1、XXXX畢業設計說明書畢業設計說明書題 目: 吉達水電站壓力前池設計 完 成 時 間: 2012年5月27日 目錄目錄I摘 要1Abstract21 前 言32 設計基本資料42.1 工程概況42.2水文42.2.1流域概況及氣象特征42.2.2水文基本資料52.2.3徑流52.2.4設計洪水62.2.5分期設計洪水62.2.6 泥沙72.3地質72.3.1緒言72.3.2.壩址工程地質條件72.3.3.上壩線工程地質條件72.3.4.下壩線工程地質條件82.3.5.上、下壩線比較及選擇82.3.6.沉沙池工程地質條件82.3.7.隧洞地質條件82.3.8.前池工程地質條件92.3.9.壓力管

2、道工程地質條件92.3.10.廠房工程地質條件92.4天然建筑材料92.5工程任務和規模103 無壓隧洞113.1無壓隧洞斷面尺寸的確定113.2洞身襯砌構造124 壓力管道134.1設計基本資料134.2管道直徑的確定134.3壓力鋼管的定線和選型144.4壓力管道厚度的計算144.5壓力鋼管的水力計算154.5.1沿程水頭損失154.5.2 局部水頭損失164.6水錘計算174.6.1鋼管中水錘波傳播的速度174.6.2水錘波在鋼管中傳播一次所需的時間174.6.3水錘壓力的計算175 壓力前池195.1壓力前池的作用195.2壓力前池的組成建筑物195.3壓力前池的位置選擇與布置205.

3、3.1位置選擇205.3.2布置方式215.4壓力前池設計基本資料225.5側堰布置及水力計算225.5.1側堰堰頂高程的確定225.5.2側堰堰頂長度、堰上平均水頭的確定235.6壓力前池各部分平面尺寸的擬定235.7 壓力前池特征水位的擬定245.7.1 進水室入口處的水深245.7.2前池正常水位Z正常245.7.3 前池最高水位Z最高245.7.4 前池最低水位Z最低255.8 壓力前池各部位高程的擬定265.8.1 進水室淹沒深度S的確定265.8.2 進水室底板高程的確定265.8.3 壓力前池圍墻頂部高程的確定265.9排沙孔的設計275.10構造設計275.11攔污柵的設計28

4、5.11.1 攔污柵的形式及構造285.11.2柵面結構285.11.3柵欄整體穩定性驗算305.12壓力前池結構計算305.12.1荷載計算315.12.2抗滑穩定安全系數K計算316 平面鋼閘門的設計326.1設計資料326.2閘門結構的型式及布置326.2.1 閘門尺寸的確定326.2.2主梁的形式326.2.3 主梁的布置326.2.4 梁格的布置和形式336.2.5 連接系的布置和形式346.2.6 邊梁和行走支承346.3面板設計346.3.1 估算面板厚度：356.3.2面板與梁格的連接計算356.4主梁設計366.4.1設計資料366.4.2截面選擇366.4.3 截面改變38

5、6.4.4 翼緣焊縫406.5邊梁設計406.5.1荷載和內力計算416.5.2 邊梁的強度計算416.6行走支承設計426.7通氣孔437 結 論44總結與體會45謝 辭46參考文獻4746 摘 要 壓力前池是水利樞紐中的一個很重要的部分，主要起平穩水壓和、衡水量和均勻水流的作用。它前接無壓隧洞，后連壓力管道，是水流從無壓狀態變為有壓狀態的轉換器。本設計首先對無壓隧洞和壓力管道進行了設計，其中，無壓隧洞主要確定了其斷面尺寸，壓力管道重點對其直徑及水錘壓力進行了計算。然后再設計壓力前池，其中重點設計了它的尺寸，高程以及各個水位的確定，對排沙孔、攔污柵等壓力前池的重要組成部分進行了詳細的設計，然

6、后對其進行抗滑穩定性驗算，最后對平面鋼閘門進行了設計。關鍵詞：無壓隧洞、壓力管道、壓力前池、攔污柵、抗滑穩定性驗算AbstractPressure former pool is a very important role in multipurpose hydraulic project. It mainly be used to keep the balance of water pressure , water yield and the flow well-distributed. In front of Pressure former is non-pressure tunnel, a

7、nd behind it is pressure pipeline. Meanwhile, it can be regarded as a charger which is used to make the non-pressure water get stressed. First of this design involved the non-pressure tunnel and the pressure pipeline, in the design of non-pressure tunnel, I established its size. And in the design of

8、 pressure pipeline ，I mainly calculated its diameter and surge pressure. Then designed the pressure former pool. I importantly determined its size, altitude and confirm each the water level. I Carefully designed every important part of the pressure former pool such as sediment bore ,trash rack. etc.

