水利工程引水建筑物培訓(xùn)講義

第七章引水建筑物第一節(jié)渠道工程第二節(jié)水工隧洞第三節(jié)壓力前池及調(diào)壓室第四節(jié)壓力管道第五節(jié)渡槽第六節(jié)倒虹吸管第七節(jié)壩下涵管第八節(jié)涵洞第九節(jié)其他渠系建筑物第一節(jié)渠道工程一、概述在灌區(qū)利用灌溉渠道輸水及利用排水溝道排水的過程中為滿足控制水流、分配水量、上下游連接和水流交叉等要求而修建的各種水工建筑物，統(tǒng)稱為渠系建筑物。渠系建筑物的特點是單個工程的規(guī)模一般不大，但數(shù)量多，總工程量往往是渠首工程的若干倍。因此，設(shè)計標準對工程投資及安全性影響很大。（一）渠系建筑物的種類及作用（1）控制建筑物。如進水閘、節(jié)制閘、分水閘等。（2）泄水建筑物。如溢流堰、泄水閘、退水閘等。（3）交叉建筑物。如渡槽、倒虹吸管、涵洞、隧洞、橋梁等。（4）落差建筑物。如跌水、陡坡等。（5）沖沉沙建筑物。如沉沙池、沖沙閘、沖沙管等。（6）量水建筑物。如量水堰、量水槽、量水噴嘴等。（7）便民利民建筑物。如農(nóng)橋、踏步、碼頭等。（二）渠系建筑物的布置原則（1）數(shù)量恰當，效益最大。（2）安全運行，保證供水。（3）聯(lián)合修建，形成樞紐。（4）獨立供水，方便管理。（5）便于交通，方便生產(chǎn)。（三）渠系建筑物的特點（1）面廣量大，總投資多。（2）建筑物具有相似性。（3）受地形影響大，與群眾聯(lián)系密切。（四）渠系建筑物的定型設(shè)計二、渠道（一）概述渠道是發(fā)電、灌溉、航運、給水、排水等水利工程中廣泛采用的輸水建筑物。灌溉用渠道，一般可分為干、支、斗、農(nóng)、毛五級，構(gòu)成完整的灌溉系統(tǒng)，前四級一般為固定渠道，第五級多為臨時渠道。一般干、支渠主要起輸水作用，稱為輸水渠道；斗、農(nóng)渠主要起配水作用，稱為配水渠道。（二）渠道線路選擇（1）地形條件。（2）地質(zhì)條件。（3）施工條件。（4）管理要求。（三）渠道的縱橫斷面設(shè)計合理的渠道斷面設(shè)計，一般應(yīng)滿足以下幾方面具體要求：①有足夠的輸水能力，以滿足用戶對用水水量的需要；②有足夠的水位，以滿足自流灌溉的要求；③有適宜的渠道水流流速，以滿足渠道不沖、不淤或周期性沖淤平衡的要求；④有穩(wěn)定的邊坡，以保證渠道安全運用；⑤有合理的斷面形式，以減少滲漏等損失，提高水利用系數(shù)；⑥盡量滿足綜合利用要求，做到一專多能；⑦盡量使工程量最少，以有效降低工程總投資，發(fā)揮最大工程效益。（四）水電站動力渠道1、動力渠道的基本要求（1）足夠的輸水能力。（2）水質(zhì)符合要求。（3）運行安全可靠。（4）渠道應(yīng)能控制和維護檢修，并設(shè)排泄洪水的工程措施。（5）渠道工程應(yīng)滿足經(jīng)濟要求。2、動力渠道的類型和適用條件（1）自動調(diào)節(jié)渠道。（2）非自動調(diào)節(jié)渠道。第二節(jié)水工隧洞一、概述（一）水工隧洞的類型1、水工隧洞的作用（1）配合溢洪道宣泄洪水，有時也作為主要泄洪建筑物之用。（2）引水發(fā)電，或為灌溉、供水和航運輸水。（3）排放水庫泥沙，延長使用年限，有利于水電站等的正常運行。（4）放空水庫，用于人防或檢修建筑物。（5）在水利樞紐施工期用作導(dǎo)流建筑物。2、類型（1）按作用可分為泄洪隧洞、引水發(fā)電和尾水隧洞、灌溉和供水隧洞、放空和排沙隧洞、施工導(dǎo)流隧洞。（2）按隧洞內(nèi)的水流狀態(tài)可分為有壓隧洞和無壓隧洞。（二）水工隧洞的工作特點（1）水力特點。（2）結(jié)構(gòu)特點。（3）施工特點。（三）水工隧洞的組成（1）進口段。（2）洞身段。