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导流洞、围堰、隧洞、调洪演算施工组织设计计算书

第一章导流洞的水力算…………………………………………………………………………2

第一节洞身水力计算…………………………………………………………………………4

DG／TJ08-2114-2020 公共建筑能源审计标准.pdf第二节上、下游水位计算……………………………………………………………………...5

第三节进口过流流量校核……………………………………………………………………...5

第二章围堰的水力计算 8

第三章隧洞内力及配筋计算 12

第一节山岩压力计算………………………………………………………………………...

第二节隧洞内力及配筋 13

第一节调洪演算的基本原理 12

第二节调洪演算方法及计算 12

第三节坝顶高程的复核计算 13

第一章导流洞的水力计算

从导流的布置情况来看，在枯水期一般设为无压隧洞，但为了考虑洪水期度

汛时的过流能力，故采用纵坡i=1.5/100；经过多方案的比较，采用i=1.5/100比较合理，经济。

导流隧洞按明渠均匀流设计，由明渠均匀流的流量公式：Q=AC(Ri)1/2=Ki1/2

式中Q——设计流量（m3/s）

A——洞身过水断面面积（m2）

R——水力半径（m），R=A/X，X为过水断面湿周；

C——谢才系数（m1/2/s），其值按曼宁公式计算，C=R1/6/n，n为糙率。

为了考虑在第一个洪水期的泄洪，假设隧洞洞身的断面尺寸如下图所示：洞宽b=3.8m，H=4.3m。

流量模数：K=ACR1/2=Q/i1/2

则K=18/(1.5/100)1/2=146.97m3/s

未经过修整的不衬砌断面

由《施工组织设计规范》，对现浇砼衬砌，n=0.014则

b2.67/nK=3.82.67/（0.014×146.97）=17.20

采用高等教育出版社《水力学》上册附图Ⅱ，由b2.67/nK与h0/b的关系曲线，当b2.67/nK=17.2时，在m=0.0的曲线上查得h0/b=0.211，故导流洞中的实际水深为h0=0.211×3.8=0.802m

根据假设的隧洞断面图与洞身水力计算结果，圆拱直墙式断面尺寸为：洞宽b=3.8m；直墙高3.197m；圆拱半径r=2.194m；洞内水深h=0.802m；水面

以上净空高度3.498m。

净空面积=A总－A=3.8×2.1＋2×1.9×1.097×1/2＋（1200×3.14×1.92）/3600－3.8×0.802=12.05（m2）

则ΔA/A=（12.05/15.1）×100%=79.81%

故净空高度及净空面积均符合明渠规范要求，并且实际过水断面形状上为矩形，故假设隧洞为明渠是正确的。

当Q=18.0m3/s时的相应临界水深hk及临界坡ik，=[ΑQ2/(gb2)]1/3

hk=[1×182/(9.8×3.82)]1/3=1.32m，h0=0.802m，由h0＜hk时、Fr＞1为急流。

临界断面面积Ak=bhk=3.8×1.32=5.016m2

临界过水宽度Bk=b=3.8m

临界湿周Xk=b＋2hk=3.8＋2×1.32=6.44m

临界水力半径Rk=Ak/Xk=5.016/6.44=0.78m

临界谢才系数Ck=RK/61/n=0.781/6×1/0.014=68.52

则临界纵坡ik=gXk/(αCk2Bk)=9.8×6.44/（1×68.522×3.8）=0.0036

由ik=0.35%＜i=1.5%，所以为陡坡。

第二节上、下游水位计算

由基本资料—岔河水库坝下水位流量关系曲线可知，当流量Q=18m3/s时相对应的水位为1423.01m，故下游水位为1423.01m，下游设计洪水静水位为：1423.01m。