9、 Finally checked the stability against sliding. In the last I designed the plain gate.Keywords：non-pressure tunnel；Pressure pipe；Pressure former pool；trash rack；Calculating anti-sliding stability1 前 言近年來，我國水利水電行業發展迅速，國家也給予了大力的支持，在建和籌建了很多大的水電站，例如金沙江流域的四大電站。壓力前池作為水電站的一個重要組成部分，它保證了水壓的平穩以及水量的平衡，對分配流量起到了

10、重要的作用。此外壓力前池還具有清除水中污物、泥沙、浮冰等的作用，對水流具有良好的凈化作用，減輕了水輪機的磨蝕。本設計選取吉達水電站的基本資料為依據，首先對無壓隧洞進行設計，主要是確定其尺寸及襯砌形式。然后對壓力鋼管的進行了直徑計算、管壁厚度的計算、水力計算和水錘的計算，保證鋼管滿足設計要求。基于無壓隧洞和壓力鋼管得出的數據，按照規范對壓力前池的基本尺寸，正常水位和最低、高水位進行了確定，對其重要的細部結構排沙孔、攔污柵、鋼閘門進行了詳細的設計。最后對前池的抗滑穩定性進行了計算，以保證它能夠滿足工程所需的抗滑穩定性要求。2 設計基本資料2.1 工程概況吉達電站位于樂山市馬邊彝族自治縣白家灣鄉暴風

11、坪村境內，屬馬邊河右岸支流高卓營河下游左岸哈羅羅依打河階梯開發的最上游一級電站，電站裝機容量為4×41.7MW。取水樞紐位于哈羅羅依打河支流郭色拉打河1323.50m處，引水隧洞沿左岸布置長2534m，長區位于郭色拉打河與戈皆拉打河匯合口右岸灘地，距色拉電站取水口150m。本電站所處流域內植被良好，森林覆蓋率達80%，河流流量穩定，水量豐沛，河床坡度大，特別是本電站開發河段坡降達80%左右，加之電站廠房樞紐下游500m左右即有公路通往馬邊縣城，下游色拉電站、稀泥溝電站等已發電上網，故吉達電站對外交通方便，電站施工用電、上網條件成熟，已具備開發條件。吉達電站為徑流式電站，取水口位于哈羅

12、羅依達河上游郭色拉打河1323.50m處，采用底欄柵壩取水，引水道沿左岸布置，為全隧洞。壓力前池布置于郭色拉打河及戈皆拉打河匯合處山脊，為半洞內式前池，管道順山脊而下跨郭色拉打河至右岸主廠房。電站設計引用流量為17.3×4 m3/s，設計水頭255m，裝機容量4×41.7MW，年平均發電量26368萬km·h，年利用小時6140h，保證出力14.3MW。工程建設總工期15個月，工程靜態總投資2636.15萬元，總投資2722.10萬元，靜態單位千瓦投資5272元/kw，單位千瓦投資5444元/ kw，靜態單位電能投資0.859元/kw·h，單位電能投資0

13、.887元/kw·h，貸款償還年限8年，財務內部收益率16.5%(稅后)，經濟內部收益率15.5%，財務凈現值685萬元（稅后）。2.2水文2.2.1流域概況及氣象特征哈羅羅依打河系馬邊河上游高竹營河左岸支流，發源于大風頂東麓，于白家灣附近匯入高竹營河。流域集水面積120.4平方千米，河道全長21.9m，河流平均比降72。哈羅羅依打河流域多年平均降雨量在1600-1700mm，因而河流水量十分充沛。多年平均溫度16.9，歷年最高氣溫37.5（1972年8月31日），最低氣溫4（1977年1月30日），多年平均日照時數963hr，多年相對濕度80%，多年平均風速5.0m/s，歷年最大風

14、速17.3m/s。2.2.2水文基本資料哈羅羅依打河無完整的實測水文資料，距設計流域35km處的下游馬邊河干流上游馬邊水文站，系國家設立的水文基本觀測站，有19571993年共36年實測水文資料，具有測驗精確度，成果可靠的特點，可作本次設計分析之用。選取馬邊河馬邊站為吉達電站的設計依據站，4月到次年3月為水文時段進行相應水文分析計算。2.2.3徑流哈羅羅依打河的徑流主要來源于降水、高山融雪，屬雨雪混合補流型。水文年度劃分為4月至次年3月。對設計依據站馬邊站19571993年共計36年（水文年）的年平均流量及枯期12次年3月平均流量系列進行頻率分析計算，并用P型曲線適線，求的馬邊站年和枯期徑流特

15、征值及指定頻率值如下表21。 表2-1：馬邊站徑流計算成果表項目時段徑流特征值Qp (m3/s)Q（m3/s）CvCsP=10%P=50%P=90% 年（水文年）78.90.122 Cv91.478.667.1 枯期（12次年3月）33.30.132 Cv39.033.127.9 吉達水電站取水口控制集水面積39.3 km2，按水文比擬法將馬邊站計算結果移用于本電站取水口處。吉達電站取水口徑流計算結果如下表2-2。表2-2：吉達電站徑流成果表名稱面積 （km2）QoCvCsQp(m3/s)10%50%90%吉 吉達壩址39.31.900.122 Cv2.191.891.612.2.4設計洪水由

