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摘要

摘要

本设计来源于实际工程——松涛水利枢纽，松涛水利枢纽位于柳河干流上的松涛峡，系一级建筑物，由河床混凝土重力坝、溢洪道，右岸土坝和坝后厂房等部分组成。

枢纽主要任务是发电，共装三台机组，每台机组15万吨，发电的最低水位为500m，相应库容为19.5亿m3。

本设计的主要任务是根据工程基本设计资料和其他要求，对松涛水利枢纽施工导流综合方案进行施工组织设计。

设计内容是：

根据基本资料设计施工导流方案，选择合理的导流方式；隧洞设计，堵头设计，爆破设计，出渣运输设计。

本设计的原则和目的是：

通过此次毕业设计，使所学过的知识得到巩固、加强、扩大和系统化，同时加强和提高运用理论知识解决实际工程问题的独立工作能力，并初步掌握进行水利枢纽和水工建筑物的设计思想、设计程序、设计原则、步骤和方法，培养学生使用有关设计规范、手册、参考文献以及分析计算、绘图和编写设计说明书等基本技能，并有助于培养和建立正确的设计思想，实事求是，刻苦专研，通过自己的努力从中受益，为尽快适应将来的工作和学习打下坚实的基础。

关键词：

施工导流；隧洞；爆破

TheInstructionofTheDesign

Thedesignoriginallystemsfromtheactualproject--theSongTaoHydroProjectwhichislocatedintheSongTaoGorgeoftheLiuHeRiver.TheprojectisaHydraulicStructures,whichisconsistoftheriverbedconcretegravitydam,thespillway,theearthdamontherightbankandthedamplantbehindthedam,etc.

Themaintaskofthisdesignisaccordingtothebasicengineeringdesigndataandotherrequirements,tothesongtaowaterconservancyconstructiondiversionschemesforthecomprehensiveconstructionorganizationdesign.Designcontentis:

accordingtothebasicdataofconstructiondiversionschemedesign,choosingreasonablediversion;Tunneldesign,plugdesign,blastingdesign,slagtransportdesign.

Theprincipleandthepurposeofthisdesignis:

throughthisgraduationdesign,makethelearnedknowledgeconsolidated,strengthenandexpandandsystematically,atthesametimetostrengthenandimprovethetheoreticalknowledgetosolvepracticalengineeringproblemsoftheabilitytoworkindependently,andpreliminarygraspofwaterconservancyhubandhydraulicstructuredesignidea,designprocedure,designprinciples,stepsandmethodsoftrainingstudents'useofrelevantdesignspecifications,manuals,andreferencedocumentsaswellastheanalysisandcalculation,drawingandwritingthedesignspecification,suchasbasicskills.

Keywords:

constructiondiversion;Tunnel;blastin

目录

1基本资料1

1.1流域概况1

1.2施工场地及运输条件1

1.3气候特征2

1.4水文条件4

1.5工程地质条件6

1.6当地建筑材料7

1.7坝体混凝土主要特征7

1.8其他资料8

2施工导流设计9

2.1施工导流方式与适用条件9

2．2导流方案确定11

3隧洞设计14

3.1导流隧洞的布置14

3.2隧洞的断面形式与尺寸15

3.3隧洞的进口高程及坡降17

3.4隧洞进口的设计17

3.5隧洞出口的设计18

3.6隧洞的水力计算19

3.7隧洞流态的判断19

3.8隧洞堵头的设计22

4隧洞的施工设计25

4.1隧洞开挖方式的比较及选取25

4.2隧洞的开挖程序26

4.3隧洞开挖方法的确定27

4.4平洞的衬砌和支护施工28

5爆破设计29

5.1炮孔类型及其作用29

5.2炮孔形式30

5.3炮孔的布置31

6爆破安全设计32

6.1钻孔爆破的基本参数32

6.2导洞中下层大断面深孔爆破设计35

7隧洞的衬砌设计37

7.1衬砌的作用37

7.2衬砌的类型37

7.3新奥法施工的基本原理37

7.4隧洞喷锚支护设计38

7.5锚杆形式的运用及计算39

7.6喷混凝土施工工艺及流程42

8出渣运输设计43

8.1出渣方式与设备的选定43

8.2内外交通49

参考资料51

1基本资料

1.1流域概况

松涛水利枢纽位于柳河干流上的松涛峡，系一级建筑物，由河床混凝土重力坝、溢洪道，右岸土坝和坝后厂房等部分组成。

枢纽主要任务是发电，共装三台机组，每台机组15万吨，发电的最低水位为500m，相应库容19.5亿m3。

枢纽的右岸适当位置布置有排砂放空洞，可满足封孔蓄水期对游供水100m3/s流量的要求。

1.2施工场地及运输条件

1.2.1施工场地

坝址距下游的仙州市河道长约100km，直线距离约50km，坝址附近皆为高山峡谷地区。

松涛峡长约12km，上下游均有比较平坦的山间盆地，可作为施工场地。

枢纽选定坝址位于峡谷尾部，距峡谷出口约1.7km，坝区河床两岸山坡陡峻，成V字形。

左岸坡度45°～80°，陡缓相间；右岸坡度60°～85°，两岸山顶均为黄土覆盖。

坝址河床高程一般为410m，枯水季一般水位为418m，河面宽50～60m，深化偏右岸，最深约10m。

坝址左岸山峰起伏高出河面约150m以上。

右岸坝头附近为一狭小丘陵阶地，高出河面约110m左右。

与坝区阶地相连的就是地形平坦面积宽阔的李家台四级阶地，高程560～580m。

自峡谷出口起，两岸地势逐渐开阔，呈狭长的二级阶地，高程约430～440m，沿柳河右岸距坝址约8km的旧镇，附近有宽阔平坦的二级阶地。

坝内河谷两岸有很多冲沟，左岸主要有坝址下游200m处的滑沟；右岸主要有坝址上游150m处的红柳沟，下游的刘家沟、金沟和银沟等。

这些冲沟切割既深且短，均系沿断层及节理裂隙发育而成，与河谷多成70°～80°的交角。

由于这些冲沟的切割，使坝区地形变得非常复杂，给施工场地布置造成一定困难。

坝区附近可供施工场地布置的地段，有右岸李家沟，峡谷出口下游右岸的明坝和左岸的易家湾等阶地，各地段特性如表1.1所示。

表1.1各地段特性表

顺序

名称

位置

距坝址离

（km）

可利用面积

（km2）

高程

（m）

1

李家沟

右岸坝址下游

1．5

1．2

565～580

2

明坝

右岸坝址下游

2．5

0．5

430～440

3

易家湾

左岸坝址下游

3.0

0.3

430～440

4

旧镇

右岸坝址下游

8.0

2.0

425～460

1.2.2运输条件

仙州到松涛的公路线为六级公路，已建成通车，路线全长约50km。

对于水路交通，因柳河上游为峡谷，河窄水急，不能通行船只。

有国家铁路干线通过仙州市，可沿柳河岸边进工地。

1.3气候特征

表1.2坝区1953～1988年气温（℃）特征

项目

月份

日平均最高

绝对最高

日平均最低

绝对最低

月平均

1

7.5

13.8

-18.3

-23.1

-6.5

2

14.9

17.5

-15.4

-22.1

-1.6

3

22.5

26.9

-7.9

-16.3

5.5

4

28.4

33.2

-2.9

-8.4

12.0

5

32.7

35.5

3.2

0.1

17.4

6

34.2

36.5

8.5

2.9

21.0

7

35.9

39.1

11.7

9.3

22.9

8

34.4

38.3

10.6

5.4

21.5

9

29.1

31.9

5.3

0.5

16.4

10

23.6

28.0

-2.5

-6.6

10.1

11

17.4

21.6

-10.4

-15.3

1.8

12

7.6

10.9

-15.7

-21.6

-5.3

年平均

9.6

1.3.1气温

本区为大陆性气候。

多年平均温度为9.6℃，月平均最高温度为22.9℃，最低为－6.5℃；绝对最高为39.1℃，绝对最低为-23.1℃，日最小变幅1.3℃。

坝址附近历年气温观测统计资料，如表1.2所示。

本地区雨量稀少，年平均降水量为330.1mm，最大达471.9mm，其中60～70％集中在7～9月，最大日降雨量为71.8mm。

最长一次降水延续时间4昼，最大一次降雨量为21mm。

暴雨常在下午或晚间出现。

降雪一般于11月下旬开始，最大一次为20mm，积雪最大厚度为6cm，积雪日期一般从11月下旬到次年3月上旬，年平均积雪日数为21.6日，土壤冰结深度约1m。

本地区降水统计资料如表1.3和表1.4。

表1·3坝区1985～1988年各月不同降水量出现天数统计表

降水量

月份（天数）

全年

（天数）

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

5mm

以下

最多

6

5

7

13

18

20

16

17

11

8

5

15

112

最少

1

2

4

6

11

12

6

12

9

5

1

3

93

平均

4.3

2.3

5.7

8.7

15

17

12

14

9.7

7

2.7

6

104.3

5mm

以下

最多

0

0

0

0

2

3

4

5

5

2

0

0

16

最少

0

0

0

0

1

1

2

3

1

1

0

0

7

平均

0

0

0

0

1

1.7

3

4

2

1.7

0

0

12.3

10mm

以上

最多

0

0

0

0

0

1

1

4

2

1

0

0

6

最少

0

0

0

0

0

1

1

2

1

0

0

0

1

平均