由ik=0.35%＜i=1.5%，隧洞长L=184.79m，取隧洞进口底板高程为：1426m，则隧洞出口高程为：

采用中国城市出版社《施工组织设计与施工规范实用全书》上册，泄流量按短管自由出流，即按非淹没堰流计算。

非淹没堰流公式Q=mBK2g1/2H02/3

H0——计入行近流速的上游水头

Bk————临界水深下的平均过水宽度

H0=(Q2/2gm2Bk2)1/3=[182/(2×9.8×0.32×3.82)]1/3=2.33m

则上游水位：1424.38+2.33+△Z

=1424.38+2.38+1.62

=1428.38m△Z为河底高程与进口底板之差。

故上游设计洪水静水位为：1428.38m。

第三节进口过流流量校核

采用中国城市出版社《施工组织设计与施工规范实用全书》上册以及SL297—2002水工隧洞设计规范，进口过流流量按宽顶堰公式计算：

Q=σSε1mnb’(2g)1/2H03/2

m=0.32+0.01×（3－P1/H）/（0.46+0.75×P1/H）

=0.32+0.01×（3－1.63/2.38）/（0.46+0.75×1.63/2.38）

σS——淹没系数，自由出流时，σS=1

ε1=1－[α0/(0.2+p1/H)3]（b/B）4（1－b/B）

=1―[0.19/(0.2+1.63/2.38)3](3.7/4.22)4(1―3.7/4.22)

故Q=1×0.98×0.34×1×3.7×（2×9.8）1/2×2.383/2

=20.00m3/s＞18m3/s

考虑到下游围堰挡水保证基坑干地施工，且该工程规模较小，导流期间不允许基坑淹没，故下游围堰设计成不过水围堰。查围堰设计规范DL/T5087—1999，围堰断面设计要求表7.1.1，不过水围堰堰顶安全超高下限值，对于Ⅳ－Ⅴ级土石围堰，δ=0.5m。

表2—1不过水围堰堰顶安全超高下限值

土石围堰防渗体顶部在设计洪水静水位以上的超高值：斜墙式防渗体为0.8~0.6m；心墙式防渗体为0.6~0.3m。取防渗体超高值为0.3m。

根据规范规定：无行车要求的堰顶宽度，当堰高在6~10m时，堰顶宽度取3~4m，当堰高>10m时堰顶宽度取5m。该工程围堰考虑工程自卸汽车运输土石料与推土机工作等因素，堰顶宽为4.5~5m，取堰顶宽为4.5m。围堰采用塑性心墙围堰，填筑时做成梯形断面，坡度为1：0.2~1：0.6的陡坡。心墙的断面是梯形的，上部厚度不小于0.8~1.0m，下部厚度不小于1/10水头，且不能少于3m。

由资料可知，河床的覆盖层厚度取1.5m。查坝址处水位流量关系曲线得：当Q=18m3/s时，其相应的水位高程为1423.01m，则下游围堰的堰顶高程为：

心墙式防渗体为0.6~0.3m，即取0.3m，则顶部高程为1423.31m。则下游围堰的堰顶高程：Hd=1423.01+0.5=1423.51m

下游围堰高度为：h=Hd－1419.34=1423.51－1419.34=4.17m

注：1419.34m为下游围堰的河底高程。

下游围堰的底宽计算：B=2×4.17+4.5+1.5×4.17

下游围堰心墙底宽计算：B=2×0.3×4.45+2=4.66m

考虑到上游围堰挡水保证基坑干地施工，且该工程规模较小，导流期间不允许基坑淹没，故上游围堰设计成不过水围堰。查围堰设计规范DL/T5087—1999，围堰断面设计要求表7.1.1，不过水围堰堰顶安全超高下限值，对于Ⅳ－Ⅴ级土石围堰，δ=0.5m。

不过水围堰堰顶安全超高下限值

土石围堰防渗体顶部在设计洪水静水位以上的超高值：斜墙式防渗体为0.8~0.6m；心墙式防渗体为0.6~0.3m。取防渗体超高值为0.3m。

根据施工组织设计规范规定：无行车要求的堰顶宽度，当堰高在6~10m时，堰顶宽度取3~4m，当堰高>10m时堰顶宽度取5m，本工程考虑到自卸汽车运输土石料与推土机工作等因素，堰顶宽为4.5~5m，堰顶宽取4.5m。取下游面坡度为1：2.0，上游面坡度为1：1.5；围堰心墙的断面是梯形，上部厚度不小于0.8~1.0m，或由施工要求决定，下部厚度不小于1/10水头，且不小于3m。塑性心墙围堰心墙围堰用的粘土及粘壤土，或砂和粘土按比例配合的土料，填筑时做成梯形断面，坡度为1：0.2~1：0.6的陡坡。因此，本工程的心墙顶宽取为1.5m，两边的坡度取为1：0.3。由资料可知，河床的覆盖层厚度取1.5m。