16、于流域內無實測洪水資料，本次設計采用推理公式法計算設計洪水。成果如下： 干流壩址：Q3.33%=467 m3/s，Q0.5%=657 m3/s， 廠址合計：Q3.3%=914 m3/s ，Q2%=1010 m3/s 。其中：（1）支流戈皆拉打河Q3.3%=313 m3/s ，Q2%=346 m3/s； （2）干流郭色拉打河Q3.3%=601 m3/s ，Q2%=666 m3/s2.2.5分期設計洪水 吉達電站分期洪水成果如下表2-3 表2-3：吉達電站分期設計洪峰流量成果表時段設計斷面設計流量（m3/s）5%10%20%1 11月壩址17.714.5 廠址 支流戈皆拉打河11.09.01 主流

17、郭色拉打河20.817.01 12月壩址3.803.46廠 廠址 支流戈皆拉打河2.372.15 主流郭色拉打河4.464.06 1月壩址2.262.11 廠址 支流戈皆拉打河1.411.31 主流郭色拉打河2.652.482 2月壩址4.864.18 廠址 支流戈皆拉打河3.032.60 主流郭色拉打河5.714.913 3月壩址10.48.34 廠址 支流戈皆拉打河6.465.19 主流郭色拉打河12.29.794 4月壩址25.520.3 廠址 支流戈皆拉打河15.912.7 主流郭色拉打河29.923.92.2.6 泥沙設計流域內無實測泥沙資料，查四川省水文手冊，計算的本電站壩址多年平

18、均懸移輸沙量為1.96萬t，按20%的選推比計算得壩址多年平均推移質熟沙量0.39萬t，則吉達電站壩址多年平均輸沙量為2.35萬t。2.3地質2.3.1緒言吉達電站位于馬邊縣白家灣鄉暴風坪鄉境內，距馬邊縣城28km，有馬邊暴風坪公路相通，交通條件較為有利。該電站為哈羅羅依打河的第一級電站。可行性階段選取上、下壩址作方案比較，經認真比較后確認上壩址為最優壩址方案。其可行性審查得到確認。可行性階段審查結論認為，應加深工程地質測繪工作，本階段經地質人員認真仔細的工作，已基本查明工程區工程地質問題。對廠房施工作鉆探，以查明廠房地基情況，為電站修建提供了有力保證。2.3.2.壩址工程地質條件經可行性階段

19、論證，選頂上壩址開發方案，壩址區河流大致由西向東流，向左岸呈弓型河道，河谷兩岸呈“V”型，右、左岸地形坡度50-55°，兩岸基巖裸露，邊坡下部坡度較緩。河谷寬23-28 m，河床中堆積大量白云巖，灰巖，孤石，呈渾圓狀，直徑可達1-3m不等。壩區出露地層為第四系全新統沖洪積（Q4apl），第四系全新統崩坡積(Q4col+dl),以及寒武系下統邛竹寺組第三段組成。2.3.3.上壩線工程地質條件上壩線河床寬20m，河谷寬30m，河床高程1334m左右，地形呈對稱的“V”型谷。上部是稍密實狀，2m以下為中密密實狀，深1012m，壩基可放入中密密實狀的孔石、軟石層之上。左岸邊坡坡度5055&#

20、176;，邊坡為巖質邊坡，基巖裸露，巖層為寒竹寺組第二段，巖性為白云石、灰巖，中后層狀。河床中沖洪積漂石、卵石夾中粗砂層，上部2m為稍密實狀，以下為中密密實狀。建議壩基放入中密密實狀漂石、卵石夾中粗砂層之上，地基壓力能滿足修建低欄柵壩要求。2.3.4.下壩線工程地質條件位于上壩線下游63m，河床高程1323.5m左右，地形呈對稱 “V”型谷，河床中為沖洪積沉淀的漂石、卵石夾粗砂層，2m以上為稍密實狀，下部為中密密實狀，厚1012m，下伏基巖為寒武系下統邛竹寺組第三段。左岸邊邊坡坡度55°左右，邊坡為巖質邊坡，巖層為寒武系下統邛竹寺組第三段，巖性為白云石、灰巖。壩基可放入中密密實狀漂石

21、、卵石夾粗砂層之上，地基應為能滿足低欄柵壩要求。2.3.5.上、下壩線比較及選擇上、下壩線工程地質條件具相似性，河床及左右岸邊坡地質條件相同，無明顯優劣之分。都具有修建低欄柵壩的工程地質條件。建議結合水工建筑物優選壩線。2.3.6.沉沙池工程地質條件沉池建于壩上游30m的左岸邊，地面高程1325-1333m，沉沙池底板高程1319.13m，沉沙池段為崩坡積堆積塊碎石夾壓粘土，下部為漂石，卵石夾砂層，稍密實狀下伏基石為寒武系下統邛竹寺組第三段，巖性為灰-深灰色白云巖，灰巖，是中厚層狀，裂隙不發育。2.3.7.隧洞地質條件沉沙池后接引水隧洞，引水隧洞為無壓式，長2534m，洞徑1.5m，隧洞出口處

