泄洪洞的设计与施工的分析介绍

1.4.4.1　概述

泄洪洞布置在老断沟下游，S形河道上弯段一带，走向225°。两条泄洪洞均为明流洞，由左岸岸边向山体内依次为1号泄洪洞（低位洞）和2号泄洪洞（高位洞）。

泄洪洞承担枢纽泄洪、排沙任务，在汛期，水库低水位泄水排沙，1号泄洪洞在死水位225m时泄流规模不小于1000m3/s，满足泄水排沙要求。1号泄洪洞可局开运用，满足凑泄要求。

2号泄洪洞由导流洞改建而成，进口高程为210.00m，洞身改建段桩号为2泄0+015.00～2泄0+150.28。

1.4.4.2　结构布置

泄洪洞主要由进口引渠、进水塔、洞身段、出口段组成。

1.1号泄洪洞

（1）进口引渠。1号泄洪洞进水塔上游引渠底板顶高程195.00m，20m长范围内设混凝土衬砌，板厚1.0m。

（2）进水塔。1号泄洪洞进水塔进口高程195.00m，塔顶高程291.00m。塔基尺寸49.0m×33.0m（长×宽），为L形布置。

1）1号泄洪洞进水塔高程220.00m以下为大体积混凝土结构，高程225.00m以上为田字形井筒结构，两者之间为渐变段。进水口为有压短进口布置型式，分为两孔，单孔净宽4.0m，中墩宽5.0m，左边墩宽6.7m，右边墩结合布置发电洞进水口，宽13.3m。事故检修闸门前为三向收缩喇叭口，中墩和边墩进口的水平投影曲线为=1。喇叭口后为平板事故检修闸门（桩号1泄0-013.44），孔口大小4.0m×9.0m（宽×高），门槽尺寸1.8m×1.0m（宽×深），类型为矩形斜坡门槽；事故检修门检修平台设在275.50m高程。进口顶板采用部分椭圆曲线=1和1∶5压坡线结合的布置型式，洞口高度由12.48m渐变到门前的9.0m，切点所在桩号为1泄0-019.63，高程为204.90m。事故检修门后洞顶压坡线为1∶4，孔口高度由9.0m渐变为7.0m。考虑到1号泄洪洞排沙、凑泄的运用条件，要求工作闸门操作比较灵活、安全性高，且1号泄洪洞运用水头较高，变幅较大，参考国内外已建工程，工作门采用突跌突扩偏心铰弧门，孔口大小4.0m×7.0m（宽×高）。弧门后跌坎高度为1.3m，两边各突扩0.5m。偏心铰弧门支铰中心高程204.00m，液压启闭机平台高程216.00m，检修平台高程274.00m。突跌突扩点设为桩号1泄0+000.00，为底板起坡点，一级底坡为10%，该处中墩厚度变化至4.0m。

2）1号泄洪洞进水塔事故检修门设前止水，在事故门检修平台上部286.00m高程布置4个1.0m×1.5m的通气孔，事故门动水下门时通过事故检修门井补气。

3）1号泄洪洞进水塔掺气系统布置：①洞身水面掺气系统，进口高程287.30m，布置在后背墙上，2个掺气孔，尺寸1.0m×4.8m（宽×长），单孔面积为4.185m2；②突跌突扩底空腔掺气系统，布置在中墩和边墩内，进口高程为287.25m，掺气孔面积为3.6m2。

4）1号泄洪洞进水塔通过2号泄洪洞进水塔实现对外交通。两进水塔之间跨度20.0m，布置9.0m宽装配式预应力混凝土空心板桥。

基础布置固结灌浆孔，正方形布置，深入岩石5.0m，间排距2.5m。

进水塔嵌入山体部分的顶部范围布置回填灌浆。

（3）洞身段。在桩号1泄0+024.96～1泄0+067.53之间洞身由中墩分为两孔，桩号1泄0+044.96洞身底坡由一级坡10%变化为二级坡2.338%，采用半径30.0m的圆弧连接，纵坡变缓。中墩在195.70m高程及以上为椭圆曲面与顶板相交，椭圆方程为x2 202=1；在191.200高程面椭圆方程为=1，两高程之间中墩部分，以斜线过渡；在高程191.20m与底板之间中墩，按斜线过渡与底板相连，中墩结束点桩号为1泄0+060.20，高程为188.85m；洞顶由方形过渡为圆形，直墙段高12.0m，拱高2.5m。

桩号1泄0+067.53～1泄0+097.53之间为过渡段，洞身断面均为城门洞型，由14.0m×14.5m（宽×高）的断面过渡为9.0m×13.5m（宽×高）的标准断面，直至出口，洞身纵坡为2.338%。标准断面直墙高11.0m，拱高2.5m。

洞身周围进行固结灌浆，深入岩石5m，间排距3m。在左岸山体帷幕以后的洞段（桩号1泄0+100以后），顶拱固结灌浆孔孔位后期打排水孔，钻孔直径90mm，长度8m，在Ⅴ类围岩洞段的排水孔设PVC管，其他围岩洞段不设。

洞身段顶拱范围内进行回填灌浆。

（4）出口段。1号泄洪洞出口明渠及挑坎段长43.0m，净宽9.0m，为整体槽式结构。反弧段起始桩号1泄0+619.21，反弧半径为55.00m，挑角为20°，鼻坎顶高程为179.70m，边墙顶高程为189.50m。

边墙后回填C10素混凝土至高程181.50m，用连接钢筋把边墙与边坡锚杆连接起来，上部回填石渣，按悬臂结构计算侧墙配筋，悬臂梁固端取在回填混凝土顶高程。在挑流鼻坎坎顶边墙的两侧布置垂直水流向挡墙，挡墙内均设排水管。

鼻坎底板基础进行固结灌浆，孔深5m，间排距3m，梅花形布置。底板基础设锚杆，直径为22mm，锚杆长度为6.0m，伸入岩石5.0m，伸入混凝土1.0m，间排距2.5m，梅花形布置。鼻坎下游设置钢筋混凝土护板，顺水流向长度为10.00m，厚度为1.50m，护板顶高程为168.50m，护板上下游边设有齿墙。

在导流阶段，为适应低水位泄流，采用平坡出口，明槽底坡在洞脸处突跌0.50m后，接同洞内底坡。鼻坎反弧段的上部体型在导流完成后建成。

出口过流面采用抗冲磨混凝土，其余均为C25混凝土。

2.2号泄洪洞

（1）进口引渠段。2号泄洪洞进水塔上游引渠底板顶高程210.00m，20m长范围内设混凝土衬砌，板厚1.0m。

（2）进水塔。2号泄洪洞进水塔进口高程210.00m，塔顶高程291.00m。建基面高程206.50～203.22m，塔基尺寸43.0m×25.0m（长×宽）。

2号泄洪洞进水口为有压短进口布置型式，单孔布置，孔宽7.5m，边墩宽8.75m。事故检修闸门前为三向收缩喇叭口，边墩进口水平投影曲线为=1。一道平板事故检修门桩号2泄0-016.82，孔口大小7.5m×10.0m（宽×高），门槽尺寸1.9m×1.0m（宽×深），类型为矩形斜坡门槽；事故检修门检修平台设在275.50m高程。进口顶板采用部分椭圆曲线=1与1∶6.22压坡线结合的布置型式，洞口高度由13.57m渐变到门前的10.0m。事故检修门后洞顶压坡线为1∶4.4，孔口高度由10.0m渐变为8.2m。工作门采用弧形门布置型式，液压启闭机平台高程234.20m。门后接龙抬头曲线y=，与导流洞段连接，抛物线起点桩号为2泄0+000.00。

