淺談豎井式溢洪道設(shè)計計算

白雪蓮　劉云貴

(紅河哈尼族彝族自治州水利水電工程地質(zhì)鉆探隊，云南 蒙自　661100)

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淺談豎井式溢洪道設(shè)計計算

白雪蓮劉云貴

(紅河哈尼族彝族自治州水利水電工程地質(zhì)鉆探隊，云南 蒙自661100)

【摘要】在水利樞紐布置中，多采用豎井式溢洪道，退水隧洞與導(dǎo)流輸水隧洞相結(jié)合，減少地表土石方開挖擾動。本文介紹了豎井式溢洪道環(huán)形溢流堰的水力計算及漏斗段體型的設(shè)計計算，為水工設(shè)計提供參考依據(jù)，拓寬溢洪道設(shè)計思路。

【關(guān)鍵詞】泄流能力計算； 工程布置； 漏斗段設(shè)計； 退水段復(fù)核； 投資比較

1設(shè)計思路

根據(jù)以上條件，該工程設(shè)計思路為改變常規(guī)溢洪道設(shè)計布置原則，盡量減少對工程區(qū)植被破壞。故采用豎井溢洪道作為該工程的泄水建筑物，豎井溢洪道的退水隧洞結(jié)合導(dǎo)流隧洞布置，這樣既有效地解決了泄水建筑物布置困難問題，又可節(jié)省工程投資。

2工程布置

將豎井式溢洪洞布置于大壩左岸，與導(dǎo)流洞同一側(cè)。豎井式溢洪洞由環(huán)形溢流堰(漏斗段)、豎井及消能塘段、退水隧洞及明渠段、陡槽段、消能段和出水渠組成。溢洪洞全長260.35m，其中環(huán)形溢流堰(漏斗段)長1.65m，豎井段長28.18m，消力井深2.2m，連接段長3m。為與導(dǎo)流隧洞結(jié)合，無壓退水段長158m，明渠段長8.5m，導(dǎo)流洞泄槽段長41.82m，消能段長9m，出水渠段長6m。

工程樞紐布置如圖1所示。

圖1　工程樞紐布置

從平面布置圖上可看出，河岸式溢洪道占地面積明顯較大，對地表擾動較多；豎井式溢洪道只是進口需要明挖，以下部分均在地下進行施工，并可利用導(dǎo)流隧洞為退水隧洞，對地表植被破壞影響較少。

豎井式溢洪道堰型為寬頂堰。進水前緣為圓形，堰寬不同半徑的進水口進行調(diào)洪計算，成果如表1所列。

表1　不同溢洪洞寬度調(diào)洪計算成果

根據(jù)表1可知，不同半徑調(diào)洪后的洪水位相差不大，應(yīng)取用半徑較小、工程量較小、易于布置的為推薦方案。但經(jīng)過漏斗段曲線輪廓線的計算后，當(dāng)半徑為1.5m時，水舌厚度較合理，故選用半徑1.5m寬的堰。校核洪水位為1937.56m，相應(yīng)下泄流量為6.72m3/s；設(shè)計洪水位為1937.44，相應(yīng)下泄流量為4.68m3/s。

3水力計算

3.1溢洪道泄流能力計算

過流能力計算公式：

再次，從地方高校層面看，雖然地方高校在服務(wù)鄉(xiāng)村振興，促進地方經(jīng)濟社會發(fā)展方面雖具有很強的區(qū)位和地緣等優(yōu)勢，但長期以來，由于受觀念滯后的影響，沒有注重利用自身優(yōu)勢積極深入地開展地方經(jīng)濟社會發(fā)展和新農(nóng)村建設(shè)方面的調(diào)研工作，信息相對閉塞，導(dǎo)致地方高校缺乏服務(wù)地方經(jīng)濟社會發(fā)展、服務(wù)鄉(xiāng)村振興的系統(tǒng)對策和思路，服務(wù)地方經(jīng)濟社會發(fā)展方面的比較優(yōu)勢未能得到有效發(fā)揮。

設(shè)計堰型為寬頂堰，m為流量系數(shù)，查《水工設(shè)計手冊》第7卷得m=0.38 。查圖表中P=0.5m，H=0.56m，R為進水口前緣半徑，R=4.3m。計算結(jié)果如表2所列。

