壓力前池終稿1

1、XXXX畢業(yè)設(shè)計說明書畢業(yè)設(shè)計說明書題 目: 吉達(dá)水電站壓力前池設(shè)計 完 成 時 間: 2012年5月27日 目錄目錄I摘 要1Abstract21 前 言32 設(shè)計基本資料42.1 工程概況42.2水文42.2.1流域概況及氣象特征42.2.2水文基本資料52.2.3徑流52.2.4設(shè)計洪水62.2.5分期設(shè)計洪水62.2.6 泥沙72.3地質(zhì)72.3.1緒言72.3.2.壩址工程地質(zhì)條件72.3.3.上壩線工程地質(zhì)條件72.3.4.下壩線工程地質(zhì)條件82.3.5.上、下壩線比較及選擇82.3.6.沉沙池工程地質(zhì)條件82.3.7.隧洞地質(zhì)條件82.3.8.前池工程地質(zhì)條件92.3.9.壓力管

2、道工程地質(zhì)條件92.3.10.廠房工程地質(zhì)條件92.4天然建筑材料92.5工程任務(wù)和規(guī)模103 無壓隧洞113.1無壓隧洞斷面尺寸的確定113.2洞身襯砌構(gòu)造124 壓力管道134.1設(shè)計基本資料134.2管道直徑的確定134.3壓力鋼管的定線和選型144.4壓力管道厚度的計算144.5壓力鋼管的水力計算154.5.1沿程水頭損失154.5.2 局部水頭損失164.6水錘計算174.6.1鋼管中水錘波傳播的速度174.6.2水錘波在鋼管中傳播一次所需的時間174.6.3水錘壓力的計算175 壓力前池195.1壓力前池的作用195.2壓力前池的組成建筑物195.3壓力前池的位置選擇與布置205.

3、3.1位置選擇205.3.2布置方式215.4壓力前池設(shè)計基本資料225.5側(cè)堰布置及水力計算225.5.1側(cè)堰堰頂高程的確定225.5.2側(cè)堰堰頂長度、堰上平均水頭的確定235.6壓力前池各部分平面尺寸的擬定235.7 壓力前池特征水位的擬定245.7.1 進(jìn)水室入口處的水深245.7.2前池正常水位Z正常245.7.3 前池最高水位Z最高245.7.4 前池最低水位Z最低255.8 壓力前池各部位高程的擬定265.8.1 進(jìn)水室淹沒深度S的確定265.8.2 進(jìn)水室底板高程的確定265.8.3 壓力前池圍墻頂部高程的確定265.9排沙孔的設(shè)計275.10構(gòu)造設(shè)計275.11攔污柵的設(shè)計28

4、5.11.1 攔污柵的形式及構(gòu)造285.11.2柵面結(jié)構(gòu)285.11.3柵欄整體穩(wěn)定性驗算305.12壓力前池結(jié)構(gòu)計算305.12.1荷載計算315.12.2抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K計算316 平面鋼閘門的設(shè)計326.1設(shè)計資料326.2閘門結(jié)構(gòu)的型式及布置326.2.1 閘門尺寸的確定326.2.2主梁的形式326.2.3 主梁的布置326.2.4 梁格的布置和形式336.2.5 連接系的布置和形式346.2.6 邊梁和行走支承346.3面板設(shè)計346.3.1 估算面板厚度：356.3.2面板與梁格的連接計算356.4主梁設(shè)計366.4.1設(shè)計資料366.4.2截面選擇366.4.3 截面改變38

5、6.4.4 翼緣焊縫406.5邊梁設(shè)計406.5.1荷載和內(nèi)力計算416.5.2 邊梁的強度計算416.6行走支承設(shè)計426.7通氣孔437 結(jié) 論44總結(jié)與體會45謝 辭46參考文獻(xiàn)4746 摘 要 壓力前池是水利樞紐中的一個很重要的部分，主要起平穩(wěn)水壓和、衡水量和均勻水流的作用。它前接無壓隧洞，后連壓力管道，是水流從無壓狀態(tài)變?yōu)橛袎籂顟B(tài)的轉(zhuǎn)換器。本設(shè)計首先對無壓隧洞和壓力管道進(jìn)行了設(shè)計，其中，無壓隧洞主要確定了其斷面尺寸，壓力管道重點對其直徑及水錘壓力進(jìn)行了計算。然后再設(shè)計壓力前池，其中重點設(shè)計了它的尺寸，高程以及各個水位的確定，對排沙孔、攔污柵等壓力前池的重要組成部分進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計，然

6、后對其進(jìn)行抗滑穩(wěn)定性驗算，最后對平面鋼閘門進(jìn)行了設(shè)計。關(guān)鍵詞：無壓隧洞、壓力管道、壓力前池、攔污柵、抗滑穩(wěn)定性驗算AbstractPressure former pool is a very important role in multipurpose hydraulic project. It mainly be used to keep the balance of water pressure , water yield and the flow well-distributed. In front of Pressure former is non-pressure tunnel, a

7、nd behind it is pressure pipeline. Meanwhile, it can be regarded as a charger which is used to make the non-pressure water get stressed. First of this design involved the non-pressure tunnel and the pressure pipeline, in the design of non-pressure tunnel, I established its size. And in the design of

8、 pressure pipeline ，I mainly calculated its diameter and surge pressure. Then designed the pressure former pool. I importantly determined its size, altitude and confirm each the water level. I Carefully designed every important part of the pressure former pool such as sediment bore ,trash rack. etc.