22、邊坡坡度40度， 地層為寒武系下統邛竹寺組第三段，白云巖，灰巖。滄浪鋪組第一段砂巖，粉的砂巖，第三段，白云巖，灰巖夾砂巖。以，類圍巖為主，其中類占77%，類占23%，引水隧洞成洞地質條件較好。2.3.8.前池工程地質條件隧洞末端為前池，前池段地面坡度40度，為洞內式前池方案，圍巖為寒武系下統竹寺組第三段巖層（t193），巖性為白云巖，灰巖，呈灰深灰色，中厚層狀，圍巖類別為級。2.3.9.壓力管道工程地質條件 前池處接壓力管道，管道順山坡至坡底，跨哈羅羅依打河進入廠房，由坡坡度上端40度，中段45度，下段40度，管道全長526m。邊坡上段為基巖直接出露，中下段邊坡上具少量崩坡積堆積，厚度12米。

23、基巖為寒武系下統邛竹寺組第三段，第二段，第一段及寒武系下統麥地寺組。巖性依次為灰深灰色中厚層狀白云巖，灰巖，灰色薄中厚層狀粉細砂狀，泥質粉砂巖，灰深黑色含磷白云巖，白云質灰巖，灰巖等組成。巖石質硬，裂隙較發育，鎮支墩均能放入基巖之上，地基承載能力能滿足設計要求。巖層走向與管道方向交角45度，巖層產狀215度 26度，邊坡為反向邊坡，邊坡穩定性好。施工中應注意部分危巖對壓力管道的影響。2.3.10.廠房工程地質條件根據可行性論證及批文，確認右岸廠房方案為最優方案，位于哈羅羅依打河上游主流郭色拉打河的右岸一級階地之上，該階地寬60米，長約150米，面積約9000 m2，地形較平坦，利于廠房布置。本

24、階段施工挖坑3個，據深坑揭示，階臺沉積物具有明顯二元結構，上部為卵石夾砂層，結構松散狀。下部為漂石，卵石夾砂層，漂石卵石含量7585%，結構稍密結構中實密狀。該層頂向最底高程1053米左右，地基承載力可再28噸/ m2以上。下伏基巖為震旦系上統燈影組（）巖為灰深灰白色白云巖，白云質灰巖。中厚層狀，埋深1015米，埋深較大。廠房基礎可放入稍密中密實狀浮石，卵石夾砂層之上，該地基能滿足廠房的應力要求。作廠基是可行的。2.4天然建筑材料工程區位于馬邊河流域上游地段，天然建筑材料缺乏。在馬邊縣官帽州河段有分布。其質量，儲量均能滿足設計要求，距工程區28公里，有現成公路相通，運輸方便。2.5工程任務和規

25、模 吉達電站建成后將并入馬邊縣地方電網，主要供電范圍為大院子區及附近區域的生產、生活用電，余電送至縣電網向全縣范圍供電。受地形條件限制，吉達電站無調節庫容，為徑流式電站，經動能經濟比較，電站裝機容量為4×41.7MW。電站取水口正常水位1324.615m，正常尾水位1049.95m，電站設計引用流量17.3×4 m3/s，設計水頭255m。保證出力14.3MW，多年平均發電量26368萬kw·h。3 無壓隧洞3.1無壓隧洞斷面尺寸的確定引水隧洞設計時應避免交替出現無壓和有壓的水流狀態。無壓隧洞的斷面形狀常采用方圓形、馬蹄形和高拱形。無壓隧洞水面以上的空間一般不小于

26、隧洞斷面面積的15%，頂部的高度不小于0.4m。從施工需要考慮，各種斷面形狀的斷面寬度不小于1.5m，高度不小于1.8m。為防止隧洞漏水和減少洞壁糙率并防止巖石風化，無壓隧洞大都采用全部或部分襯砌。因為方圓形隧洞斷面比較適宜、受力條件好、結構簡單、施工方便，所以本工程采用方圓形隧洞。由基本資料得電站設計引用流量為69.2m3/s，比降i=3/10000,糙率n=0.014，根據設計需要擬考慮,取K=0.25。 =3.89m由h0=mr有：3.2洞身襯砌構造 因為隧洞長度為2534m，比較長，隧洞寬度為7.9m，高4.6m，結合實際情況，本工程采用分段澆筑分段長度為15m，襯砌在橫斷面上進行分塊

27、澆筑，襯砌橫斷面上的澆筑順序為先底板，后邊墻，最后頂拱。 對于底板的澆筑，不用表面模板，只立端部擋板，混凝土澆筑后用型板將混凝土表面刮成弧形即可。 對于邊墻和頂拱，用桁架或鋼模臺車進行澆筑。 隧洞襯砌采用二級配混凝土，混凝土采用斗車或軌式混凝土攪拌運輸車，由電瓶車牽引運至澆筑部位。 地層為寒武系下統邛竹寺組第三段，白云巖，灰巖。滄浪鋪組第一段砂巖，粉的砂巖，第三段，白云巖，灰巖夾砂巖。以，類圍巖為主，其中類占77%，類占23%，引水隧洞成洞地質條件較好。所以隧洞只需進行普通的構造配筋及進行簡單的支護即可。 4 壓力管道4.1設計基本資料前池處接壓力管道，管道順山坡至坡底，跨哈羅羅依打河進入廠房