表2　溢洪洞水位—下泄流量關(guān)系

3.2環(huán)形溢流堰的漏斗段體型及水力計算

堰型為環(huán)形寬頂堰，堰頂平臺為4.3m，進水口前緣半徑為1.5m，平臺的半徑適用Rpl=4.3m>(5～7)H。

3.2.1堰頂末端后接拋物線漏斗段計算

a.首先計算出堰頂末端流速為

上式中Re=Rpl-B-0.325Hsinα=1.5m，因為是平頂，故α=0°。

c.計算舌中心線上距x軸yn處任意點的流速νn及水股厚度hn。

根據(jù)水舌中心線各點的流速求出水舌厚度，再根據(jù)水舌厚度求出漏斗段輪廓線。

設(shè)計結(jié)果如表3所列。

表3　豎井式溢洪洞漏斗段曲線計算

d.根據(jù)表3作圖后，得出漏斗段的輪廓線。以水舌起點中心為坐標(biāo)原點，查得漏斗段的輪廓線坐標(biāo)如表4所列。

表4　漏斗段輪廓線坐標(biāo)　單位：m

漏斗段曲線段長1.65m，采用C25鋼筋混凝土襯砌。

漏斗段體型如圖2所示。

圖2　漏斗段體型 (單位：mm)

3.2.2井口導(dǎo)流防渦措施

井口如有嚴(yán)重的水流旋渦，將會降低下泄流量。進口周圍已滿足大于2D的開挖輪廓，為引導(dǎo)水流平順入井，不產(chǎn)生旋渦，該工程在垂直于水流的軸線上設(shè)置防渦導(dǎo)墻。

導(dǎo)水墻長度L=(2.5～3)H，經(jīng)計算L =1.4m。

3.2.3退水段復(fù)核

退水段長158m，用已完成導(dǎo)流任務(wù)的導(dǎo)流隧洞退水，斷面為1.5m×1.8m城門形隧洞，采用C25鋼筋混凝土襯砌，厚0.35m。

表5　導(dǎo)流隧洞無壓狀態(tài)下泄流量關(guān)系曲線

由表5可知當(dāng)最大下泄流量為6.72m3/s時，導(dǎo)流洞內(nèi)水深為0.6～0.7m，可滿足導(dǎo)流洞退水要求。

4投資比較

比較方案：在左岸設(shè)河岸式溢洪道，土方開挖量為5380.81m3，石方開挖量為2306.06m3，導(dǎo)流隧洞+岸坡式溢洪道總投資為448.44萬元。推薦方案：豎井式溢洪道，豎直暗挖土方105.8m3，豎直暗挖石方45.34m3，導(dǎo)流隧洞+豎井式溢洪道總投資為276.34萬元。從投資上分析，因豎井式溢洪道減少了邊坡支護和襯砌等工程量，投資比常用河岸式溢洪道少38%。

5結(jié)語

本文主要是對豎井式溢洪道泄流能力、布置、漏斗段體型設(shè)計、退水段復(fù)核、投資比較等方面進行了分析，為類似水利工程設(shè)計提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1]劉志明，溫續(xù)余.水工設(shè)計手冊：第7卷 泄水與過壩建筑物[M].北京：中國水利水電出版社，2014.

[2]SL 253—2000溢洪道設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國水利水電出版社，2000.

On design calculation of shaft spillway

BAI Xuelian,LIU Yungui

(Honghe Hani Yi Autonomous Prefecture Water Resources and Hydropower Engineering Geological Drill Team,Mengzi 661100,China)

Abstract：Shaft spillway is mostly adopted in key water control project layout.Water-break tunnel and diversion water conveyance tunnel are combined for reducing surface earth-stone excavation disturbance.In the paper,shaft spillway annular overflow weir hydraulic calculation and funnel section shape design calculation are introduced,a reference basis is provided for hydraulic design,and spillway design train of thought is broadened.

Key words：discharge capacity calculation; engineering layout; funnel section design; water-break section review; investment comparison

DOI:10.16616/j.cnki.11-4446/TV.2016.06.006

中圖分類號：TV651.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：1005-4774(2016)06-0021-04