淺談豎井式溢洪道設計計算

白雪蓮　劉云貴

(紅河哈尼族彝族自治州水利水電工程地質鉆探隊，云南 蒙自　661100)

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淺談豎井式溢洪道設計計算

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，退水隧洞與導流輸水隧洞相結合，減少地表土石方開挖擾動。本文介紹了豎井式溢洪道環形溢流堰的水力計算及漏斗段體型的設計計算，為水工設計提供參考依據，拓寬溢洪道設計思路。

【關鍵詞】泄流能力計算； 工程布置； 漏斗段設計； 退水段復核； 投資比較

1設計思路

根據以上條件，該工程設計思路為改變常規溢洪道設計布置原則，盡量減少對工程區植被破壞。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合導流隧洞布置，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，與導流洞同一側。豎井式溢洪洞由環形溢流堰(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。為與導流隧洞結合，無壓退水段長158m，明渠段長8.5m，導流洞泄槽段長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洪計算，成果如表1所列。

表1　不同溢洪洞寬度調洪計算成果

根據表1可知，不同半徑調洪后的洪水位相差不大，應取用半徑較小、工程量較小、易于布置的為推薦方案。但經過漏斗段曲線輪廓線的計算后，當半徑為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，相應下泄流量為6.72m3/s；設計洪水位為1937.44，相應下泄流量為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鄉村振興，促進地方經濟社會發展方面雖具有很強的區位和地緣等優勢，但長期以來，由于受觀念滯后的影響，沒有注重利用自身優勢積極深入地開展地方經濟社會發展和新農村建設方面的調研工作，信息相對閉塞，導致地方高校缺乏服務地方經濟社會發展、服務鄉村振興的系統對策和思路，服務地方經濟社會發展方面的比較優勢未能得到有效發揮。

設計堰型為寬頂堰，m為流量系數，查《水工設計手冊》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。計算結果如表2所列。

表2　溢洪洞水位—下泄流量關系

3.2環形溢流堰的漏斗段體型及水力計算

堰型為環形寬頂堰，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。

根據水舌中心線各點的流速求出水舌厚度，再根據水舌厚度求出漏斗段輪廓線。

設計結果如表3所列。

表3　豎井式溢洪洞漏斗段曲線計算

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

表4　漏斗段輪廓線坐標　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井口導流防渦措施

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

導水墻長度L=(2.5～3)H，經計算L =1.4m。

3.2.3退水段復核

退水段長158m，用已完成導流任務的導流隧洞退水，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　導流隧洞無壓狀態下泄流量關系曲線

由表5可知當最大下泄流量為6.72m3/s時，導流洞內水深為0.6～0.7m，可滿足導流洞退水要求。

4投資比較

比較方案：在左岸設河岸式溢洪道，土方開挖量為5380.81m3，石方開挖量為2306.06m3，導流隧洞+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、漏斗段體型設計、退水段復核、投資比較等方面進行了分析，為類似水利工程設計提供參考。

參考文獻

[1]劉志明，溫續余.水工設計手冊：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溢洪道設計規范[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

文獻標志碼：B

文章編號：1005-4774(2016)06-0021-04