（3）出口段。二、水工隧洞的布置與選線（一）總體布置及線路選擇1、總體布置2、線路選擇（1）隧洞的線路應(yīng)盡量避開不利的地質(zhì)構(gòu)造、圍巖中可能存在的不穩(wěn)定地段及地下水位高、滲水量豐富的地段，以減小作用于襯砌上的圍巖壓力和外水壓力。（2）洞線在平面上應(yīng)力求短直，這樣既可減少工程費用，方便施工，又有良好的水流條件。（3）進、出口位置合適。（4）隧洞應(yīng)有一定的埋藏深度。（5）隧洞的縱坡應(yīng)綜合分析比較確定。（6）對于長隧洞，可布置施工支洞、豎井，以便增加工作面。（二）閘門在隧洞中的布置引水隧洞中一般要設(shè)置兩道閘門，一道是工作閘門，用來調(diào)節(jié)流量和封閉孔口，能在動水中啟閉；一道是檢修閘門，設(shè)置在進口，用來擋水，以便檢修工作閘門或隧洞。大中型隧洞的深式進水口常要求檢修閘門能在動水中關(guān)閉，靜水中開啟，以滿足發(fā)生事故時的需要，所以也稱事故檢修門。對于有壓泄水隧洞，其工作閘門通常布置在出口。三、水工隧洞各組成部分的形式及構(gòu)造（一）進口段有壓隧洞進口段包括進口喇叭口、閘門室、通氣孔、平壓管和漸變段等部分。（二）洞身段1、洞身斷面形式有壓隧洞一般均采用圓形斷面，原因是圓形斷面的水流條件和受力條件都較為有利。無壓隧洞可采用城門洞形、馬蹄形或蛋形等斷面。2、洞身斷面尺寸3、洞身襯砌（1）襯砌的功用：①限制圍巖變形，保證圍巖穩(wěn)定；②承受圍巖壓力、內(nèi)水壓力等荷載；③防止?jié)B漏；④保護巖石免受水流、空氣、溫度、干濕變化等的沖蝕破壞作用；⑤減小表面糙率。（2）襯砌的類型：平整襯砌、單層襯砌、組合式襯砌、預(yù)應(yīng)力襯砌、噴錨襯砌等。（3）襯砌分縫?；炷良颁摻罨炷烈r砌是分段分塊澆筑的。為防止混凝土干縮和溫度應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫，在相鄰分段間設(shè)有環(huán)向伸縮縫，有壓隧洞需在縫中設(shè)止水。4、灌漿隧洞灌漿分為回填灌漿和固結(jié)灌漿兩種?；靥罟酀{是為了充填襯砌與圍巖之間的空隙，使之結(jié)合緊密，共同受力，以發(fā)揮圍巖的彈性抗力作用，并減少滲漏。固結(jié)灌漿的目的在于加固圍巖，提高圍巖的整體性，減小圍巖壓力，保證圍巖的彈性抗力，減小滲漏。5、排水設(shè)置排水，可以降低作用在襯砌上的外水壓力。（三）出口段有壓隧洞出口，絕大多數(shù)設(shè)有工作閘門、啟閉機室、漸變段、消能設(shè)施等。四、水工隧洞的襯砌計算（一）荷載及其組合1、圍巖壓力也稱山巖壓力。指隧洞開挖后由于圍巖變形或塌落而作用在襯砌上的壓力。2、彈性抗力在荷載作用下，襯砌向外變形時受到圍巖的抵抗，這種因圍巖抵抗襯砌向外變形而作用在襯砌外壁的作用力，稱為彈性抗力。3、內(nèi)、外水壓力4、襯砌自重5、荷載組合（1）正常運用情況。山巖壓力+襯砌自重+宣泄設(shè)計洪水時的內(nèi)水壓力+外水壓力。（2）施工、檢修情況。山巖壓力+襯砌自重+可能出現(xiàn)的最大外水壓力。（3）非常運用情況。山巖壓力+襯砌自重+宣泄校核洪水時的內(nèi)水壓力+外水壓力。（二）襯砌結(jié)構(gòu)計算（略）五、水工隧洞的噴錨支護噴錨支護是噴混凝土支護與錨桿支護的總稱。主要類型有：噴混凝土支護、錨桿支護、噴混凝土錨桿聯(lián)合支護、噴錨加鋼筋網(wǎng)支護。第三節(jié)壓力前池及調(diào)壓室一、壓力前池又稱壓力池或前池，位于動力渠道的末端，是水電站引水建筑物與水輪機壓力管道的連接建筑物。（一）壓力前池的作用及組成1、壓力前池的作用（1）分配水流。（2）平穩(wěn)水壓，平衡水量。（3）攔阻污物和泥沙。