胡城水库泄洪洞水力计算方法简述 王红霞 （山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原０３００２４） ［摘要］胡城水库是一座小（一）型水库，水库拦河大坝采用面板堆石坝，主要建筑物大坝、泄洪洞、取水口及其 建筑物级别为４级。其泄洪洞由引水洞、进水塔、压力隧洞、出口闸室和扩散挑流段组成，详述了泄洪洞的水力 及结构计算，旨在为相关泄洪洞的设计提供参考。 ［关键词］泄洪洞；水力计算；胡城水库 ［中图分类号］ＴＶ１３１．４ ［文献标识码］ｃ ［文章编号］１００４—７（）４２（２０１５）１０—００３０—０２ １工程概况 质构造简单、岩体完整稳定、上覆岩层厚度适中、水文 地质条件有利及施工方便的地区。进口底高程既要满 胡城水库位于临汾市大宁县昕水镇胡城村北的牧 沟渠上，距大宁县城８ ｋｍ，为中部引黄大宁县调蓄水 库。水库拦河大坝采用面板堆石坝，最大坝高４８．０ ｍ， 足泄洪冲砂的需要，又不被淤泥堵死。经分析比较，最 终确定泄洪洞进口底板高程７７５．０ １ＴＩ，出口底板高程 ７７０．０ Ｉｎ，洞轴线两端为直线、中间为圆弧布置。出口闸 长８．５ Ｉｎ，泄洪洞出口设弧形工作闸门，孔口尺寸２．２ｍｘ 总库容１４１万ｉｎ。，根据《水利水电工程等级划分及洪 水标准》，确定工程规模为小（一）型，工程等别为 Ⅳ等；主要建筑物大坝、泄洪洞、取水口及其建筑物级 别为４级。水库枢纽工程包括大坝、泄洪洞及取水口。 ２泄洪洞设计 ２．２ ｉｎ，闸底板高程７７０．０ ｍ。闸墩长８．５ ｍ，闸墩厚１．５ Ｉ１１， 闸墩高８．５ ｉｎ，闸底板厚１．２ ｉｎ，闸墩净距２．２ ｎｑ。启闭 机室长８．５ ｉｎ，宽５．２ ｉｎ，启闭机室平台高程７７８．５ Ｉｎ。 为保证闸室的抗滑稳定，对闸底板基岩进行固结灌 浆，排距３ １ＴＩ，间距３ １ＴＩ，深６ ｍ，梅花形布置。扩散挑流 段长１４ Ｉｎ，宽度由２．２ ＩＴＩ渐变至３．２ ｍ，挑流鼻坎高程 泄洪洞布置在大坝左岸，进口位于大坝趾板上游 约４０ Ｉｎ，为有压圆型隧洞，洞径２．５ ｉｎ，全长２９０ ｉｎ，由 引水洞、进水塔、压力隧洞、出口闸和扩散挑流段组 成。引水洞桩号０—０２８－＿０—００８，长２０ ＩＴＩ，为城门洞型， ７６８．９４ ｍ，挑射角２５。，反弧半径１０ ＩＴＩ。扩散挑流段底 板厚１．２ ｍ，边墙顶宽０．８ ｎｌ，采用Ｃ３０钢筋混凝土。 底板基岩进行固结灌浆，排距３ ｉｎ，间距３ ｍ，深６ ｍ， 梅花形布置。 ２．１泄洪洞水力计算 宽２．５ １ＴＩ，高３．２２ ｍ（其中直墙高２．５ ｍ），Ｃ２５钢筋混凝 土衬砌，衬砌厚０．４ ｉｎ。引水洞为平洞，洞底高程 ７７５．０ １ＴＩ。进水塔为竖井式钢筋混凝土塔筒结构，采用 竖井开挖有利于进水塔整体稳定，主要由竖井式塔 筒、检修平台及启闭机室等组成。塔身长８ ＩＴＩ，宽５．５ Ｉｎ， 高３５ ｉｎ。检修平台高程８１０．