乌溪江水电站枢纽布置及岔管设计说明书

目 录目 录 1摘 要 5ABSTRACT 5第一章 设计基本资料 71.1 流域概况和地理位置 71.1.1 水文条件 7气象条件 8工程地质 91.1.4 当地建筑材料 101.2 设计资料 10水能规划 101.2.2 挡水建筑物及泄水建筑物 111.2.3 引水建筑物 111.2.4 水电站建筑物 111.2.5 专题 111.3 设计任务 111.3.1 枢纽布置、挡水及泄水建筑物 111.3.2 水电站引水建筑物 111.3.3 水电站厂房 121.3.4 其他 12第二章 水轮机 132.1 水头H、H、H选择 132.1.1 的确定 132.1.2 的确定 132.1.3 的确定 132.2 水轮机选型 132.2.1 HL200型水轮机方案的主要参数选择 142.2.2 HL180型水轮机方案的主要参数选择 162.3 调速设备及油压设备选择 18调速功计算 182.3.2 接力器选择 192.3.3 调速器的选择 202.3.4 油压装置 202.4 水轮机安装高程 202.5 水轮机蜗壳及尾水管 202.6 水轮机进水阀和起重设备 22第三章 发电机 233.1 主要尺寸 233.2 水轮发电机重量 23第四章 混凝土重力坝 244.1 枢纽工程等级 244.2 剖面设计 244.2.1 基本剖面 244.2.2 实用剖面 254.3 稳定与应力校核 274.4 混凝土坝的材料与构造 29材料 29构造 294.5 地基处理 30开挖与清理 30坝基帷幕灌浆 30坝基排水设施 30第五章 混凝土溢流坝 315.1 溢流坝孔口尺寸的确定 315.1.1 溢流坝下泄流量的确定 31溢流孔口尺寸确定和布置 315.1.3 堰顶高程的确定 32闸门的选择 325.2 溢流坝剖面设计 325.2.1 溢流面曲线 335.3 溢流坝稳定验算 345.4 溢流坝的结构布置 345.5 消能与防冲 35鼻坎的型式和尺寸 355.5.2 挑射距离和冲刷坑深度的估算 35第六章 引水建筑物 366.1 引水隧洞整体布置 36洞线布置 36垂直方向 366.2 细部构造 366.2.1 隧洞洞径 366.2.2 闸门断面尺寸 366.2.3 拦污栅断面 366.3 调压室 376.3.1 调压室功用 376.3.2 设置调压室的条件 376.4 压力管道设计 386.4.1 管道内径估算 38岔管处管道直径的确定 38托马断面 396.5 调压室设计比较 416.5.1 阻抗式调压室 416.5.2 差动式调压室 43第七章 主厂房尺寸及布置 497.1 主厂房长度确定 49机组间距 497.1.2 端机组段长度 497.1.3 安装间长度 497.2 主厂房宽度确定 497.3 主厂房主要高程确定 50尾水管底板高程 50基岩开挖高程 50水轮机层地面高程 50主阀廊道地面高程 50发电机层地面高程和安装间地面高程 50尾水平台高程 51吊车轨顶高程 51厂房天花板高程和厂房顶部高程 517.4 起重设备 517.5 厂区布置 52第八章 岔管 538.1 材料 538.2 水力计算 53水力计算应包括水头损失计算和水锤计算，计算应符合下列规定： 538.2.2 水锤计算应根据本电站及电力系统的运行情况确定计算工况。

水锤压力初步计算可按下列工况进行： 538.3 岔管 54布置 548.3.2 荷载和允许应力 548.3.3 抗外压稳定分析 548.3.4 结构设计 558.3.5 构造要求 558.3.6 岔管结构分析方法 55摘 要乌溪江水电站座落于浙江省乌溪江，湖南镇，属于梯级开发电站，根据地形要求，其开发方式为有压引水式坝区地质条件较好，主要建筑物（混凝土重力坝），泄水建筑物（混凝土溢流坝），引水建筑物（有压引水遂洞、调压室和压力钢管），河岸式地面厂房水库设计洪水位237.5m，相应的下泄流量5400m3/s；校核洪水位239.0m，相应的下泄流量9700m3/s；设计蓄水位231.0m，设计低水位191.2m本设计确定坝址位于山前峦附近，非溢流坝坝顶高程239.5m坝底高程115.0m最大坝高124.5m上游坝坡坡度1：0.1，下游坝坡坡度1：0.8，溢流坝堰顶高程221.81m引水遂洞进口位于坝址上游凹口处，遂洞全长1138.8m洞径8m，调压室位于厂房上游228.1m左右处，高程254.4m左右的山峦上，型式为差动式厂房位于下游荻青位置设计水头94.6m，装机容量4×4.25=17万kW，主厂房净宽18.98m，净长68.6m。