2号泄洪洞进水塔事故检修门设前止水，在事故门检修平台上部286.90m高程布置4个1.0m×1.5m的通气孔，事故门动水下门时通过事故检修门井补气。

2号泄洪洞进水塔布置掺气孔为洞身水面掺气系统进行补气。进口高程287.25m，布置塔体两侧，两个掺气孔总面积约为10.35m2。

基础布置固结灌浆孔，正方形布置，深入岩石5.0m，间排距2.5m。

进水塔嵌入山体部分的顶部范围布置回填灌浆。

（3）洞身段。2号泄洪洞进水塔弧门后接抛物线y=，起点桩号2泄0+000.00，至桩号2泄0+070.00，洞身宽7.50m，洞高13.5m；在桩号2泄0+070.00～2泄0+094.49之间，为龙抬头斜线段，坡度1∶2.50，洞身断面为渐变段，洞宽不变，洞高由13.50m渐变到12.50m，即直墙高度由11.0m渐变到10.0m；在桩号2泄0+94.49～2泄0+150.28之间，为龙抬头反弧段，反弧半径为150.23m，洞身断面为城门洞型7.50m×12.50m（宽×高）。

在桩号2泄0+150.28～2泄0+616.28之间，洞身纵坡为1%，洞身断面为城门洞型9.00m×13.50m（宽×高）。标准断面直墙高11.0m，拱高2.5m。

洞身掺气布置：①桩号2泄0+075.00处布置一道掺气坎，挑坎高度0.15m，直径0.8m的通气孔通过洞身两侧直墙从水面取气，利用龙抬头的陡坡段对水流底部进行掺气。②在桩号2泄0+150.28处，2号泄洪洞龙抬头末尾处以突跌突扩方式与原导流洞洞身结合，洞身两侧对称突扩各为0.75m，突跌高度为1.0m；结合突扩突跌布置掺气减蚀设施，保护龙抬头曲线末端不致发生气蚀破坏。③在桩号2泄0+222.08处，布置掺气坎，挑坎坡度1∶10，与洞坡以半径20m圆弧相接，挑坎高0.25m。在掺气槽侧空腔、底空腔设掺气孔，从洞身水面以上取气。保护龙抬头下游段高速水流不致发生气蚀破坏。

洞身周围进行固结灌浆，深入岩石5m，间排距3m。在左岸山体帷幕以后的洞段（桩号2泄0+080以后），顶拱固结灌浆孔孔位后期打排水孔，钻孔直径90mm，长度8m，在Ⅴ类围岩洞段的排水孔设PVC管，其他围岩洞段不设。

洞身段顶拱范围内进行回填灌浆。

（4）出口段。2号泄洪洞出口明渠及挑坎段长39.0m，净宽9.0m，为整体槽式结构。反弧段起始桩号2泄0+621.06，反弧半径为55.00m，挑角为28°，鼻坎顶高程为176.00m，边墙顶高程为189.40m。

边墙后回填C10素混凝土至高程178.40m，用连接钢筋把边墙与边坡锚杆连接起来，上部回填石渣，按悬臂结构计算侧墙配筋，悬臂梁固端取在回填混凝土顶高程。在挑流鼻坎坎顶边墙的两侧布置垂直水流向挡墙，挡墙内均设排水管。

鼻坎底板基础进行固结灌浆，孔深5m，间排距3m，梅花形布置。底板基础设锚杆，直径22mm，锚杆长度为6.0m，伸入岩石5.0m，伸入混凝土1.0m，间排距2.5m，梅花形布置。鼻坎下游设置钢筋混凝土护板，顺水流向长度为10.00m，厚度为1.50m，护板顶高程为168.50m，护板上下游边设有齿墙。

在导流阶段，为使水流平顺，采用平坡出口，明槽底坡在洞脸处突跌0.50m后，接同洞内底坡。鼻坎反弧段上部体型在导流完成后建成。

出口过流面采用抗冲磨混凝土，其余均为C25混凝土。

1.4.4.3　水力学及水工模型试验

1.泄流能力计算

1号泄洪洞前期参与导流，此时上游水位较低，泄流量小。为保证洞内明流状态，出口鼻坎反弧体型后期建成。

低水位时泄流能力计算采用无坎宽顶堰堰流公式：

式中　m——包括侧收缩影响流量系数，1号洞m=0.3635，2号洞m=0.362；

　　　H0——堰上水头，m；

　　　b——每孔净宽，1号洞b=4.00m，2号洞b=7.50m；

　　　n——闸孔孔数，1号洞n=2，2号洞n=1；

　　　σs——淹没系数。泄洪洞弧门后接陡坡，洞身水位较低，满足hs＜0.8H0，泄流能力不受洞长影响，σs取1。

高水位时泄流能力计算采用孔口出流公式（参考武汉水利电力学院水力学教研室编《水力计算手册》）：

式中　μ——有压短管段流量系数；

　　　B、e——分别为水流收缩断面底宽和闸孔开启高度；

　　　g——重力加速度；

　　　H——由有压管出口的闸孔底板高程算起上游库水深；

　　　ε——有压短管出口垂直收缩系数。

1号泄洪洞当H＞10.77m，即水位高于205.77m为孔流。进口有压短管顶部压板1∶4，垂直收缩系数取0.895；流量系数取0.862。

2号泄洪洞当H＞12.61m，即水位高于222.61m为孔流。进口有压短管顶部压板1∶4.4，垂直收缩系数取0.9045；流量系数取0.871。

泄流能力见表1.4-44和表1.4-45。

表1.4-44　泄洪洞运行期泄流能力表

表1.4-45　1号泄洪洞导流期低水位泄流能力表

2.水面线计算

根据1号、2号泄洪洞布置，水面线计算时，泄洪洞各部位水面线计算原理见表1.4-46。

表1.4-46　泄洪洞各部位水面线计算原理

（1）突扩突跌掺气计算。突扩突跌掺气计算参考《突扩突跌通气减蚀设施的水力估算方法》[潘水波《水利学报》，1986（8）]。

1）底空腔长度LB计算公式为

式中　LB——底空腔长度，m；

　　　Fr——孔口弗劳德数；

　　　Δb——突扩宽度，m；

　　　B——孔口宽度，m；

　　　h——孔口高度，m；

　　　θ——压力段出口增设小挑坎的挑射角度；

　　　Δh——挑坎高度，m，此处为0；

　　　d——突跌高度，m；

　　　i1——突跌下游第一底坡。

2）掺气空腔末端水深。掺气空腔末端水深hc根据跌坎处断面与空腔末端断面建立能量方程计算式为

式中　E0——以下游河床为基准面的泄水建筑物上游总能头，m；

　　　q——收缩断面处的单宽流量，m3/s；

　　　φ——流速系数，参考《掺气减蚀原理与应用》（黄委会设计院技术处，黄委会设计院小浪底工程项目），流速系数φ一般取0.85～0.90，根据黄委水科院模型试验结果取0.90。

（2）1号泄洪洞空腔末端—中墩计算。1号泄洪洞工作弧门后，洞身第一纵坡0.10，第二纵坡0.02338。在校核洪水位285.43m下泄最大流量时，经计算临界底坡分别为0.0072、0.0059，两级纵坡均大于临界坡度，水流由一个陡坡向一个较缓陡坡过渡，为急流状不会形成水跃。进入洞身第二纵坡的起始水深为7.23m，正常水深为9.49m，临界水深为16.92m，即h＜h0＜hk，形成C2型壅水曲线，出洞最终趋势渐近正常水深。

