金泉水库除险加固工程竣工验收程设计书

'金泉水库除险加固工程竣工验收程设计书1工程概况1.1工程建设的必要性按可研或初设报告相关内容编写。工程位置、工程实施前的地貌或工程现状、工程任务（主要技术经济指标）等。1.1.1、地理位置金泉水库位于黔东南州府所在地的凯里市金井村老猫冲，位于金井河上游，距市中心2.9km。1.1.2工程现状1.1.2.1建设过程金泉水库于1976年冬由凯里镇组织兴建（未作设计），大坝施工围堰为全断面围堰法，施工期洪水从涵洞中排出，大坝清基、填筑采用人工施工，碾压采用人工及机械碾压，砼的拌合及振捣均采用人工拌合及振捣浇筑。1977年春耕前停工，冬季复工时州水电局工程技术人员现场确定为建均质土坝，施工中，州、县曾抽调施工机械和人员支援，1980年基本完成并试蓄水。1.1.2.2、工程规模工程枢纽由大坝、正槽开敞式宽顶堰溢洪道等组成。大坝为均质土坝，最大坝高23m，总库容104×104m3，属小（1）型蓄水工程。工程是以城市防洪、供水、养鱼、绿化、旅游等水利资源综合开发的水利工程。(1)、拦河大坝大坝为均质土坝，河床一般高程716.39m，坝顶高程739.39m43 ，最大坝高23m，坝顶长120m，坝顶宽5.5m、上游面设0.4m高的砼防浪墙，上游坝面边坡系数：坝底至一马道（高程727.00m）为1:2.78，一马道至二马道(高程733.63m)为1:3.94，二马道至坝顶为1:2.2，下游坝坡系数：排水棱体(高程723.12)至一马道(高程为729.40m)为1:2.88,一马道至二马道(高程为734.48m)1:3.0，二马道至坝顶为1:1.96。大坝上游面二马道以下为浆砌石护坡，二马道以上为砼预制块护坡，下游坝面为草皮护坡。(2)、溢洪道溢洪道布置在大坝右岸，距大坝约5m，为人工开挖而成，为砼护面衬砌，溢洪道为岸坡正槽宽顶堰溢洪道，总长121m，由溢流首部、泄水渐变段，泄水槽及挑流段组成，其中首部高程为737.66m，长19m，宽10m，泄水渐变段宽从10m坡缩至8m，长12m，底坡比降为7.7%，泄水槽长93m，宽8m，底坡比降为9.5～24.4%，挑流段长5.5m，宽10.5m，挑流鼻坝高程719.79m，洪水经溢洪道下泄至已修建好的游泳池内，再由游泳池排至下游河道中。溢洪道最大下泄流量14.66m3/s，最大单宽流量1.46m3/s.m。(3)、放水涵洞放水涵洞布置在右段坝体内，为城门型砌石涵洞，净宽1.0m,直墙净高0.9m,上部为直径1.0m的半园型拱，过水断面0.9m2，设计最大流量0.8m3/s，涵洞进口为砼竖井式圆形结构，进口闸门为园形斜拉转动式钢闸门，进口直径为1.0m，钢闸门直径为1.2m，止水材料为平板式止水橡胶，钢闸门设计工作水头13.3m，右岸设卷扬式启闭机，控制闸门的开启及关闭，进口竖井式进口高程725.59m，涵洞进口底板高程724.59m。⑷、灌溉管道放水灌溉管布置在放水涵洞内，是一内径0.4m的钢管，壁厚6mm，长103.0m，放水管进口底板高程为724.59m。最大放水流量0.3m3/s。控制闸阀（直径φ400mm）设置在涵洞进口首部，末端接灌溉渠道。43 1.1.2.3存在问题大坝建成运行以来，由于各方面原因，工程管护措施较差，处于建库初期管理模式，其工程管理及水库运行现状如下：⑴、大坝无安全监测设施及水文监测设施。⑵、管理所办公人员无固定的办公场所，办公设施简陋，无通讯设施。⑶、进坝公路还处于原修建大坝时的便道，现基本只能通行小四轮川路车。⑷、工程1980年蓄水后，就发现渗漏，1984年经处理后虽有所改善，但未彻底，因而库水位只能控制在低水位下运行，效益未能充分发挥。⑸、由于放水涵洞闸门未能正常开启，给汛期防洪调度带来困难。⑹、放水涵洞沿线四周渗漏点多达20多处，并有10多处有细砂析出，虽经处理，但无明显改善，是影响大坝安全的主要问题之一。1.1.2.4大坝安全鉴定结论为详查工程质量，凯里市水电局于1984年委托原黔东南州水电勘测设计队进行质量检查，1993年委托贵州省大坝安全监测中心进行大坝安全检查，根据水利部水管［1995］86号文件《关于发布〈水库大坝安全鉴定办法〉的通知》的要求，凯里市水电局1998年又委托我院进行大坝的安全复核，我院1998年5月组织有关专业的技术人员先后开展了检查观察、电法勘探、钻探、补充测量、现场地质踏勘、试验、收集水文资料及工程有关资料等基础工作，并根据《水库大坝安全评价导则》编写了金泉水库43 水文复核、大坝施工质量复核、地质复核、大坝结构渗流稳定安全复核、大坝运行情况复核等五个专题报告，并提出了相关报告，并根据专题报告，编写大坝安全鉴定总报告，已经通过省级专家审查。考虑到工程今后主要功能为防洪及城市供水，为协调城市防洪及供水的要求，2002年1月，重新进行了大坝枢纽地形测量，从而统一了高程系统，为今后工程的运行方便提供了较好的条件，以下的叙述均以新高程为准。经过黔东南州水利局组织专家进行鉴定分析，金泉水库安全鉴定结果为三类坝，大坝抗洪能力不能达到现行的防洪标准要求，坝体质量及涵洞四周基础处理存在较大缺陷，渗漏严重，防浪墙已不起防浪作用，放水闸门老化破坏、启闭不灵、影响水库的汛期泄洪等问题。1.1.2、工程任务及建设的必要性鉴于金泉水库存在上述的问题，故工程无法正常运行，水库防洪形同虚设，为保护凯里市人民的生命及财产安全，充分发挥水库原功能的作用，工程除险加固迫在眉睫，并具有特别重要的意义。根据原工程概况及复核情况，金泉水库工程特性表如下表所示。