9、 Finally checked the stability against sliding. In the last I designed the plain gate.Keywords：non-pressure tunnel；Pressure pipe；Pressure former pool；trash rack；Calculating anti-sliding stability1 前 言近年來，我國水利水電行業(yè)發(fā)展迅速，國家也給予了大力的支持，在建和籌建了很多大的水電站，例如金沙江流域的四大電站。壓力前池作為水電站的一個重要組成部分，它保證了水壓的平穩(wěn)以及水量的平衡，對分配流量起到了

10、重要的作用。此外壓力前池還具有清除水中污物、泥沙、浮冰等的作用，對水流具有良好的凈化作用，減輕了水輪機的磨蝕。本設(shè)計選取吉達(dá)水電站的基本資料為依據(jù)，首先對無壓隧洞進(jìn)行設(shè)計，主要是確定其尺寸及襯砌形式。然后對壓力鋼管的進(jìn)行了直徑計算、管壁厚度的計算、水力計算和水錘的計算，保證鋼管滿足設(shè)計要求?；跓o壓隧洞和壓力鋼管得出的數(shù)據(jù)，按照規(guī)范對壓力前池的基本尺寸，正常水位和最低、高水位進(jìn)行了確定，對其重要的細(xì)部結(jié)構(gòu)排沙孔、攔污柵、鋼閘門進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計。最后對前池的抗滑穩(wěn)定性進(jìn)行了計算，以保證它能夠滿足工程所需的抗滑穩(wěn)定性要求。2 設(shè)計基本資料2.1 工程概況吉達(dá)電站位于樂山市馬邊彝族自治縣白家灣鄉(xiāng)暴風(fēng)

11、坪村境內(nèi)，屬馬邊河右岸支流高卓營河下游左岸哈羅羅依打河階梯開發(fā)的最上游一級電站，電站裝機容量為4×41.7MW。取水樞紐位于哈羅羅依打河支流郭色拉打河1323.50m處，引水隧洞沿左岸布置長2534m，長區(qū)位于郭色拉打河與戈皆拉打河匯合口右岸灘地，距色拉電站取水口150m。本電站所處流域內(nèi)植被良好，森林覆蓋率達(dá)80%，河流流量穩(wěn)定，水量豐沛，河床坡度大，特別是本電站開發(fā)河段坡降達(dá)80%左右，加之電站廠房樞紐下游500m左右即有公路通往馬邊縣城，下游色拉電站、稀泥溝電站等已發(fā)電上網(wǎng)，故吉達(dá)電站對外交通方便，電站施工用電、上網(wǎng)條件成熟，已具備開發(fā)條件。吉達(dá)電站為徑流式電站，取水口位于哈羅

12、羅依達(dá)河上游郭色拉打河1323.50m處，采用底欄柵壩取水，引水道沿左岸布置，為全隧洞。壓力前池布置于郭色拉打河及戈皆拉打河匯合處山脊，為半洞內(nèi)式前池，管道順山脊而下跨郭色拉打河至右岸主廠房。電站設(shè)計引用流量為17.3×4 m3/s，設(shè)計水頭255m，裝機容量4×41.7MW，年平均發(fā)電量26368萬km·h，年利用小時6140h，保證出力14.3MW。工程建設(shè)總工期15個月，工程靜態(tài)總投資2636.15萬元，總投資2722.10萬元，靜態(tài)單位千瓦投資5272元/kw，單位千瓦投資5444元/ kw，靜態(tài)單位電能投資0.859元/kw·h，單位電能投資0

13、.887元/kw·h，貸款償還年限8年，財務(wù)內(nèi)部收益率16.5%(稅后)，經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率15.5%，財務(wù)凈現(xiàn)值685萬元（稅后）。2.2水文2.2.1流域概況及氣象特征哈羅羅依打河系馬邊河上游高竹營河左岸支流，發(fā)源于大風(fēng)頂東麓，于白家灣附近匯入高竹營河。流域集水面積120.4平方千米，河道全長21.9m，河流平均比降72。哈羅羅依打河流域多年平均降雨量在1600-1700mm，因而河流水量十分充沛。多年平均溫度16.9，歷年最高氣溫37.5（1972年8月31日），最低氣溫4（1977年1月30日），多年平均日照時數(shù)963hr，多年相對濕度80%，多年平均風(fēng)速5.0m/s，歷年最大風(fēng)

14、速17.3m/s。2.2.2水文基本資料哈羅羅依打河無完整的實測水文資料，距設(shè)計流域35km處的下游馬邊河干流上游馬邊水文站，系國家設(shè)立的水文基本觀測站，有19571993年共36年實測水文資料，具有測驗精確度，成果可靠的特點，可作本次設(shè)計分析之用。選取馬邊河馬邊站為吉達(dá)電站的設(shè)計依據(jù)站，4月到次年3月為水文時段進(jìn)行相應(yīng)水文分析計算。2.2.3徑流哈羅羅依打河的徑流主要來源于降水、高山融雪，屬雨雪混合補流型。水文年度劃分為4月至次年3月。對設(shè)計依據(jù)站馬邊站19571993年共計36年（水文年）的年平均流量及枯期12次年3月平均流量系列進(jìn)行頻率分析計算，并用P型曲線適線，求的馬邊站年和枯期徑流特

15、征值及指定頻率值如下表21。 表2-1：馬邊站徑流計算成果表項目時段徑流特征值Qp (m3/s)Q（m3/s）CvCsP=10%P=50%P=90% 年（水文年）78.90.122 Cv91.478.667.1 枯期（12次年3月）33.30.132 Cv39.033.127.9 吉達(dá)水電站取水口控制集水面積39.3 km2，按水文比擬法將馬邊站計算結(jié)果移用于本電站取水口處。吉達(dá)電站取水口徑流計算結(jié)果如下表2-2。表2-2：吉達(dá)電站徑流成果表名稱面積 （km2）QoCvCsQp(m3/s)10%50%90%吉 吉達(dá)壩址39.31.900.122 Cv2.191.891.612.2.4設(shè)計洪水由