水轮机安装高程115.8m，发电机层高程126.455m，安装场层高程129.455m厂房附近布置开关站，主变等受地形限制，尾水平台兼作公路用，坝址与厂区通过盘山公路连接，形成枢纽体系另外，本设计还对岔管体型设计及进行了结构计算AbstractThe Wuxijiang hydropower station is located in HuNan Town in ZheJiang province ,which belongs to a chain of exploitation .According to the demand of topographic form ,I choose diversion hydropower station . The geology condition is good .The main construction conclude the water retaining structure (the concrete non –over-fall dam) ,the release works (the concrete over–fall dam) ,the diversion structure (pressure seepage tunnel ,the surge-chamber ) ,and the surface power station .The design water level is 237.5m ,its corresponding flow amount is 5400m3/s .The check level is 239.0m ,its corresponding flow is 9700m3/s .The regular water retaining level is 231.0m .The dam site is near the former saddle .The crest elevation of the non-over-fall dam is 239.5m ,and the base elevation is 115.0m ,The max height of the dam is 124.5 m ,The upstream dam slope is 1:0.1 ,the downstream dam slop is 1:0.8 ,the spillway crest elevation is 221.81m .The inducer of the seepage tunnel is located at the recess place ,The length of tunnel is 1138.8 m ,the diametric of which is 8m .The surge-chamber is located at the mountain , which is about 221.81m from the work shop building and is type is differential motion.The workshop building is located at downstream ,the design level of the turbine is 94.6 m , the equipped capacitor is 170000kW ,the clean width is 18.98 m , its whole length is 68.6 m . The fix level of the turbine is 115.8 m , and the height of dynamo is 126.455m . Near the workshop building , there are switch station and the main transformer and so on .This design is concluded branch pipe. 关键词：水利枢纽；挡水建筑物；泄水建筑物；稳定；水轮机；引水隧洞；调压室；厂房；岔管。

第一章 设计基本资料 1.1 流域概况和地理位置乌溪江属衢江支流，发源于闽、浙、赣三省交界的仙霞岭，于衢县樟树潭附近流入衢江，全长170公里，流域面积2623平方公里流域内除黄坛口以下属衢江平原外，其余均属山区、森林覆盖面积小，土层薄，地下渗流小，沿江两岸岩石露头，洪水集流迅速，从河源至黄坛口段，河床比降为1/1000，水能蕴藏量丰富流域内已建成二级水电站，第一级为湖南镇水电站，坝址位于衢县境内乌溪江区山前峦处，坝址以上流域面积为2151平方公里第二级为黄坛口水电站，坝址位于衢县黄坛口公社坝址以上流域面积为2328平方公里 水文条件湖南镇坝址断面处多年平均径流量为83.0m/s实测最大洪峰流量为5440 m/s，（1954年），千年一遇洪水总量（4日）为11.0亿立方米，洪峰流量为11300m/s万年一遇洪水（4日）总量为16.2亿立方米，洪峰流量为16600m/s保坝洪水总量为17.2亿立方米，洪峰流量为22000m/s表1-1 坝址断面处（山前峦）水位～流量关系曲线水位（m）122.71123.15123.5124.04125.4126.6128.5流量（m/s）105010020050010002000水位（m）130.1132.6135.3137.6139.8141.8流量（m/s）300050007500100001250015000表1-2 电站厂房处获青水位～流量关系曲线水位（m）115115.17115.39115.57115.72115.87116流量（m/s）1020406080100120水位（m）116.13116.25116.37116.47117.05117.9118.5流量（m/s）1401601802004007001000水位（m）119.45120.3121.97123.2125.65127.8129.8流量（m/s）15002000300040006000800010000气象条件乌溪江流域属副热带季风气候，多年平均气温10.4℃，月平均最低气温4.9℃，最高气温28℃。

多年平均降雨为1710mm ，雨量年内分配极不均匀，4、5、6三个月属梅雨季节，降雨量占全年的50%左右7、8、9月份会受台风过境影响，时有台风暴雨影响，其降雨量占全年的25%左右 表1-3 水库水位—面积、容积曲线高程（m）水库面积（m）总库容（m）25059.842592.5424554.92305.6924049.962043.5423545.931803.8223041.91584.2422538.11384.2422034.31203.2421531.151039.6221027.99891.7720524.61760.2720021.22646.6919519.11544.8719016.99454.6218514.94374.7918012.89305.221709.37193.621606.66113.771504.9555.72工程地质库区多高山峡谷，平原极少地层多为白垩纪流纹斑岩及凝灰岩分布，柱状节理及顺坡向节理裂隙普遍，断裂构造不甚发育，受水库回水影响，可能有局部土滑、崩塌等情况，但范围不会很大，因此库区的岸坡稳定问题是不严重的唯坝前水库左岸的梧桐口至坝址一段地形陡峭，顺坡裂隙较为发育，经调查有四处山坡因顺坡裂隙切割，不够稳定，每处不稳定岩体为2～3万立方米，在水库蓄水过程中，裂隙中充填物受潮软化，易崩塌、滑落，由于距坝趾较近，在施工过程中应注意安全。