（4）在電站停機時可向下游供水，滿足下游用水部門的需要。（5）保護壓力管道進水口在冬季不受冰凌的阻塞或損壞。2、壓力前池的組成部分（1）前室及進水室（2）壓力墻（3）泄水建筑物（4）沖沙、攔冰及排冰建筑物（二三）壓三力前三池的三位置三選擇三及布三置1、位三置選三擇應(yīng)力三求做三到布三置緊三湊合三理、三水流三順暢三、運三行靈三活可三靠、三結(jié)構(gòu)三安全三經(jīng)濟三。2、布三置方三式如圖7.三17（三三）壓三力前三池各三組成三部分三的尺三寸和三構(gòu)造1、前三室2、進三水室3、壓三力前三池輪三廓尺三寸的三擬定二、三調(diào)壓三室（一三）調(diào)三壓室三工作三原理當水三輪發(fā)三電機三組正三常運三行時三，如三果負三荷突三然變?nèi)?，三或開三機、三停機三，引三水系三統(tǒng)的三壓力三管道三的水三流會三產(chǎn)生三非恒三定流三現(xiàn)象三，一三般稱三為水三錘。調(diào)壓三室是三一種三具有三自由三水面三和一三定體三積的三井式三結(jié)構(gòu)三物，三底部三與壓三力引三水道三連接三，以三破壞三壓力三引水三道的三封閉三性，三如同三水庫三一樣三能反三射水三錘波三，從三而減三小水三錘壓三強。（二三）調(diào)三壓室三的作三用、三要求三及設(shè)三置調(diào)三壓室三的條三件1、調(diào)三壓室三的作三用調(diào)壓三室指三在較三長的三壓力三引水三（尾三水）三道與三壓力三管道三之間三修建三的，三用以三降低三壓力三管道三的水三錘壓三力和三改善三機組三運行三條件三的水三電站三建筑三物。調(diào)壓三室的三作用三：1）反三射水三錘波三。2）縮三短壓三力管三道的三長度三。3）改三善機三組在三負荷三變化三時的三運行三條件三及系三統(tǒng)供三電質(zhì)三量。2、對三調(diào)壓三室的三基本三要求（1）位三置應(yīng)三盡量三靠近三廠房三，以三縮短三壓力三管道三的長三度。（2）能三較充三分地三反射三壓力三管道三傳來三的水三錘波三。（3）調(diào)三壓室三的工三作必三須是三穩(wěn)定三的。（4）正三常運三行時三，水三頭損三失要三小。（5）工三程安三全可三靠，三施工三簡單三方便三，造三價經(jīng)三濟合三理。（三三）調(diào)三壓室三的基三本類三型1、調(diào)三壓室三的基三本布三置方三式（1）上三游調(diào)三壓室三（引三水調(diào)三壓室三）。（2）下三游調(diào)三壓室三（尾三水調(diào)三壓室三）。（3）上三下游三雙調(diào)三壓室三系統(tǒng)三。（4）上三游雙三調(diào)壓三室系三統(tǒng)。2、調(diào)三壓室三的基三本結(jié)三構(gòu)型三式（1）簡三單式三調(diào)壓三室。三（2）阻三抗式三調(diào)壓三室。（3）雙三室式三調(diào)壓三室。三（4）溢三流式三調(diào)壓三室。（5）差三動式三調(diào)壓三室。三（6）氣三墊式三調(diào)壓三室。（7）綜三合式三調(diào)壓三室。（四三）影三響調(diào)三壓室三波動三穩(wěn)定三的因三素1、電三站水三頭的三影響2、引三水系三統(tǒng)糙三率的三影響3、調(diào)三速器三和機三組性三能的三影響4、電三力系三統(tǒng)的三影響（五三）調(diào)三壓室三穩(wěn)定三斷面三的推三導(dǎo)（三略）第四三節(jié)三壓力三管道一、三概述（一三）壓三力管三道壓力三管道三是指三從水三庫、三前池三或調(diào)三壓室三向水三輪機三輸送三水量三的管三道。（二三）壓三力管三道的三類型1、鋼三管2、鋼三筋混三凝土三管3、鋼三襯砌三鋼筋三混凝三土管二、三壓力三管道三的布三置和三供水三方式（一三）壓三力管三道的三布置（1）盡三可能三選擇三短而三直的三路線三。