16、于流域內(nèi)無實測洪水資料，本次設(shè)計采用推理公式法計算設(shè)計洪水。成果如下： 干流壩址：Q3.33%=467 m3/s，Q0.5%=657 m3/s， 廠址合計：Q3.3%=914 m3/s ，Q2%=1010 m3/s 。其中：（1）支流戈皆拉打河Q3.3%=313 m3/s ，Q2%=346 m3/s； （2）干流郭色拉打河Q3.3%=601 m3/s ，Q2%=666 m3/s2.2.5分期設(shè)計洪水 吉達(dá)電站分期洪水成果如下表2-3 表2-3：吉達(dá)電站分期設(shè)計洪峰流量成果表時段設(shè)計斷面設(shè)計流量（m3/s）5%10%20%1 11月壩址17.714.5 廠址 支流戈皆拉打河11.09.01 主流

17、郭色拉打河20.817.01 12月壩址3.803.46廠 廠址 支流戈皆拉打河2.372.15 主流郭色拉打河4.464.06 1月壩址2.262.11 廠址 支流戈皆拉打河1.411.31 主流郭色拉打河2.652.482 2月壩址4.864.18 廠址 支流戈皆拉打河3.032.60 主流郭色拉打河5.714.913 3月壩址10.48.34 廠址 支流戈皆拉打河6.465.19 主流郭色拉打河12.29.794 4月壩址25.520.3 廠址 支流戈皆拉打河15.912.7 主流郭色拉打河29.923.92.2.6 泥沙設(shè)計流域內(nèi)無實測泥沙資料，查四川省水文手冊，計算的本電站壩址多年平

18、均懸移輸沙量為1.96萬t，按20%的選推比計算得壩址多年平均推移質(zhì)熟沙量0.39萬t，則吉達(dá)電站壩址多年平均輸沙量為2.35萬t。2.3地質(zhì)2.3.1緒言吉達(dá)電站位于馬邊縣白家灣鄉(xiāng)暴風(fēng)坪鄉(xiāng)境內(nèi)，距馬邊縣城28km，有馬邊暴風(fēng)坪公路相通，交通條件較為有利。該電站為哈羅羅依打河的第一級電站?？尚行噪A段選取上、下壩址作方案比較，經(jīng)認(rèn)真比較后確認(rèn)上壩址為最優(yōu)壩址方案。其可行性審查得到確認(rèn)?？尚行噪A段審查結(jié)論認(rèn)為，應(yīng)加深工程地質(zhì)測繪工作，本階段經(jīng)地質(zhì)人員認(rèn)真仔細(xì)的工作，已基本查明工程區(qū)工程地質(zhì)問題。對廠房施工作鉆探，以查明廠房地基情況，為電站修建提供了有力保證。2.3.2.壩址工程地質(zhì)條件經(jīng)可行性階段

19、論證，選頂上壩址開發(fā)方案，壩址區(qū)河流大致由西向東流，向左岸呈弓型河道，河谷兩岸呈“V”型，右、左岸地形坡度50-55°，兩岸基巖裸露，邊坡下部坡度較緩。河谷寬23-28 m，河床中堆積大量白云巖，灰?guī)r，孤石，呈渾圓狀，直徑可達(dá)1-3m不等。壩區(qū)出露地層為第四系全新統(tǒng)沖洪積（Q4apl），第四系全新統(tǒng)崩坡積(Q4col+dl),以及寒武系下統(tǒng)邛竹寺組第三段組成。2.3.3.上壩線工程地質(zhì)條件上壩線河床寬20m，河谷寬30m，河床高程1334m左右，地形呈對稱的“V”型谷。上部是稍密實狀，2m以下為中密密實狀，深1012m，壩基可放入中密密實狀的孔石、軟石層之上。左岸邊坡坡度5055&#

20、176;，邊坡為巖質(zhì)邊坡，基巖裸露，巖層為寒竹寺組第二段，巖性為白云石、灰?guī)r，中后層狀。河床中沖洪積漂石、卵石夾中粗砂層，上部2m為稍密實狀，以下為中密密實狀。建議壩基放入中密密實狀漂石、卵石夾中粗砂層之上，地基壓力能滿足修建低欄柵壩要求。2.3.4.下壩線工程地質(zhì)條件位于上壩線下游63m，河床高程1323.5m左右，地形呈對稱 “V”型谷，河床中為沖洪積沉淀的漂石、卵石夾粗砂層，2m以上為稍密實狀，下部為中密密實狀，厚1012m，下伏基巖為寒武系下統(tǒng)邛竹寺組第三段。左岸邊邊坡坡度55°左右，邊坡為巖質(zhì)邊坡，巖層為寒武系下統(tǒng)邛竹寺組第三段，巖性為白云石、灰?guī)r。壩基可放入中密密實狀漂石

21、、卵石夾粗砂層之上，地基應(yīng)為能滿足低欄柵壩要求。2.3.5.上、下壩線比較及選擇上、下壩線工程地質(zhì)條件具相似性，河床及左右岸邊坡地質(zhì)條件相同，無明顯優(yōu)劣之分。都具有修建低欄柵壩的工程地質(zhì)條件。建議結(jié)合水工建筑物優(yōu)選壩線。2.3.6.沉沙池工程地質(zhì)條件沉池建于壩上游30m的左岸邊，地面高程1325-1333m，沉沙池底板高程1319.13m，沉沙池段為崩坡積堆積塊碎石夾壓粘土，下部為漂石，卵石夾砂層，稍密實狀下伏基石為寒武系下統(tǒng)邛竹寺組第三段，巖性為灰-深灰色白云巖，灰?guī)r，是中厚層狀，裂隙不發(fā)育。2.3.7.隧洞地質(zhì)條件沉沙池后接引水隧洞，引水隧洞為無壓式，長2534m，洞徑1.5m，隧洞出口處

