片上水库导流隧洞设计毕业设计论文.doc
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1、 存档编号 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 学 号 指导教师 完成时间 2014.05.19 教务处制North China University of Water Resources and Electric Power- 1 -摘 要- 7 -第一章 基本资料- 9 -1.1 流域概况- 9 -1.1.1气象- 9 -1.1.2洪水- 10 -1.1.3 年径流- 10 -1.1.4 泥沙- 11 -1.2特征水位及库容- 11 -1.2.1设计洪水- 11 -1.2.2校核洪水- 11 -1.2.3死水位- 11 -1.2.4汛
2、限水位- 11 -1.3兴利调节- 12 -1.4 汛后最高蓄水位- 13 -1.5 水电站- 13 -1.5.1灌溉给水电站- 13 -1.5.2工业给水小电站- 14 -1.6水库淤积淹没及渗漏- 14 -1.6.2水库淹没- 15 -1.6.3 库区渗漏问题- 15 -1.7 工程地质条件- 16 -1.7.2工程等级及地震烈度- 17 -1.8坝址工程地质条件- 17 -1.9 其他建筑物的工程地质条件- 19 -1.9.1垭口付坝- 19 -1.9.2溢洪道- 19 -1.9.3灌溉引水发电洞- 19 -1.9.4导流洞- 20 -1.9.5工业给水洞- 20 -1.10筑坝材料与其
3、他数据- 20 -1.10.1土料及砂石料- 20 -1.10.2 其他数据- 22 -1.10.3枢纽主要技术指标- 22 -1.10.4坝轴线河谷断面图- 24 -第二章 枢纽布置- 25 -2.1坝段、坝线选择- 25 -2.2 主坝坝型选择- 25 -2.3 付坝坝轴线和坝型选择- 29 -2.4 溢洪道位置选择- 29 -2.5 水电站位置选择- 30 -2.6 枢纽总体布置简述- 32 -第三章 洞址的选型- 33 -3.1 隧洞设计的任务- 33 -3.2 洞线位置的选择- 33 -3.2.1 洞线位置的选择原则- 33 -3.2.2 洞线位置的选择- 33 -3.2.3 洞身断
4、面型式的选择- 33 -第四章 无压洞设计- 34 -4.1 隧洞的总体布置- 34 -4.1.1 进口建筑物的形式- 34 -4.1.2 进口段的组成- 34 -4.1.3 洞身段的选型- 37 -4.1.4隧洞出口段- 37 -4.1.5 衬砌尺寸的确定- 37 -4.2隧洞尺寸的计算- 38 -4.2.1 隧洞进口段尺寸的确定- 38 -4.2.2 洞身断面尺寸的确定- 40 -第五章 水力计算- 48 -5.1隧洞过流能力验算- 48 -5.1.1有压流态下基本计算公式- 48 -5.1.2设计洪水Q的验算- 50 -5.1.3校核洪水Q的验算- 51 -5.2水面线计算- 51 -5
5、.2.1水面线计算工况及计算条件- 51 -5.2.2判断水面线的类型- 51 -5.2.3水面曲线的计算- 52 -5.2.4掺气水深的计算- 54 -第六章 无压洞段结构计算576.1位移法求解节点位移原理576.2计算简图与荷载576.2.1计算简图576.2.2荷载576.2.3位移未知量的确定586.2.4荷载计算586.3无压段配筋计算68第七章 细部构造设计737.1 衬砌的分缝737.1.1横向变形缝737.1.2衬砌的施工缝747.2 隧洞灌浆747.2.1回填灌浆757.2.2固结灌浆757.3 隧洞的排水75附录1 开题报告78华北水利水电大学本科生毕业设计(论文)开题报
6、告78附录2 设计任务书811.1 毕业设计目811.1.1设计目的811.1.2设计任务:811.2 设计成果及要求821.2.1设计说明书821.2.2 设计图纸831.3 时间安排83附录3 毕业设计指导书842.1枢纽布置842.2 泄洪隧洞设计842.2.1 泄洪隧洞结构布置及水力计算842.2.2 衬砌结构计算842.2.3 隧洞进、出水口设计842.2.4 隧洞排水、灌浆布置85附录4 Gravity Dam85重力坝8793 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
7、.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
8、、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 Abstract Pianshang reservoir is a large (two) comprehensive water control project in the River basin ,the Qing north fork fork from the ma
9、river.The total reservoir capacity of 716 million cubic meters of dead storage of 044 million cubic meters, can be flood control, Hennessys adjustment capacity of 672 million cubic meters. Reservoir area of cross-strait mainly diabase, diabase distribution of elevation just below the reservoir water
10、 level in the local section, 170m below the leakage problem. Construct of the area, widely developed in the two sets of tectonic fissures, a group toward the north-east about 70 degrees, a group of 300-340 degrees toward the northwest, are high-angle cracks.Diversion spillway tunnel along the tunnel
11、 line of the surrounding rock thickness greater than three times the excavation hole diameter and outlet sections to avoid the eastern boundary of the landslide body, along the rock lithology is limestone (local metamorphism into marble) folder sericite schist, rock hard. 1 The tunnel design should
12、be the basic data for analysis. Roughly analyze the task of the tunnel and the departments geological conditions, topography, near the rivers hydrological and meteorological characteristics, materials and external transport situation. 2. According to the principle of selection of the hole in the lin
13、e of the tunnel, combined with the actual conditions of the project to determine the location of the hole line, according to local conditions, such as geology, topography, hydrology, construction, combined with the technical and economic comparison, find the prescribed in accordance with local condi
14、tions hole type and layout programs, and ultimately identified two options: (1) free-flow tunnel program, (2) the pressure tunnel program. This design is the design of free-flow tunnel program.The overall arrangement of tunnel, and the corresponding hydraulic calculation and structural calculation a
15、s expressly stated below. And for detail structure. To ensure design completedKeywords: reservoir hydraulic calculation calculation of the structure The detailed structure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
16、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。1.1.1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
17、,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。1.1.2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9920m
18、3/s(1963年),最小洪水为45m3/s(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20000m3/s。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19000m3/s作为校核大坝的校核洪水,以校核水位190.1m,取11400m3/s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9920m3/s和4200m3/s,以1963年、1956年的的平
19、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)。图1.1 片上水库设计、校核洪水过程线1.1.3 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(1956-1957年),最小为1.27亿立米(1965-1966年),相差11倍,1951-1970年19年系列平均值为5.74亿立米。1.1.4 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
20、量为55万吨。1.2特征水位及库容1.2.1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%)。1.2.2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)。1.2.3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
21、。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。1.2.4汛限水位遇1955年洪水限泄1300m3/s时,洪水不漫滩;遇1963年洪水限泄3000m3/s,不超过现有河道行洪能力;遇到校核洪水时,限泄最大流量7000m3/s;当水位达到190m时,相应最大泄量为18000m3/s。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
22、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4.0m3/s。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
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