43 工程特性表指标名称单位数量备注一、水文特性1、流域面积km22.6坝址以上2、多平平均年径流量104m3160.833、代表性流量多年平均流量m3/s0.051调查历史最大流量m3/s28.31954年设计洪水流量（P=2%）m3/s27.6复核36.7m3/s校核洪水流量（P=0.2%）m3/s45.1复核（P=0.05%）58.7m3/s枯水流量m3/s0.0017基流量m3/s0.0044、洪量设计洪量（P=2%）104m315.96复核:58.5×104m3校核洪量（P=0.2%）104m324.70复核(p=0.05%):109.4×104m3二、水库特性1、水库水位校核洪水位m738.89复核:738.61m设计洪水位m738.27复核:738.26m正常高水位m737.66死水位m724.592、水库面积正常高水位时的水面面积104m28.143 总库容104m3104.00复核:100×104m3兴利库容104m366.38死库容104m33.014、库容系数%67.33工程特性表指标名称单位数量备注5、调节性能三、工程效益1、灌溉效益灌溉保证率%80灌溉面积亩8002、鱼塘养鱼亩15.923、游泳池供水104m314.40四、主要建筑物及设备特性1、坝坝型均质土坝坝顶高程m739.39河床一般高程m716.39最大坝高m23.00坝顶长度m102坝顶宽度m5.5２　泄水建筑物２－１　溢洪道开敞式宽顶堰正槽溢洪道堰顶高程m737.66溢流前沿宽度m10.0最大单宽流量m3/s.m1.972—2放水涵洞43 （1）放水口m20.7854DN1000mm,园盘式钢闸门控制放水.（2）放水通道m21.2927城门型涵洞设计最大放水流量m3/s0.8（3）灌溉管道m20.0707直径φ400mm钢管布置于涵洞中最大放水流量m3/s0.3工程特性表指标名称单位数量备注4放水冲砂隧洞（除险加固新增项目）有压式圆形隧洞进水口底板高程m724.09进口型式岸坡塔式闸门孔口尺寸m×m1.8×1.8工作闸阀（DN2000）一个,检修平面钢闸门一扇启闭机台1型号:QPQ－5,隧洞洞径（净）m1.8圆形隧洞长度m221最大泄水能力m3/s24.05消能方式利用游泳池消能五、施工特性指除险加固内容（一）主要工程量1、灌浆孔共88个钻孔总进尺m1444灌浆进尺1246m2、土石方开挖m32607.243 3、混凝土m32868.24、钢材T71.45、坝体细砂碾压m311606、土工复合膜防渗m258007、下游坝面铺草皮m23612（二）工程总投资万元459.431.2设计工作概况1.2.1工程设计的委托情况1984年，凯里市水利局于委托原黔东南州水电勘测设计队进行质量检查；1993年，凯里市水利局委托贵州省大坝安全监测中心进行大坝安全检查；1998年，凯里市水利局委托贵州省黔东南州水利电力勘察设计院进行大坝的安全复核；1.2.2报告的提出及审批情况1998年12月，根据水利部水管［1995］86号文件《关于发布〈水库大坝安全鉴定办法〉的通知》的要求，我院1998年5月组织有关专业的技术人员先后开展了检查观察、电法勘探、钻探、补充测量、现场地质踏勘、试验、收集水文资料及工程有关资料等基础工作，并根据《水库大坝安全评价导则》编写了五个专题报告：1）金泉水库水文复核；2）大坝施工质量复核；3）地质复核；4）大坝结构渗流稳定安全复核；43 5）大坝运行情况复核；根据五个专题报告，我院编写了：1）《大坝安全鉴定总报告》(1998年12月)；2）《金泉水库除险加固初步设计报告》(1998年12月)；3）《金泉水库除险加固实施方案设计报告》(2002年3月)；并通过省级专家审查。审批文件见批文。1.2.3施工图设计审批文件意见，凯里市水利局委托我院进行施工图设计，我院根据审批文件的审查意见进行施工图设计。受业主委托，2002年1月开始进行工程抢险部分设计，根据工程进度要求，施工图设计于2003年3月全部结束。1.3工程范围和建设内容根据实施方案设计审批文件意见，金泉水库进行除险加固建设主要内容为：（1）大坝上下游坝面除险加固；（2）坝基除险加固（3）放水涵洞除险加固；（4）溢洪道除险加固；（5）增设观测设施；（6）防汛设施：配套防汛调度设施（工程车、防汛配套通讯设施、防汛配套监系统：水情自动化监测系统、防汛调度自动化系统等）。［凯里市水利局委托其他单位设计］（7）其他设施：新建办公及防汛调度综合楼、进坝公路维修、建立日常通讯设施，库面水质监测设施（水质监测船）。43 2工程规划设计要点2.1设计依据2.1.1工程实施方案设计报告确定的建设内容:工程实施方案设计报告确定的建设内容为:⑴大坝上下游坝面除险加固。⑵坝基除险加固。⑶放水涵洞封堵。⑷在大坝右岸增设大坝放空及冲砂隧洞。⑸溢洪道除险加固。⑹水库增设观测设施、防汛设施。具体为：①增设观测设施：大坝表面沉降及位移、渗流量及渗水的浑浊度观测、其他设施观测。②防汛设施：配套防汛调度设施（工程车、防汛配套通讯设施、防汛配套监测系统：水情自动化监测系统、防汛调度自动化系统等）。③其他设施：新建办公及防汛调度综合楼、进坝公路维修、建立日常通讯设施，库面水质监测设施（水质监测船）。2.1.2批文确定的建设内容2002年8月,实施方案报告经过省计委、省水利厅组织专家进行审查，审查结论主要建设内容为：⑴同意大坝上下游坝面除险加固。⑵同意坝基除险加固。⑶同意放水涵洞封堵。⑷同意在大坝左、右岸比较后选择确定增设大坝放空及冲砂隧洞。⑸同意溢洪道除险加固。⑹同意水库增设观测设施、防汛设施。具体为：43 ①增设观测设施：大坝表面沉降及位移、渗流量及渗水的浑浊度观测、其他设施观测。②防汛设施：配套防汛调度设施（工程车、防汛配套通讯设施、防汛配套监测系统：水情自动化监测系统、防汛调度自动化系统等）。③其他设施：新建办公及防汛调度综合楼、进坝公路维修、建立日常通讯设施，库面水质监测设施（水质监测船）。⑺工程总投资450万元。具体批文内容见贵州省水利厅文件“黔水管［2004］34号”。2.1.3水文气象资料金泉水库地处凯里市郊金井村老猫冲，位于清水江小支流--金井河上游河段上，为洞庭湖水系，属亚热带季风湿润气候区，冬无严寒，夏无酷暑，多年平均气温15.7℃，年最高气温37℃，年最低气温-9.7℃，多年平均降雨量1234.5mm，多年平均蒸发量610mm，平均日照时数1273.4h，占可照时数29%，全年雾日数19.7天，雷暴雨日数3.3天，平均相对湿度78%，平均降雪日数为51天，积雪日数为27.3天，多年平均风速1.8m/s，最大风速28.6m/s，全年盛行东南风，平均无霜期为287天。坝址以上流域面积2.6km2，多年平均径流总量160.83×104m3，平均径流量0.051m3/s。调查历史最大流量28.3m3/s（1954年）。2.1.4地形地质勘测成果水库位于凯里山盆南角小高山前缘，坝址为中低山、低山环绕的不对称河谷，属裸露、半裸露型剥蚀岩溶山区，坝区为侵蚀与堆积的过渡型阶地，坝下游较开阔，为溶蚀浅山坡状缓丘，属覆盖型岩溶貌。