由于1号泄洪洞掺气空腔末端至中墩结束段体型复杂，属于急变流，建立能量方程计算1泄0+067.53处的水深，作为以后洞身段水面线计算的起始水深。

式中　E0——以下游河床为基准面的泄水建筑物上游总能头，m；

　　　q——收缩断面处的单宽流量，m2/s；

　　　φ——流速系数，φ取0.95。

（3）分段求和法推求泄洪洞水面线。以掺气空腔末端水深hc为起始水深，采用分段求和法推求泄洪洞水面线。计算公式如下。

式中　E——断面比能；

　　　Δl——流段的长度；

　　　J——流段的平均水力坡度；

　　　i——底坡。

（4）掺气水深计算。顺直明流泄槽掺气水深常采用霍尔公式计算。

式中　ha——掺气水深，m；

　　　h——未掺气水深，m；

　　　v——断面平均流速，m/s；

　　　R——水力半径，m；

　　　K——取决于边壁材料性质的系数，K=0.005～0.08；普通混凝土一般取值0.004～0.005，此处取K=0.005。

设计（校核）洪水位下洞身水面线及掺气水深计算成果见表1.4-47和表1.4-48。

表1.4-47　1号泄洪洞洞身水面线及掺气水深计算表

表1.4-48　2号泄洪洞设计（校核）洪水位下洞身水面线及掺气水深计算表

续表

根据计算，1号、2号泄洪洞洞身净空余幅均满足《水工隧洞设计规范》（SL 279—2002）的要求，且掺气水深不超过洞身断面直墙高度。

1号、2号泄洪洞典型水位水面线汇总见表1.4-49和表1.4-50。

表1.4-49　1号泄洪洞典型水位水面线计算结果汇总

3.挑流计算

泄洪洞出口采用挑流消能。对各级流量进行挑流计算，研究下游冲刷情况。

（1）挑距L。挑流射程L等于空中射程和水下射程之和，即

式中　L1——空中射程，m；

　　　L2——水下射程，m；

　　　v1——出射断面平均流速；

　　　θ——鼻坎挑角；

　　　——坐标原点到下游水面的高差（取出射断面坎顶铅垂水深的水面为坐标原点）；

　　　a——坎高；

　　　h1——出射断面水深；

　　　ht——下游水深；

　　　g——重力加速度，g=9.81m/s2；

　　　φ1——第一挑流系数；

　　　KE——流能比；

　　　q——单宽流量；

　　　s′——上游水面到坐标原点O点的高差；

　　　s——上游水面到挑坎顶端的高差，考虑长洞水头损失s项用挑坎顶端总能量代替（参考《中小型水库设计》）。

（2）冲刷坑水垫深度。

式中　ts——冲刷坑中水垫深度，m；

　　　Kq——单宽挑流冲刷系数（根据下游河床地质情况，高流量大挑距时Kq=1.05～1.1；低流量小挑距时Kq=1.2）；

H——坎上水头。

根据《混凝土重力坝设计规范》（DL 5108—1999），挑流消能的安全挑距以冲坑最低点距鼻坎的距离应大于2.5倍坑深，又参考《水力计算手册》（武汉水利电力学院水力学教研室编）亦即许可的最大后坡iK=1/2.5～1/5。

泄洪洞挑流计算结果见表1.4-51和表1.4-52。

表1.4-51　1号泄洪洞挑流计算表

注 计算至163.00m高程的最大后坡=（163.00m-冲刷坑底高程）/总挑距。

表1.4-52　2号泄洪洞挑流计算表

注 计算至163.00m高程的最大后坡=（163.00m-冲刷坑底高程）/总挑距。

结论：

从表1.4-51中看出，计算至163.00m高程的最大后坡满足iK=1/2.5～1/5的要求，1号、2号泄洪洞出口鼻坎基础底高程160.00m，低于计算的163.00m高程3m。建筑物是安全的。

4.水工模型试验

（1）模型设计。在初步设计阶段，委托两家科研试验单位进行了河口村水库泄洪洞单体模型试验，为河南省水利科学研究院（以下简称“河南水科院”）和黄河水利委员会黄河水利科学研究院（以下简称“黄科院”）。由于河南水科院的模型建于初步设计阶段前期，可研审查后体型有所修改，其试验结果给体型优化提供了依据。另外，利用1∶80的水工整体模型试验对泄洪洞下游消能进行了验证。泄洪洞单体模型最终试验结果采用黄科院的。

模型设计满足《水工（常规）模型试验规程》（SL 155—95）、《掺气减蚀模型试验规程》（SL 157—95）、《水工建筑物水流压力脉动和流激震动模型试验规程》（SL 158—95）等规范要求。模型设计为正态，按弗劳德相似定律设计，模型分别满足重力相似和阻力相似。此外，为保证模型与原型水流流态相似，模型水流必须满足紊流状态。模型掺气设施处水流流速vm≥6m/s。模型几何比尺选定1∶35。

下游河道模拟长度500m，宽度300m，采用水泥砂浆粉制，覆盖层和基岩均采用天然砂模拟，模型局部动床范围10m×8m。河床基岩采用抗冲流速相似法进行模拟，模拟材料采用散粒料。

（2）泄洪洞单体模型试验结论。

1）根据模型实测结果反求的流量系数看，1号、2号泄洪洞泄流能力符合短压力进水口泄洪洞一般的泄流规律。未计入行进流速水头，两条泄洪洞特征库水位时泄流量见表1.4-53和表1.4-54，各级水位下，泄流能力均满足设计要求，试验泄流量稍大于设计值。

表1.4-53　1号洞闸门全开特征水位时水位流量关系

表1.4-54　特征水位下2号洞水位流量统计

2）1号泄洪洞进口前引渠底部宽度原设计为33m，进口两侧开挖宽度不同，进流不对称，引起工作门出口流态不稳定；将引渠底部宽度调整为26.4m，且进口两侧对称分布后，工作门出口流态得到改善。

3）在泄洪洞进口压力流段，泄洪洞各部位压力分布均匀，且为正压。各特征水位时，1号泄洪洞收缩段末端0+097.53两侧边墙处均有负压，库水位285.43m时，最大负压达到4.87m水柱。经分析，是收缩段的收缩角过大，水流在收缩段末端两侧边墙产生脱流所致。对1号泄洪洞的边墙做了相应的修改，两侧边墙收缩段由50m加长至80m，收缩角减小后，收缩段末端侧墙压力分布有较大的改善。

4）1号泄洪洞挑流鼻坎起挑水位为204.30m，对应流量320m3/s，收挑水位是201.60m，对应流量172m3/s；2号泄洪洞挑流鼻坎起挑水位为224.55m，对应流量635m3/s，收挑水位为219.70m，对应流量359m3/s。

（3）整体模型试验验证鼻坎顶高程。由于下游河道最高水位较高，为了降低起挑水位，改善起挑前的洞内水流流态，两条泄洪洞出口鼻坎顶高程均低于下游河道最高水位。经在1∶80整体模型试验上研究，两条泄洪洞的鼻坎高程均不影响泄洪洞泄量，出口能形成有效挑流。

1.4.4.4　稳定计算

1.计算说明

1号泄洪洞进水塔和2号泄洪洞进水塔独立布置。1号泄洪洞进水塔进口高程195.00m，塔顶高程291.00m，塔基最大尺寸49.0m×33.0m（长×宽），为“L”形布置，建基面高程191.00～187.37m，坐落在花岗片麻岩层。

2号泄洪洞进水塔进口高程210.00m，塔顶高程291.00m，塔基尺寸43.0m×25.0m（长×宽），建基面高程206.50～203.22m，坐落在花岗片麻岩层。

经分析，计算工况包括：

基本组合：设计洪水位泄流、设计洪水位滞洪、正常蓄水位挡水、完建；

特殊组合：校核洪水位泄流、正常蓄水位+地震、检修；

泄洪洞进水塔为2级建筑物，稳定计算包括抗滑稳定计算、抗倾覆稳定计算、基底应力计算以及抗浮稳定计算。根据《水利水电工程进水口设计规范》（SL 285—2003）的要求，其设计安全标准以及允许拉应力见表1.4-55。

表1.4-55　泄洪洞进水塔整体稳定安全标准

2.荷载及荷载组合

计算荷载包括自重、水重、静水压力、扬压力、浪压力、泥沙压力、风压力、岩石抗力以及地震荷载等；为安全起见，未计入检修门、工作门、卷扬机以及相关启闭机等的重量及其他活荷载。

鉴于1号泄洪洞进水塔左右两侧分别回填素混凝土至214.00m和210.00m高程，在正常蓄水位+地震工况下，计算塔架侧向抗倾覆稳定时考虑塔架与回填混凝土之间的岩石抗力，其他工况不考虑其作用。