28、，由坡坡度上端40度，中段45度，下段40度，管道全長526m，主管長度504m，設計水頭255m，最大水頭267.55m。邊坡上段為基巖直接出露，中下段邊坡上具少量崩坡積堆積，厚度12米。基巖為寒武系下統邛竹寺組第三段，第二段，第一段及寒武系下統麥地寺組。巖性依次為灰深灰色中厚層狀白云巖，灰巖，灰色薄中厚層狀粉細砂狀，泥質粉砂巖，灰深黑色含磷白云巖，白云質灰巖，灰巖等組成。巖石質硬，裂隙較發育，鎮支墩均能放入基巖之上，地基承載能力能滿足設計要求。巖層走向與管道方向交角45度，巖層產狀215度 26度，邊坡為反向邊坡，邊坡穩定性好。施工中應注意部分危巖對壓力管道的影響。4.2管道直徑的確定為輸

29、送既定的發電流量，壓力管道可以選擇不同的直徑。直徑愈小，管道用材愈少、造價愈低，但管中流速愈大，水頭損失和電能損失愈大；反之，直徑愈大，管道用材愈多、造價愈大，但電能損失愈小，因此，壓力管道直徑需進行經濟比較確定。影響經濟直徑的因素很多，但除動能經濟因素外，還有水輪機調節、泥沙磨蝕、材料設備及施工等因素，至今沒有規范認可的通用公式，通常先參考已建工程參數選擇相近的幾種直徑，再進行技術經濟比較，選定最優直徑。對不重要的工程或缺乏可靠的技術經濟資料時，可采用以下方法確定管道直徑。（1） 經濟流速選擇直徑： 式中 經濟流速，明鋼管為46m/s，本工程取5.6m/s 設計流量，本工程的設計流量為34.

30、6m3/s（2） 經驗公式：（3） 彭德舒公式： 式中 Qmax壓力管道的最大流量，本工程為34.6m3 Hp設計水頭，本工程為255m綜合考慮，本工程壓力管道的直徑取2.8m。4.3壓力鋼管的定線和選型 根據工程地質條件，以及施工方便，本工程采用明鋼管敷設在一系列的支墩上，地面高出地面1m，這樣使管道受力明確，管身離開地面也易于維護和檢修。明鋼管做成分段式，分成3段，每段長度均為168m，在每段轉彎處設置鎮墩，在兩鎮墩之間設伸縮節，伸縮節布置在管段的上端，靠近上鎮墩處。 壓力管道選擇短而直的路線，這樣可以縮短管道的長度，降低造價，減小水頭損失，而且可以降低水錘壓力，改善機組的運行條件。因巖石

31、堅硬，鎮墩能夠直接放在基巖上，地基承載力滿足設計要求。在施工過程中應避開可能發生山崩或滑坡地區，明管應盡可能沿山脊布置，避免布置在山水集中的山谷之中，若明鋼管之上有墜石或可能崩塌的峭壁，則應事先清除。應盡量減少管道的起伏波折，避免出現反坡，以利于管道排空。4.4壓力管道厚度的計算在進行鋼管應力分析時，需先設定鋼管管壁厚度。可以按鋼管承受設計內水壓力的條件估算壁厚。為此，可取出單位長度充滿內水壓力的鋼管，沿直徑的水平切開，移去上半部，取內水壓力與管壁環向拉力相平衡。根據力的平衡條件 得： 因此 T=1/2PD 管壁環向拉應力 式中 P內水壓力 r鋼管半徑 管壁厚度根據鋼管應力小于材料允許應力的條

32、件 移項得 考慮焊縫的強度降低，允許應力應乘小于1的焊縫系數。可按規范取為0.90.95，根據焊接技術和檢驗方法而定，由于僅考慮內水壓力，按上式計算時，允許應力一般要降低15%25%。因此管壁厚度考慮到銹蝕、磨損及鋼板厚度誤差，管壁應至少比計算值增加2mm。此外還需考慮制造工藝和安裝、運輸等要求，保證必需的剛度。管壁最小厚度不宜小于D/800+4mm，也不宜小于6mm。綜上所述，管壁厚度取為25cm。4.5壓力鋼管的水力計算 水力計算主要是為了確定管道的水頭損失，水頭損失主要是局部水頭損失和沿程水頭損失。4.5.1沿程水頭損失管道中水頭損失和水流流態有關，水電站壓力管道中水流的雷諾數Re一般超