43 水库所处的大地构造属江南古陆的西部边缘，王司背斜东北角，寨瓦背斜的西侧，脚里向斜南西端及陕班逆断层与蔓洞道断层之间的断块上，为一缓倾角的单斜构成。坝区出露地层为寒武系上统炉山组的中上部，岩性为浅色、灰色白云岩、多孔白云岩夹黑色硅质白云岩，岩层走向N81°E～N90°W，倾向SE或SW，坝址处与河床斜交，倾向下游，倾角15°～22°，厚度大于100m。岩石节理裂隙发育，表层1～5m风化破碎，呈沙糖状、碎块状，透水性强。第四系地层，主要为黄色、褐黄色粘土、亚粘土，厚度0～10m不等，坝区上游零星分布，坝区下游缓丘上广为分布。据复查资料，坝区有四条顺河方向的断层分布，其中F1断层位于坝址左岸，走向N50°～30°E，倾向SE，倾角70°，断层破碎带3～5m，为一张扭性断层，但分布高程在正常高水位以上，对水库的渗漏影响不大；F2断层由库内左岸穿过坝基中部向坝后游泳池方向延伸，走向N10°～25°E，倾向SE，倾角80°左右，破碎带宽度大于5m，局部见有方解石脉充填，具近于水平的擦痕，为一张扭性断层；F3断层与F2断层近于平行，产状基本相同的张扭性断层，与F2断层相距约10余米，由库内延伸向库外；F4断层位于坝址右岸，由坝前冲沟向坝后冲沟，走向为N30°～40°E，倾向SE，倾角80°，破碎带宽大于5m，有较明显的构造角砾岩、摩棱岩，多风化呈沙糖状白云砂，局部有断层泥，为一张扭性断层。上述断层构造中，F1断层分布在正常高水位以上，且渗径长，对水库的蓄水影响不大，F2与F3断层位于坝基河床部位，两断层仅相距10余米，两断层间附近岩石受构造影响较大，F4断层位于坝址右岸，破碎带宽大于5m，胶结较差，风化较深，透水性强，对水库蓄水有一定影响。经对坝基作了4个钻孔的补充勘探资料表明，坝基0～10m范围内存在着一强～全风化层，压力试验结果单位吸水率ω值为0.1～0.64L/min·m·m，为该坝允许值的5～10倍，属强渗透带，施钻过程中，钻进到坝体与基础接触部分，供水量为1.7L/s43 的循环水即突然消失，不返孔口，说明坝体与基础接触带透水性很强，而且从4号钻孔的资料得知，河床部位尚有1.4米的砂砾石层未清除，其透水性较强。库内蓄水位约728.18m时，在坝下游的坝脚处挖探槽一道，槽长30m，挖到基岩的约18m，在基岩与覆盖层接触面上，普遍有水渗出，其渗透量约3×10－3m3/s左右。对在坝填筑质量进行了共计12组的钻探取样及人工取样试验，其中钻探取样测试值为：摩擦角平均值7.5°，凝聚力平均值0.36kg/cm2，人工挖坑取样测试值为：摩擦角平均值10.25°，凝聚力平均值0.372kg/cm2。干容量平均值为1.17T/m3。钻孔取样6组，其中五件在距坝顶0～6.1m内，一件在15.1～15.3m范围内，人工取样仅在背水坡暴露部位，代表性差，但从试验分析表明，在距坝顶3.5～4m内，这层土的平均抗剪强度C=0.39kg/cm2，Φ=7.5°，在5.5～6.1m这层土的平均抗剪强度为C＝0.24kg/cm2，Φ=6.5°，而以下土层由于土质不均匀或含水量过高，取样无代表性。因而总的趋势是：中部及上部大坝填土碾压质量较好，而其下部质量较差。1994年省大坝监测中心对坝体进行检测，发现河床坝体含水量偏高2.1.5主要参照的规程规范设计采用的主要有关规范标准如下：《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252——2000）《防洪标准》(GB50201-94)；《水利水电工程设计洪水计算规范》（SL44——93）《水利水电工程水文计算规范》（SDLJ214——83）《水利工程水利计算规范》（SL104——95）《碾压式土石坝设计规范》（SDJ218——84）《溢洪道设计规范》（SL253——2000）43 《水工隧洞设计规范》(SD134——84)《水工砼结构设计规范》(SL/T199-96)；《水工钢筋混凝土结构设计规范》（SDJ20——78）《水工建筑抗震设计规范》(SL203-97)。《水利水电工程钢闸门设计规范》（SL74——95）《水利水电工程启闭机设计规范》(SL41-93)；《水利水电工程环境影响评价规范》[SDJ302-88(试行)]《设计项目环境保护设计规定》[(87)国保字002号]《开发建设项目水土保持方案技术规范》(SL204-98)；《水利水电施工组织设计规范》[SDJ338-89(试行)]；《水利水电工程初步设计概算编制办法》；参考资料：《土石坝加固技术》张启岳主编1999年中国水利水电出版社；《水力计算手册》（武汉水利电力学院水力学教研室编）；《水工设计手册》(水利电力出版社)；2.2设计标准2.2.1设计频率（重现期）根据审批文件，大坝洪水标准采用50年一遇（P=2%）设计，2000年一遇（P=0.05%）。2.2.2工程等级金泉水库最大坝高23m，总库容104×104m3，属小（1）型蓄水工程，按规范标准及审批文件，金泉水库为Ⅳ等小（1）型工程规模，主要建筑物大坝、溢洪道、隧洞为3级，次要建筑物为4级。2.2.3设计水位根据设计复核及审批文件，水库特征水位如下：上游校核洪水位：738.89m43 上游设计洪水位：738.27m上游正常高水位：737.66m死水位：724.59m2.2.4设计流量根据设计复核及审批文件新增隧洞设计泄洪流量为：24.05m3/s溢洪道最大下泄流量为：21.74m3/s2.3工程布置及主要建筑物总体工程和有代表性单位工程的布置形式，主要建筑物的结构型式和设计参数及主要建筑物设计成果等。工程的除险加固在原工程建筑物上进行，其中新增放水隧洞布置在右岸山体中，除险加固主要建筑物设计情况如下：2.3.1、大坝基础除险加固设计2.3.1.1方案比较方案一：沿坝轴线钻孔进行帷幕灌浆。方案二：沿上游坝面周边设1.5～2m宽、2～3m深的截水防渗墙后，再进行基础帷幕灌浆。推荐方案：由于工程应急抢险加固时采用的为方案二，工程施工已经完成了80%左右，故此次推荐方案二为坝基除险加固方案设计。2.3.1.2、坝基及两岸坡防渗加固设计⑴截水防渗墙由于该工程筑坝清基不彻底，坝体与基岩接触带0～10m范围内存在着一强渗透带，设计考虑在迎水面坝基沿两岸至正常水位高程设150#43 砼截水墙一道，坝基截水墙高度考虑2～3m，两岸坡考虑2m的高度，为便于帷幕浆施工和土工复合膜与周边连接的施工，截水墙宽度确定为1.5m宽。