库区未发现有经济价值的矿床，仅湖南镇上游破石至山前峦一带有30余个旧矿，经地质部华东地质局浙西队调查，认为无经济价值本工程曾就获青、项家、山前峦三个坝址进行地质勘测工作，经分析比较，选用了山前峦坝址山前峦坝址河谷狭窄，河床仅宽110m左右，两岸地形对称，覆盖层较薄，厚度一般在0.5m 以下，或大片基岩出露，河床部分厚约2～4m岩石风化普遍不深，大部分为新鲜流纹斑岩分布，局部全风化岩层厚1m左右，半风化带厚约2～12m，坝址地质构造条件一般较简单，经坝基开挖仅见数条挤压破碎带，产状以西北和北西为主，大都以高倾角发育，宽仅数厘米至数十厘米，规模及影响范围均不大，坝址的主要工程地质问题为左岸顺坡裂隙发育，差不多普及整个山坡，其走向与地形线一致，影响边坡岩体的稳定性坝址地下水埋置不深，左岸为11～26m，右岸15～34m岩石透水性小，相对抗水层（条件吸水量0.01L/dm）埋深不大，一般在开挖深度范围内，因此坝基和坝肩渗透极微，帷幕灌浆深度可在设计时根据扬压力对大坝的影响考虑选用坝址的可利用基岩的埋置深度，在岸10～12m，右岸6～9m，河中6～8m，详见坝址地质剖面图坝体与坝基岩石的摩擦系数采用0.68。

引水建筑物沿线为流纹斑岩分布岩石新鲜完整，地质条件良好有十余条挤压破碎带及大裂隙，但宽度不大，破碎程度不严重厂房所在位置地形陡峻，覆盖极薄，基岩大片出露，岩石完整，风化浅，构造较单一有两小断层，宽0.5～0.8m，两岸岩石完好本区地震烈度小于6度 当地建筑材料 本工程需要砾石约186万立方米，砂67万立方米经勘测，砂的粒径偏细，砾石超粒径的含量偏多，其他指标均能满足要求，但坝址附近几个料场的贮量不能完全满足设计要求故不足的砾石用轧石解决，轧石料场选在大坝左岸距坝址0.8～12公里的范围内不足的砂料用楼里村附近的几个料场补充，距坝址2.5～3 公里坝址至衢县的交通依靠公路，衢县以远靠浙赣铁路1.2 设计资料水能规划a .校核洪水位：239.0m，校核最大洪水下泄流量9700m/s；b .设计洪水位：237.5m，设计洪水最大下泄流量5400m/s；c .设计蓄水位：231.0m；d .设计低水位：191.2m；e .装机容量：17万kW，即4×4.25=17万kW；f .机组机型：自选 挡水建筑物及泄水建筑物a.挡水建筑物： 混凝土重力坝b.泄水建筑物： 混凝土溢流坝c.其它 ：无 引水建筑物 有压引水 水电站建筑物河岸式地面厂房 专题岔管1.3 设计任务 枢纽布置、挡水及泄水建筑物要求对整个水利枢纽进行布置（包括挡水及泄水建筑物、引水建筑物、厂房、对外交通、进水口及开关站等，绘出枢纽平面布置图）要求根据现有资料设计挡水及泄水坝段的断面型式，进行必要的稳定计算，绘出挡水及泄水坝的剖面图。

水电站引水建筑物根据地形、地质条件选顶引水隧洞的路线，并设计隧洞断面的型式，绘出引水隧洞的布置图（含进水口）根据地形、地质及水力计算，确定调压室的位置、型式和尺寸并绘出调压室剖面图 水电站厂房根据所选机型及水位计算条件，确定厂房的轮廓尺寸，并绘出发电机层、水轮机层和蜗壳层的平面布置图以及厂房的横剖面图对厂区进行布置并绘出平面布置图（包括开关站、主变场、厂房、尾水渠和对外交通等） 其他岔管设计（包括岔管体型设计及结构计算）第二章 水轮机2.1 水头H、H、H选择根据N=8.3QH绘N～H曲线图 的确定a. 校核洪水位下最大下泄流量9700，查获青水位流量关系曲线得下游水位129.5m,净水头H=96％×（239-129.5）=105.12mb. 设计洪水位下最大下泄流量5400,查获青水位流量关系得下游水位124.915m,净水头H=96％×（237.5-124.915）=108.1mc. 设计蓄水位下四台机组满发查N～H曲线图得H=109.97m=max﹛105.12,108.1,109.97﹜=109.97m 的确定设计低水位下四台机组满发查N～H曲线图得H=71.5m 的确定加权平均水位94.6m 引水式水电站==94.6m2.2 水轮机选型根据该水电站的水头工作范围71.5～109.97m，查《水电站》水轮机系列型谱表选择合适的水轮机型有HL200、HL180型两种。

现将这两种水轮机作为初选方案，分别求出其有关参数，并进行比较分析本电站4台机组，装机容量N=170000kW，发电机效率=97％，则水轮机单机出力N===43814.43kW2.2.1 HL200型水轮机方案的主要参数选择2.转轮直径假定=90%，查型谱表得在限制工况下单位流量=0.95m转轮直径=2.39 m 式中 -- 水轮机额定出力,kW； -- 水轮机限制工况下单位流量，； -- 设计水头，m； -- 发电机效率，% 选用与之接近而偏大的标称直径=2.5m2.转速 n查型谱表得最优工况下单位转速式中n -- 水轮机转速，r/min； -- 原型最优单位转速，r/min； -- 加权平均水头，m； -- 标称直径，m选用与之接近而偏大的标准同步转速n=300r/min 效率及单位参数修正查型谱表得最优工况下模型最高效率，模型水轮机直径，效率修正值原型最高效率效率修正值（与上述假定相同） ＜3% 单位转速可不加修正，同时，单位流量也可不加修正 工作范围的检验 =0.863 　　水轮机最大引用流量：=52.46 与特征水头相对应的单位转速： 　　　　　 在HL200型水轮机模型综合特性曲线图上画出工作范围。