由上游水位计算可知，导流隧洞进口底板高程为1426.00m，按规范要求，导流隧洞进、出口高程选择需要考虑截流、通航、放木要求，以及封堵条件，泥沙淤积或磨损，方便施工等。导流隧洞进高程通常取枯水位以下1.0~1.5m。

上游的水位高程为：1428.33m

由i=1.5%，L=184.79m,所以上、下游导流隧洞的进、出口的高差为：

Δh=i×L=1.5%×184.79=2.77m

则导流隧洞的出口高程为：1426.00－2.77=1423.23m

故上游围堰的堰顶高程由下式决定：Hu=hd＋Z＋ha＋δ

式中Hu——上游围堰堰顶高程，m；

Z——上下游水位差，m；

Hu=hd＋Z＋ha＋δ=1423.01＋(1428.33－1423.01)＋0.5

=1423.01+5.32+0.5

上游围堰的河底高程为1423.57m，则上游围堰的高度为：

1428.83－1423.57=5.26m

上游围堰的底宽计算：B=2×5.26+4.5+1.5×5.26

下游围堰心墙底宽计算：b=2×0.3×4.45+2=4.66m

第三章隧洞内力及配筋计算

由于山岩压力是不压隧洞衬砌设计中起决定作用的荷载，因此山岩压力值的计算选定，直接关系到衬砌尺寸是否经济合理。

采用《水工隧洞设计规范》建议的山岩压力计算，对于Ⅲ~Ⅳ类围岩，可以按松动介质平衡理论估算三岩压力。考虑到进出口的地质条件不是很好，属于Ⅲ~Ⅳ类围岩，不能形成压力拱，当洞室埋深度（由衬砌顶部至地面的垂直距离）H小于2倍压力拱高度或小于压力拱跨度的2.5倍。

为了使用设计便于安全，对于不能形成压力拱的岩体，允许按全部岩柱重量（不考虑两侧磨阻力）来计算垂直压力，即采取q=γH。分别取隧洞进、出口往里15m所对应的覆盖层厚度分别为H1=15.45m，H2=12.49m。按水利电力出版社高昌侠、熊启钧编著《隧洞》表3—2岩石坚固系数及其它力学指标表查得：对于中等坚硬的岩石及坚硬的石灰岩，不坚硬的沙石和石灰岩，软砾岩相应的岩石坚固系数f=4，岩石容重γ=24~28（KN/m3）,取岩石容重γ=26KN/m3。所以进、出口垂直压力强度为：q1=γH1=26×15.45=401.70KN/m2；

q2=γH2=26×12.49=324.74KN/m2。

为了便于计算，取单位长度计算，则进、出口顶部垂直均布荷载Q1=401.70KN/m

Q2=324.74KN/m。为了便于计算，单位的换算关系近似采用Kg=10KN 。故Q1=40.170T/m，Q2=32.474T/m。

第二节隧洞衬砌内力及配筋计算

采用张校正（新疆水利厅）改编，黄凯申（新疆兵团水利局）校核Ｇ－１２隧洞衬砌内力及配筋计算通用程序。

本程序采用屠规彰等提出的衬砌结构的非线性常微分方程组，应用初参数数值解法，解算隧洞衬砌在水压力、山岩压力及衬砌自重等荷载作用下弹性抗力分布，算出变位和内力，并按水工钢筋混凝土规范进行配筋计算。对于11种隧洞过水断面(参阅附图)，程序将衬砌（左半部）的底板、顶板、边墙、侧底拱、侧顶拱等每部分10等分段，输出每个计算点的轴向力、剪力、弯矩、受压钢筋面积、受拉钢筋面积、抗裂安全系数以及裂缝开展宽度。