1号、2号泄洪洞进水塔各种计算工况的荷载组合见表1.4-56和表1.4-57。

表1.4-56　1号泄洪洞进水塔稳定计算荷载组合表

表1.4-57　2号泄洪洞进水塔稳定计算荷载组合表

3.计算基本参数

非汛期浑水容重10.0kN/m3；

汛期、设计洪水以及校核洪水浑水容重10.3kN/m3；

混凝土容重24.0kN/m3；

花岗片麻岩基础承载力[R]=4000kN/m3；

抗剪断摩擦系数f′=0.7，黏结力c′=550kN/m3；

波浪压力按风速v=20.0m/s，吹程0.6km考虑；

基本风压0.42kN/m2；

地震设计烈度为7度，按地震动峰值加速度0.122g进行地震荷载计算。

4.稳定计算理论公式

（1）基底应力计算。基底应力计算根据结构布置及受力情况分结构受力对称和不对称两种情况。

1）结构布置和受力不对称的情况下，采用《水闸设计规范》（SL 265-2001）定义的下列公式计算。

式中　Pmax、Pmin——塔架基底应力的最大值或最小值，kPa；∑G——作用在塔架上的全部竖向荷载，kN；

　　　∑Mx、∑My——作用在塔架上的全部竖向和水平荷载对于基础底面形心轴x、y的力矩，kN·m；

　　　A——塔架基底面的面积，m2；

　　　Wx、Wy——塔架基底面对于该底面形心轴x、y的截面矩，m3。

2）结构布置和受力对称的情况下，采用《水闸设计规范》（SL 265—2001）定义的以下公式计算：

式中　∑M——作用在塔架上的全部竖向和水平荷载对于基础底面垂直水流方向的形心轴的力矩，kN·m；

　　　W——塔架基底面对于该底面垂直水流方向的形心轴的截面矩，m3；

其余参数同上。

（2）进水塔抗滑稳定计算。泄洪洞进水塔抗滑稳定计算采用抗剪断强度公式，1号泄洪洞进水塔计算滑动面取191.00m高程水平面，2号泄洪洞进水塔计算滑动面取206.50m高程水平面，按《水利水电工程进水口设计规范》（SL 285—2003）计算：

式中　——抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数；

　　　∑P——建基面上作用力的切向分量总和，kN；

　　　∑W——建基面上作用力的法向分量总和，kN；

　　　f′——建基面抗剪断摩擦系数；

　　　C′——建基面的黏结力，kPa。

（3）进水口抗倾覆稳定计算。由于进水口塔架背靠山体，分析认为对塔架前趾抗倾覆计算为控制计算工况。按照《水利水电工程进水口设计规范》（SL 285-2003）计算。

式中　K0——抗倾覆稳定安全系数；

　　　∑Ms——建基面上稳定力矩总和，kN·m；

　　　∑M0——建基面上倾覆力矩总和，kN·m。

（4）进水口抗浮稳定计算泄洪洞进水口抗浮稳定可按《水利水电工程进水口设计规范》（SL 285—2003）计算。

式中　Kf——抗浮稳定安全系数；

　　　∑V——建基面上垂直力总和，不含设备重，kN；

　　　∑U——建基面上扬压力总和，kN。

5.稳定计算成果

稳定计算结果详见表1.4-58和表1.4-59。

表1.4-58　1号泄洪洞进水塔稳定、基底应力计算成果汇总表

续表

表1.4-59　2号泄洪洞进水塔稳定、基底应力计算成果汇总表

计算结果分析：

（1）1号和2号泄洪洞进水塔建基面应力在各种工况下均小于地基允许压应力且均未出现拉应力。

（2）各工况下抗滑、抗浮稳定安全系数均满足规范要求。

（3）各工况下抗倾覆稳定安全系数，满足规范要求。

1.4.4.5　抗冲磨混凝土设计

研究国内高速水流抗冲磨材料的现状，结合两条泄洪洞泄洪运用的具体情况，分别采用硅粉剂混凝土和HF混凝土。

1号泄洪洞进口高程195.00m，水头高，承担排沙、泄洪任务，局部开启运用，塔架流道部分、洞身侧墙下部及底板为C90 50硅粉剂混凝土。

2号泄洪洞进口高程210.00m，进口塔架流道及龙抬头段底板采用C90 50HF混凝土，洞身侧墙下部及底板采用C90 40 HF混凝土。

1.4.4.6　塔架结构计算

泄洪洞进水塔架按结构可分为塔井段、过流段、弧门支撑大梁、工作平台结构计算四大部分。

1.计算原则和方法

泄洪洞进水塔结构均采用普通钢筋混凝土材料，满足钢筋混凝土强度和限裂设计条件。

结构内力采用电算，均为平面杆系结构计算方法。针对塔井段沿竖向塔筒取单位宽度，过流段顺水流流道向取单位长度，分别形成平面框架结构的计算简图。采用《水利水电工程设计计算程序集》（V4.1版）中弹性地基梁的平面框架结构内力进行计算程序。

2.计算假定和计算简化

由于塔架是空间受力构件，计算中按类似工程的经验简化为平面结构问题进行结构内力配筋计算。

杆系结构刚域的处理方法：在选取的平面框架结构计算中，由于杆件大部分高跨比h/L＞1/5，考虑刚域及剪切变形的影响。

进水塔基础面扬压力按各工况下全水头计入。

基础底板中的地基应力，均采用稳定计算成果，并假定应力呈直线分布。

3.计算控制标准

G14结构计算采用《水工钢筋混凝土结构设计规范》（SDJ 20—78）编制，钢筋混凝土结构安全系数选择见表1.4-60。

表1.4-60　钢筋混凝土结构安全系数

由于《水工混凝土结构设计规范》（SL 191—2008）的执行，其计算原理及过程与SDJ 20—78相比较为接近，尤其计算的结构内力可以直接利用；只是在进行配筋计算时，需采用SL 191—2008进行，SL 191—2008钢筋混凝土构件的承载力安全系数见表1.4-61。

表1.4-61　钢筋混凝土构件承载力安全系数

4.塔架塔筒结构计算

塔筒计算工况如下：

工况1，285.43m设计水位滞洪；

工况2，285.43m设计水位泄流；

工况3，285.43m校核水位泄流；

工况4，275.00m正常蓄水位检修；

工况5，275.00m正常蓄水位+自左向右向横河地震。

荷载组合见表1.4-62。

表1.4-62　塔架塔筒结构计算荷载组合表

1号联合进水口塔架泄洪洞侧塔筒是指流道上部直至塔顶部分，计算范围为212.00～291.00m高程，塔筒部分计算中根据塔筒的截面变化和受力情况在不同高程截取单位高度的横截面，按封闭式平面框架计算，选取220.00m、230.00m、245.00m、260.00m以及和276.00m高程5个断面进行计算，见图1.4-36～图1.4-39。

图1.4-36　泄洪洞侧220.00m高程塔筒计算简图（单位：m）

根据选取的计算截面，将各杆件简化为弹性杆，并考虑杆件的剪切变形和节点结合区域刚性，并忽略发电洞侧墩墙的影响。

1号联合进水塔泄洪洞侧塔筒部分经多剖面、多工况条件计算，所有选取构件主要受基本组合工况1、特殊组合工况3和特殊组合工况4控制。

各断面计算内力成果见表1.4-63～表1.4-67。

图1.4-37　泄洪洞侧230.00m高程塔筒计算简图（单位：m）

图1.4-38　泄洪洞侧245.00/260.00m高程塔筒计算简图（单位：m）

图1.4-39　泄洪洞侧276.00m高程塔筒计算简图（单位：m）

表1.4-63　1号联合进水塔泄洪洞侧220.00m高程剖面内力成果表

续表

表1.4-64　1号联合进水塔泄洪洞侧230.00m高程剖面内力成果表

续表

表1.4-65　1号联合进水塔泄洪洞侧245.00m高程剖面内力成果表

续表

表1.4-66　1号联合进水塔泄洪洞侧260.00m高程剖面内力成果表

表1.4-67　1号联合进水塔泄洪洞侧276.00m高程剖面内力成果表

从以上计算结构内力结果可以看出，大部分构件均为偏心受压构件，很少部分为偏心受拉构件，结合SL 191—2008相应偏心受压构件配筋计算公式和采用《水利水电工程设计计算程序集》（V4.1版）中水工混凝土结构配筋计算和按SL 191—2008计算的各构件配筋结果看，配筋均较小且远小于最小配筋率所配钢筋；根据大断面构件少筋配筋和参考类似工程，各断面构件配筋见表1.4-68～表1.4-71。

表1.4-68　泄洪洞侧275.50m高程至塔顶各构件配筋

表1.4-69　泄洪洞侧252.00～275.50m高程各构件配筋

表1.4-70　泄洪洞侧230.00～252.00m高程各构件配筋

表1.4-71　泄洪洞侧216.00～230.00m高程各构件配筋

(www.xing528.com)