（2）盡三量選三擇良三好的三地質(zhì)三條件三。（3）盡三量減三少管三道的三起伏三波折三。（4）避三開可三能發(fā)三生山三崩或三滑坡三地區(qū)三。（5）明三鋼管三的首三部應(yīng)三設(shè)事三故閘三門。（二三）壓三力管三道的三供水三方式1、單三元供三水2、集三中供三水3、分三組供三水三、三壓力三管道三的水三力計三算和三經(jīng)濟三直徑三的確三定四、三鋼管三的管三壁厚三度五、三明鋼三管的三敷設(shè)三方式三、鎮(zhèn)三墩、三支墩三和附三屬設(shè)三備（一三）明三鋼管三的敷三設(shè)方三式有連三續(xù)式三和分三段式三兩種三。（二三）明三鋼管三的支三墩和三鎮(zhèn)墩（三三）明三鋼管三上的三閘、三閥門三和附三件六、三地下三埋管（一三）地三下埋三管的三布置三形式地下三埋管三有豎三井、三斜井三和平三洞三三種。（二三）地三下埋三管的三結(jié)構(gòu)三和構(gòu)三造七、三下壩三身管三道（一三）壩三內(nèi)埋三管（二三）壩三后背三管第五三節(jié)三渡槽一、三渡槽三的作三用及三組成渡槽三是渠三道跨三越河三、溝三、渠三、路三或洼三地的三明流三架空三渠系三交叉三建筑三物，三它由三進口三連接三段、三槽身三、結(jié)三構(gòu)支三承與三出口三連接三段組三成。渡槽三一般三適用三于河三、渠三相對三高差三較大三，河三道岸三坡較三陡，三洪水三流量三較大三的情三況。三它與三倒虹三吸管三相比三較具三有水三頭損三失小三、便三于管三理運三用及三可通三航等三優(yōu)點三，是三渠系三交叉三建筑三物中三采用三最多三的一三種型三式。二、三渡槽三的型三式及三組成1、渡三槽的三類型按槽三身斷三面形三式分三為U形槽三、矩三形槽三、拋三物線三形槽三及圓三管槽三等。按支三承結(jié)三構(gòu)分三為梁三式渡三槽、三拱式三渡槽三、桁三架式三渡槽三、斜三拉式三渡槽三、組三合式三渡槽三等。2、渡三槽的三組成渡槽三一般三由進三口段三、出三口段三、槽三身及三支承三結(jié)構(gòu)三等部三分組三成。三、三渡槽三的總?cè)w布三置（一三）槽三址選三擇（1）應(yīng)三選擇三在地三形、三地質(zhì)三條件三有利三的地三方。（2）跨三越河三流的三渡槽三，槽三址應(yīng)三穩(wěn)定三，水三流順三直。（3）便三于泄三水閘三等建三筑物三的布三置。（4）施三工、三管理三及應(yīng)三用方三便。（二三）進三出口三段的三布置（1）與三渠道三直線三連接三。（2）設(shè)三置漸三變段三。（3）設(shè)三置護三底與三護坡三。四、三渡槽三的水三力計三算要三點渡槽三水力三計算三的目三的，三是確三定渡三槽過三水斷三面形三狀和三尺寸三、槽三底縱三坡、三進出三口高三程，三校核三水頭三損失三是否三滿足三渠系三規(guī)劃三要求三。五、三梁式三渡槽三設(shè)計（一三）槽三身斷三面型三式選三擇一般三大流三量渡三槽，三多采三用矩三形斷三面；三中小三流量三可采三用矩三形，三也可三采用U形斷三面。（二三）梁三式渡三槽一三般構(gòu)三造（1）分三縫（2）止三水（3）支三座（三三）槽三身結(jié)三構(gòu)計三算（三略）（四三）梁三式渡三槽支三承結(jié)三構(gòu)設(shè)三計1、支三承結(jié)三構(gòu)的三型式三及尺三寸（1）槽三墩式三。一三般為三重力三式，三包括三實體三墩和三空心三墩兩三種型三式。（2）排三架式三。一三般為三鋼筋三混凝三土結(jié)三構(gòu)，三主要三有單三排架三、雙三排架三、A字形三排架三及組三合式三排架三等型三式。2、排三架與三基礎(chǔ)三的連三接排架三與基三礎(chǔ)的三連接三型式三，通三常有三固接三和鉸三接。（五三）渡三槽基三礎(chǔ)渡槽三基礎(chǔ)三，是三將渡三槽的三全部三重量三傳給三地基三的底三部結(jié)三構(gòu)。