0

0

0

0

0

0.3

0.7

2

1

0.3

0

0

4.3

20mm

以上

最多

0

0

0

0

0

0

1

1

1

0

0

0

2

最少

0

0

0

0

0

0

0

0

0.7

0

0

0

1

平均

0

0

0

0

0

0

0.3

0.3

0.7

0

0

0

1.7

表1·4坝区1952～1988年各月降水量（毫米）

月份

项目

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

全年

续表1.4

平均

1.3

2.9

7.9

13.9

32.5

38.3

62.3

89.8

56.6

19.0

3.9

2.0

330.5

最大

16.9

9.0

23.4

27.7

63.8

103.2

126.7

218.4

108.9

50.6

13.6

9.1

471.9

最小

0

7

0

0.3

2.1

5.0

18.6

33.2

12.2

0.5

0

0

210.8

1.3.2冰期

每年11月底或12月初行凌，12月底封冻，次年2月底或3月初解冻。

冰冻期约2～3个月。

冬季行凌初期，多为针状，薄片状冰化闭。

流冰速度最大为1.45m/s，最小为0.95m/s。

春季流冰多为坚硬冰块，冰厚一般为0.2m，最厚可达1m。

流冰期一般无过大冰块下泄。

1.3.3风向及风速

本地区春季多风，最大风速为17m/s，风向多为东北向。

1.4水文条件

柳河的年最小流量多发生在1、2月份，3月份上游开始融雪化冰，流量渐增，6月份以后即进入汛期。

年最大流量一般发生在7～9月间。

坝址区实测最大流量为5640m3/s，最小流量为205m3/s，多年平均流量为830m3/s；河水含沙量最大达5kg/m3（7～9月），最小为0.01kg/m3（1～2月）。

峡内流速最大为7m/s，最小为0.8m/s。

其流量特征资料列于表1.5～表1.7。

表1.5坝址水文站各月不同频率的瞬时最大流量（m3/s）

频率

月份

1％

2％

5％

10％

20％

1

485

462

430

404

370

2

405

393

371

356

334

3

723

680

615

568

507

4

1310

1210

1070

956

839

5

2350

2110

1816

1580

1320

6

4810

4270

3570

3730

2470

续表1.5

7

5470

4920

4210

3650

3090

8

5130

4670

4030

3550

3020

9

6380

5620

4610

3870

3110

10

3700

3410

3010

2700

2370

11

1750

1650

1520

1410

1290

12

796

759

701

659

601

全年

6390

5870

5130

4560

3810

表1.6坝址水文站不同频率的月平均流量（m3/s）

频率

月份

1％

5％

10％

20％

85％

1

348

327

322

265

218

2

345

338

327

269

229

3

469

432

410

300

240

4

586

499

458

327

332

5

959

569

480

425

354

6

1120

711

607

482

406

7

1890

1020

882

785

620

8

1250

1050

760

580

536

9

1140

870

695

541

480

10

959

630

547

413

385

11

692

579

489

400

328

12

430

421

406

378

285

全年

840

638

553

446

402

表1.7各种频率洪水过程数据表

流量

日月

频率

5％

2％

1％

0.5％

9．1

2500

2850

3120

3365

9．2

2600

2964

3244

3632

9．3

2740

3124

3418

3686

续表1.7

9．4

2870

3272

3581

3860

9．5

3040

3466

3793

4090

9．6

3220

3671

4017

4330

9．7

3420

3900

4267

4600

9．8

3660

4172

4566

4923

9．9

3940

4492

4916

5300

9．10

4260

4856

5315

5730

9．11

4600

5244

5739

6187

9．12

4860

5540

6063

6537

9．13

5130

5848

6400

6900

9．14

4800

5472

5988

6456

9．15

4400

5016

5489

5918

9．16

4100

4674

5115

5515

9．17

3840

4378

4790

5165

9．18

3630

4138

4530

4882

9．19

3430

3910

4280

4613

9．20

3240

3694

4042

4358

9．21

3100

3534

3868

4170

9．22

2950

3363

3680

3970

9．23

2820

3215

3518

3793

9．24

2700

3078

3370

3632

9．25

2600

2964

3245

3497

9．26

2500

2850

3120

3365

1.5工程地质条件

坝区为高山峡谷区。

狭谷由震旦纪变质岩构成，其上部为第四纪砾石岩，含砂砾石层及黄土。

柳河流向，在坝址附近转为S260°W，河谷呈弯曲形。

河谷两岸变质岩顶板出露标高，左岸约520米，右岸约515米。

在标高515米时，谷宽约135米，坝址左右岸基岩上直接为黄土覆盖。

坝址区及上下游河床覆盖层厚5－12m。

表面0.3m左右为黄土覆盖，以下均由卵砾石夹粗、中砂等物构成。

河床靠右岸有一深槽，顺河呈长条状分布，深槽处水深约10m，覆盖层厚10－12m，此深槽系河水沿构造裂隙侵蚀冲刷而成。

坝址河谷及两岸的变质岩主要由云母石英片岩和角闪岩组成，石质坚硬，相当于16级岩石分类中的第X级岩石，普氏系数f=8云母石英片岩极限抗压强度为1000～1200kg/cm2，角闪片岩极限抗压强度为900～1200kg/cm2。