22、邊坡坡度40度， 地層為寒武系下統(tǒng)邛竹寺組第三段，白云巖，灰?guī)r。滄浪鋪組第一段砂巖，粉的砂巖，第三段，白云巖，灰?guī)r夾砂巖。以，類圍巖為主，其中類占77%，類占23%，引水隧洞成洞地質(zhì)條件較好。2.3.8.前池工程地質(zhì)條件隧洞末端為前池，前池段地面坡度40度，為洞內(nèi)式前池方案，圍巖為寒武系下統(tǒng)竹寺組第三段巖層（t193），巖性為白云巖，灰?guī)r，呈灰深灰色，中厚層狀，圍巖類別為級。2.3.9.壓力管道工程地質(zhì)條件 前池處接壓力管道，管道順山坡至坡底，跨哈羅羅依打河進(jìn)入廠房，由坡坡度上端40度，中段45度，下段40度，管道全長526m。邊坡上段為基巖直接出露，中下段邊坡上具少量崩坡積堆積，厚度12米。

23、基巖為寒武系下統(tǒng)邛竹寺組第三段，第二段，第一段及寒武系下統(tǒng)麥地寺組。巖性依次為灰深灰色中厚層狀白云巖，灰?guī)r，灰色薄中厚層狀粉細(xì)砂狀，泥質(zhì)粉砂巖，灰深黑色含磷白云巖，白云質(zhì)灰?guī)r，灰?guī)r等組成。巖石質(zhì)硬，裂隙較發(fā)育，鎮(zhèn)支墩均能放入基巖之上，地基承載能力能滿足設(shè)計要求。巖層走向與管道方向交角45度，巖層產(chǎn)狀215度 26度，邊坡為反向邊坡，邊坡穩(wěn)定性好。施工中應(yīng)注意部分危巖對壓力管道的影響。2.3.10.廠房工程地質(zhì)條件根據(jù)可行性論證及批文，確認(rèn)右岸廠房方案為最優(yōu)方案，位于哈羅羅依打河上游主流郭色拉打河的右岸一級階地之上，該階地寬60米，長約150米，面積約9000 m2，地形較平坦，利于廠房布置。本

24、階段施工挖坑3個，據(jù)深坑揭示，階臺沉積物具有明顯二元結(jié)構(gòu)，上部為卵石夾砂層，結(jié)構(gòu)松散狀。下部為漂石，卵石夾砂層，漂石卵石含量7585%，結(jié)構(gòu)稍密結(jié)構(gòu)中實密狀。該層頂向最底高程1053米左右，地基承載力可再28噸/ m2以上。下伏基巖為震旦系上統(tǒng)燈影組（）巖為灰深灰白色白云巖，白云質(zhì)灰?guī)r。中厚層狀，埋深1015米，埋深較大。廠房基礎(chǔ)可放入稍密中密實狀浮石，卵石夾砂層之上，該地基能滿足廠房的應(yīng)力要求。作廠基是可行的。2.4天然建筑材料工程區(qū)位于馬邊河流域上游地段，天然建筑材料缺乏。在馬邊縣官帽州河段有分布。其質(zhì)量，儲量均能滿足設(shè)計要求，距工程區(qū)28公里，有現(xiàn)成公路相通，運輸方便。2.5工程任務(wù)和規(guī)

25、模 吉達(dá)電站建成后將并入馬邊縣地方電網(wǎng)，主要供電范圍為大院子區(qū)及附近區(qū)域的生產(chǎn)、生活用電，余電送至縣電網(wǎng)向全縣范圍供電。受地形條件限制，吉達(dá)電站無調(diào)節(jié)庫容，為徑流式電站，經(jīng)動能經(jīng)濟(jì)比較，電站裝機容量為4×41.7MW。電站取水口正常水位1324.615m，正常尾水位1049.95m，電站設(shè)計引用流量17.3×4 m3/s，設(shè)計水頭255m。保證出力14.3MW，多年平均發(fā)電量26368萬kw·h。3 無壓隧洞3.1無壓隧洞斷面尺寸的確定引水隧洞設(shè)計時應(yīng)避免交替出現(xiàn)無壓和有壓的水流狀態(tài)。無壓隧洞的斷面形狀常采用方圓形、馬蹄形和高拱形。無壓隧洞水面以上的空間一般不小于

26、隧洞斷面面積的15%，頂部的高度不小于0.4m。從施工需要考慮，各種斷面形狀的斷面寬度不小于1.5m，高度不小于1.8m。為防止隧洞漏水和減少洞壁糙率并防止巖石風(fēng)化，無壓隧洞大都采用全部或部分襯砌。因為方圓形隧洞斷面比較適宜、受力條件好、結(jié)構(gòu)簡單、施工方便，所以本工程采用方圓形隧洞。由基本資料得電站設(shè)計引用流量為69.2m3/s，比降i=3/10000,糙率n=0.014，根據(jù)設(shè)計需要擬考慮,取K=0.25。 =3.89m由h0=mr有：3.2洞身襯砌構(gòu)造 因為隧洞長度為2534m，比較長，隧洞寬度為7.9m，高4.6m，結(jié)合實際情況，本工程采用分段澆筑分段長度為15m，襯砌在橫斷面上進(jìn)行分塊

27、澆筑，襯砌橫斷面上的澆筑順序為先底板，后邊墻，最后頂拱。 對于底板的澆筑，不用表面模板，只立端部擋板，混凝土澆筑后用型板將混凝土表面刮成弧形即可。 對于邊墻和頂拱，用桁架或鋼模臺車進(jìn)行澆筑。 隧洞襯砌采用二級配混凝土，混凝土采用斗車或軌式混凝土攪拌運輸車，由電瓶車牽引運至澆筑部位。 地層為寒武系下統(tǒng)邛竹寺組第三段，白云巖，灰?guī)r。滄浪鋪組第一段砂巖，粉的砂巖，第三段，白云巖，灰?guī)r夾砂巖。以，類圍巖為主，其中類占77%，類占23%，引水隧洞成洞地質(zhì)條件較好。所以隧洞只需進(jìn)行普通的構(gòu)造配筋及進(jìn)行簡單的支護(hù)即可。 4 壓力管道4.1設(shè)計基本資料前池處接壓力管道，管道順山坡至坡底，跨哈羅羅依打河進(jìn)入廠房