水轮机吸出高度Hs计算 由,0.863,在该型号水轮机模型综合特性曲线中查得模型气蚀系数=0.105.根据设计水头Hr=94.6m查《水电站》图2-26得气蚀系数修正值=0.018，下游平均水位查获青水位流量关系曲线得▽=115.74m，故水轮机吸出高度Hs=10--（）H=-1.764m式中--水轮机安装位置的海拔高程，m； --气蚀系数； --气蚀系数修正值； H—水轮机水头，取为设计水头，m HL180型水轮机方案的主要参数选择转轮直径假定=90%，查型谱表得在限制工况下单位流量=0.86m转轮直径=2.5m，取标称直径=2.5m转速 n查型谱表得最优工况下单位转速，取n=250r/min效率及单位参数修正查型谱表得最优工况下模型最高效率，模型水轮机直径，效率修正值原型最高效率效率修正值 （与上述假定相同） ＜3% 单位转速可不加修正，同时，单位流量也可不加修正 工作范围的检验 =0.863 水轮机最大引用流量： 　　　　　　=52.46与特征水头相对应的单位转速： 　　　　　 在HL180型水轮机模型综合特性曲线图上绘出工作范围。

水轮机吸出高度Hs 由,0.863,在该型号水轮机模型综合特性曲线中查得模型气蚀系数=0.086.根据设计水头Hr=94.6m查《水电站》图2-26得气蚀系数修正值=0.018，下游平均水位查获青水位流量关系曲线得▽=115.74m，故水轮机吸出高度Hs=10--（）H=10--（0.086+0.018）×94.6=0.033m表2－1 水轮机方案参数对照表序号项目HL200HL1801模型转轮参数推荐使用的水头范围(m)90～12590～1252最优单位转速（r/min）68.067.03最优单位流量（L/s）8007204限制工况单位流量9508605最高效率90.792.06气蚀系数0.1050.0867原型水轮机参数工作水头范围（m）71.5～109.9771.5～109.978转轮直径（m）2.52．59转速（r/min）30025010最高效率（%）93.494.311额定出力（kW）43814.4343814.4312最大引用流量（）52.4652.4613吸出高度（m）-1.7640.033根据水轮机方案参数对照表可看出，两种不同机型方案在同样水头下满足额定出力情况下，HL180型具有工作范围好，气蚀系数小，安装高程高等优点，故选择HL180型水轮机。

　　2.3 调速设备及油压设备选择调速功计算 式中 ——最高水头 ，m； Q—最大水头下额定出力时的流量，；——水轮机直径，m属于大型调速器，接力器调速柜和油压装应分别进行计算和选择 接力器选择 2.3.2.1 接力器直径计算选额定油压为2.5MPa，则每个接力器直径为 式中 ——标准正曲率导叶参数，由，查得； ——最高水头 ，m； --导叶相对高度由此，在《水电站机电设备》表4-4中选择与之接近而偏大的的标准接力器2．3．2.2 接力器最大行程 式中 ——水轮机导叶最大开度，mm式中 --原型和模型水轮机导叶轴心圆直径； --原型和模型水轮机导叶数目； --模型水轮机导叶最大开度采用系数1.8，则2.3.2.3 接力器容积计算两个接力器的总容积 调速器的选择大型调速器的型号是以主配压阀的直径来表征的，主配压阀的直径，导叶关闭时间，管内油流速，则选择与之相邻而偏大的DT-80气液压型调速器 油压装置此处油压装置不考虑空放阀和进水阀的用油，则压力油罐的容积由此，在《水电站机电设备》表4-2种选则与之相邻而偏大的YZ-1.6分离式油压装置。

2.4 水轮机安装高程一台水轮机额定流量Q==52.46m/s,查获青水位流量关系曲线得设计尾水位▽=115.5m水轮机安装高程Zs=▽+Hs+b/2=115.783m,取为115.8m式中 ▽--设计尾水位，m； Hs—水轮机安装高程，m； b--导叶高度，m2.5 水轮机蜗壳及尾水管金属蜗壳，断面为圆形，座环蝶形边切线与水平中心线夹角=55，蜗壳包角=345通过任一断面i的流量Q=Q/360，断面半径 = 式中 ——蜗壳断面流速 ，根据水轮机设计水头查《水电站》图2-8得v=7.5m/s； --断面半径，m；——蜗壳包角；——相应的最大流速，由水轮机转轮直径查得：座环外径=410cm，内径=340cm ，则r=D/2=2.05m，r=D/2=1.7m断面中心距a=r+,断面外半径R=r+2表2-2 涡壳计算表格从蜗壳鼻端至断面i的包角（°）断面半径（m）断面中心距(m)断面外半径(m)3451.463.514.973001.363.414.772551.263.314.572101.143.194.331651.013.064.071200.862.913.77750.682.733.41300.432.482.91尾水管尺寸的确定：采用弯肘形尾水管：a.进口直锥段 单边扩散角=8b.中间弯肘段h=1.35D=3.375m, D=1.35D=1.35×2.5=3.375m, h=0.675D=1.6875m, L=1.82D=4.55mc.出口扩散段尾水管水平长度L=4.5D=11.25m，尾水管高度h=2.6D=6.5m，h=1.22D=3.05m，顶板仰角=15，B=2.72D=6.8m。