⑵、坝基防渗帷幕灌浆设计坝址区出露寒武系炉山组地层，岩性为浅灰色、灰色白云岩，白云岩中多见晶孔。岩体中节理、裂隙发育，大多角砾化，表层岩体尤显破碎。在河床部位出现两条近于平行的断层，相距10余米，其走向10°～25°，倾向SE，倾角80°左右，从库内向库外延伸，断层破碎带宽5m，局部见有方解石脉充填，为一张扭性断层。1983年黔东南州水电设计院对坝区进行钻孔勘探，经压水试验检查，在地表以下10余米范围内岩体渗漏性强，10～20余米范围内渗透漏性相对减弱，但仍超过规范允许值。并在坝下游发现多处渗漏点，其量均在45～50L/s左右，为防止坝基渗漏，确保大坝运行安全，特作帷幕灌浆处理。①帷幕线的确定：为配合大坝坝体防渗采用柔性复合土工膜铺盖，经截流防渗墙与周边联接，防渗帷幕线布设在大坝周边截水墙上，两肩延伸至正常高水位封闭。②帷幕深度的确定：根据坝高及建筑物等级，防渗帷幕标准定为ω值小于0.05L/mm.m，参照勘探压水试验资料而定，一般深度在15m左右，最大达20m。③灌注次序：帷幕孔为单排布置，孔距3m，采用两序次进行施灌。灌浆条件及灌浆压力：待坝周边截水墙与防渗土工复合膜一起浇筑（此时复合土工膜与坝面防渗复合土工膜铺盖尚未连接）龄期28天后打孔施灌。灌浆压力0.2～0.5MPa。43 ④灌注材料：采用425#以上普通硅酸盐水泥，细度大于4000目/cm2。造孔及灌浆：造孔采用100型回转式钻机，开孔孔径76mm，终孔孔径53mm，灌浆段长一般5m，特殊情况不得超过8m。一次成孔，至下而上分段灌注，孔底循环。灌浆前作简易压水试验。⑤浆液配比：水灰比按8:1，5:1，2:1，1:1，0.8:1，0.7:1，0.6:1，0.4共8个级别，遵循由稀到浓的原则逐级改变。质量检查：灌浆结束后，打检查孔（不低于总进尺的10%）作压水试验查，单位吸水量度ω值小于0.05L/mim.m.m视为合格。⑥、帷幕灌浆工程量：灌浆钻孔总进尺1444m。其中：基岩钻进1278m；150#砼钻进166m；基岩灌浆段总长1246m，单灰耗量200kg/m，共耗水泥249T。2.3.2、大坝上游坝面除险加固设计2.3.2.1方案比较方案一：在原坝面上直接加一层粘土防渗。方案二：在清除原坝面干砌块石后，用复合土工膜防渗处理。推荐方案：由于工程应急抢险加固时采用的为方案二，故此次推荐方案二为坝面除险加固方案设计。2.3.2.2除险加固设计金泉水库在坝已投入运行20年，大坝年久失修，上游坝面明显变形，部分护坡出现塌陷，加上坝体填筑质量较差，经方案比较选定清除上游坝面原干砌块石后，夯实填筑10cm厚的细砂垫层，要求细砂粒径不大于4mm，在其上铺筑复合土工膜防渗层，再用50cm43 厚粘土作保护（夯实），坝体表层用15cm厚150#砼预制块铺砌。预制块规格为b×L=50×50cm的正方形。2.3.3、下游坝面除险加固设计由于金泉水库已成为凯里市人民的公园，也是水利工程综合开发项目，为保护大坝下游坝面的稳定及美观要求，设计考虑清除下游坝面的杂草后，整平铺筑绿化用的草皮。2.3.4、涵洞封堵除险加固设计涵洞进口10m内周边经人工打毛后，用C15混凝土埋块石全断面进行一期回填封堵，下、下游端为钢筋混凝土堵头，二期封堵为低压回填灌水泥浆，以防止渗漏水径向涵洞周边渗漏。原涵洞进口井（原引水管阀门井）为夯实回填土（涵洞回填灌浆后再进行）。2.3.4、溢洪道除险加固设计由于全长130m溢洪道砼原浇筑厚仅10cm,由于洪水冲刷及原砼浇筑质量较差，现已出现了开裂，大部份脱壳，表层砼疏松等现象，为提高其抗冲能力，不破坏溢洪设施，必须进行加固处理，鉴于原基础为弱风化基岩，基础较为稳定，因此采用人工硬打全部清除原砼护面，再清除部分基础后，重新浇筑200#钢筋砼，新浇筑200#钢筋砼底板及侧墙厚20cm，并设锚固筋，纵向伸缩缝间距6～12m，横向伸缩缝分缝间距15～20m，锚固孔布置成梅花状，纵横间距均为60cm，孔径2.5～3.0cm，孔内予埋Φ12钢筋，孔内长50cm，用1:2水泥砂浆压入孔内，固结钢筋即可。溢洪道加固，起安全泄洪作用。2.3.5、放水冲砂隧洞设计43 由于封堵原放水涵洞后，大坝无放水底孔，对今后大坝检修及冲砂留下后患，加上水库位于凯里市城区，为确保凯里市人民财产安全，预防可能发生最大暴雨洪水而保证大坝安全，而设放空兼泄洪冲砂隧洞一座，隧洞出口底板高程与游泳池平台高1m），出口消能为已建成游泳池，不再增设消能措施。2.3.5.1、隧洞位置方案比较⑴方案比较方案一：布置于大坝右岸方案二：布置于大坝左岸⑵左右岸工程地质情况①地质、地形概况：坝区出露的地层为寒武系上统炉山组细晶白云岩，岩层产状倾向120°倾角15°，倾向上游偏右岩。坝区无较大断裂通过，但受构造应力影响，岩体较破碎，呈碎裂结构，岩溶发育微弱。大坝左岸地形较平缓，为缓坡地带，其分布右多幢民房，地表高程相对较低，高出坝顶仅3～6米。如在左岸布置隧洞，进口将位于缓坡位置，不易成洞，且在出口位置有多幢民房；而且岩体较右岸破碎。故左岸的地质、地形条件较差，不宜布置隧洞。大坝右岸山体较雄厚，岩体完整性稍好于左岸，民房不多，从地质、地形条件来看，隧洞宜布置在右岸。②隧洞围岩工程地质条件右岸未见较大断裂构造发育，岩体呈破碎结构，结构面张开度大，岩溶发育微弱，洞线基本位于弱风化带内，围岩属Ⅲ类围岩，中硬岩质类型，经参照类似工程经验，提供如下岩体力学参数：名称单位数量备注43 岩体弹模Mpa3000泊松比0.25抗力系数Mpa/m300内摩擦角度35凝聚力kpa300饱和抗压强度Mpa35天然重度KN/m32.3③因岩体较破碎，渗透系数较大，地下水位受库水位及下游水位控制，洞线处于季节变动带内。地下水属低矿化度重碳酸根钙镁型水，对混凝土无大的影响。④结论与建议：㈠经比较左右岸地质、地形条件，建议隧洞布置在右岸。㈡考虑到围岩呈碎裂结构，围岩压力可采用压力拱理论计算。㈢在隧洞施工中，应及时支护，防止因洞顶松动掉块引起较大规模塌落发生。㈣混凝土骨料可用隧洞开挖弃碴轧制，但要注意到可能少量弃碴的含泥量大，不能利用。⑶推荐方案：经地质分析，隧洞位置选择按方案一确定，即隧洞位置布置于大坝右岸。2.3.5.2、隧洞结构型式选择方案一：按有压洞设计：隧洞进口设检修闸门，出口设电手动闸阀。