28、，由坡坡度上端40度，中段45度，下段40度，管道全長526m，主管長度504m，設(shè)計水頭255m，最大水頭267.55m。邊坡上段為基巖直接出露，中下段邊坡上具少量崩坡積堆積，厚度12米?；鶐r為寒武系下統(tǒng)邛竹寺組第三段，第二段，第一段及寒武系下統(tǒng)麥地寺組。巖性依次為灰深灰色中厚層狀白云巖，灰?guī)r，灰色薄中厚層狀粉細(xì)砂狀，泥質(zhì)粉砂巖，灰深黑色含磷白云巖，白云質(zhì)灰?guī)r，灰?guī)r等組成。巖石質(zhì)硬，裂隙較發(fā)育，鎮(zhèn)支墩均能放入基巖之上，地基承載能力能滿足設(shè)計要求。巖層走向與管道方向交角45度，巖層產(chǎn)狀215度 26度，邊坡為反向邊坡，邊坡穩(wěn)定性好。施工中應(yīng)注意部分危巖對壓力管道的影響。4.2管道直徑的確定為輸

29、送既定的發(fā)電流量，壓力管道可以選擇不同的直徑。直徑愈小，管道用材愈少、造價愈低，但管中流速愈大，水頭損失和電能損失愈大；反之，直徑愈大，管道用材愈多、造價愈大，但電能損失愈小，因此，壓力管道直徑需進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較確定。影響經(jīng)濟(jì)直徑的因素很多，但除動能經(jīng)濟(jì)因素外，還有水輪機調(diào)節(jié)、泥沙磨蝕、材料設(shè)備及施工等因素，至今沒有規(guī)范認(rèn)可的通用公式，通常先參考已建工程參數(shù)選擇相近的幾種直徑，再進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選定最優(yōu)直徑。對不重要的工程或缺乏可靠的技術(shù)經(jīng)濟(jì)資料時，可采用以下方法確定管道直徑。（1） 經(jīng)濟(jì)流速選擇直徑： 式中 經(jīng)濟(jì)流速，明鋼管為46m/s，本工程取5.6m/s 設(shè)計流量，本工程的設(shè)計流量為34.

30、6m3/s（2） 經(jīng)驗公式：（3） 彭德舒公式： 式中 Qmax壓力管道的最大流量，本工程為34.6m3 Hp設(shè)計水頭，本工程為255m綜合考慮，本工程壓力管道的直徑取2.8m。4.3壓力鋼管的定線和選型 根據(jù)工程地質(zhì)條件，以及施工方便，本工程采用明鋼管敷設(shè)在一系列的支墩上，地面高出地面1m，這樣使管道受力明確，管身離開地面也易于維護(hù)和檢修。明鋼管做成分段式，分成3段，每段長度均為168m，在每段轉(zhuǎn)彎處設(shè)置鎮(zhèn)墩，在兩鎮(zhèn)墩之間設(shè)伸縮節(jié)，伸縮節(jié)布置在管段的上端，靠近上鎮(zhèn)墩處。 壓力管道選擇短而直的路線，這樣可以縮短管道的長度，降低造價，減小水頭損失，而且可以降低水錘壓力，改善機組的運行條件。因巖石

31、堅硬，鎮(zhèn)墩能夠直接放在基巖上，地基承載力滿足設(shè)計要求。在施工過程中應(yīng)避開可能發(fā)生山崩或滑坡地區(qū)，明管應(yīng)盡可能沿山脊布置，避免布置在山水集中的山谷之中，若明鋼管之上有墜石或可能崩塌的峭壁，則應(yīng)事先清除。應(yīng)盡量減少管道的起伏波折，避免出現(xiàn)反坡，以利于管道排空。4.4壓力管道厚度的計算在進(jìn)行鋼管應(yīng)力分析時，需先設(shè)定鋼管管壁厚度。可以按鋼管承受設(shè)計內(nèi)水壓力的條件估算壁厚。為此，可取出單位長度充滿內(nèi)水壓力的鋼管，沿直徑的水平切開，移去上半部，取內(nèi)水壓力與管壁環(huán)向拉力相平衡。根據(jù)力的平衡條件 得： 因此 T=1/2PD 管壁環(huán)向拉應(yīng)力 式中 P內(nèi)水壓力 r鋼管半徑 管壁厚度根據(jù)鋼管應(yīng)力小于材料允許應(yīng)力的條

32、件 移項得 考慮焊縫的強度降低，允許應(yīng)力應(yīng)乘小于1的焊縫系數(shù)?？砂匆?guī)范取為0.90.95，根據(jù)焊接技術(shù)和檢驗方法而定，由于僅考慮內(nèi)水壓力，按上式計算時，允許應(yīng)力一般要降低15%25%。因此管壁厚度考慮到銹蝕、磨損及鋼板厚度誤差，管壁應(yīng)至少比計算值增加2mm。此外還需考慮制造工藝和安裝、運輸?shù)纫?，保證必需的剛度。管壁最小厚度不宜小于D/800+4mm，也不宜小于6mm。綜上所述，管壁厚度取為25cm。4.5壓力鋼管的水力計算 水力計算主要是為了確定管道的水頭損失，水頭損失主要是局部水頭損失和沿程水頭損失。4.5.1沿程水頭損失管道中水頭損失和水流流態(tài)有關(guān)，水電站壓力管道中水流的雷諾數(shù)Re一般超

33、過3400，因而水流處于紊流狀態(tài)，沿程水頭損失可用曼寧公式進(jìn)行計算。平均流速 在常溫下運動粘度，則因Re2320，故管中水流為紊流。查表得大口徑鋼管，縱縫焊接，橫縫鉚接，ks=1.8mm，于是相對粗糙度為由及，查圖得0.0175水力坡度4.5.2 局部水頭損失 因為壓力管道的直徑?jīng)]有改變，只是分段連接處有折角，這會帶來局部水頭損失。根據(jù)局部水頭損失公式其中，代入數(shù)據(jù)得局部水頭損失為4.6水錘計算4.6.1鋼管中水錘波傳播的速度 式中 1425聲波在水中的傳播速度，m/s 水的彈性模量， E管壁的彈性模量， D壓力管道的內(nèi)徑，D=2800mm 管壁厚度，4.6.2水錘波在鋼管中傳播一次所需的時間