由于下游布置副厂房，尾水管加长至15.55m2.6 水轮机进水阀和起重设备采用蝴蝶阀，直径D，，进口断面直径D=3.5m，D=，选用蝴蝶阀直径D最重吊运部件重量162t，机组台数4台，选用一台双小车桥式起重机，名义起重量2×100t，跨度L第三章 发电机由N=42500kW和250r/min，套用《水电站机电设备》附表8，选择SF42.5-24/520型发电机3.1 主要尺寸定子内径=4600mm，定子铁芯长度=1820mm，定子铁芯外径=5200mm，定子机座外径，风罩内径D2 =8800mm，转子外径=4572mm，下机架最大跨度，定子机座高度= 2980mm，上机架高度=1250mm，永磁机高度=600mm，定子支座支承面至下机架支承面或下挡风板之间的距离=540mm，下机架支承面主主轴法兰底面距离=1105mm，转子磁轭轴向高度=2550mm，发电机主轴高度=6968mm，定子铁芯水平中心线至法兰盘底面距=3180mm3.2 水轮发电机重量水轮发电机的总重量 G=318t，发电机转子重量 G=162t第四章 混凝土重力坝4.1 枢纽工程等级水电站装机容量17万kW，水库校核洪水位239.0m，查水库水位容积关系曲线得水库总库容＞，故工程规模为大（1）型，主要建筑物级别：1级，次要建筑物：3级，临时建筑物：4级。

4.2 剖面设计重力坝剖面设计的任务在于选择一个既满足稳定回去强度要求，又使体积最小和施工简单、运行方便的剖面4.2.1 基本剖面重力坝的基本剖面，一般指在主要载荷作用下满足坝基面稳定和应力控制条件的最小三角剖面因此，基本剖面分析的任务是在满足强度和稳定的要求下，根据给定的坝高求得一个最小的坝底宽度，也就是确定三角形的上下游坡度为分析方便计，沿坝轴线方向取单位长度的坝体进行研究，其上下游面的水平投影长度分别为和假定上游库满水位平三角形顶点水深为，下游无水坝的载荷只考虑上游水平压力、水重和坝体自重以及扬压力，在此情况下，讨论及应如何取值才能满足安全和经济的要求按在主要荷载作用下剖面满足坝基面稳定和应力控制条件确定坝底最小宽度联立求解B/H=，B=式中B——坝底宽度，m；H——基本剖面坝高，m；——坝体材料容重，；——水的容重，；——扬压力折减系数,按规范坝基面取0.25；——摩擦系数，由资料可得本设计采用0.68；k ——基本组合安全系数其中H=239-115=124m，坝体材料容重r=24kN/m，水容重r=10kN/m，坝基摩擦系数f=0.68，扬压力折减系数=0.25，基本组合安全系数k=1.0.解得，B=84.66m4.2.2 实用剖面4.2.2.1 坝顶高程a.设计洪水位情况山区峡谷受台风影响，取计算风速V=14m/s,有效吹程2000m，采用官厅水库计算公式。

故h=0.0284故平均波长L=0.3313由于，h相当于累积频率5%的波高查《水工建筑物》表2-12得h=0.71m波浪中心线高出计算静水位h安全超高查《水工建筑物》表4-5得h=0.7m，故坝顶上游防浪墙顶应超出水库静水位高度坝顶上游防浪墙顶高程=设计洪水位+b.校核洪水位情况h=0.71m，h,安全超高查得h,故坝顶上游防浪墙顶应超出水库静水位高度坝顶上游防浪墙顶高程=校核洪水位+比较上述两种情况得坝顶防浪强顶高程为240.5m，防浪墙高度取1m，最后确定坝顶高程为239.5m，查坝轴线工程地质剖面图得可利用基岩最低点高程115m， 故最大坝高=239.5-115=124.5m其中坝顶上游防浪墙顶应超出水库静水位高度式中——累积频率为1%波浪高度，m；——波浪中心线高出静水位的高度，m；——安全超高，m基本组合：=0.7m，特殊组合：=0.5m) ， ，h 式中计算风速，m/s； h --波高，m； D --风区长度，m； L--平均波长，m； h--累积频率1%的波高，m； H --坝前水深，m。