方案二：按无压洞设计：隧洞进口设检修闸门及工作闸门。43 ⑴方案比较①方案一优缺点。优点：隧洞断面小，工程投资少；运行方便，可随时向下游的金井河放不等同流量的水冲洗河道，水量大小可随时调整，以便保持下游河道的生态环境用水又不浪费水资源。缺点：隧洞处于有压过流，由于隧洞围岩地质处于较破碎的白云岩体中，有压水从砼渗漏后容易沿岩层破碎带渗漏，引发渗漏通道。因此隧洞的施工质量是解决此问题的关键，但由于隧洞施工处于地下，施工质量不容易控制。②方案二优缺点。优点：渗漏通道长，不容易因隧洞开挖及运行引发水库渗漏通道，检修、工作门集中在隧洞进口，运行管理比较方便。缺点：隧洞断面大，工程投资大。隧洞从有压变成无压的洞内消能段，按《水力学》公式计算要求断面高度是无压洞宽或高度的3～5倍，断面高度较高，加上工程地质较差，结构受力复杂，施工困难，而且常规要求作试验来确定此断面的高度，需要一定的时间作试验研究，与工程除险加固要求短时间内完工有冲突；由于闸门工作情况的原因，放水流量不容易控制，会造成下游河道经常无水过流，影响流经凯里市区的金井河的生态环境用水。⑵推荐方案：根据上述优缺点比较，方案一与方案二比较，各有利弊，根据本工程的具体特点，推荐方案一为本阶段的设计方案，即采用按有压洞设计。主要理由为：隧洞断面小，工程投资少，工程设计工期短，控制放水方便，有利于下游金井河的生态环境用水；有压水从砼渗漏后容易沿岩层破碎带渗漏，引发渗漏通道，可以从控制施工质量、把检修闸门经常当工作门使用等方法来控制解决，加上金泉水库隧洞正常工作水头仅为13.57m～16.59m43 ，水压不大；隧洞地质结构单一，无断裂构造发育，岩溶发育微弱；洞线基本位于弱风化带内，围岩属Ⅲ类围岩，岩质较硬；隧洞结构地处6度设防区，基本无地震情况造成隧洞衬砌破坏。因此，有压隧洞中一般不容易引发渗漏通道。2.3.5.3、隧洞断面型式及尺寸设计⑴隧洞断面型式设计根据隧洞的工程地质情况，隧洞围岩呈破碎结构，结构面张开度大，根据一般隧洞的受力特点，并根据隧洞围堰岩的情况，确定采用受力条件较好的圆形结构为隧洞的工作断面。⑵尺寸确定金泉水库新建的隧洞主要功能为放水及冲砂，因此，隧洞的断面按隧洞施工要求的施工断面进行设计，确定隧洞净直径1.8米。2.3.5.4、隧洞总体布置根据地形情况，金泉水库放水冲砂隧洞由进口段、洞身段、出口段等组成。结合实际情况，隧洞各部分的布置如下：⑴进口段隧洞的进口段为方形结构，由进口喇叭段、闸门井段及渐变衔接圆形洞身段组成。进口喇叭段根据我国大量工程实践的经验和一些试验总结提出的合宜体形进行设计。从根本上提高和改善该段的压力，但又不至增加闸门孔口尺寸，而又保持泄流能力，体形布置设计如下：进口顶部为椭圆曲线，侧曲线采用1/4椭圆。闸槽段的闸槽型式合宜宽深比W/D=0.05～0.08，斜坡比△/x=1/10—1/12，圆角半径取R/D=0.143 ，以便在动水中关闭检修门时能迅速利用水柱下门。扩散渐变段的扩散角（边线与中线的夹角）取6°，收缩渐变段的收缩角取9°，其长度一般为均匀段洞径的2倍。①进口门井及工作桥设计：根据地形条件，隧洞进口门井设计为岸塔式形式，确定为圆形塔，门井上部设计布置有框架式闸门启闭平台，连接岸边的工作桥设计为排架式简支板桥，桥宽2m，栏杆为钢筋混凝土栏杆。②进口门井金属结构与电气设计㈠检修闸门设计：进口检修闸门按出口闸阀失效，闸门需动水启闭的事故门设计，闸门为金属平板门，根据隧洞设计情况，门槽孔口尺寸为2×3m，根据设计结果需要门体8.3T，配重块重6T，埋件重6.7吨。启闭机选用型号为QPQ—250kN的卷扬式启闭机一台。㈡电气设计启动检修门的电源可就近接管理所的动力电源，经动力启动柜来启动卷扬式启闭机电机，并在启闭平台的屋面设置防雷接地装置。⑵洞身段隧洞的洞身段由直线段及转弯段组成。在平面上尽可能采用直线，但由于受条件限制，隧洞必须转弯，为保持良好的流态，其转弯半径设计控制在大于5倍洞径或洞宽确定，转角小于60°，曲线段首尾的直线长度按大于5倍洞径确定。在竖直面上布置成直线，并根据砼的抗冲流速、出口情况等因素确定隧洞底坡。43 ⑶出口段隧洞出口由工作闸阀段及扩散段组成。隧洞出口流速较高，故设计一扩散段使水流先行扩散，减少单宽流量，出口采用底流消能的联结形式，联结段的扩散角a取6°，斜坡段采用1：3的直线连接。出口消能接原游泳池。具体布置见设计图。⑷闸门井通气管的面积设计根据隧洞的工作情况，在检修门之后设置通气孔，以便在正常泄流、充水、泄空等情况下担负充气和排气作用，从而改善洞内流态，避免气蚀和闸门振动等不利情况。通气孔设计按最大充气量来确定通气孔的面积，即按校核洪水位时闸门全开情况下计算确定。通气孔的断面面积按以下两个公式中的计算结果大值确定：公式一：a——通气孔的断面面积ω——闸门后的管道断面面积Vω——闸门孔口处的流速Vα——通气孔的允许风速，取50m/s公式二：式中：Qω——泄水流量43 Va——通气孔的允许风速，取50m/sFr——门后水流的弗汝德数，可取闸门收缩断面处计算：Fr=Vc/(ghc)1/2C、b——均为系数，根据该工程的情况c=0.014，b=1.4。⑸隧洞的放空泄流能力计算金泉水库放空冲沙隧洞为有压洞，进口为喇叭口型式，隧洞出口为方形结构，最小尺寸为1.8×1.6m，底板高程为721.07m，洞内长度为221.4m，水库正常蓄水位737.66m，设计洪水位为738.26m，校核洪水位为738.61m，根据《水工设计手册》隧洞泄流能力计算公式如下：式中：μB——末端断面AB的流量系数。AB——末端断面面积。HI——有效水头按上公式计算得不同水位情况下（闸阀全开）隧洞的泄流能力如下表所示。泄流能力曲线见后页图中。