34、式中 L為壓力鋼管的總長度，m 為水錘波傳播的速度，m/s根據(jù)水輪機的型號，可以查得閥門全關(guān)的時間，水輪機型號為HL100LJ210為混流式水輪機，本工程取閥門全關(guān)的時間為15s。因為Ts2L/a，即閥門完成開啟或關(guān)閉動作之前，反射波到達(dá)了閥門，因此該水錘波為間接水錘。4.6.3水錘壓力的計算進(jìn)行水錘計算，關(guān)鍵是求出最大值。假設(shè)本工程閥門度依直線變化。假設(shè)當(dāng)閥門由全開狀態(tài)（）到全關(guān)閉狀態(tài)（）管道特性系數(shù) 其中壓力管道的長度為526m，資料中已給出。因為，一般發(fā)生末相水錘。由水錘壓力的近似公式可得：極限水錘值為綜合可得：水錘壓力為0.08.5 壓力前池5.1壓力前池的作用   

35、;  (1) 平穩(wěn)水壓、平衡水量。當(dāng)機組負(fù)荷發(fā)生變化時，引用流量的改變使渠道中的水位產(chǎn)生波動，由于前池有較大的容積，就可減少渠道水位波動的振幅，穩(wěn)定發(fā)電水頭；另外還可起到暫時補充不足水量和容納多余水量的作用，適應(yīng)水輪機流量的改變。     (2) 均勻分配流量。從渠道中引來的水經(jīng)過壓力前池能夠均勻地分配給各壓力管道，管道進(jìn)口設(shè)有控制閘門。     (3) 渲泄多余水量。當(dāng)電站停機時，向下游供水。     (4) 再次攔截污物和泥沙。前池設(shè)有攔污柵、攔沙、排

36、沙及防凌等設(shè)施，防止渠道中漂浮物、冰凌、有害泥沙進(jìn)入壓力管道，保證水輪機正常運行。5.2壓力前池的組成建筑物圖5-1某水電站壓力前池布置圖(1) 前室(池身及擴(kuò)散段)。前室是渠末和壓力管道進(jìn)水室間的連接段，由擴(kuò)散段和池身組成。擴(kuò)散段保證水流平順地進(jìn)入前池，減少水頭損失。池身的寬度和深度受高壓管道進(jìn)口的數(shù)量和尺寸控制，以滿足進(jìn)水室的要求。(2) 進(jìn)水室及其設(shè)備。指壓力管道進(jìn)水口前擴(kuò)大和加深部分，通常采用壓力墻式進(jìn)水口。進(jìn)口處設(shè)工作閘門和檢修閘門及其控制起吊設(shè)備、攔污柵、通氣孔等設(shè)施。(3) 溢水建筑物。當(dāng)水電站以較小的流量工作或停機時，多余的水量由溢水建筑物泄走，防

37、止前池水位漫過堤頂，并保證向下游供水。溢水建筑物一般包括溢流堰、陡槽和消能設(shè)施。溢流堰應(yīng)緊靠前池布置，其型式可分為正堰和側(cè)堰兩種，堰頂一般不設(shè)閘門，水位超過堰頂，前池內(nèi)的水就自動溢流。溢流堰底部一般設(shè)有消能設(shè)施。(4) 放水和沖沙設(shè)備。從引水渠道帶來的泥沙將沉積在前室底部，因此在前室的最低處應(yīng)設(shè)沖沙道，并在其末端設(shè)有控制閘門，以便定期將泥沙排至下游。沖沙道可布置在前室的一側(cè)或在進(jìn)水室底板下做成廊道。沖沙孔的尺寸一般不小于1m2，廊道的高度不小于0.6m，沖沙流速通常為23m/s。沖沙孔有時兼做前池的放水孔，當(dāng)前池檢修時用來放空存水。    (5)

38、0;攔冰和排冰設(shè)備。排冰道只有在北方嚴(yán)寒地區(qū)才設(shè)置，排冰道的底板應(yīng)在前池正常水位以下，并用疊梁門進(jìn)行控制。 5.3壓力前池的位置選擇與布置 5.3.1位置選擇     壓力前池的布置與引水道線路、壓力管道、電站廠房及本身的溢水建筑物等有密切聯(lián)系。因此應(yīng)根據(jù)地形、地質(zhì)和運行條件，結(jié)合整個引水系統(tǒng)及廠房布置進(jìn)行全面和綜合的考慮。     (1) 前池的整體布置應(yīng)使水流平順、水頭損失最少，以提高水電站的出力和電能。布置能使渠道中心線與前池中心線平行或接近平行。前室斷面逐漸擴(kuò)大，平面擴(kuò)散角=10°15°。

39、0;   (2) 前池應(yīng)盡可能靠近廠房，以縮短壓力管道的長度。前池中水流應(yīng)均勻地向各條壓力管道供水，使水流平順，無漩渦發(fā)生。運行方面應(yīng)力求清污、維護(hù)、管理方便，同時應(yīng)使泄水與廠房尾水不發(fā)生干擾。     (3) 前池應(yīng)建在天然地基的挖方中，不應(yīng)設(shè)置在填方或不穩(wěn)定地基上，以防由于山體滑坡和不均勻沉陷導(dǎo)致前池及廠房建筑物的破壞。 5.3.2布置方式1- 渠道；2-壓力前池；  1-引水渠；2-前室；3-進(jìn)水室；3-壓力水管；4-廠房  4-溢流堰；5-壓力水管圖5-2壓力前池布置圖 圖5-3壓力前池平面布置圖