33、過3400，因而水流處于紊流狀態，沿程水頭損失可用曼寧公式進行計算。平均流速 在常溫下運動粘度，則因Re2320，故管中水流為紊流。查表得大口徑鋼管，縱縫焊接，橫縫鉚接，ks=1.8mm，于是相對粗糙度為由及，查圖得0.0175水力坡度4.5.2 局部水頭損失 因為壓力管道的直徑沒有改變，只是分段連接處有折角，這會帶來局部水頭損失。根據局部水頭損失公式其中，代入數據得局部水頭損失為4.6水錘計算4.6.1鋼管中水錘波傳播的速度 式中 1425聲波在水中的傳播速度，m/s 水的彈性模量， E管壁的彈性模量， D壓力管道的內徑，D=2800mm 管壁厚度，4.6.2水錘波在鋼管中傳播一次所需的時間

34、式中 L為壓力鋼管的總長度，m 為水錘波傳播的速度，m/s根據水輪機的型號，可以查得閥門全關的時間，水輪機型號為HL100LJ210為混流式水輪機，本工程取閥門全關的時間為15s。因為Ts2L/a，即閥門完成開啟或關閉動作之前，反射波到達了閥門，因此該水錘波為間接水錘。4.6.3水錘壓力的計算進行水錘計算，關鍵是求出最大值。假設本工程閥門度依直線變化。假設當閥門由全開狀態（）到全關閉狀態（）管道特性系數 其中壓力管道的長度為526m，資料中已給出。因為，一般發生末相水錘。由水錘壓力的近似公式可得：極限水錘值為綜合可得：水錘壓力為0.08.5 壓力前池5.1壓力前池的作用   

35、;  (1) 平穩水壓、平衡水量。當機組負荷發生變化時，引用流量的改變使渠道中的水位產生波動，由于前池有較大的容積，就可減少渠道水位波動的振幅，穩定發電水頭；另外還可起到暫時補充不足水量和容納多余水量的作用，適應水輪機流量的改變。     (2) 均勻分配流量。從渠道中引來的水經過壓力前池能夠均勻地分配給各壓力管道，管道進口設有控制閘門。     (3) 渲泄多余水量。當電站停機時，向下游供水。     (4) 再次攔截污物和泥沙。前池設有攔污柵、攔沙、排

36、沙及防凌等設施，防止渠道中漂浮物、冰凌、有害泥沙進入壓力管道，保證水輪機正常運行。5.2壓力前池的組成建筑物圖5-1某水電站壓力前池布置圖(1) 前室(池身及擴散段)。前室是渠末和壓力管道進水室間的連接段，由擴散段和池身組成。擴散段保證水流平順地進入前池，減少水頭損失。池身的寬度和深度受高壓管道進口的數量和尺寸控制，以滿足進水室的要求。(2) 進水室及其設備。指壓力管道進水口前擴大和加深部分，通常采用壓力墻式進水口。進口處設工作閘門和檢修閘門及其控制起吊設備、攔污柵、通氣孔等設施。(3) 溢水建筑物。當水電站以較小的流量工作或停機時，多余的水量由溢水建筑物泄走，防

37、止前池水位漫過堤頂，并保證向下游供水。溢水建筑物一般包括溢流堰、陡槽和消能設施。溢流堰應緊靠前池布置，其型式可分為正堰和側堰兩種，堰頂一般不設閘門，水位超過堰頂，前池內的水就自動溢流。溢流堰底部一般設有消能設施。(4) 放水和沖沙設備。從引水渠道帶來的泥沙將沉積在前室底部，因此在前室的最低處應設沖沙道，并在其末端設有控制閘門，以便定期將泥沙排至下游。沖沙道可布置在前室的一側或在進水室底板下做成廊道。沖沙孔的尺寸一般不小于1m2，廊道的高度不小于0.6m，沖沙流速通常為23m/s。沖沙孔有時兼做前池的放水孔，當前池檢修時用來放空存水。    (5)

38、0;攔冰和排冰設備。排冰道只有在北方嚴寒地區才設置，排冰道的底板應在前池正常水位以下，并用疊梁門進行控制。 5.3壓力前池的位置選擇與布置 5.3.1位置選擇     壓力前池的布置與引水道線路、壓力管道、電站廠房及本身的溢水建筑物等有密切聯系。因此應根據地形、地質和運行條件，結合整個引水系統及廠房布置進行全面和綜合的考慮。     (1) 前池的整體布置應使水流平順、水頭損失最少，以提高水電站的出力和電能。布置能使渠道中心線與前池中心線平行或接近平行。前室斷面逐漸擴大，平面擴散角=10°15°。

39、0;   (2) 前池應盡可能靠近廠房，以縮短壓力管道的長度。前池中水流應均勻地向各條壓力管道供水，使水流平順，無漩渦發生。運行方面應力求清污、維護、管理方便，同時應使泄水與廠房尾水不發生干擾。     (3) 前池應建在天然地基的挖方中，不應設置在填方或不穩定地基上，以防由于山體滑坡和不均勻沉陷導致前池及廠房建筑物的破壞。 5.3.2布置方式1- 渠道；2-壓力前池；  1-引水渠；2-前室；3-進水室；3-壓力水管；4-廠房  4-溢流堰；5-壓力水管圖5-2壓力前池布置圖 圖5-3壓力前池平面布置圖