4.2.2.2坝顶宽度 坝顶宽度b=（8%～10%）H，且不宜小于3m，取10m4.2.2.3剖面形态由上可知，采用上游坝面上部铅直、而下部呈倾斜，这样可利用部分水重来增强坝的稳定性采用的折坡高程为175.0m，坡度为1:0.1，下游坡m=0.8，坝底宽度B=105.2m最终确定的剖面如下图所示：图4-1 非溢流坝剖面4.3 稳定与应力校核本设计采用定值安全系数法进行抗滑稳定分析，采用材料力学法进行应力分析混凝土重力坝及坝上结构设计时，应根据水工建筑物的级别，采用不同的水工建筑物结构安全级别，见下表 表4-1水工建筑物结构安全级别水工建筑物级别水工建筑物结构安全级别 1 Ⅰ 2、3 Ⅱ 4、5 Ⅲ按照承载能力极限状态作用基本组合设计时应考虑的基本作用一般包括：a1.坝体及其上永久设备自重；b1.静水压力；c1.相应正常蓄水位或防洪高水位时的扬压力；d1.淤沙压力；e1.相应正常蓄水位或防洪高水位的重现期50年一遇风速引起的浪压力；f1.冰压力（与浪压力不并列）；g1.相应于防洪高水位时的动水压力。

偶然作用一般包括：a2.校核洪水位时的上下游静水压力b2.相应于校核洪水位时的扬压力c2.相应于校核洪水位时的浪压力d2.相应于校核洪水位时的动水压力e2.地震作用基本组合1:正常蓄水位情况，作用包括a1，b1，c1，d1，e1基本组合2:防洪高水位情况，作用包括a1，b1，c1，d1，e1，f1偶然组合1:校核洪水位情况，作用包括a1，d1，a2，b2，c2，d2偶然组合2:地震情况，作用包括a1，b1，c1，d1，e1，e2抗滑稳定安全系数：k= 式中作用于滑动面以上的力在铅直方向投影的代数和； 作用于滑动面以上的力在水平方向投影的代数和； U --作用于滑动面上的扬压力； f --滑动面上的抗剪摩擦系数； K --抗滑稳定安全系数表4-2 抗滑稳定安全系数K荷载组合1级坝2级坝3级坝基本组合1.101.051.05特殊组合11.051.001.00特殊组合21.001.001.00假定任一水平截面上的垂直应力呈直线分布，采用材料力学偏心受压公式计算 式中作用于计算截面以上全部荷载的铅直分力总和； 作用于计算截面以上全部荷载对截面形心的力矩总和； B - - 计算截面沿上下游方向的宽度。

4.4 混凝土坝的材料与构造材料采用的混凝土编号为构造.1坝顶结构采用实体结构，顶面按路面设计，在坝顶上布置排水系统和照明设备，坝顶宽10m，坝顶高程为239.5m2坝体分缝横缝将坝体沿坝轴线方向分成若干坝段，其缝面常为平面，不设键槽，不进行灌浆，使各坝段独立工作缝的宽度取1cm，横缝间距为20m，横缝止水用两道金属止水片（紫铜片或不锈钢片）和一道防渗沥青井纵缝是为了适应混凝土的浇筑能力和减小施工期温度应力而设置的临时缝，本设计采用两条垂直纵缝，间距30m为了加强坝体的整体性，缝面设置键槽，槽的短边和长边大致与第一及第二主应力相交，使槽面基本承受正压力且键与槽互相咬合，可提高纵缝的抗剪强度3坝内廊道为进行帷幕灌浆，集中与排除坝体和坝基渗水，安装观测设备以及监视坝体运行情况等，设置纵向排水检查廊道和横向检查廊道，每隔30m高差设置一层，廊道宽2.5m，高3m，基础横向和纵向排水廊道，宽2m,高2.5m4.5 地基处理4.5.1开挖与清理左岸有断层破碎带贯穿整个山坡，故需进行灌浆加固处理，除适当国深表层砼塞外，仍需在较深的部位开挖若干斜井和平洞，然后用砼回填密实，形成由砼斜塞和水平塞所组成的刚性支架，用以封闭该范围内的破碎填充物，限制其挤压变形，减小地下水对破碎带的有害作用。

河床段及右岸靠近河床段了裂隙，采用砼梁和砼拱进行加固，具体分法是将软弱带挖至一定深度后，回填砼以提高地基局部地区的承载力4.5.2坝基帷幕灌浆在靠近上游坝基设一排或几排钻孔，利用高压灌浆填塞基岩内的裂缝和孔隙等渗水通道，在基岩中形成一道相对密实的阻水帷幕以降低坝基的渗透压力，减少渗透流量，防止坝基内产生机械或化学管涌，即防止基岩裂缝中的充填物被带走或溶滤4.5.3坝基排水设施基础灌浆廊道下游侧设主排水孔，孔距3m，孔径15cm第五章 混凝土溢流坝5.1 溢流坝孔口尺寸的确定5.1.1 溢流坝下泄流量的确定通过溢流坝顶的下泄流量为：Q=Q式中 通过枢纽下泄流量，m；——经由水电站、泄水孔及其他建筑物的下泄流量，m； ——安全系数，正常运用时取0.75～0.9，校核情况取为1.0则设计洪水下通过溢流坝的下泄流量Q=Q5248.4 m，校核洪水下通过溢流坝的下泄流量Q=Q9505.16m5.1.2溢流孔口尺寸确定和布置单宽流量50～100 m，分别计算设计和校核情况下孔口宽度表5-1 孔口净宽计算计算情况流量Q（m）单宽流量q（m）孔口净宽B（m）设计情况5248.450～100104.968～52.484校核情况9505.1650～100190.1～95.05溢流坝孔口宽度取60m，每孔宽度10m，孔数n=6，初拟闸墩厚度为3m，则溢流坝总长度L=nb+（n-1）d=60+15=75m式中 ——溢流段总宽度，m； n——孔数； b——每孔净宽，m；——闸墩宽度，m。