０ Ｉｎ，启闭机室平台高程 根据《水力学计算手册》隧洞有压流泄量计算公 式得出泄洪洞的水位一泄量关系见表１。 ８１７．２ ｍ，设平板检修门（钢闸门），孔口尺寸２．５ ｍＸ ２．５ １ＴＩ。进水塔底板、塔身及梁、板、柱均采用Ｃ２５钢筋 混凝土。进水塔检修平台与岸坡间设交通桥，交通桥 全长１６ ｍ，桥面宽度３ ｉｎ，桥面高程８１０ ｉｎ。交通桥采 挑流消能计算：计算冲坑深度时，抗冲系数采用 基岩河床；挑流计算中，挑坎采用连续式，反弧段半径 １０ ｍ，挑角２５。，泄量６２．５ ｍ３／ｓ，单宽流量ｌ９．５３ ｍ３／ｓ （挑坎宽３．２ ｍ），冲坑深１２．１９ ｍ（从下游水位起算的 用Ｃ３０预应力钢筋混凝土“，Ｉ１，，形主梁，主梁高度１．２ ｍ， 顶板厚度０．２ ｍ，翼缘板厚０．１５～０．２ ｍ；每根“Ｔ”形梁 设４片横梁，梁肋宽度０．１８ ｍ，高１．３５ ｍ。压力隧洞桩 号０＋０００－－－－０＋２１５，全长２１５ ｍ，纵坡２．３％。选用圆型 断面，Ｃ２５混凝土衬砌，衬砌厚度３５０ ｍｍ。在满足工 冲刷坑深度１４．１９ ｍ），鼻坎至下游水面的挑距为 ３８．Ｏ１ ｍ，水面以下水舌长度的水平投影为２３．６５ ｍ，总 挑流长度６１．６６ ｍ，冲坑后坡比降为１／５．０６。冲刷坑后 程总布置要求的条件下，洞线应选在线路短、沿线地 坡比降为冲坑深度与水流挑距的比值，在设计工况 下，冲坑后坡比降均小于许可最大后坡比降１／２．５～ １／５，因此，冲刷坑不会危及工程安全。 表１泄洪洞水位一泄量关系 水位／ｍ 泄量／（ｍ ｓ ） 水位／ｍ 泄量／（ｍ ・ｓ ） ７７５ Ｏ．Ｏ ７９３ ４８．７ ７７６ ３．５ ７９４ ４９．８ ７７７ １Ｏ．０ ７９５ ５１．Ｏ ７７８ １８．４ ７９６ ５２．１ ７７９ ２４．３ ７９７ ５３．１ ７８０ ３Ｏ．１ ７９８ ５４．２ ７８ｌ ３１．９ ７９９ ５５．２ ７８２ ３３．６ ８００ ５６．２ ７８３ ３５．２ ８０ｌ ５７－２ ７８４ ３６．８ ８０２ ５８．２ ７８５ ３８－３ ８０３ ５９．２ ７８６ ３９．８ ８０４ ６０．１ ７８７ ４１．２ ８０５ ６１．Ｏ ７８８ ４２．５ ８０６ ６２．０ ７８９ ４３．８ ８Ｏ７ ６２．９ ７９０ ４５．１ ８０８ ６３．８ ７９１ ４６．３ ８０９ ６４．６ ７９２ ４７．５ ８１０ ６５．５ ２．２泄洪洞结构计算 根据水库地质资料，泄洪洞围岩物理力学参数值 为：围岩类别为Ⅲ类，围岩坚固系数为３～４，弹性抗力 系数为５００—１ ０００ ＭＮ／ｍ ，弹性模量为２８ ８００ ＭＰａ（参 考坝基砂岩层），内摩擦角４６．８。（参考坝基砂岩层）， 围岩密度２．６ ｔ／ｍ ，结构面内聚力２．３２ ＭＰａ（参考坝基 砂岩层）。该隧洞衬砌结构计算采用“理正岩土隧洞衬 砌计算软件”。 ２．２．１计算荷载及其组合 荷载：基本荷载包括围岩压力、衬砌自重、内水压 力、外水压力等；特殊荷载包括校核水位时内水压力、 灌浆压力等。计算采用荷载组合为自重、山岩压力及 外水压力的情况。 ２．２．２荷载计算 山岩压力：根据《水工隧洞设计规范》确定山岩压 力，经计算，Ⅲ类围岩垂直均布围岩压力为２２．１ ｋＮ／ｍ２： 水平均布围岩压力为６．６３ ｋＮ／ｍ 。按设计厚度计算自 重荷载，钢筋混凝土按２５ ｋＮ／ｍ３计。 内水压力：水库为正常蓄水位８０６．５ ｍ，下游闸门 关闭，进口底板高程７７５．０ １ＴＩ，内水压强３１．５ ｍ的水 头；出口底板高程７７０．０ ｍ，其内水压强３６．５ ｍ的水 头，其他部位的内水压力按进出压力直线内插而得。 外水压力：该隧洞大部处在地下水位线以下，地 下水位线距洞顶的最大高度为５０ ｍ。因该隧洞进口底 板高程为７７５．０ ｍ，距正常蓄水位８０６．５ ＩＴＩ有３１．５ ｍ 山西水利富 技术与应用・２０１５年第１０期 的水头，应考虑库水外渗对隧洞形成的压力。 ２．２．３隧洞衬砌计算结果 考虑自重、山岩压力、外水压力三种荷载，为最不 安全工况。经计算，确定混凝土等级为Ｃ２５，衬砌厚度 ３５０ ｍｍ，最大裂缝宽度０．１９ ｍｍ，小于允许裂缝宽度 ０．２５ ｍｍ。 ２．３ 出口闸室稳定计算 ２．３．１设计依据 特征水位：正常蓄水位８０６．５ ＩＴＩ；设计洪水位 ８０６．５ ｆｆｌ（Ｐ＝３．３％），闸门已开，闸门不受水的水平推 力；校核洪水位８０６．８８ ｅｒ（Ｐ＝０．３３％），闸门已开，闸门 不受水的水平推力。 地震烈度：该地区地震动峰值加速度为０．０５ ｇ，相 当于地震基本烈度Ⅵ度。 摩擦系数：闸室处基岩为砂岩，根据《水闸设计规 范》，抗剪断摩擦系数０．５５，抗剪断凝聚力０．１５ ＭＰａ。 滑稳定安全系数：根据《水闸设计规范》，基岩上 沿闸室基底面抗滑稳定安全系数的允许值在基本组 合、特殊组合Ｉ、特殊组合Ⅱ三种情况下分别为３， ２．５，２．３。 ２－３．２荷载 作用在闸室的荷载分为基本荷载和特殊荷载。 基本荷载：闸室及其上永久设备的自重；正常蓄 水位或设计洪水位时的上游静水压力及水重（选取一 种控制情况）；相应于正常蓄水位或设计洪水位时的 扬压力（包括渗透压力和浮托力）。 特殊荷载：地震荷载。 荷载组合情况为正常蓄水期，荷载有自重、水重 和水压力。 ２．３．３闸室稳定及应力计算 依据《水闸设计规范》岩基上沿闸室基底面抗滑 稳定安全系数的计算公式，对闸室进行抗滑稳定计 算，经计算，在基本组合正常蓄水位的工况下，闸室基 底应力最大值为２１２．４５ ＭＰａ，闸室基底应力最小值为 ５．９２ ＭＰａ，抗滑稳定安全系数５．９２不小于３．００，与允 许值相比，以上计算结果满足要求。 ３结论 经计算，泄洪洞规划合理。胡城水库的建设可为 大宁县农业发展提供一定的水源保证，且作为中部引 黄工程大宁县的配套工程，其调蓄作用可满足太德垣 灌区农业用水户及周边工业用水户的用水需求。 ［作者简介］王红霞（１９８１一），女，２００７年毕业于吉林大学 水利水电工程专业，工程师。 ［收稿日期］２０１５～０８—２０；［修回日期】２０１５—０９—２７ 垫！§主！ 旦圆