续表

根据发电洞侧塔筒实际受力情况，选取225.00m、235.00m、245.00m和260.00m高程四个断面进行计算。选取断面各构件主要受275.00m水位关门挡水工况控制，此时塔筒内部无水，三面受水荷载作用，一面由于为与泄洪洞共用构件，不受水荷载作用，见图1.4-40～图1.4-42。

图1.4-40　225.00m高程塔筒计算简图（单位：m）

图1.4-41　235.00m/245.00m高程塔筒计算简图（单位：m）

图1.4-42　260.00m高程塔筒计算简图（单位：m）

1号联合进水塔发电洞侧塔筒部分经过多剖面计算，275.00m水位关门挡水工况下各构件内力计算成果见表1.4-72～表1.4-75，结构计算成果表中只有柔性杆件的内力成果。内力计算结果表中内力为设计值。

表1.4-72　1号联合进水塔发电洞侧225.00m高程剖面内力成果表

表1.4-73　1号联合进水塔发电洞侧235.00m高程剖面内力成果表

续表

表1.4-74　1号联合进水塔发电洞侧245.00m高程剖面内力成果表

表1.4-75　1号联合进水塔发电洞侧260.00m高程剖面内力成果表

从以上计算结构内力结果可以看出，表中所列构件均为大偏心受压构件，按08规范相应偏心受压构件配筋计算公式和河海大学等四高校《水工钢筋混凝土结构学》（第4版）进行配筋计算，计算的225.00m断面各构件配筋结果见表1.4-76；同时结合其他断面配筋结果，1号联合进水口发电洞侧塔架选配钢筋见表1.4-77。

表1.4-76　发电洞侧225.00m断面各构件配筋结果

表1.4-77　发电洞侧各构件配筋结果

5.过流段结构计算

1号联合进水塔过流段为212.00m高程以下部分，包括流道进口压力段和弧门段。根据1号明流洞进水塔的过流段体型和受力情况，选取0-012.54、0+011.53和0+024.96三个计算断面，见图1.4-43～图1.4-45。

图1.4-43　0-012.54断面过流段计算简图（单位：m）

根据选取的计算截面，将各杆件简化为弹性杆，并考虑杆件的剪切变形和节点结合区域刚性。

图1.4-44　0+011.53断面过流段计算简图（单位：m）

图1.4-45　0+024.96断面过流段计算简图（单位：m）

计算工况如下：

工况1，285.43m设计水位滞洪；

工况2，完建无水；

工况3，275.00m正常蓄水位检修；

工况4，275.00m正常蓄水位+左向横河地震；

工况5，275.00m正常蓄水位+右向横河地震。

荷载组合见表1.4-78。

表1.4-78　过流段结构计算荷载组合表

结构计算和配筋结果见表1.4-79～表1.4-93。

表1.4-79　1号联合进水塔0-012.54断面内力成果表

表1.4-80　过流段0-012.54断面配筋计算成果表

结构计算成果表中只录有柔性杆件的内力成果，内力计算结果表中内力为设计值。根据计算内力成果，采用《水利水电工程设计计算程序集》（V4.1版）中“水工混凝土结构配筋计算”及《水工混凝土结构设计规范》（SL 191—2008）进行配筋计算。

从表1.4-81～表1.4-84可以看出，由于边墩厚度分别为6.7m、13.3m，构件杆5和杆7的计算配筋面积较大，实际配筋时参考国内其他工程，配筋面积小于计算配筋。

表1.4-81　1号联合进水塔0+011.53断面内力成果表

续表

表1.4-82　过流段0+011.53断面配筋计算成果表

表1.4-83　1号联合进水塔0+024.96断面内力成果表

续表

表1.4-84　过流段0+024.96断面配筋计算成果表

续表

2号泄洪洞塔架流道部分计算成果见表1.4-85～表1.4-86。

表1.4-85　2号塔架底板及边墩结构计算内力成果表

按照《水工混凝土结构设计规范》（SL 191—2008）6.3正截面受压和6.5斜截面受剪进行配筋计算。配筋计算结果见表1.4-85。

表1.4-86　2号塔架底板及边墩结构计算配筋表

6.弧门支铰大梁结构计算

1号泄洪洞弧形工作门段，孔口跨度为6.8m（一期混凝土），考虑弧门承受较大的水沙推力。根据国内外工程实践经验，弧形支承宜选取跨孔口深梁结构型式，由闸墩、底板、跨孔口支承深梁等组成。这种空间整体箱形结构刚度大、变形小，对于防止因巨大水沙推力产生的有害变形及闸门在动水启闭过程中可能产生的强烈振动均有利，并可改善闸墩受力的偏心状态，运用上比较安全可靠。

根据进水塔体型布置，确定弧形门段结构尺寸。计算采用的结构尺寸和弧门推力值见表1.4-87。

表1.4-87　闸室结构尺寸及弧门推力值表

弧门闸室段结构体型复杂，属典型三维空间结构。将其简化为平面结构主要考虑弧门推力作用下结构的平面受力状况，按平面框架结构计算。

将边墩及支承大梁简化为平面结构，考虑弧门水推力通过钢梁传递，均匀分布到一期混凝土即支承大梁上，并考虑传递扩散的影响，假定其扩散角为30°，扩散深度为钢梁后的二期混凝土厚。这样可以计算出弧门推力的有效计算宽度。计算剖面截取方法为：用两个与推力方向相平行，同时与边墩立面相垂直平面1-1和2-2所包围的部分结构脱离出来，将边墙简化为边墩，即为所选平面结构。其型式见图1.4-46。

计算参数：

顺层面岩石弹性抗力系数取为5000N/cm3；

混凝土弹性模量为2.85×104 MPa；

泊松比为0.1667。

分析弧门支铰大梁受力，考虑计算荷载组合有：①考虑支承大梁背后外水压力，面积系数β=0.5，不考虑梁背后岩石弹抗的影响；②考虑支承大梁背后岩石弹抗影响，不考虑外水压力的作用；③考虑支承大梁背后外水压力，面积系数β=0.5，考虑梁背后岩石弹抗的影响；④考虑大梁背后外水压力作用，面积系数β=1.0。

图1.4-46　弧门支承大梁结构计算简图

根据计算成果分析，工况1为各构件的控制工况，泄洪洞进水塔弧门支承大梁计算成果见表1.4-88。

表1.4-88　1号泄洪洞进水塔弧门支承大梁内力计算成果表

计算配筋及选配钢筋见表1.4-89。

表1.4-89　1号泄洪洞进水塔弧门支承大梁配筋计算成果表

由内力计算成果可知，杆件1杆端最大剪力为10289.23kN，超出混凝土抗剪承受范围，需进行受剪承载力计算。计算采用《水工混凝土结构设计规范》（SL 191—2008）中6.5.9条款公式，即

式中　V——构件斜截面最大剪力设计值，kN；

　　　K——承载力安全系数；

　　　Vc——混凝土受剪承载力，kN；

　　　Vsv——箍筋的受剪承载力，kN；

　　　Vsb——弯起钢筋的受剪承载力，kN；

　　　N——与剪力设计值相对应的轴力设计值，kN。

其他要求见规范相对条款规定。

受剪承载力计算结果见表1.4-90。

表1.4-90　弧门支撑大梁受剪承载力计算表

根据计算结果，箍筋采用四肢箍筋布置，直径为22mm，间距为300mm，作用宽度为3.0m。

7.1号进水塔216平台结构计算

216m平台为工作弧门液压启闭机操作平台，采用厚板布置结构，厚度为1.5m。由于工作弧门设计水头90.43m，弧门采用偏心铰弧门；偏心铰弧门启闭设备选用主机（启升）和副机（偏心）两套液压启闭机，启闭机基础坐落在215.70m高程孔口附近。

依据金属结构专业提供的启闭机不同运用工况下的荷载，结合平台实际布置情况，考虑启闭机基座处设置暗梁以承受运行期荷载。根据现场施工情况，需要配合在216m平台预埋钢管以满足施工期闸门吊装，考虑在钢管附近设置暗梁以承受施工吊装荷载。