5.1.3 堰顶高程的确定由q=m计算堰顶水头，计算水位减去相应堰上水头即为堰顶高程 式中 m——流量系数； ——重力加速度，m；——坝顶溢流的堰顶水头，m表5-2 堰顶高程计算计算情况流量（m）流量系数孔口净宽（m）堰顶水头（m）堰顶高程（m）设计情况5248.40.5026011.57225.93校核情况9505.160.5026017.19221.81取堰顶高程221.81m5.1.4闸门的选择闸门高度=正常蓄水位-堰顶高程+安全超高 =231-221.81+0.1 =9.29m选择平面闸门，闸孔净宽=10m，闸门尺寸为11m×10m工作闸门布置在溢流堰顶点，以减少闸门高度为了避免闸门局部开启时水舌脱离坝面而产生真空，将闸门布置在堰顶偏下游一些，以压低水舌使其贴坝面下泄检修闸门位于工作闸门之前，为便于检修，两者之间留有1～3m的净宽，本设计取净宽2m5.2 溢流坝剖面设计5.2.1 溢流面曲线5.2.1.1 溢流前沿堰上水头H=校核洪水位-堰顶高程=239-221.81=17.19m定型设计水头H=（75%～95%）H=12.89～16.33m，取H=15m，WES曲线方程参数R=0.5H=7.5m，R=0.2H=3m，a=0.175H=2.625m，b=0.282H=4.23m5.2.1.2 溢流段：（溢流面曲线采用WES曲线） 式中 ——定型设计水头，m； k、n ——与上游坝面坡度有关的系数和指数。

5.2.1.3 直线段直线段采用与基本剖面一样的坡度 1：0.85.2.1.4 反弧段设计 采用挑流消能，挑射角，挑流鼻坎高出下游最高水位1～2m，鼻坎高程137.4+1=138.4m流速系数 式中P—上游堰高，m； 堰顶水头，m鼻坎出流断面平均流速V 式中上游水位至鼻坎高差，m该断面水深h，反弧半径R=（6～10）h经比较，反弧半径选用R=25m 图5—1 溢流重力坝剖面图5.3 溢流坝稳定验算溢流坝断面的稳定校核：1 基本组合：（上游为正常蓄水位，下游水位为0）坝体混凝土与基岩接触面的抗滑稳定极限状态：满足要求偶然组合：（上游水位为校核水位，即240.0m，下游水位由下泻流量，对应山前峦的水位流量关系曲线可得下游水位=136-110=20m）坝体混凝土与基岩接触面的抗滑稳定极限状态：满足要求5.4 溢流坝的结构布置边墩、导水墙均取1.5m，根据地基情况完整性较好，纵缝选择在闸室中间分缝5.5 消能与防冲5.5.1鼻坎的型式和尺寸鼻坎采用平顺连续式,高程比下游水位高出两米,即坎顶高程为138.4m.5.5.2 挑射距离和冲刷坑深度的估算挑距式中——水舌挑距，鼻坎末端至冲坑最深点的水平距离，m；——坎顶水面流速，可取为平均坎顶流速的1.1倍，m/s；——鼻坎挑射角度；——坎顶平均水深在铅直方向的投影，即，m；——坎顶至河床表面高差，如冲坑已形成，作为冲坑进一步发展时，可算出坑底，m；——重力加速度，m。

冲刷坑深度的估算采用公式 式中 T——自稳定冲坑底至下游水面总水深，m；Z——上下游水位差m；——冲刷坑系数，对于坚硬完成岩石取；坚硬但完整性较差的岩石；软弱破碎的岩石 临界水深，h=第六章 引水建筑物6.1 引水隧洞整体布置洞线布置隧洞尽量布置在地质构造简单，岩体完整稳定的地区，洞线与岩层，构造断裂面及主要软弱带应有较大夹角，隧洞进出口处地形宜陡，洞顶岩层厚度宜不小于1倍开挖洞径，转弯时转弯半径为7倍洞径，转弯角不宜大于60，以使水流平顺，减少水头损失垂直方向隧洞进口断面为矩形，后渐变成圆形，再变为矩形主闸门段，过闸门后由矩形渐变圆形，至压力管道处再度渐变，隧洞段坡降0.613％，至压力管道后向下拐弯至高程115.8m（水轮机安装高程）后水平布置直至厂房6.2 细部构造 隧洞洞径隧洞采用圆形断面，设计低水位下机组满发时隧洞流量，实际取为d=D=8m 闸门断面尺寸闸门孔口采用矩形，宽度b=7m，高度d=8m渐变段断面由矩形变为圆形采用在四角加圆角过渡，渐变段长度为14m 拦污栅断面拦污栅倾角为，实际取为60º，这样过水面积大，且易于清污每块栅片宽度2m，高度3.5m，栅条厚度10mm，宽度150mm。