40、（1）直線布置，見圖5-3（a）。渠道、壓力前池、壓力水管軸線相一致，水流平順水量分配均勻，水頭損失小，但這種方式溢流較困難，挖方量大，只能在地形條件許可或渠道跌水式電站中采用。     （2）直角布置，見圖5-3（c）。渠線與壓力水管軸線成直角，這樣可適應地形條件，使渠線與等高線平行，壓力水管與等高線垂直，減小開挖量，溢流堰可做成正堰，有利于排水、排冰、排污，且泄水道遠離廠房，不影響廠房安全。但此時前池中的水流偏向一側，易形成旋渦，水頭損失大，水量分配不均勻，轉角處易形成死水區，泥沙易淤積，排沙困難。     （3）曲線布置，見圖5

41、-3（b）。渠線與壓力水管軸線成一定角度斜交。這種布置在實際工程中較常見，能適應地形地質條件，水流、開挖、排沙、排水、排冰等條件都介于前面兩者之間。根據地形地質條件及引水渠和壓力管道的布置情況綜合考慮，本工程采用曲線布置方式。5.4壓力前池設計基本資料機組臺數n1=4臺，單機容量N=41700Kw, 引水渠設計引用流量Qp=69.2m3/s 單機引用流量Q設=17.3m3/s，引渠末端渠底高程1=1322.64m，引渠末段渠底寬度b=7.9m，引渠末段渠道邊坡m=1.19，引渠末端渠道設計水深h=3.81m，引渠末端渠道設計流速 v0=2.3m/s，壓力鋼管根數 n2=2根，壓力鋼管內徑D=2

42、.8m，進水室隔墩厚度d=0.5m，進水室攔污柵的允許最大流速v進=0.9m/s，堰頂與過境水流水面的高差h=0.1m，側堰類型正堰的流量系數 m0=0.427。5.5側堰布置及水力計算5.5.1側堰堰頂高程的確定根據水電站引水渠道及前池設計規范第4.5.3條的規定，側堰的堰頂高程應高于設計流量下水電站正常運行時的過境水流水面高程h(0.10.2m)，本工程取h0.1m過境水流水面高程2=渠末渠底高程 + 渠道正常水深 =1322.64+3.81 =1326.45m 側堰堰頂高程3=2 + h =1326.45+0.1 =1326.55m5.5.2側堰堰頂長度、堰上平均水頭的確定根據水電站引水

43、渠道及前池設計規范第A.0.3條，對于設一道側堰的布置，當水電站在設計流量下正常運行，側堰不溢水；當水電站突然甩全部負荷待水流穩定后全部流量從側堰溢出，為控制工況。此時，側堰下游引水渠道流量為零，側堰泄流能力按公式（1）確定。 （1） 流量系數mL宜取（0.90.95）m0，本工程取mL=0.9m0，即mL=0.3843根據水電站引水渠道及前池設計規范第4.5.3條，側堰的堰頂長度，堰上平均水頭，需經計算比較確定。溢流堰長度與溢流堰頂水深有關，溢流水深過大，則單寬流量大，消能工程量大，但溢流水深小，則溢流堰長度就長，影響前池平面布置，所以在計算時兩者應統籌兼顧。根據上述原則，經試算確定堰頂長度

44、和堰上平均水頭。取H堰=0.7m 則L堰=69.45m 取L堰=30m 則H堰=1.35m5.6壓力前池各部分平面尺寸的擬定對于大中型電站進水室長度L進=58m， 本工程取L進=6m單管的進水室寬度b進=1.8D=5.04m 取b進=5.5m單管的進水寬度一般為壓力管道內徑的1.51.8倍，本工程取1.8進水室寬度B進=n2b進+(n2-1)d=11.5m 取B進=11.5m 前池池身寬度B前=1.3B進=15 取B前=15m前池的寬度B為進水室寬度的1.01.5倍，本工程取1.3前池池身長度L前=3.0B前=45m 取L前=45m前池的長度為其寬度的2.53.0倍，本工程取3.05.7 壓力

45、前池特征水位的擬定5.7.1 進水室入口處的水深h進（m）應滿足下列條件： 取：進min=3.5m5.7.2前池正常水位Z正常根據水電站引水渠道及前池設計規范第7.0.4條，應以設計流量下水電站正常運行時的水位作為前池的正常水位。Z正常=渠末渠底高程 + 渠道正常水深 =1322.64+3.81 =1326.45m5.7.3 前池最高水位Z最高根據水電站引水渠道及前池設計規范第7.0.5條，前池和引水渠道內的最高水位，應按照設計流量下正常運行時，水電站突然甩全部負荷時的最高涌波水位確定。根據水電站引水渠道及前池設計規范第D.0.5條，側堰作為控制泄流建筑物，對涌波起到控制作用，即對引水道系統來