结构内力和配筋均采用电算，均为连续梁结构计算方法。计算采用“理正结构设计工具箱软件”（6.0PB1）中连续梁进行计算。

根据液压启闭机基础荷载情况，在主机孔口上下游分别布置梁1、梁2两根暗梁，梁1和梁2顺水流向设置次梁1连接；在副机孔口上下游布置梁3和梁4，梁3和梁4顺水流向设置次梁2连接。梁1梁宽0.8m，跨长4.0m；梁2梁宽0.8m，跨长5.0m；梁3和梁4梁宽为0.75m，跨长均为5.0m。

216m平台分别在桩号1泄0-003.84、1泄0-001.17、1泄0+004.13和1泄0+005.94四处每孔布置2个预埋钢管，钢管外径为0.3m。根据钢管所在位置，分别设置梁5、梁6、次梁3和次梁4，梁宽均为0.70m，梁高均为1.5m。

暗梁具体布置见图1.4-47。

图1.4-47　216m平台计算示意图（单位：m）

各暗梁不同工况荷载见表1.4-91。

表1.4-91　不同构件荷载表

续表

各构件计算成果及最终配筋结果整理汇总见表1.4-92。

表1.4-92　各构件结构计算成果及配筋表

次梁和板的钢筋参考暗梁配筋选取。

8.1号进水塔291m平台启闭机基础牛腿结构计算

事故检修们启闭机基础分门前和门后两个部位，两个部位启闭机基础荷载作用点不一致；荷载由金属结构专业提供，计算过程中考虑了荷载的扩散作用；扩散作用主要有两种情况：①沿荷载作用方向扩散，两侧扩散角度为30°，荷载作用点到牛腿底部混凝土面的竖直距离为扩散深度；②垂直荷载作用方向向牛腿根部方向扩散，扩散角也按30°考虑，荷载作用点到牛腿根部的距离为扩散深度；计算中两者的小值作为结构计算的宽度值。计算简图见图1.4-48。

计算配筋及选筋结果见表1.4-93。

图1.4-48　291m平台启闭机基础牛腿计算简图

表1.4-93　1号塔架291m平台启闭机基础牛腿配筋表

1.4.4.7　洞身衬砌结构计算

1.泄洪洞围岩物理力学参数

1号泄洪洞围岩物理力学参数指标见表1.4-94。

表1.4-94　1号泄洪洞围岩物理力学参数表

2号泄洪洞围岩物理力学参数指标见表1.4-95。

表1.4-95　2号泄洪洞改建段围岩物理力学参数表

2.计算原则

按照《水工混凝土结构设计规范》（SL/T 191—2008）采用限裂设计。计算时，衬砌混凝土均按C30混凝土性能指标考虑。混凝土保护层：迎水面取165mm，背水面取65mm。

3.计算方法

计算采用中国水电顾问集团中南勘测设计研究院编制的“水工隧洞钢筋混凝土衬砌计算机辅助设计软件SDCAD4.0”程序。

4.计算工况及荷载组合

经分析泄洪洞的计算工况包括运行期、检修期、施工期和导流期。各工况荷载组合如下：

运行期：内水压力+外水压力+围岩压力+自重+弹性抗力；

检修期：外水压力+围岩压力+自重+弹性抗力；

施工期：外水压力+围岩压力+自重+灌浆压力+弹性抗力；

导流期：内水压力+外水压力+围岩压力+自重+弹性抗力。

5.一次支护设计

泄洪洞穿过的地层较为复杂，根据洞身分段穿越岩层条件、运行条件与施工特点，在完成围岩初期支护的条件下，分段采取不同的衬砌型式。按照《水工隧洞设计规范》（DL/T 5195—2004）的规定，并收集国内外与河口村导流洞开挖跨度、高度和岩性大致相同的隧洞喷锚支护参数，作为工程类比的参考，确定合理经济的支护参数，确保隧洞施工运行安全。

设计原则：泄洪洞的永久支护为钢筋混凝土衬砌，临时支护采用喷锚支护。泄洪洞一次支护的作用是维持施工期围岩稳定，其次减少永久支护的围岩压力。

泄洪洞支护设计参数见表1.4-96。

表1.4-96　泄洪洞支护设计参数表

6.洞身结构计算成果

1号泄洪洞桩号1泄0+132.00断面内力计算结果见图1.4-49～图1.4-51。

图1.4-49　1号泄洪洞运行期（内水压力+外水压力+围岩压力+自重+弹性抗力）衬砌内力图

图1.4-50　1号泄洪洞检修期（外水压力+围岩压力+自重+弹性抗力）衬砌内力图

2号泄洪洞桩号2泄0+370.28断面计算结果见图1.4-52～图1.4-54。

1号、2号泄洪洞衬砌结构计算配筋结果见表1.4-97和表1.4-98。

图1.4-51　1号泄洪洞施工期（外水压力+围岩压力+自重+灌浆压力+弹性抗力）衬砌内力图

图1.4-52　2号泄洪洞运行期（内水压力+外水压力+围岩压力+自重+弹性抗力）衬砌内力图

图1.4-53　2号泄洪洞检修期（外水压力+围岩压力+自重+弹性抗力）衬砌内力图

图1.4-54　2号泄洪洞施工期（外水压力+围岩压力+自重+灌浆压力+弹性抗力）衬砌内力图

7.回填灌浆

为保证衬砌与围岩连成整体共同承担荷载，改善传力条件和减少渗漏，在衬砌顶拱范围内设置回填灌浆。导流洞衬砌施工时，在顶拱部分预留灌浆管，待衬砌完成后，通过预埋管进行灌浆。回填灌浆间距和排距为3m，梅花形布置。灌浆压力为0.2MPa，灌浆管为内径55mm的PVC管，灌浆孔深入围岩5cm。

8.固结灌浆

为提高围岩的整体性和强度，减少衬砌山岩压力，保证岩石的弹性抗力，减少地下水对衬砌的压力和减少渗漏，对泄洪洞围岩进行全断面固结灌浆。灌浆孔长5.0m，间排距3.0m，梅花形布置，灌浆压力0.2～0.3MPa。

9.洞身排水孔设计

为降低泄洪洞衬砌结构的外水压力，保证泄洪洞结构衬砌安全，在泄洪洞内水面线以上部位布设排水孔，排水孔直径为110.0mm，间排距为3.0m，单孔长度为10.0m。2号泄洪洞的导流洞利用洞段在改建期补打排水孔。

1.4.4.8　进出口边坡设计

根据《水利水电工程边坡设计规范》（SL 386—2007），由于进口边坡破坏会使泄洪洞进水塔稳定受到影响，导致进水塔功能完全丧失，所以，把泄洪洞进口边坡定义为2级边坡。

根据规范，2级边坡抗滑稳定安全系数标准见表1.4-99。

表1.4-99　边坡级别及抗滑稳定安全系数

另根据《水利水电工程边坡设计规范》（SL 386—2007）D.2.2条，2级及其以下级别的边坡设计地震加速度可与场地地震加速度取值一致。综合考虑，边坡计算时地震加速度按一般建筑物50年超越10%取值，为0.1g。

1.2号古崩塌体稳定计算及边坡治理措施

（1）稳定计算。根据2号古崩塌体的地形条件，沿坡向从边缘至中部取三个剖面，经分析，选定中心厚度最大的纵剖面为计算剖面。

2号古崩塌体的稳定分析采用土石坝边坡稳定分析系统HH- SLOPE R1.2计算，程序是按照《碾压式土石坝设计规范》（SL 274—2001）和《堤防工程设计规范》（GB 50286—98）规定的方法、工况进行编制。计算采用随机搜索的方法，得出各工况安全系数的极小值。

根据现场勘察的地质情况，古崩塌体未发现滑动的迹象，天然状态下属于稳定边坡，经过反演计算和敏感性分析，古崩塌体上层及中层采用提供参数的平均值，下部与基岩交界面的古残坡积土计算参数按50%连续状态取均值。按照地质专业建议，2号古崩塌体的计算参数见表1.4-100。