进水口段，采用平底三向收缩，上唇收缩曲线为四分之一椭圆，椭圆曲线方程为，a=1.1D=8.8，b=0.5D=4有压进水口应低于运行中可能出现的水位，不出现吸气漩涡的临界淹没深度按戈登经验公式估算，S=cv=7.97m，隧洞顶部高程为191.2-7.97=183.23m 式中 S--临界淹没深度，m； c—经验系数，取为0.55； v—闸门断面的水流速度，m/s； d—闸门孔口高度，m6.3 调压室 调压室功用为了改善水锤现象，常在有压引水隧洞与压力管道衔接处建造调压室调压室利用扩大的断面和自由水面反射水锤波将有压引水系统分成两段：上游段为有压引水隧洞，调压室使隧洞基本上避免了水锤压力的影响；下游段为压力钢管，调压室可以减轻位于其下游的压力钢管中的水锤压力 设置调压室的条件.1 设置上游调压室根据近似准则判别是否需要设置上游调压室 式中 L——压力水道长度，m；H——设计水头，m；V--平均流速，m/s当< 2～4 s 时，可不设上游调压室计算得，故本电站需要设置上游调压室2 设置下游调压室不设尾水调压室的尾水道临界长度 其中——压力尾水道的长度，m；——水轮机导叶关闭时间（取为4s）；v--恒定运行时尾水道中的流速，m/s；——尾水管进口流速，m/s；——水轮机吸出高度，m；——水轮机安装高，m。

求得=30.81m>真实长度，故下游可不设调压室6.4 压力管道设计6.4.1 管道内径估算压力管道经济直径，取D=8m采用斜井布置形式，倾角25式中 ——钢管最大设计流量，；H——设计水头，m 6.4.2岔管处管道直径的确定岔管采用y型布置,各分管内径用等流速公式估算，且认为水流流速在岔管段基本保持不变1#大支管直径，取D=7m2#大支管直径，取D=6m3#大支管直径,取D=3.5m6.4.3托马断面.1 引水隧洞的水头损失（1）沿程水头损失水力半径，引水隧洞长度计算托马断面时混凝土衬砌，选用最小糙率n=0.012平均流速谢才系数（2）局部水头损失拦污栅处喇叭口段闸门段闸门渐变段隧洞转弯处局部水头损失h= 引水隧洞水头损失6.4.3.2 压力钢管的水头损失（1）沿程水头损失（糙率取最大值0.013） 平均流速 压力管道长度L=173.1m 谢才系数 （2）局部水头损失缓管段分岔(共三处斜分岔和一个弯管段) 蝶阀局部水头损失h=压力管道水头损失6.4.3.3 断面计算 H=H 隧洞断面面积故==250.1m26.5 调压室设计比较 阻抗式调压室最低涌波水位Z：上游取最低水位,引水隧洞糙率n取大值0.015， m=0.5（两台增加到四台)谢才系数 阻抗孔面积：，其中 最高涌波水位Z计算：上游取正常高水位,引水隧洞糙率n取小值0.012 （1）沿程水头损失h隧洞流量（2）局部水头损失拦污栅处喇叭口段闸门段闸门渐变段隧洞转弯处局部水头损失h= 引水隧洞水头损失 故不宜选用阻抗式。

差动式调压室最低涌波水位Z：上游取最低水位死水位 ，m=0.5升管断面积F，大井断面积F250.1-50.24=199.86m , 最高涌波水位Z计算： 上游水位取正常高水位，隧洞流量Q=186.25m，水自升管流入大井时的孔口流量系数，水自升管流入大井时的孔口阻抗系数假定，相应大井体积为：升管溢流量：升管顶部溢流层厚度：，和3246.1相差太大.重新假定，相应大井体积为：升管溢流量：升管顶部溢流层厚度：，与3186.2m相差不大，故Z=-14.7m校核洪水位下最高涌波水位Z计算 ：（1）沿程水头损失校核洪水位239m，隧洞流量194.84m,（2）局部水头损失拦污栅处喇叭口段闸门段闸门渐变段隧洞转弯处局部水头损失h= 引水隧洞水头损失水自升管流入大井时的孔口流量系数，水自升管流入大井时的孔口阻抗系数重新假定，相应大井体积为：升管溢流量：升管顶部溢流层厚度：，和3469.17相差太大.重新假定，相应大井体积为：升管溢流量：升管顶部溢流层厚度：与3349.25m相差不大，故Z=-15.4m第七章 主厂房尺寸及布置7.1 主厂房长度确定机组间距a．由蜗壳尺寸决定的机组间距L=蜗壳最大宽度 +蜗壳间最大混凝土厚度=4.97+2.5+2=9.47mb．由尾水管控制L=尾水管出口断面宽度+尾水闸墩厚=6.8+3=9.8mc．由发电机尺寸控制L=风道间过道宽+风罩内。