CN101200886A

CN101200886A - 泄洪隧洞

Info

Publication number: CN101200886A
Application number: CNA2007102034873A
Authority: CN
Inventors: 肖白云; 王仁坤; 周钟; 李旭东; 夏勇
Original assignee: Chengdu Hydroelectric Investigation and Design Institute of China Hydropower Engineering Consulting Group
Current assignee: Chengdu Hydroelectric Investigation and Design Institute of China Hydropower Engineering Consulting Group
Priority date: 2007-12-27
Filing date: 2007-12-27
Publication date: 2008-06-18

Abstract

本发明公开了一种在水利水电工程中使用的且不易对大坝构成安全威胁的泄洪隧洞。该隧洞包括与进水口相连通的高位段和与出水口相连通的低位段，高位段和低位段之间通过斜坡段连通，其中，斜坡段设置在隧洞的下游区域。将斜坡段设置在隧洞的下游区域，从而可将流速高、压力低，容易发生空蚀破坏的部位局限在隧洞下游的有限范围内，因此即使泄洪隧洞内发生了局部破坏，破坏的区域也相对大坝较远，对大坝的安全威胁也较小。本发明工程投资较少，经济效益显著，适用于进行高水头、大流量的泄洪作业。

Description

泄洪隧洞

技术领域

本发明涉及一种水利水电工程中高水头、大流量的泄洪建筑物，尤其是涉及一种泄洪隧洞。

背景技术

泄洪隧洞是水利水电工程中常用的泄洪建筑物。早期的高水头泄洪隧洞的立面布置上通常采用“龙抬头”的布置方式，即位于高位的短有压进水口段接隧洞斜坡段的入口端，斜坡段的出口端与低位平洞之间通过一段反弧衔接，其特点是斜坡段设置在泄洪隧洞的上游区域。这种“龙抬头”式的泄洪隧洞其优点是在闸门总推力一定的情况下可以获得较大的过流能力，如二滩水电站的两条泄洪隧洞就采用的这种布置方式。但是这种“龙抬头”式的泄洪隧洞，其反弧段附近由于流速高、压力低，很容易发生空蚀破坏。从已建成的高水头、大流量“龙抬头”式泄洪隧洞的运行实践来看，发生空蚀破坏有以下几个特点：(1)受破坏的起始部位一般在紧邻“龙抬头”反弧段末端至其下游几十米，破坏范围可发展至数百米长的洞段内；(2)反弧段处的水头及流速都比较高，水头达100～178m，流速一般都接近或超过40m/s；(3)为使枢纽布置紧凑，目前已建成的“龙抬头”式泄洪隧洞，其反弧段距大坝比较近，一旦在反弧段附近发生空蚀破坏，对大坝的坝肩可能构成安全威胁；(4)由于“龙抬头”式泄洪隧洞反弧段布置靠近大坝，则下游泄洪隧洞比较长，一般达数百米，甚至长达千米，因此若在反弧段末端处发生空蚀破坏，大量的混凝土和遭冲刷破坏的围岩都将由水流带至下游，因此造成下游泄洪隧洞内过流表面尤其是底板的严重磨损，修复难度大；(5)“龙抬头”式泄洪隧洞一般要求洞轴线为直线，而在直河道上的枢纽布置难以满足其要求。

发明内容

本发明所解决的技术问题是：提供一种不易对大坝构成安全威胁的泄洪隧洞。

解决上述技术问题的技术方案是：泄洪隧洞，包括与进水口相连通的高位段和与出水口相连通的低位段，高位段与低位段之间通过斜坡段连通，其中，斜坡段设置在隧洞的下游区域。

进一步的是，高位段包括依次连通的进水口段、有压隧洞段、工作闸室段和无压直段，进水口设置在进水口段上，无压直段与斜坡段连通。

进一步的是，无压直段沿水流方向由上至下倾斜设置。

进一步的是，有压隧洞段的长度≥400m。

进一步的是，低位段的长度为隧洞总长度的10％～20％。

进一步的是，斜坡段与低位段之间通过反弧段连通。

进一步的是，低位段包括下直坡段和出口挑坎段，下直坡段与反弧段连通，出水口设置在出口挑坎段上。

进一步的是，斜坡段中以及斜坡段的下游设置有掺气设施。

作为上述技术方案的优选方案，所述掺气设施为掺气坎或掺气槽。

本发明的有益效果是：将斜坡段设置在隧洞的下游区域，从而可将流速高、压力低，容易发生空蚀破坏的部位局限在隧洞下游即靠近隧洞出水口的有限范围内，因此即使在该范围内发生了局部破坏，破坏的区域也相对大坝较远，对大坝的安全威胁也较小；另一方面，将斜坡段设置在隧洞的下游区域以后，隧洞高位段的长度必须相应加长，这样，可以使进水口的布置更加灵活；其次，还可以便于工程运行检查和修复等工作。本发明工程投资较少，经济效益显著，由于适用于进行高水头、大流量的泄洪作业。

