶高程为 190.26m。考虑在校核洪水时不影响铁路正常通车，校核洪水定位 190.1m （ P=0.1%），相应库容为 7.16 亿立米，坝顶高程 192.0m（仅供设计参考）。死水位本水库为综合利用水利枢纽， 死水位确定应考虑工业、 给水、灌溉、发电等用水要求。工业给水保证程度要求较高， 工业给水隧洞进口高程已定为 125.0m，本水库电站拟采用的抽水蓄能机组，水轮机最小工作水头为 28m，灌溉用水，为了尽量利用水库水量，希望取水口高程低些。考虑以上各用水部门要求，死水位定为130.0m。汛限水位遇 1955 年洪水限泄 1300m3s时，洪水不漫滩；遇 1963 年洪水限泄 3000m3s，不超过现有河道行洪能力；遇到校核洪水时，限泄最大流量 7000m3s；当水位达到 190m时，相应最大泄量为 18000m3s。根据上述分级标准和相应洪水过程线， 调洪计算按分级控制确定防洪库容，求得设计洪水位以下防洪库容 2.98 亿立米，设计洪水位至 190m为强迫库容 0.56亿立米。因此，防洪总库容为3.54 亿立米，相应汛限水位为168m。在上述标准下，本水库能使中小洪水尽可能拦蓄，削减洪峰47-70%削减洪量 20.8-32.5% 。1.3 兴利调节防洪、兴利总库容6.72 亿立米，其中防洪库容3.54 亿立米，汛期可以进行兴利调节的库容 3.18 亿立米，考虑淤积后，汛期兴利库容为3 亿立米。根据规划，本水库工业需水4.0m3s。农业灌溉毛定额按400m3亩计算。水库蒸发损失350 万立米年。径流调节依据紫 - 张区间多年实测径流量（水库多年平均来水量为6.01 亿立米），加上紫荆关水电站汛期弃水量（多年平均弃水量为0.27 亿立米），进行调节计算。时历法求得调节流量保证曲线及平、枯水年调节片流上量水库如流图量保证率曲1线.2 及表 1.1 所示。7.0流量（m3/s）6.0调节后5.0调节前4.03.02.01.0102030405060708090100保证率(%)图 1.2 片上水库流量保证率曲线表 1.1 调节流量表折 合毛 调 节毛水量净调工业用灌溉用标准流量节水量亿秒立米亿 立立米水量亿立米水量亿立米米平 水14.74.634.531.263.27年枯 水10.53.313.211.261.95年按表 1.1 调节后，平水年可用于灌溉的水量为3.27亿立米，按毛灌溉定额400 立米亩计算，可灌溉82 万亩，遇到枯水年，则可灌溉49 万亩。1.4 汛后最高蓄水位根据调节计算后分配给灌溉的用水量，结合各月用水比例 （表 1.2 ），进行用水的月分配。在 9-11 月内灌溉用水量不大，一般天然来水略大，故水库可一回蓄一部分。在4-6月份灌溉用水较多，届时天然来水较小，水库水位则逐渐下降，据统计，在19 年中有 10年消落到死水位，其他年份则高于死水位。对每年汛后水位也有高有低，见表1.3 。表 1.2各月灌溉用水比例表月678911112345全12份0年比2108080001221例 % 0220000表 1.3最高蓄水位出现的次数表最高185m184m180m179m172m蓄水位 m以上以上以上以上以上19 年中出现的12467次数从表 1.3 可知蓄水位：在 180m以上，多年中出现的次数很少，占 19 年的 21%（即不足 5 年一次），在 179m以上，多年中出现的次数较多，占 19 年的 32%（即近 3 年一次）后者亦即相应提高了水库蓄水的保证程度，也不会影响水库兴利的效益。因此选定汛后最高蓄水位 179m是适宜的， 相应汛后兴利库容为4.74 亿立米，其中防洪、兴利共用库容1.58亿立米。1.5 水电站灌溉给水电站片上水库库容较大，发电隧洞较短，具有修建水电站的有利条件。另一方面，由于水库的兴利任务，主要是农业灌溉和工业给水，所以发电服从灌溉和给水，在灌溉和工业引水出口各修建一座水电站，利用灌溉和工业供水发电。灌溉给水电站为季节性发电，引水流量33m3s，采用2 台机组，总装机容量1.6 万千瓦。由于库水位变化较大，汛后最高蓄水位186.8m，死水位130m，电站尾水位为105.0109.6m，水头变化范围大，在最大最小水头时，采取提高转速或增大机组容量等措施来解决给水发电问题。工业给水小电站工业给水结合发电，引水流量为 4m3s，装机 2 台机组，总装机容量 2500 千瓦，电站尾水高程为 110.3m。由于水头变化范围较大，当库水位在 149m以下时，机组受最小水头限制不能运行，工业用水用旁通管下泄，机组可在这时进行检修。当库水位在149m 以上时，机组均能正常运行。小电站年发电量约1400 万度，设备年利用小时数约5600 小时。1.6 水库淤积淹没及渗漏水库淤积片上水库为河道型水库，库水位变幅大，回水末端变化范围大长，来沙量少，而且主要集中在汛期，多年平均含沙量约1kgm3，库区河道纵坡约为2.5%。由于库水位变幅大，使入库沙量不易集中落淤，参考大伙房丰满等河道型水库