隧洞在不同水位情况下泄流能力计算结果表工作水头库前水位高程（m）泄流能力Q（m3/s）备注0724.090出口底板高程721.07m6727.0714.078729.0716.2410731.0718.1612733.0719.8914735.0721.4943 16.59737.6623.39正常蓄水位17.19738.2723.81复核设计洪水位17.54738.8924.05复核校核洪水位2.4设计工程量43 经施工图设计，与原实施方案设计对比，主要工程量对比列表如下：主要工程施工图设计与实施方案设计工程量对照表序号工程部位项目名称单位数量数量增减情况备注施工图实施方案增减大坝上下游坝面除险加固坝基除险加固放水涵洞封堵槽挖石方　m3　470.7843 增设大坝放空及冲砂隧洞槽挖土方m3405.49洞内C20砼衬砌m3821.07铁皮麻丝沥青止水m3126.42C25砼栏杆制安m32.59C20砼底墩m319.27C20砼侧墙m372.55C20砼梁板柱m314.44C20砼梯步m31.2C10砼底板m319.97C10砼侧墙m325.08M5.0砂浆砌砖m318.93干砌块石面勾缝m280.6塑钢玻璃窗m231.18竖井柱油漆m247.35天棚砂浆抹面m2171.42墙面砂浆抹面m288.06天棚石灰涂料m2171.42墙面石灰涂料m288.06竖井面砖m2281.13蘑菇石面砖m2100.54铁锈面砖m250.76镶板门制安m21.89窗安钢条m28.1后墙搓砂m226.11水泥电杆根116mm2皮线m24344mm2胶直线m552.5mm2胶直线m13横担根4龙门架个3瓷砰个28日光灯座2电开关个2闸刀个2电表个143 弹子锁把1钢管栏杆护栏制安m11.72脚手架m2694.57砼拆除m333.22围堰拆除　761.13PVC管制安　　DN80m21.3DN40m21.3DN25m10金属结构设备及安装工程　　启闭机（QPQ-25）台1电动闸阀（DN200）套1旁通手动闸阀（DN30）钢管制安t7.972闸门制安t19.527电动闸阀（DN200）套1旁通手动闸阀（DN30）钢管制安t7.972溢洪道除险加固砼打毛m31217.03砼钻孔m1619沥青伸缩缝m173.22C15砼底板m332.94M7.5浆砌块石m327.54老预制块安砌m36.9清运淤泥m373.6砼拆除m32.94土方回填m3134.143 DN25PVC管埋设m70.2钢筋制安t7.70283主要设计变更3.1重大设计变更无3.2非重大设计变更根据批文和审查要求补充的勘测设计工作和优化设计情况；工程实施过程中，根据实际情况进行的变更设计及优化情况。3.3变更设计工程量列出主要初设批准、施工图设计、变更设计主要工程量的对比表。4设计文件质量控制4.1设计成果质量控制叙述设计质量体系文件及其对设计文件质量的控制要求。黄平县两岔河水库工程，总库容6320万m3，为一中型水库。并且，它的功能以防洪保护置于首位，必须确保方案设计的优化，结构的安全可靠。我院从规划、勘察到设计施工的全过程十分重视设计质量。因此，在院长主持下，对两岔河水库的勘察设计成立专门的班子，建立专门的质量保证体系。院务会议确定由副总工程师担任项目负责人，勘察设计领导小组由院长任组长、副院长、总工程师为小组成员。43 专门质量保证体系规定：重大技术问题的决策，必须由领导小组研讨后根据规程规范于现场踏勘中决定。建立从经费上保证到专业技术人员的优化组合保证到新技术的学习、培训的技术保证和设计必须进行试验的保证；规程规范中未作出确切规定的参数取定应由咨询专家根据国内外经验、试验成果于现场研讨类比报省厅批准的保证，施工中为贯彻设计意图，控制工程质量而派驻工地设计代表组的保证。因此，我们从一开始就非常重视勘察设计质量的控制，还因为它是一座在国际、国内少有的贵州第一坝——钢筋混凝土面板碾压砂砾石坝。贵州省水电厅的领导及专家们都非常重视它的工作质量、设计质量、施工质量，经常深入设计、施工现场督促、指导工作，帮助解决重大技术难题，使设计尽善尽美，工程质量得以保证。如96年7月的渡汛方案在汛前就请了省水电厅的领导及知名专家、中国水利水电科学研究院、水利部咨询中心、华源水利水电咨询公司、中国水利水电工程总公司的四位知名专家及我院的设计领导小组、设计代表组在现场咨询研讨后报省水电厅批准实施，经过百年一遇洪水的考验取得胜利，保证了工期。上述所及，我院曾采取了下面一些具体的保证措施，一开始在工作经费十分困难的情况下就派了以项目负责人为首的有建设方参加的设计骨干赴青海学习面板砂砾石坝设计、施工；同类工程青海沟后水库失事后，为吸取教训，又派员到湖北宜昌学习西北口面板堆石坝的设计、施工，并在宜昌参加面板设计、施工学习班一月，增强了实感、开拓了视野、丰富了知识、提高了技术、业务水平，把所见所学溶于两岔河钢筋混凝土面板碾压砾石坝的设计施工中。在1992年6月底，由省、州、县有关单位负责人和工程技术人员参加的两岔河水库工程初步设计审查会议上，听取设计单位汇报，经过现场踏勘后形成“纪要”43 精神，我院为了做到精益求精、万无一失、院设计领导小组研究决定成立两岔河水库工程专家咨询小组，聘请了贵州省水电厅、贵州省水利水电设计院、中国水利水电科学研究院、中国水利水电工程总公司、水利部咨询中心、华源水利水电咨询公司等共16位专家到现场咨询，得到了省水电厅的批准，我院根据专家们的意见及经验，深化、完善设计工作，设计质量得以保证。设计和施工中，常常遇到一些技术难题，我们的做法是：查资料、查规范仍然无把握确定的参数或做法，则参照国内外虽少但已建工程实例、参照实验报告结果，听取专家们的意见，经综合论证分析研究后提出初步意见，报省厅领导及专家们审查批准，如垫层砂砾石料、主堆体砂砾石料的级配；左岸坝基的处理；跨年度施工渡汛方案；趾板不良地质的处理，面板钢筋的配置；面板分缝与止水等重大技术问题，都是按此程序进行。4.2建设期往来文件的管理设计文件表现形式、对有关参建方来文的处理、对设计变更的处理、现场设计文件等。5设计为工程建设服务5.1服务组织机构5.2主要服务内容5.3服务工作评价6经验与建议6.1经验6.2建议7附件43 7.1设计机构设置和主要工作人员情况表7.2重大设计变更与原设计对比7.3工程设计大事记2.2、大坝除险加固设计2.2.1、大坝基础除险加固设计2.2.1.1方案比较方案一：沿坝轴线钻孔进行帷幕灌浆。方案二：沿上游坝面周边设1.5～2m宽、2～3m深的截水防渗墙后，再进行基础帷幕灌浆。推荐方案：由于工程应急抢险加固时采用的为方案二，工程施工已经完成了80%左右，故此次推荐方案二为坝基除险加固方案设计。