40、（1）直線布置，見圖5-3（a）。渠道、壓力前池、壓力水管軸線相一致，水流平順?biāo)糠峙渚鶆颍^損失小，但這種方式溢流較困難，挖方量大，只能在地形條件許可或渠道跌水式電站中采用。     （2）直角布置，見圖5-3（c）。渠線與壓力水管軸線成直角，這樣可適應(yīng)地形條件，使渠線與等高線平行，壓力水管與等高線垂直，減小開挖量，溢流堰可做成正堰，有利于排水、排冰、排污，且泄水道遠(yuǎn)離廠房，不影響廠房安全。但此時前池中的水流偏向一側(cè)，易形成旋渦，水頭損失大，水量分配不均勻，轉(zhuǎn)角處易形成死水區(qū)，泥沙易淤積，排沙困難。     （3）曲線布置，見圖5

41、-3（b）。渠線與壓力水管軸線成一定角度斜交。這種布置在實際工程中較常見，能適應(yīng)地形地質(zhì)條件，水流、開挖、排沙、排水、排冰等條件都介于前面兩者之間。根據(jù)地形地質(zhì)條件及引水渠和壓力管道的布置情況綜合考慮，本工程采用曲線布置方式。5.4壓力前池設(shè)計基本資料機組臺數(shù)n1=4臺，單機容量N=41700Kw, 引水渠設(shè)計引用流量Qp=69.2m3/s 單機引用流量Q設(shè)=17.3m3/s，引渠末端渠底高程1=1322.64m，引渠末段渠底寬度b=7.9m，引渠末段渠道邊坡m=1.19，引渠末端渠道設(shè)計水深h=3.81m，引渠末端渠道設(shè)計流速 v0=2.3m/s，壓力鋼管根數(shù) n2=2根，壓力鋼管內(nèi)徑D=2

42、.8m，進(jìn)水室隔墩厚度d=0.5m，進(jìn)水室攔污柵的允許最大流速v進(jìn)=0.9m/s，堰頂與過境水流水面的高差h=0.1m，側(cè)堰類型正堰的流量系數(shù) m0=0.427。5.5側(cè)堰布置及水力計算5.5.1側(cè)堰堰頂高程的確定根據(jù)水電站引水渠道及前池設(shè)計規(guī)范第4.5.3條的規(guī)定，側(cè)堰的堰頂高程應(yīng)高于設(shè)計流量下水電站正常運行時的過境水流水面高程h(0.10.2m)，本工程取h0.1m過境水流水面高程2=渠末渠底高程 + 渠道正常水深 =1322.64+3.81 =1326.45m 側(cè)堰堰頂高程3=2 + h =1326.45+0.1 =1326.55m5.5.2側(cè)堰堰頂長度、堰上平均水頭的確定根據(jù)水電站引水

43、渠道及前池設(shè)計規(guī)范第A.0.3條，對于設(shè)一道側(cè)堰的布置，當(dāng)水電站在設(shè)計流量下正常運行，側(cè)堰不溢水；當(dāng)水電站突然甩全部負(fù)荷待水流穩(wěn)定后全部流量從側(cè)堰溢出，為控制工況。此時，側(cè)堰下游引水渠道流量為零，側(cè)堰泄流能力按公式（1）確定。 （1） 流量系數(shù)mL宜?。?.90.95）m0，本工程取mL=0.9m0，即mL=0.3843根據(jù)水電站引水渠道及前池設(shè)計規(guī)范第4.5.3條，側(cè)堰的堰頂長度，堰上平均水頭，需經(jīng)計算比較確定。溢流堰長度與溢流堰頂水深有關(guān)，溢流水深過大，則單寬流量大，消能工程量大，但溢流水深小，則溢流堰長度就長，影響前池平面布置，所以在計算時兩者應(yīng)統(tǒng)籌兼顧。根據(jù)上述原則，經(jīng)試算確定堰頂長度

44、和堰上平均水頭。取H堰=0.7m 則L堰=69.45m 取L堰=30m 則H堰=1.35m5.6壓力前池各部分平面尺寸的擬定對于大中型電站進(jìn)水室長度L進(jìn)=58m， 本工程取L進(jìn)=6m單管的進(jìn)水室寬度b進(jìn)=1.8D=5.04m 取b進(jìn)=5.5m單管的進(jìn)水寬度一般為壓力管道內(nèi)徑的1.51.8倍，本工程取1.8進(jìn)水室寬度B進(jìn)=n2b進(jìn)+(n2-1)d=11.5m 取B進(jìn)=11.5m 前池池身寬度B前=1.3B進(jìn)=15 取B前=15m前池的寬度B為進(jìn)水室寬度的1.01.5倍，本工程取1.3前池池身長度L前=3.0B前=45m 取L前=45m前池的長度為其寬度的2.53.0倍，本工程取3.05.7 壓力

45、前池特征水位的擬定5.7.1 進(jìn)水室入口處的水深h進(jìn)（m）應(yīng)滿足下列條件： ?。哼M(jìn)min=3.5m5.7.2前池正常水位Z正常根據(jù)水電站引水渠道及前池設(shè)計規(guī)范第7.0.4條，應(yīng)以設(shè)計流量下水電站正常運行時的水位作為前池的正常水位。Z正常=渠末渠底高程 + 渠道正常水深 =1322.64+3.81 =1326.45m5.7.3 前池最高水位Z最高根據(jù)水電站引水渠道及前池設(shè)計規(guī)范第7.0.5條，前池和引水渠道內(nèi)的最高水位，應(yīng)按照設(shè)計流量下正常運行時，水電站突然甩全部負(fù)荷時的最高涌波水位確定。根據(jù)水電站引水渠道及前池設(shè)計規(guī)范第D.0.5條，側(cè)堰作為控制泄流建筑物，對涌波起到控制作用，即對引水道系統(tǒng)來

