浅谈竖井式溢洪道设计计算

白雪莲　刘云贵

(红河哈尼族彝族自治州水利水电工程地质钻探队，云南 蒙自　661100)



浅谈竖井式溢洪道设计计算

白雪莲刘云贵

(红河哈尼族彝族自治州水利水电工程地质钻探队，云南 蒙自661100)

【摘要】在水利枢纽布置中，多采用竖井式溢洪道，退水隧洞与导流输水隧洞相结合，减少地表土石方开挖扰动。本文介绍了竖井式溢洪道环形溢流堰的水力计算及漏斗段体型的设计计算，为水工设计提供参考依据，拓宽溢洪道设计思路。

【关键词】泄流能力计算； 工程布置； 漏斗段设计； 退水段复核； 投资比较

1设计思路

根据以上条件，该工程设计思路为改变常规溢洪道设计布置原则，尽量减少对工程区植被破坏。故采用竖井溢洪道作为该工程的泄水建筑物，竖井溢洪道的退水隧洞结合导流隧洞布置，这样既有效地解决了泄水建筑物布置困难问题，又可节省工程投资。

2工程布置

将竖井式溢洪洞布置于大坝左岸，与导流洞同一侧。竖井式溢洪洞由环形溢流堰(漏斗段)、竖井及消能塘段、退水隧洞及明渠段、陡槽段、消能段和出水渠组成。溢洪洞全长260.35m，其中环形溢流堰(漏斗段)长1.65m，竖井段长28.18m，消力井深2.2m，连接段长3m。为与导流隧洞结合，无压退水段长158m，明渠段长8.5m，导流洞泄槽段长41.82m，消能段长9m，出水渠段长6m。

工程枢纽布置如图1所示。

图1　工程枢纽布置

从平面布置图上可看出，河岸式溢洪道占地面积明显较大，对地表扰动较多；竖井式溢洪道只是进口需要明挖，以下部分均在地下进行施工，并可利用导流隧洞为退水隧洞，对地表植被破坏影响较少。

竖井式溢洪道堰型为宽顶堰。进水前缘为圆形，堰宽不同半径的进水口进行调洪计算，成果如表1所列。

表1　不同溢洪洞宽度调洪计算成果

根据表1可知，不同半径调洪后的洪水位相差不大，应取用半径较小、工程量较小、易于布置的为推荐方案。但经过漏斗段曲线轮廓线的计算后，当半径为1.5m时，水舌厚度较合理，故选用半径1.5m宽的堰。校核洪水位为1937.56m，相应下泄流量为6.72m3/s；设计洪水位为1937.44，相应下泄流量为4.68m3/s。

3水力计算

3.1溢洪道泄流能力计算

过流能力计算公式：

再次，从地方高校层面看，虽然地方高校在服务乡村振兴，促进地方经济社会发展方面虽具有很强的区位和地缘等优势，但长期以来，由于受观念滞后的影响，没有注重利用自身优势积极深入地开展地方经济社会发展和新农村建设方面的调研工作，信息相对闭塞，导致地方高校缺乏服务地方经济社会发展、服务乡村振兴的系统对策和思路，服务地方经济社会发展方面的比较优势未能得到有效发挥。

设计堰型为宽顶堰，m为流量系数，查《水工设计手册》第7卷得m=0.38 。查图表中P=0.5m，H=0.56m，R为进水口前缘半径，R=4.3m。计算结果如表2所列。

表2　溢洪洞水位—下泄流量关系

3.2环形溢流堰的漏斗段体型及水力计算

堰型为环形宽顶堰，堰顶平台为4.3m，进水口前缘半径为1.5m，平台的半径适用Rpl=4.3m>(5～7)H。

3.2.1堰顶末端后接抛物线漏斗段计算

a.首先计算出堰顶末端流速为

上式中Re=Rpl-B-0.325Hsinα=1.5m，因为是平顶，故α=0°。

c.计算舌中心线上距x轴yn处任意点的流速νn及水股厚度hn。

根据水舌中心线各点的流速求出水舌厚度，再根据水舌厚度求出漏斗段轮廓线。

设计结果如表3所列。

表3　竖井式溢洪洞漏斗段曲线计算

d.根据表3作图后，得出漏斗段的轮廓线。以水舌起点中心为坐标原点，查得漏斗段的轮廓线坐标如表4所列。

表4　漏斗段轮廓线坐标　单位：m

漏斗段曲线段长1.65m，采用C25钢筋混凝土衬砌。

漏斗段体型如图2所示。

图2　漏斗段体型 (单位：mm)

3.2.2井口导流防涡措施

井口如有严重的水流旋涡，将会降低下泄流量。进口周围已满足大于2D的开挖轮廓，为引导水流平顺入井，不产生旋涡，该工程在垂直于水流的轴线上设置防涡导墙。

导水墙长度L=(2.5～3)H，经计算L =1.4m。

3.2.3退水段复核

退水段长158m，用已完成导流任务的导流隧洞退水，断面为1.5m×1.8m城门形隧洞，采用C25钢筋混凝土衬砌，厚0.35m。

表5　导流隧洞无压状态下泄流量关系曲线

由表5可知当最大下泄流量为6.72m3/s时，导流洞内水深为0.6～0.7m，可满足导流洞退水要求。

4投资比较

比较方案：在左岸设河岸式溢洪道，土方开挖量为5380.81m3，石方开挖量为2306.06m3，导流隧洞+岸坡式溢洪道总投资为448.44万元。推荐方案：竖井式溢洪道，竖直暗挖土方105.8m3，竖直暗挖石方45.34m3，导流隧洞+竖井式溢洪道总投资为276.34万元。从投资上分析，因竖井式溢洪道减少了边坡支护和衬砌等工程量，投资比常用河岸式溢洪道少38%。

5结语

本文主要是对竖井式溢洪道泄流能力、布置、漏斗段体型设计、退水段复核、投资比较等方面进行了分析，为类似水利工程设计提供参考。

参考文献

[1]刘志明，温续余.水工设计手册：第7卷 泄水与过坝建筑物[M].北京：中国水利水电出版社，2014.

[2]SL 253—2000溢洪道设计规范[S].北京：中国水利水电出版社，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

中图分类号：TV651.1

文献标志码：B

文章编号：1005-4774(2016)06-0021-04