2.2.1.2、坝基及两岸坡防渗加固设计⑴截水防渗墙由于该工程筑坝清基不彻底，坝体与基岩接触带0～10m范围内存在着一强渗透带，设计考虑在迎水面坝基沿两岸至正常水位高程设150#砼截水墙一道，坝基截水墙高度考虑2～3m，两岸坡考虑2m的高度，为便于帷幕浆施工和土工复合膜与周边连接的施工，截水墙宽度确定为1.5m宽。⑵、坝基防渗帷幕灌浆设计坝址区出露寒武系炉山组地层，岩性为浅灰色、灰色白云岩，白云岩中多见晶孔。岩体中节理、裂隙发育，大多角砾化，表层岩体尤显破碎。在河床部位出现两条近于平行的断层，相距10余米，其走向10°～25°，倾向SE，倾角80°左右，从库内向库外延伸，断层破碎带宽5m43 ，局部见有方解石脉充填，为一张扭性断层。1983年黔东南州水电设计院对坝区进行钻孔勘探，经压水试验检查，在地表以下10余米范围内岩体渗漏性强，10～20余米范围内渗透漏性相对减弱，但仍超过规范允许值。并在坝下游发现多处渗漏点，其量均在45～50L/s左右，为防止坝基渗漏，确保大坝运行安全，特作帷幕灌浆处理。①帷幕线的确定：为配合大坝坝体防渗采用柔性复合土工膜铺盖，经截流防渗墙与周边联接，防渗帷幕线布设在大坝周边截水墙上，两肩延伸至正常高水位封闭。②帷幕深度的确定：根据坝高及建筑物等级，防渗帷幕标准定为ω值小于0.05L/mm.m，参照勘探压水试验资料而定，一般深度在15m左右，最大达20m。③灌注次序：帷幕孔为单排布置，孔距3m，采用两序次进行施灌。灌浆条件及灌浆压力：待坝周边截水墙与防渗土工复合膜一起浇筑（此时复合土工膜与坝面防渗复合土工膜铺盖尚未连接）龄期28天后打孔施灌。灌浆压力0.2～0.5MPa。④灌注材料：采用425#以上普通硅酸盐水泥，细度大于4000目/cm2。造孔及灌浆：造孔采用100型回转式钻机，开孔孔径76mm，终孔孔径53mm，灌浆段长一般5m，特殊情况不得超过8m。一次成孔，至下而上分段灌注，孔底循环。灌浆前作简易压水试验。⑤浆液配比：水灰比按8:1，5:1，2:1，1:1，0.8:1，0.7:1，0.6:1，0.4共8个级别，遵循由稀到浓的原则逐级改变。质量检查：灌浆结束后，打检查孔（不低于总进尺的10%）作压水试验查，单位吸水量度ω值小于0.05L/mim.m.m视为合格。⑥、帷幕灌浆工程量：灌浆钻孔总进尺1444m。其中：基岩钻进1278m；150#砼钻进166m；基岩灌浆段总长1246m，单灰耗量200kg/m，共耗水泥249T。43 2.2.2、大坝上游坝面除险加固设计2.2.2.1方案比较方案一：在原坝面上直接加一层粘土防渗。方案二：在清除原坝面干砌块石后，用复合土工膜防渗处理。推荐方案：由于工程应急抢险加固时采用的为方案二，故此次推荐方案二为坝面除险加固方案设计。2.2.2.2除险加固设计金泉水库在坝已投入运行20年，大坝年久失修，上游坝面明显变形，部分护坡出现塌陷，加上坝体填筑质量较差，经方案比较选定清除上游坝面原干砌块石后，夯实填筑10cm厚的细砂垫层，要求细砂粒径不大于4mm，在其上铺筑复合土工膜防渗层，再用50cm厚粘土作保护（夯实），坝体表层用15cm厚150#砼预制块铺砌。预制块规格为b×L=50×50cm的正方形。2.2.3、上游坝面除险加固设计由于金泉水库已成为凯里市人民的公园，也是水利工程综合开发项目，为保护大坝下游坝面的稳定及美观要求，设计考虑清除下游坝面的杂草后，整平铺筑绿化用的草皮。2.3、涵洞封堵除险加固设计涵洞周边经人工打毛后，用混凝土埋块石全断面进行一期回填封堵，二期封堵为低压回填灌水泥浆，以防止渗漏水径向砌筑不密实、长期渗水且渗水点多达20余处的涵洞周边渗漏。起封堵渗漏途径、保证坝体安全作用。2.4、溢洪道除险加固设计由于全长130m溢洪道砼原浇筑厚仅10cm,43 由于洪水冲刷及原砼浇筑质量较差，现已出现了开裂，大部份脱壳，表层砼疏松等现象，为提高其抗冲能力，不破坏溢洪设施，必须进行加固处理，鉴于原基础为弱风化基岩，基础较为稳定，因此采用人工硬打全部清除原砼护面，再清除部分基础后，重新浇筑200#钢筋砼，新浇筑200#钢筋砼底板及侧墙厚50cm，并设锚固筋，纵向伸缩缝间距6～12m，横向伸缩缝分缝间距15～20m，锚固孔布置成梅花状，纵横间距均为50cm，孔径2.5～3.0cm，孔内予埋Φ12钢筋，孔内长50cm，用1:2水泥砂浆压入孔内，固结钢筋即可。溢洪道加固，起安全泄洪作用。2.5、放水冲砂隧洞设计由于封堵原放水涵洞后，大坝无放水底孔，对今后大坝检修及冲砂留下后患，加上水库位于凯里市城区，为确保凯里市人民财产安全，预防可能发生最大暴雨洪水而保证大坝安全，而设放空兼泄洪冲砂隧洞一座，隧洞出口底板高程为719.83m（与游泳池平台同高），出口消能为已建成游泳池，不再增设消能措施。2.5.1、隧洞位置方案比较⑴方案比较方案一：布置于大坝右岸方案二：布置于大坝左岸⑵左右岸工程地质情况①地质、地形概况：坝区出露的地层为寒武系上统炉山组细晶白云岩，岩层产状倾向120°倾角15°，倾向上游偏右岩。坝区无较大断裂通过，但受构造应力影响，岩体较破碎，呈碎裂结构，岩溶发育微弱。大坝左岸地形较平缓，为缓坡地带，其分布右多幢民房，地表高程相对较低，高出坝顶仅3～6米。如在左岸布置隧洞，进口将位于缓坡位置，不易成洞，且在出口位置有多幢民房；而且岩体较右岸破碎。故左岸的地质、地形条件较差，不宜布置隧洞。43 大坝右岸山体较雄厚，岩体完整性稍好于左岸，民房不多，从地质、地形条件来看，隧洞宜布置在右岸。②隧洞围岩工程地质条件右岸未见较大断裂构造发育，岩体呈破碎结构，结构面张开度大，岩溶发育微弱，洞线基本位于弱风化带内，围岩属Ⅲ类围岩，中硬岩质类型，经参照类似工程经验，提供如下岩体力学参数：名称单位数量备注岩体弹模Mpa3000泊松比0.25抗力系数Mpa/m300内摩擦角度35凝聚力kpa300饱和抗压强度Mpa35天然重度KN/m32.3③因岩体较破碎，渗透系数较大，地下水位受库水位及下游水位控制，洞线处于季节变动带内。地下水属低矿化度重碳酸根钙镁型水，对混凝土无大的影响。④结论与建议：㈠经比较左右岸地质、地形条件，建议隧洞布置在右岸。㈡考虑到围岩呈碎裂结构，围岩压力可采用压力拱理论计算。㈢在隧洞施工中，应及时支护，防止因洞顶松动掉块引起较大规模塌落发生。㈣混凝土骨料可用隧洞开挖弃碴轧制，但要注意到可能少量弃碴的含泥量大，不能利用。⑶推荐方案：经地质分析，隧洞位置选择按方案一确定，即隧洞位置布置于大坝右岸。