46、說，控制工況是：電站甩滿負(fù)荷待水流穩(wěn)定后（涌波已消失），全部流量從側(cè)堰側(cè)堰溢出時，將恒定流時的堰上水頭乘以1.11.2的系數(shù)，把這時的水位定為最高涌波水位。即Z最高=堰頂高程3+1.2H堰 =1326.55+1.2×1.35=1328.17m5.7.4 前池最低水位Z最低根據(jù)水電站引水渠道及前池設(shè)計規(guī)范第7.0.6條，前池最低水位可根據(jù)水電站運行要求確定。一般前池最低水位為電站突然增加負(fù)荷前前池的起始水位Z0減去突然增荷時的最低涌波hmax。對于非自動調(diào)節(jié)渠道，起始水位Z0可取溢流堰頂高程3，最低涌波hmax按三臺機組運行突增到四臺機組即發(fā)電流量由51.9m3/s突然增加到69.2m

47、3/s時的前池水位降落。引水渠道中產(chǎn)生落波時，波的傳播速度c0和波高h(yuǎn)0可按一下兩式聯(lián)立求解： 負(fù)荷變化前的流量Q0=51.9m3/s負(fù)荷變化后的流量Q'=69.2 m3/s下面試算求解波速c0、起始斷面波高h(yuǎn)0：假設(shè)h0=0.5m波流量Q=17.3B'0=b+2m(h-h0/2) =7.9+2×1.19×（3.81-0.8÷2）=16.02負(fù)荷變化前的過水面積W0=Q0/v0 =17.3÷2.3=7.52m2則波速c0=2.16m/s則起始斷面波高h(yuǎn)0=0.5mhmax=Kh0=2h0=2×0.5=1.0mZ最低= Z正常 -

48、 hmax =1326.45-1 =1325.45m5.8 壓力前池各部位高程的擬定5.8.1 進(jìn)水室淹沒深度S的確定根據(jù)水電站引水渠道及前池設(shè)計規(guī)范第6.1.9條規(guī)定，水電站進(jìn)水口上緣淹沒于最低水位以下的深度，應(yīng)按SD303確定。淹沒深度按戈登公式確定： =0.55×3.84× =3.66m式中：C經(jīng)驗系數(shù)，C=0.550.73，對于對稱進(jìn)水口，本工程C=0.55d進(jìn)水口閘門高度，本工程d=3.00mV進(jìn)水口閘門斷面流速，本工程V=3.84m/s5.8.2 進(jìn)水室底板高程的確定進(jìn)水室底板高程=Z最低 -S-d =1325.45-3.66-3 =1318.79m本工程取13

49、18.50m。5.8.3 壓力前池圍墻頂部高程的確定 邊墻頂部高程墻頂=Z最低+ =1325.45+0.8 =1326.25m其中為安全加高，本工程取0.8m5.9排沙孔的設(shè)計根據(jù)水電站引水渠及前池設(shè)計規(guī)范SLT205-97第4.1.13條規(guī)定, 前池內(nèi)設(shè)排沙設(shè)施時,宜采用正面排沙。排沙底孔多布置在進(jìn)水口底部。故本電站采用正面排沙，排沙底孔布置在進(jìn)水口底部。每孔進(jìn)水口底部均設(shè)一孔排沙底孔。沙坎高度：h1=2.5m。取排沙底孔頂板厚度：=0.5m，排沙底孔高度：h1=2.5-0.5=2.0m取排沙底孔寛度與底孔高度相同值:        b1=2.0m排沙

50、底孔孔口尺寸：b1×h1= 2.0m×2.0m排沙底孔孔頂高程: 排沙孔孔頂高程=進(jìn)水室底板高程減去排沙底孔頂板厚度排沙底孔孔頂=1318.50-0.5=1318m排沙底孔孔底板高程:排沙底孔孔底板=排沙底孔孔頂高程減去排沙底孔高度排沙底孔孔底=1318-2=1316m5.10構(gòu)造設(shè)計 壓力前池的前室在水平面上以=30°的擴(kuò)散角逐漸加寬，直至加寬至進(jìn)水室的寬度11.5m為止，為減小因擴(kuò)散角過大而在兩側(cè)形成漩渦，在進(jìn)口端設(shè)置分流墩，分流墩的夾角=15°。前室在立面上以1：4的坡度向下延伸直至與排沙孔底板高程排沙底孔孔底=1316m相等為止。 前室兩側(cè)設(shè)置邊

51、墻，由前面的計算得邊墻的頂部高程為1326.25m，根據(jù)流量為69.2m3/s，取邊墻的寬度為1.5m。 進(jìn)水室上游與前室相接，下游為埋設(shè)壓力管道的進(jìn)口段。進(jìn)水室的底板高程為1318.5m，因為布置有兩條壓力管道，所以進(jìn)水室由混凝土隔墩從中間隔開，形成兩個獨立的進(jìn)水室，隔墩厚度為0.5m，每一進(jìn)水室都設(shè)有攔污柵、檢修閘門、工作閘門、通氣孔、旁通管、工作橋和啟閉設(shè)備等。這樣，當(dāng)一條壓力管道或由此壓力管道供水的機組發(fā)生事故或需要檢修時，不致影響其他機組的正常運行。 在進(jìn)水室頂部設(shè)置一排冰道用來排除進(jìn)入壓力前池的冰凌，其底檻應(yīng)位于前室正常水位以下，本工程取排冰道的底檻高程為1324.5m。 進(jìn)水室末端設(shè)置壓力墻來擋水，也是壓力管道進(jìn)口的閘墻，用混凝土澆筑而成，在壓力墻中布置有閘門和通氣孔，其中閘門的尺寸為3×3m，通氣孔的直徑為0.74m。 檢修閘門位于工作閘門之前，攔污柵之后，供檢修工作閘門和進(jìn)水室堵水之用，一般為疊梁式或平板式閘門，本工程采用平板式閘門。 進(jìn)水室底板的構(gòu)造和受力情況與