轴向力的单位：t；剪力的单位：t

受压钢筋面积的单位:cm2；受拉钢筋面积的单位:cm2；

裂缝开展宽度的单位:cm

参阅《水工隧洞设计规范(SD134－84)》附录七。

配筋计算按照《水工钢筋混凝土设计规范》的公式计算偏心受压和偏心受拉构件。计算中不受最小配筋率的限制，实际采用时，可按照规范规定的最小配筋率或按少筋混凝土计算。

1、数据准备：参看附图。

A＄工程名，如“SUANLI”

A断面形状编号，参阅附图。

Ky钢筋砼偏心受压安全系数

K1钢筋砼偏心受拉安全系数

R#混凝土标号，如250#应为“250”

Rg钢筋强度（kg/cm2）

Eg钢筋弹性模量（kg/cm2）

A钢筋毛保护层（cm）

D钢筋直径（cm），用以计算裂缝开展宽度

R1弧形底板半径（m）

a1弧型底板半中心角（角度）

a2侧底拱中心角（或半中心角）（角度）

a4侧顶拱中心角（或半中心角）（角度）

D2侧底拱厚度（第九类断面为侧底拱起点厚度）

D4侧顶拱起点厚度（m）（第一类断面为侧顶拱厚度）

D5顶板厚度（m）（或侧顶拱终点厚度）

Q4顶部垂直均布荷载（t/m）

Q3侧向分布荷载上端点值（t/m）

Q2侧向分布茶载下端点值（t/m）

Q1底部垂直均布荷载（t/m）

H0水压荷载水头值（内压为正）（m）

P灌浆压力（各边均布法向荷载，外压为正）（m）

Rh衬砌容重（t/m3）

Eh衬砌弹性模量（t/m2）

K1底板、侧底拱部位围岩弹抗系数（t/m3）

K2侧墙部位围岩弹抗系数（t/m3）

K3顶板、侧顶拱部位围岩弹抗系数（t/m3）

[注]各类断面形状无某项数据时填0

2、内力符号规定如下：

面向基岩取微分段，图示内力为正

本程序的算例全部采用陕西省水电设计院马跃堂同志的算例资料，以便于成果比较。经比较误差很小，现计算进出口城门洞形的计算成果。

1.6，2.5，250，3100，2000000，5，2.2，

1.9，3.4，0，0，0，2.39，0，0，60，.4，0，.4，.4，.4，40.17，0，0，0，0，0，2.4，2550000，50000，50000，50000

**********************************************************************

**********************************************************************

Ky=1.6KL=2.5R#=250Rg=3100Eg=2000000

L1=1.9H2=3.4R1=0R2=0R4=2.39

a1=0a2=0a4=60D1=.4D2=0

D3=.4D4=.4D5=.4Q4=40.17Q3=0

Q2=0Q1=0Ho=0P=0rh=2.4

Eh=2800000K1=50000K2=50000K3=50000

1111111111111111111110000000000

轴向力剪力弯矩受压钢筋受拉钢筋抗裂K裂缝宽

轴向力剪力弯矩受压钢筋受拉钢筋抗裂K裂缝宽

轴向力剪力弯矩受压钢筋受拉钢筋抗裂K裂缝宽

1.6，2.5，250，3100，2000000，5，2.2，

1.9，3.4，0，0，0，2.39，0，0，60，.4，0，.4，.4，.4，32.47，0，0，0，0，0，2.4，2550000，50000，50000，50000