2.5.2、隧洞结构型式选择43 方案一：按有压洞设计：隧洞进口设检修闸门，出口设电手动闸阀。方案二：按无压洞设计：隧洞进口设检修闸门及工作闸门。⑴方案比较①方案一优缺点。优点：隧洞断面小，工程投资少；运行方便，可随时向下游的金井河放不等同流量的水冲洗河道，水量大小可随时调整，以便保持下游河道的生态环境用水又不浪费水资源。缺点：隧洞处于有压过流，由于隧洞围岩地质处于较破碎的白云岩体中，有压水从砼渗漏后容易沿岩层破碎带渗漏，引发渗漏通道。因此隧洞的施工质量是解决此问题的关键，但由于隧洞施工处于地下，施工质量不容易控制。②方案二优缺点。优点：渗漏通道长，不容易因隧洞开挖及运行引发水库渗漏通道，检修、工作门集中在隧洞进口，运行管理比较方便。缺点：隧洞断面大，工程投资大。隧洞从有压变成无压的洞内消能段，按《水力学》公式计算要求断面高度是无压洞宽或高度的3～5倍，断面高度较高，加上工程地质较差，结构受力复杂，施工困难，而且常规要求作试验来确定此断面的高度，需要一定的时间作试验研究，与工程除险加固要求短时间内完工有冲突；由于闸门工作情况的原因，放水流量不容易控制，会造成下游河道经常无水过流，影响流经凯里市区的金井河的生态环境用水。⑵推荐方案：根据上述优缺点比较，方案一与方案二比较，各有利弊，根据本工程的具体特点，推荐方案一为本阶段的设计方案，即采用按有压洞设计。主要理由为：隧洞断面小，工程投资少，工程设计工期短，控制放水方便，有利于下游金井河的生态环境用水；有压水从砼渗漏后容易沿岩层破碎带渗漏，引发渗漏通道，可以从控制施工质量、把检修闸门经常当工作门使用等方法来控制解决，加上金泉水库隧洞正常工作水头仅为13.57m～16.59m，水压不大；隧洞地质结构单一，无断裂构造发育，岩溶发育微弱；洞线基本位于弱风化带内，围岩属Ⅲ43 类围岩，岩质较硬；隧洞结构地处6度设防区，基本无地震情况造成隧洞衬砌破坏。因此，有压隧洞中一般不容易引发渗漏通道。2.5.3、隧洞断面型式及尺寸设计⑴隧洞断面型式设计根据隧洞的工程地质情况，隧洞围岩呈破碎结构，结构面张开度大，根据一般隧洞的受力特点，并根据隧洞围堰岩的情况，确定采用受力条件较好的圆形结构为隧洞的工作断面。⑵尺寸确定金泉水库新建的隧洞主要功能为放水及冲砂，因此，隧洞的断面按隧洞施工要求的施工断面进行设计，确定隧洞净直径1.8米。2.5.4、隧洞总体布置根据地形情况，金泉水库放水冲砂隧洞由进口段、洞身段、出口段等组成。结合实际情况，隧洞各部分的布置如下：⑴进口段隧洞的进口段为方形结构，由进口喇叭段、闸门井段及渐变衔接圆形洞身段组成。进口喇叭段根据我国大量工程实践的经验和一些试验总结提出的合宜体形进行设计。从根本上提高和改善该段的压力，但又不至增加闸门孔口尺寸，而又保持泄流能力，体形布置设计如下：进口顶部为椭圆曲线，侧曲线采用1/4椭圆。闸槽段的闸槽型式合宜宽深比W/D=0.05～0.08，斜坡比△/x=1/10—1/12，圆角半径取R/D=0.1，以便在动水中关闭检修门时能迅速利用水柱下门。扩散渐变段的扩散角（边线与中线的夹角）取6°，收缩渐变段的收缩角取9°，其长度一般为均匀段洞径的2倍。①进口门井及工作桥设计：43 根据地形条件，隧洞进口门井设计为岸塔式形式，初步确定为方形塔（具体实施时可根据工程环境设计成圆形），门井上部设计布置有框架式闸门启闭平台，连接岸边的工作桥设计为排架式简支板桥，桥宽2m，栏杆为钢筋栏杆（具体实施时可根据工程环境调整具体实施时可根据工程环境设计结构外观）。②进口门井金属结构与电气设计㈠检修闸门设计：进口检修闸门为金属平板门，根据隧洞设计情况，门槽孔口尺寸为1.8×1.8m，根据计算需要闸门及埋件重6.5吨。启闭机选用型号为QPQ--5的卷扬式启闭机一台。㈡电气设计启动检修门的电源可就近接管理所的动力电源，经动力启动柜来启动卷扬式启闭机电机，并在启闭平台的屋面设置防雷接地装置。⑵洞身段隧洞的洞身段由直线段及转弯段组成。在平面上尽可能采用直线，但由于受条件限制，隧洞必须转弯，为保持良好的流态，其转弯半径设计控制在大于5倍洞径或洞宽确定，转角小于60°，曲线段首尾的直线长度按大于5倍洞径确定。在竖直面上布置成直线，并根据砼的抗冲流速、出口情况等因素确定隧洞底坡。⑶出口段隧洞出口由工作闸阀段及扩散段组成。隧洞出口流速较高，故设计一扩散段使水流先行扩散，减少单宽流量，出口采用底流消能的联结形式，联结段的扩散角a取6°，斜坡段采用1：3的直线连接。出口消能接原游泳池。具体布置见设计图。⑷闸门井通气管的面积设计43 根据隧洞的工作情况，在检修门之后设置通气孔，以便在正常泄流、充水、泄空等情况下担负充气和排气作用，从而改善洞内流态，避免气蚀和闸门振动等不利情况。通气孔设计按最大充气量来确定通气孔的面积，即按校核洪水位时闸门全开情况下计算确定。通气孔的断面面积按以下两个公式中的计算结果大值确定：公式一：a——通气孔的断面面积ω——闸门后的管道断面面积Vω——闸门孔口处的流速Vα——通气孔的允许风速，取50m/s公式二：式中：Qω——泄水流量Va——通气孔的允许风速，取50m/sFr——门后水流的弗汝德数，可取闸门收缩断面处计算：Fr=Vc/(ghc)1/2C、b——均为系数，根据该工程的情况c=0.014，b=1.4。⑸隧洞的放空泄流能力计算金泉水库放空冲沙隧洞为有压洞，进口为喇叭口型式，隧洞出口为方形结构，最小尺寸为1.8×1.6m，底板高程为721.07m，洞内长度为221.4m，水库正常蓄水位737.66m，设计洪水位为738.26m，校核洪水位为738.61m，根据《水工设计手册》隧洞泄流能力计算公式如下：43 式中：μB——末端断面AB的流量系数。AB——末端断面面积。HI——有效水头按上公式计算得不同水位情况下（闸阀全开）隧洞的泄流能力如下表所示。泄流能力曲线见后页图中。隧洞在不同水位情况下泄流能力计算结果表工作水头库前水位高程（m）泄流能力Q（m3/s）备注0724.090出口底板高程721.07m6727.0714.078729.0716.2410731.0718.1612733.0719.8914735.0721.4916.59737.6623.39正常蓄水位17.19738.2723.81复核设计洪水位17.54738.8924.05复核校核洪水位43 43'