渡槽三基礎(chǔ)三的類三型較三多，三按照三埋管三深度三可分三為淺三基礎(chǔ)三和深三基礎(chǔ)三，埋三置深三度小三于5m時為三淺基三礎(chǔ)，三大于5m的為三深基三礎(chǔ)；三按照三結(jié)構(gòu)三型式三可分三為剛?cè)曰A(chǔ)、三整體三板式三基礎(chǔ)三（亦三稱柔三性基三礎(chǔ)）三、鉆三孔樁三基礎(chǔ)三和沉三井基三礎(chǔ)等三。第六三節(jié)三倒虹三吸管一、三倒虹三吸管三的特三點和三使用三條件倒虹三吸管三屬于三渠系三交叉三建筑三物，三是指三設(shè)置三在渠三道與三河流三、山三溝、三谷地三、道三路等三相交三叉處三的壓三力管三道。三其特三點是三兩端三與渠三道相三接，三而中三間向三下彎三曲。三與渡三槽相三比，三具有三結(jié)構(gòu)三簡單三、造三價較三低、三施工三方便三等優(yōu)三點。三但是三，輸三水時三水頭三損失三較大三，運三行管三理不三如渡三槽方三便。適用三情況三：①三渠道三跨越三寬深三河谷三，采三用其三它方三案困三難或三造價三較高三時；三②渠三道與三原有三渠、三路相三交，三因高三差較三小不三能修三建渡三槽、三涵洞三時；三③修三建填三方渠三道，三影響三原有三河道三泄流三時；三④修三建渡三槽，三影響三原有三交通三時。二、三倒虹三吸管三的組三成和三類型倒虹三吸管三一般三分為三進口三段、三管身三段和三出口三段三三部分三。倒虹三吸管三的類三型根三據(jù)管三路埋三設(shè)情三況及三高差三的大三小，三通常三可分三為豎三井式三、斜三管式三、曲三線式三和橋三式四三種類三型。三、三倒虹三吸管三的布三置要三求（1）管三身長三度最三短。（2）岸三坡穩(wěn)三定性三好。（3）開三挖工三程量三少。（4）進三、出三口平三順。（5）管三理運三用方三便。四、三進口三段布三置和三構(gòu)造進口三段主三要由三漸變?nèi)巍⑷M水三口、三攔污三柵、三閘門三、沉三沙池三等部三分組三成。五、三出口三段的三布置三和構(gòu)三造出口三段包三括出三水口三、消三力池三等，三其布三置型三式與三進口三段相三似。六、三管路三布置1、管三身斷三面2、管三身材三料和三壁厚七、三倒虹三吸管三的水三力計三算第七三節(jié)三壩下三涵管一、三概述在土三石壩三水庫三樞紐三中，三主要三泄水三建筑三物應(yīng)三是河三岸溢三洪道三，底三孔的三設(shè)計三流量三一般三不大三。當三由于三兩岸三地質(zhì)三條件三或其三他原三因不三宜開三挖隧三洞時三，可三以采三用壩三下設(shè)三涵管三的方三法來三滿足三泄、三放水三的要三求。壩下三涵管三結(jié)構(gòu)三簡單三、施三工方三便、三造價三較低三，故三在小三型水三庫工三程中三應(yīng)用三較多三。但三其最三大的三缺點三是：三如設(shè)三計施三工或三運用三管理三不當三，極三易影三響土三石壩三的安三全。二、三涵管三的類三型和三位置三選擇（一三）壩三下涵三管的三類型涵管三按其三過流三形態(tài)三可分三為無三壓涵三管、三有壓三涵管三、半三有壓三涵管三。其三管身三斷面三形式三有圓三形、三圓拱三直墻三形、三箱形三等。（二三）涵三管的三位置三選擇（1）地三質(zhì)條三件。（2）地三形條三件。（3）運三用要三求。（4）管三線宜三直。三、三涵管三的布三置和三構(gòu)造（一三）涵三管的三進口三形式（1）分三級斜三臥管三式。（2）斜三拉閘三門式三。（3）塔三式和三井式三進水三口。（二三）管三身布三置與三構(gòu)造（1）管三座。（2）伸三縮縫三。（3）截三滲環(huán)三。（三三）涵三管的三出口三布置壩下三涵管三通常三流量三不大三，水三頭較三低，三多采三用底三流式三消能三。第八三節(jié)三涵洞一、三涵洞三的作三用和三組成涵洞三是指三渠道三與道三路、三溪溝三、谷三地等三進行三交叉三時，三為了三輸送三渠道三水流三或排三