**********************************************************************

**********************************************************************

Ky=1.6KL=2.5R#=250Rg=3100Eg=2000000

L1=1.9H2=3.4R1=0R2=0R4=2.39

a1=0a2=0a4=60D1=.4D2=0

D3=.4D4=.4D5=.4Q4=32.47Q3=0

Q2=0Q1=0Ho=0P=0rh=2.4

Eh=2800000K1=50000K2=50000K3=50000

1111111111111111111110000000000

轴向力剪力弯矩受压钢筋受拉钢筋抗裂K裂缝宽

轴向力剪力弯矩受压钢筋受拉钢筋抗裂K裂缝宽

轴向力剪力弯矩受压钢筋受拉钢筋抗裂K裂缝宽

第一节调洪演算的基本原理

调洪演算的基本原理是水库水量平衡。在时段Δt内，入库流量、出库流量和水库水量之间变化的关系，可用下列水量平衡方程式表示：

式中Q1，Q2——时段Δt始末入库流量，m/s；

q1，q2——时段Δt始末出库流量，m/s；

V1，V2——时段Δt始末的水库蓄水量，m3；

Δt——时段长，s，取值的大小视水库流量的变幅而定。

水量平衡方程式中，Q1与Q2由复核的设计洪水和校核洪水过程线中查取，Δt可根据具体情况而定，小河库站一般取1小时为一个时段。q1与V1由起调条件确定，只有q2与V2是未知数，由于方程式有两个未知数，不能独立求解，还必须另外建立第二个方程，。即水库下泄q与水库溢洪水位以上蓄水量V的关系。

因q是水库水位Z的函数，而V也是Z的函数，故q是V的函数，用下面等式表示：q=f(z)=f(V)——（2）

上式称为水库蓄洪关系。式中f是表示函数关系的符号。由式（1）和式（2）可建立联立方程：

洪水调节计算，实际上就是联立求解，建立以上两个方程式，以求得两个待定的未知数V2和q2值。当本时段的q2和V2求得后，即作为下一时段的起始条件q1和V1，继续往前计算。因此，水库调洪计算从起始条件开始，通过逐时段的水量平衡计算，便可眼求出下泄流量过程q~t和水库蓄水量变化过程V~t通过水库水位容积关系曲线换算得出。

起调水位与调洪最高水位之间的库容，称为调洪库容。

第二节调洪演算方法及计算

此次调洪演算的方法采用半图解法，将水量平衡方程式变换如下：

q2＋2V2/Δt=Q1＋Q2－2q1＋（q1＋2V1/Δt）——（4）

令M=q＋2V/Δt则式（4）变为

M2=Q1＋Q2－2q1＋M1——（5）

在式（5）中右边均已知，计算前，先建立q~M曲线，q~M曲线即为解决调洪演算的辅助曲线，调洪演算按下列步骤进行。

由已知起调条件确定q查q~M曲线得出M1。

由M2查q~M曲线得出q2.

重复（2）、（3），直至计算时段末。

求调洪库容和设计洪水位。

1、泄流能力计算，按有压自由出流计算：

Q=μAd[2g(T0－hp)1/2

Hp——底板以上的计算水深，自由出流时hp=ηd.

由《施工组织设计与施工组织规范实用全书》对η=hp/d的取值

有压流出口η=hp/d值

出口有顶托，侧墙不约束

H0――计入行进流速水头在内的总水头

μ――流量系数，在自由出流且管道断面沿程不变时，

μ=1/[1+∑ξ+2g/cd2(L/Rd)]1/2

L――管道总长（179.79m）

∑ξ――进口及管内局部水头损失之和

因行进流速水头α1V0/(2g)一般很小，可以忽略不计。

Ad＝A＝3.8×3.197+1200×3.14×2.1932/360＝17.182m2

X＝3.8＋2×3.197＋1200×3.14×2.193/360＝12.489m

Rd＝Ad/x＝17.182/12.489＝1.376m

Cd＝Rd1/6×1/n=1.3761/6×1/0.014=75.331

隧洞洞长L=179.79m

μ=1/[1+∑ξ+2g/cd2(L/Rd)]1/2

=1/(1+0.5+2×9.8×179.79/75.3312×1.376)1/2

则下泄流量：Q=μAd[(T－hp)2g]1/2

=0.716×17.182×[（▽上―1426―0.7×4.3）×2×9.8]1/2

=54.46（▽上―1429.01）1/2

故q=Q=54.46（▽上―1429.05）1/2

水位库容关系曲线，见Z~~V关系曲线图

JC／T 2275-2014标准下载2、q~m关系曲线的计算

下泄流量按有压流自由出流公式：

q=μAd[(T0－hp)2g]1/2

=54.46（▽库―1429.01）

q~m曲线的计算见表4—1某万达广场项目C组团9#栋地下室模板工程（轮扣式）安全专项施工方案(监理改2016).doc，表中M=q+2v’/σt，△t=1h=3600s；

表4—1q~m关系曲线表

进口底板1426以上的容积V’