各工况计算成果汇总见表1.4-101。

表1.4-100　2号古崩塌体计算参数

表1.4-101　2号古崩塌体计算成果表

结果分析：各工况抗滑稳定安全系数满足规范要求，2号古崩塌体稳定。后期针对2号古崩塌体设置长期的安全监测设施，及时收集整理监测数据，进行复核。

（2）护面措施。为了防止蓄水后波浪对边坡的淘刷，对286.00m高程以下的坡面，采用格构梁进行护坡加固，格构梁的节点上间隔布置长8～13m，直径28mm锚杆，间排距3m，锚固在古崩塌体下部基岩。格构梁之间采用混凝土预制块进行护面。并在护坡面顶部布置一道截水沟，以减少上部坡面的降水汇流对护面坡面的冲刷。

2.进口边坡

泄洪洞进口边坡整体稳定性较好，局部稳定性主要受F12、F11断层及节理裂隙的影响。从赤平投影图分析，坡面上存在节理裂隙和断层切割形成楔形体，易沿节理、断层剪出，为不稳定块体，需考虑系统支护以外的增强支护措施，其余楔形体处于基本稳定状态。坡面开挖采用坡比：∶0.6，Pt2r～Ard 1∶0.3，15m设一级马道，宽2.0m。

坡面采取系统挂网喷锚支护措施：喷混凝土厚0.10m，钢筋网6@150mm×150mm，锚杆直径22mm，长度5m，间排距为2.5m，梅花形布置。

（1）右侧坡。泄洪洞进口右侧坡靠近河道，开挖永久最高坡高31.00m，综合边坡1∶0.36。开挖揭露在F11断层以上岩体大部分被挖除，仅残留约10m，且主滑动方向倾向下游，对边坡稳定性无影响。边坡采用系统挂网喷锚支护。

（2）后仰坡。后仰坡上部F12断层被开挖临空，倾角较大，属于不稳定岩体。因其方量较小，F12断层北部大部分按结构面清除，采用系统挂网喷锚支护。

只在南部靠近左侧坡转角部位，为避免引起2号古崩塌体较大扰动，留下部分断层上部的不稳定岩体未挖除。此区域加强喷锚支护措施：喷混凝土厚0.10m，钢筋网6@150mm×150mm。锚杆直径25mm，长度8m、10m间隔，间排距为2.5m，梅花形布置。

（3）左侧坡。左侧边坡开挖后上部有F12断层出露，该断层和节理切割形成不稳定楔形体，易沿F12断层剪出，影响泄洪洞进口安全。根据近期泄洪洞进口边坡已开挖地质揭露情况，F12断层倾角为42°，同时在F12断层附近又出现一些次生断层。

由赤平投影图分析，F12断层与②组节理切割形成的楔形体为不稳定块体，楔形体交棱线倾向为359°、倾角为40°，易沿F12断层断层面侧向滑动。

岩体及结构面物理力学参数见表1.4-102。

表1.4-102　边坡岩体物理力学参数

运用刚体极限平衡原理，参照《水利水电工程边坡设计规范》（SL 386—2007），对断层、裂隙组合剪切的楔形体模型进行稳定安全分析计算。切割的不稳定楔形体模型见图1.4-55。

图1.4-55　切割块体模型

左侧坡计算工况见表1.4-103。

表1.4-103　左侧坡计算工况　单位：m

计算公式：

式中各参数意义见《水利水电工程边坡设计规范》（SL 386—2007）中附录D。

地震工况地震惯性力取最不利情况，惯性力作用方向为359°。计算的抗滑安全系数见表1.4-104。

表1.4-104　加固前各工况抗滑安全系数计算结果

计算分析，楔形体抗滑稳定安全系数不满足，需采取加固措施，经分析，采用锚索加固方案合理。

在楔形体坡面施加5根150t锚索，锚索的参数：指向为179°，俯角为10°。经加固后复核计算，各工况抗滑稳定安全系数满足要求，计算成果见表1.4-105。

表1.4-105　锚索加固后各工况抗滑安全系数计算成果

续表

3.出口边坡

1号、2号泄洪洞的出口距离较近，统一开挖。岩石开挖边坡坡比为：1∶0.5～1∶0.75。岩石开挖边坡坡度201.40m马道以下取1∶0.6，在201.40m马道以上边坡取1∶0.5，进行锚喷、挂网支护。边坡喷锚支护：喷混凝土厚0.10m，钢筋网6@150mm×150mm。锚杆直径22mm，长度4～6m，间排距为2.5m，梅花形布置。

2号泄洪洞出口后仰坡冲积体较厚，按土石分界线开挖清除。出口左侧的坡积体及冲积体开挖边坡坡比为1∶1.5。在岩石开挖边坡与坡积体开挖边坡过渡区，当坡积体坡度陡于1∶1.5时，护坡措施采用锚喷挂网支护；当坡积体坡度缓于1∶1.5时，护坡措施采用菱形网格草皮护坡。

洞脸各布置13根直径25mm张拉锚杆进行锁口，长8m，设计张拉力15t。

坡面设置直径63mm的PVC排水管，间排距3.0m，入岩0.6m，与系统砂浆锚杆间隔布置。坡顶喷混凝土线外侧布置截水沟，各级马道内侧修建排水沟，接入截水沟。

1.4.4.9　泄洪洞塔架大体积混凝土浇筑温控设计

1.基本资料

（1）气象特征及基岩特性。坝址处无实测气象资料，据济源气象站1971—2000年资料统计，多年年平均降雨量为600.3mm，年平均气温14.3℃，1月平均气温最低，其值为0.2℃，极端最低气温为-18.5℃；7月平均气温最高，其值为27.0℃，极端最高气温出现在6月，达42.0℃。年平均蒸发量为1611.2mm（E601蒸发皿）。无霜期为180天左右。多年各月平均气温见表1.4-106。

表1.4-106　多年平均各月气温表

坝址区谷坡覆盖层较薄，大部分基岩裸露。河漫滩覆盖层厚度10～40m，最厚41.4m。

工程区以花岗片麻岩、寒武系岩层等为主。采用的基岩热力学参数如下：

导热系数λ=10.47kJ/（m·h·℃）；

比热C=0.71kJ/（kg·℃）；

导温系数a=0.563×10-2 m2/h；

热膨胀系数α=0.8×10-5 1/℃；

容重ρ=2650kg/m3；

泊桑比μ=0.23。

（2）混凝土热学、力学参数。不同部位、不同等级的混凝土热学、力学参数选用成果如表1.4-107和表1.4-108。

表1.4-107　混凝土热学性能参数成果表

注 绝热温升试验公式：T（t）=T0（1-e-atb），T为绝热温升值，℃；T0为最终温升值，℃；t为龄期，d；a、b为试验参数。

表1.4-108　混凝土力学性能及耐久性能参数成果表

2.进水塔塔架温控标准及措施

（1）温度控制标准。

1）基础允许温差。基础约束区划分：①基础面以上高度为0.2L（L为浇筑块长边长度）的区域，为基础强约束区；②基础面以上高度为0.2L～0.4L的区域，为基础弱约束区；③除基础约束区以外的区域，为自由区。

混凝土基础允许温差见表1.4-109。

表1.4-109　选定基础允许温差　单位：℃

注 此表适用于短间歇、均匀上升的情况。若长间歇（龄期超过28d）后又浇筑混凝土时，新浇混凝土按基础约束重新分区，允许温差参照此表规定控制。

2）上下层温差。混凝土上下层温差确定为在老混凝土（龄期超过28d）上下各L/4范围内（L为浇筑块长边），上层新浇混凝土最高平均温度与新混凝土开始浇筑时下层老混凝土实际平均温度之差。当上层混凝土短间歇均匀上升的浇筑高度h大于0.5L时，上下层温差控制为15～20℃，浇筑面长期暴露时，宜采用较小者。