46、說，控制工況是：電站甩滿負荷待水流穩定后（涌波已消失），全部流量從側堰側堰溢出時，將恒定流時的堰上水頭乘以1.11.2的系數，把這時的水位定為最高涌波水位。即Z最高=堰頂高程3+1.2H堰 =1326.55+1.2×1.35=1328.17m5.7.4 前池最低水位Z最低根據水電站引水渠道及前池設計規范第7.0.6條，前池最低水位可根據水電站運行要求確定。一般前池最低水位為電站突然增加負荷前前池的起始水位Z0減去突然增荷時的最低涌波hmax。對于非自動調節渠道，起始水位Z0可取溢流堰頂高程3，最低涌波hmax按三臺機組運行突增到四臺機組即發電流量由51.9m3/s突然增加到69.2m

47、3/s時的前池水位降落。引水渠道中產生落波時，波的傳播速度c0和波高h0可按一下兩式聯立求解： 負荷變化前的流量Q0=51.9m3/s負荷變化后的流量Q'=69.2 m3/s下面試算求解波速c0、起始斷面波高h0：假設h0=0.5m波流量Q=17.3B'0=b+2m(h-h0/2) =7.9+2×1.19×（3.81-0.8÷2）=16.02負荷變化前的過水面積W0=Q0/v0 =17.3÷2.3=7.52m2則波速c0=2.16m/s則起始斷面波高h0=0.5mhmax=Kh0=2h0=2×0.5=1.0mZ最低= Z正常 -

48、 hmax =1326.45-1 =1325.45m5.8 壓力前池各部位高程的擬定5.8.1 進水室淹沒深度S的確定根據水電站引水渠道及前池設計規范第6.1.9條規定，水電站進水口上緣淹沒于最低水位以下的深度，應按SD303確定。淹沒深度按戈登公式確定： =0.55×3.84× =3.66m式中：C經驗系數，C=0.550.73，對于對稱進水口，本工程C=0.55d進水口閘門高度，本工程d=3.00mV進水口閘門斷面流速，本工程V=3.84m/s5.8.2 進水室底板高程的確定進水室底板高程=Z最低 -S-d =1325.45-3.66-3 =1318.79m本工程取13

49、18.50m。5.8.3 壓力前池圍墻頂部高程的確定 邊墻頂部高程墻頂=Z最低+ =1325.45+0.8 =1326.25m其中為安全加高，本工程取0.8m5.9排沙孔的設計根據水電站引水渠及前池設計規范SLT205-97第4.1.13條規定, 前池內設排沙設施時,宜采用正面排沙。排沙底孔多布置在進水口底部。故本電站采用正面排沙，排沙底孔布置在進水口底部。每孔進水口底部均設一孔排沙底孔。沙坎高度：h1=2.5m。取排沙底孔頂板厚度：=0.5m，排沙底孔高度：h1=2.5-0.5=2.0m取排沙底孔寛度與底孔高度相同值:        b1=2.0m排沙

50、底孔孔口尺寸：b1×h1= 2.0m×2.0m排沙底孔孔頂高程: 排沙孔孔頂高程=進水室底板高程減去排沙底孔頂板厚度排沙底孔孔頂=1318.50-0.5=1318m排沙底孔孔底板高程:排沙底孔孔底板=排沙底孔孔頂高程減去排沙底孔高度排沙底孔孔底=1318-2=1316m5.10構造設計 壓力前池的前室在水平面上以=30°的擴散角逐漸加寬，直至加寬至進水室的寬度11.5m為止，為減小因擴散角過大而在兩側形成漩渦，在進口端設置分流墩，分流墩的夾角=15°。前室在立面上以1：4的坡度向下延伸直至與排沙孔底板高程排沙底孔孔底=1316m相等為止。 前室兩側設置邊

51、墻，由前面的計算得邊墻的頂部高程為1326.25m，根據流量為69.2m3/s，取邊墻的寬度為1.5m。 進水室上游與前室相接，下游為埋設壓力管道的進口段。進水室的底板高程為1318.5m，因為布置有兩條壓力管道，所以進水室由混凝土隔墩從中間隔開，形成兩個獨立的進水室，隔墩厚度為0.5m，每一進水室都設有攔污柵、檢修閘門、工作閘門、通氣孔、旁通管、工作橋和啟閉設備等。這樣，當一條壓力管道或由此壓力管道供水的機組發生事故或需要檢修時，不致影響其他機組的正常運行。 在進水室頂部設置一排冰道用來排除進入壓力前池的冰凌，其底檻應位于前室正常水位以下，本工程取排冰道的底檻高程為1324.5m。 進水室末端設置壓力墻來擋水，也是壓力管道進口的閘墻，用混凝土澆筑而成，在壓力墻中布置有閘門和通氣孔，其中閘門的尺寸為3×3m，通氣孔的直徑為0.74m。 檢修閘門位于工作閘門之前，攔污柵之后，供檢修工作閘門和進水室堵水之用，一般為疊梁式或平板式閘門，本工程采用平板式閘門。 進水室底板的構造和受力情況與