坝址右岸距河边480m处，有一天然冲刷的鞍状地形，溢洪道即建此处，该处系古河道的遗址，两侧有大小冲沟数条，与它成70°～80°交角。

此坝址处水文地质情况，地下水属裂隙补给水，数量很少，主要在构造裂隙及局部破碎带内。

在坝区变质页岩中还有裂隙承压水，稳定水位432～446m，单宽涌水量一般为3L/min，最大为120L/min，随岩石裂隙发育程度、联通情况和深度而变化。

松涛是地震波及区，据上级主管部门提出的松涛水利枢纽地段的地震基本烈度为7度。

1.6当地建筑材料

坝址上、下游均有砂石材料。

特别是坝址下游藏量丰富，开采运输比较方便，质量一般皆符合要求，只有砂质土尚未找到理想的产地，必要时可以采用两岸的黄土代替。

1.7坝体混凝土主要特征

坝体混凝土的设计龄期为90天，水工设计中内部混凝土用的是100＃，外部混凝土用150＃。

总混凝土用量比为0.75比0.25。

坝体混凝土的配合比见表1.8

表1.8混凝土配合比

混凝土

设计标号

水灰比

含砂率（％）

每米3混凝土对各种材料需要量（公斤／米3）

水

水泥

<5

（mm）

5~2

（mm）

20~40（mm）

40~80

（mm）

80~150

（mm）

100＃

0.64

21.3

107.5

167

463

427

427

428

427

100#

0.56

20.4

108

193

441

431

431

432

432

混凝土的容重为2400kg/m3。

混凝土的热学指标及各种材料的热学性能见表1.9～表1.10。

表1.9混凝土的热学指标

比热C

（k／kg℃）

导温系数a

（m2／h）

导热系数λ

（k／m·h·℃）

热交换系数β

（k／m2·h·℃）

0.21

0.0048

2.4

10

表1.10混凝土各材料的比热

材料名称

水

水泥

砂子

粗骨料

C比热（k／kg·℃）

1.00

0.14

0.19

0.20

混凝土采用600＃纯熟料水泥，水泥最终水化热为67K/kg，水泥放热速率m=0.384／天。

1.8其他资料

地方工业、住宅、卫生福利和劳动力来源仙州市，有些地方工业可以利用，这些地方工业可考虑在施工期间委托进行部分加工和修配工作。

坝区附近村镇不多，且民房数量不多，只能在明坝村和李家台村用少量民房作为工人临时住宅。

而其它福利设施及住宅需要建设。

施工期间大批的生活物资和粮食、燃料、日用品等，均需从仙州市运来，当地只能解决副食品和部分粮食等供应。

施工期间施工队伍由公开招标选定。

施工用电：

初步估计仙州市可供应量最高负荷约1.2万千瓦。

坝址区地下水硫酸根（

）含量约2000～3000毫克／升，对一般水泥有硫酸盐侵蚀性。

因此基础混凝土有抗硫酸盐侵蚀的要求，铝酸三钙的含量应小于5％。

地下水不宜作为工程用水和生活用水。

河水除含沙外，无其它杂质，经沉淀处理后可作为工程和生活用水。

2施工导流设计

施工导流是在江河上修建水利水电工程时，为了使水工建筑物干地上施工，需要用围堰维护基坑，并将水流引向预定的泄水道往下游宣泄的一种工程措施。

施工导流设计的主要任务是周密地分析研究水文、地形、地质、水文地质、枢纽布置及施工条件等基本资料，在保证上述要求的前提下，选定导流标准，划分导流时段，确定导流设计流量；选择导流方案及建筑物的型式；确定导流建筑物的布置构造及尺寸；拟定导流建筑物修建、拆除、堵塞的施工方法以及截断河床水流、拦洪度汛和基坑排水等措施。

2.1施工导流方式与适用条件

施工导流的方式大体上可分为两类，即分段围堰法和全段围堰法，与之配合的还有辅助导流,其主要包括：

淹没基坑法导流、束窄河床导流、隧洞导流、明渠导流、涵管导流、以及施工过程中的坝体底孔导流、缺口导流和不同水建筑的组合导流。

2.1.1分段围堰法

分段围堰法亦称分期围堰法，即用围堰将水工建筑物分段，分期维护起来并进行施工的方法。

所谓分段，就是在空间上用围堰将建筑物分为若干施工段进行施工。

所谓分期，就是在时间打夯用