老混凝土位于约束区时，上下层温差为15℃，老混凝土位于自由区时，上下层温差为18℃。

3）内外温差。内外温差一般控制在20～25℃之间，经分析，厚度小于6m的结构取23℃，厚度大于6m的结构取21℃。

4）允许最高温度。1号、2号泄洪洞塔架混凝土浇筑块允许最高温度见表1.4-110及表1.4-111。

表1.4-110　1号泄洪洞塔架混凝土允许最高温度控制表

表1.4-111　2号泄洪洞塔架混凝土允许最高温度控制表

当浇筑部位出现老混凝土时，最高温度还应满足上下层温差控制标准。

5）相邻坝段高差控制。混凝土施工中，各浇筑块应均匀上升，除监理人另有指示外，相邻块高差不应大于6m，相邻浇筑时间的间隔宜小于28d。

（2）温度控制措施。

1）优化混凝土配合比，提高混凝土抗裂能力，降低水化热温升。在进行混凝土配合比设计和混凝土施工时，除满足混凝土强度等级、抗冻、抗渗等主要指标外，还需加强施工管理，提高施工工艺，改善混凝土性能，提高混凝土抗裂能力。同时尽量减少混凝土单位水泥用量，特别是对于C25混凝土，使用最小水泥用量和低热水泥，降低混凝土最终绝热温升。

2）控制拌和楼出机口温度。根据混凝土浇筑温度要求，采取措施控制混凝土出机口温度。根据承包商对运输及浇筑过程中的温度控制来最终确定出机口温度，以满足各部位浇筑温度要求。

3）控制混凝土浇筑温度，满足浇筑块最高温升。

a.根据浇筑部位、浇筑月份的不同，控制不同的浇筑温度。

对1号泄洪洞塔架，控制浇筑温度14℃。对于在冬季施工的混凝土，即每年的12月至次年的2月，由于此阶段的气温较低，需加热水拌和，提高混凝土浇筑温度达5℃以上，确保混凝土浇筑过程中不结冰，以保证混凝土强度的增长。对于气温高于14℃浇筑的月份，通过采取加冰拌和、冷水拌和，以及水冷、风冷骨料等措施，控制出机口温度，使浇筑温度控制在14℃。对于其他月份可以自然浇筑。

对2号泄洪洞塔架，控制浇筑温度16℃。对于在冬季施工的混凝土，即每年的12月至次年的2月，由于此阶段的气温较低，需加热水拌和，提高混凝土浇筑温度达5℃以上，确保混凝土浇筑过程中不结冰，以保证混凝土强度的增长。对于气温高于16℃浇筑的月份，通过采取加冰拌和、冷水拌和，以及水冷、风冷骨料等措施，控制出机口温度，使浇筑温度控制在16℃。对于其他月份可以自然浇筑。

b.应采取各种措施尽量控制混凝土浇筑温度，使实际出现的最高温度不超过表1.4-110和表1.4-111规定的设计允许最高温度。

c.为防止浇筑过程中的热量倒灌，需加快混凝土的运输、吊运和平仓振捣速度。高温季节运输过程中宜对吊罐采取保温措施，以减少运输过程中温度回升。浇筑过程中在混凝土振捣密实后立即覆盖保温材料进行保温，且混凝土覆盖时间必须控制在4h之内。C25混凝土需采用保温材料使其等效表面放热系数约为10kJ/（m2·h·℃），C50混凝土需采用保温材料使其等效表面放热系数约为25 kJ/（m2·h·℃）。

d.尽量避免高温时段浇筑混凝土，应充分利用低温季节和早晚及夜间气温低的时段浇筑。高温时段浇筑时，可以进行仓面喷雾，以降低仓面环境温度。喷雾时水分不应过量，要求雾滴直径达到40～80μm，以防止混凝土表面泛出水泥浆液。

4）合理控制混凝土起浇时间。由于底板处于强约束区，温控标准较严格，根据计算分析并参照其他工程类似工程经验，建议底板混凝土宜于低温季节起浇。

5）混凝土表面保护。

a.承包人在混凝土工程验收之前要保护好混凝土，直到验收，以防损坏。承包人应特别小心保护混凝土以防在气温骤降时发生裂缝。

b.为防止气温骤降产生早期裂缝，混凝土应进行早期表面保护，C25混凝土需采用保温材料使其等效表面放热系数约为10kJ/（m2·h·℃），C50混凝土需采用保温材料使其等效表面放热系数约为25kJ/（m2·h·℃）。

c.周转使用的保护材料，必须保持清洁、干燥，以保证不降低保护标准。

d.其他规定。混凝土表面保护的其他要求，应按《水工混凝土施工规范》（DL/T 5144—2001）中8.2.4条的规定执行。

（3）混凝土通水冷却。

1）混凝土通水冷却总则。对1号泄洪洞进水塔架混凝土结构220m高程以下、2号泄洪洞进水塔架混凝土结构227.00m高程以下部位采取通水冷却措施，用向预埋在混凝土中的冷却水管压送冷水的方法进行冷却。混凝土降温速度、冷却程序以及温度监测方法均应按有关指示或本技术条款要求进行。

2）降温速度。冷却通水时混凝土温度与冷却水之间的温差不宜超过25℃，降温速度不宜大于1℃/d。

3）冷却水管的布置及材质要求。

a.冷却水管要精确定位，按控制坐标进行埋设，并经监理人验收合格，埋设记录提交监理人。

b.混凝土冷却水管可采用HDPE塑料水管，其指标见表1.4-112。

表1.4-112　冷却HDPE塑料水管指标

c.冷却水管在埋设于混凝土中以前，水管的内外壁均应干净和没有水垢。水管的接头采用膨胀式防水接头。循环冷却水管的单根长度不应超过300m。

d.冷却水管布置。

冷却水管布置建议采用水平间距为1.5m，垂直间距为1.5m。

e.水管布置在每个浇筑块的底部或者布置在浇筑铺层表面，在浇筑混凝土之前进行通水试验，检查水管是否堵塞或漏水。水管应细心地加以保护，以防止在混凝土浇筑中或之后的其他工作以及管子试验中使冷却水管发生移位或被破坏。伸出混凝土的管头应加帽覆盖或用其他方法加以保护，或以监理人满意的方法予以保护。

在混凝土浇筑过程中冷却水管中应通不低于0.18MPa压力的循环水，看是否有水流渗出。应用压力表及流量计同时指示混凝土浇筑期间的阻力情况。在混凝土浇筑以前应修好渗水及阻塞之处。如果冷却水管在混凝土浇筑过程中受到任何破坏，应立即停止浇混凝土，直到冷却水管修复并通过试验后方能继续进行。

f.冷却干管和支管均需包裹保温材料，保温材料和保温厚度要满足入口水温的要求。

支管与各条冷却水管之间的联结应随时有效，并能快速安装和拆除，同时要能可靠地控制某条水管的流量而不影响其他冷却水管的循环水。

g.冷却水管在通水完成后，按监理人的要求灌浆回填。露出的水管接头应割去，留下的孔应立即用灰浆完全充填，其规定应满足“预留孔混凝土施工”的要求。

4）冷却水质量及流量要求。冷却水应保持干净，无泥浆和岩屑。应实施一切必需的保护措施，以防止冷却系统的任何一部分阻塞或由于其他原因而不能使用。通过每条冷却水管的冷却水总量不能低于1.2～1.5m3/h。

5）通水冷却。

a.通水冷却应实行个性化通水，混凝土最高温度出现之前通水流量不小于2.0m3/h；混凝土最高温度出现之后，通水温度与混凝土最高温度之差控制在25.0℃以内，通水流量1.2～1.5m3/h，使混凝土的最高温度不超过允许的最高值。通水冷却从混凝土下料浇筑开始时即可开始。当河水温度较低时通河水，若河水温度较高时通不高于15℃的制冷水。冷却时间应控制在15～20d，冷却水方向24h调换一次。冷却时间应以动态控制确定通水时间。

b.混凝土冷却除了向预埋冷却水管通水冷却外，根据需要可在已浇筑好的混凝土仓面进行流水降温或喷雾降温。

6）冷却水管联结。与各条冷却水管之间的联结应随时有效，并能快速安装和拆除，同时要能可靠地控制某条水管的水流而不影响其他冷却水管的循环水。所有水管的进、出端均应作好清晰的标记以保证整个冷却过程中冷却水能按正确的方向流动。总管的布置应使之易调换冷却水管中水流方向。

7）裸露的冷却水管。承包人应供应和安装所有的主管及干管（供埋在混凝土中的冷却水管的冷却水）。这些主、干管应使用经监理人同意的方法隔热。