南水北调沙河渡槽水头优化分配设计-论文.pdf

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1、南水北调《河南水利与南水北调》2o14年第13期南水北调沙河渡槽水头优化分配设计口买巨酤口张明恩口郭晓萌(河南省水利勘测设计研究有限公司)摘要：沙河渡槽工程线路长，槽型复杂，共分5段，各段相互间影响较大，每段渡槽断面尺寸的变化，都会影响整座建筑物的工程量，为使工程投资最小，对各段进行水头优化分配。水头分配主要考虑建筑物型式、工程单价、建筑物长度以及工程投资等因素，在满足工程要求的前提下，力求使投资最小。关键词：沙河渡槽；水头优化；水力计算；南水北调中图分类号：TV672+．3文献标识码：B文章编号：1673-8853(2014)-0044-021工程概

2、况大郎河至鲁山坡箱基渡槽段、鲁山坡连接段(包括检修闸及其进沙河渡槽是南水北调中线一期工程总干渠的组成部分，位出口段)、鲁山坡落地槽段、出口渐变段。于河南省平顶山市的鲁山县。沙河渡槽由沙河梁式渡槽、沙河至根据水头优化限制条件，选择4种U形槽直径进行比较，大郎河箱基渡槽、大郎河梁式渡槽、大郎河至鲁山坡箱基渡槽，即直径分别为6．40，7，8，9m。鲁山坡落地槽组成，总长9050m，其中沙河梁式渡槽长1666m，3．2水力计算公式沙河至大郎河箱基渡槽长3534m，大郎河梁式渡槽长500m，大3．2．1渡槽水力设计的基本公式为：2、，2郎河至鲁山坡箱基渡槽182

3、0m、鲁山坡落地槽长1530m。、，rZ1v1_Z2水头优化条件沙河渡槽共分5大设计分段，各段相互间影响较大，每段渡式中：z。、z厂-计算段段前、段后水位，m；V，、V厂计算段段槽结构形式及断面尺寸的变化，都会影响整座建筑物的工程量，前、段后断面流速，m／s；hwl一计算段水头损失，m。因此，需要从投资、水头对各段渡槽的敏感性、不同渡槽比降合渡槽的水头损失包括：①沿程损失；②进口墩、墙侧收缩引理性等方面进行分析论证，对水头进行科学分配。水头优化的条起的水头损失；③局部损失；④弯道附加水头损失：沙河至大郎件为：一是除进口渐变段反坡外，其余各段间均以顺坡连

4、接，以河箱基渡槽段中包括420m的弯道段，大郎河出口箱基渡槽段保证渡槽检修时能够放空；二是梁式渡槽采用U形4槽形式，中包括320m的弯道段，鲁山坡落地槽包括499m弯道段。下部支承采用空心墩；基础采用灌注桩；三是箱基渡槽采用单槽3．2．2各种水头损失的计算矩形双联布置型式；四是鲁山坡落地槽采用单槽矩形型式。3．2．2．1沿程损失3水力计算槽身段：由于各段槽身段都较长，其设计流量下槽身段按明3．1设计条件渠均匀流计算水面降落AZ为：AZ--i·L本段总干渠设计流量为320rots，沙河渡槽分配的总水头式中：L_-槽身长度，m；j—槽底纵坡。为1．77m。

5、水力计算的设计条件为，当通过设计流量时，从上游渐变段、连接段、闸室段：△zl=J·L1进口渐变段起点到下游出口渐变段终点的总水头损失为式中：J．厂计算段始末端断面间的平均水力坡降；L。一计算1．77m。计算中闸室、连接段及槽身部分糙率采用1．40×10，进段的长度，m。出口渐变段的糙率采用1．50×10。水力计算时将其分为11段3．2．2．2进口闸墩引起的水面降落值△z：为：计算，分别为进口渐变段(包括节制闸)、沙河槽身段、沙河至大V2郎河箱基渡槽连接段(包括检修闸)、沙河至大郎河箱基渡槽段、A．Z2=2K(K+10‘)-0．6)(a+15a4)—÷一

6、二g箱基渡槽与大郎河连接段、大郎河槽身段、大郎河渡槽连接段、式中：K一隔墩头部形状系数，半圆形墩头取0．90；∞一束蛤、：，1、；＼；＼!：；_-、、：窄断面流速水头与水深之比；一隔墙总厚度与槽身净宽之比；作者简介：买巨菇(1980-)，男，本科，工程师，主要从事水X-．结V一槽内流速，m3／s。构、安全监测设计。3．2．2．3局部水头损失《河南水利与南水北调》2o14年第13期南水北调4工程量对比及投资分析闸槽水头损失按{槽计算，V为闸槽断面平均流速，∈槽二g根据计算的各段槽身的断面参数，分别对4种方案的工程取为0．05。量及投资进行计算，工程量及投

7、资对比见表2。渐变段、连接段水头损失按下式计算：表2各方案工程量及投资对比表AZ3=峰二g收缩渐变(连接)段∈=0．15，扩散渐变(连接)段∈=0．25，V。、v：为渐变(连接)段首末端的流速。3．2．2．4弯道附加水头损失△hj=190LroCR式中：v一断面平均流速，m／s；B一水面宽，m；H一水深，m；上弯道半径，m；C一谢才系数，c=l_．l_R，too．s／s；R一水力半径，m；卜弯道长度，m。3．2．3槽身过流能力计算槽身过设计流量时，过流能力按明渠均匀流计算，其计算公式为：Q=CA式中：Q一通过渡槽的流量，m3／s；i—槽底纵坡；A—槽身

8、过水断面面积，m：；n一糙率，采用n=0．14×10～。沿程取l】个计算段、12个控制断面，逐