附图说明

图1为本发明泄洪隧洞的结构示意图。

图中标记为：进水口1，进水口段2，有压隧洞段3，工作闸室段4，无压直段5，斜坡段6，反弧段7，下直坡段8，出口挑坎段9，出水口10，高位段11，低位段12。

图中箭头所述方向为水流方向。

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示的泄洪隧洞，包括与进水口1相连通的高位段11和与出水口10相连通的低位段12，高位段11和低位段12之间通过斜坡段6连通，其中，斜坡段6设置在隧洞的下游区域。由于斜坡段6存在一定的陡坡度，即与水平方向有相对较大的夹角，这样水流通过斜坡段6的时候由于高低落差使其流速加快，但水流对洞壁的压力会相应降低。由于水流的压力降低，因此在水流中以及水流与洞壁的固液交界面上会形成空泡，空泡迅速的发展和溃灭，在空泡溃灭的瞬间，会在局部产生极高的瞬时压强，洞壁受到空泡溃灭所产生的极高瞬时压强的反复作用，从而对洞壁表面造成破坏，这种现象即为空蚀现象。该泄洪隧洞中分别与进水口1和斜坡段6相连通，且相对高度较高的一段即为高位段11；分别与斜坡段6和出水口10相连通，且相对高度较低的一段为低位段12；水流从高位段11通过斜坡段6流入低位段12。由于将斜坡段6设置在隧洞的下游区域，从而形成“龙落尾”的布置形式，可将流速高、压力低，容易发生空蚀破坏的部位局限在隧洞下游即靠近隧洞出水口10的有限范围内，因此即使该范围内发生了局部破坏，破坏的区域也相对大坝较远，对大坝的安全威胁也较小；另一方面，将斜坡段6设置在隧洞的下游区域以后，隧洞高位段11的长度必须相应加长，这样，可以使进水口的布置更加灵活；其次，将隧洞发生空蚀破坏的部位局限在隧洞下游的有限范围内，便于工程运行检查和修复等工作。斜坡段6与低位段之间最好通过反弧段7连接，这样水流对低位段12的冲击力可相对较小。

由于斜坡段6位于高位段11和低位段12之间，当斜坡段6设置在隧洞的下游区域以后，低位段12的长度小于高位段11的长度。其中，低位段12的长度最好设置为隧洞总长度的10％～20％，这样高位段11的长度相对更长，而隧洞容易发生空蚀破坏区域也被限制在靠近隧洞出水口10中一个较小的范围以内，对大坝的安全威胁大为降低，且易于对隧洞进行维护和修理；同时，高位段11的长度越长，水流在高位段11中的能量消耗就越大，从而可以减小水流在斜坡段6以及斜坡段6下游中的流速，降低发生空化的机率。

其中，高位段11包括依次连通的进水口段2、有压隧洞段3、工作闸室段4和无压直段5，进水口1设置在进水口段2上，无压直段5与斜坡段6连通。在工作闸室段4中设置有闸门，可对泄洪隧洞中水流的流量进行控制。有压隧洞段3的长度最好≥400m，这样，当水流经过有压隧洞段3时，由于水流与洞壁之间的压力较大，洞壁对水流的磨阻作用基本平衡了由于底坡变化造成的水流加速度，这样在进入斜坡段6之前，水流流速基本未增。此外无压直段5沿水流方向由上至下倾斜设置，这样，水流通过无压直段5时还可将其高度下降了50～70m，进而降低水流在斜坡段6中的流速，降低隧洞发生空化的风险。

此外，低位段12包括彼此连通的下直坡段8和出口挑坎段9，下直坡段8与反弧段7连通，出水口10设置在出口挑坎段9上。出口挑坎段9设置有向上倾斜的坡度，从而可以加强出水口10中水流的冲力，这样，可使从出水口10中的水流喷射的更远，避免水流对出水口10周边的冲刷腐蚀。

为了对容易发生空蚀破坏的区域进行防护，斜坡段6中以及斜坡段6的下游设置有掺气设施。掺气设施可以起到掺气减蚀的作用，掺气设施可采用使用较为普遍的掺气坎或掺气槽等掺气设施。

实施例

针对某设计坝高为278m，正常蓄水位为600.0m，枢纽设计(校核)泄量为50238m³/s，最大泄洪水头为221.7m，泄洪功率为100000MW的大型大坝，进行该大坝泄洪隧洞的设计，具体设计方案为：将泄洪隧洞分设在左、右两岸，其中左岸2条，右岸3条，洞长1462m～1905m，平面布置均为折线型，单洞最大泄量大于4000m³/s；每条均泄洪隧洞设计成“龙落尾”形式，该泄洪隧洞各部位由上游到下游的组成设计如下：进水口段，高度545.0m，孔口尺寸12m×15m(宽×高)；有压隧洞段，总长635.46m；工作闸室段，纵向长25m；无压直段，长398.81m，断面尺寸为14m×18m(宽×高)；斜坡段，与水平夹角为35°，下直坡段，断面尺寸为14m×18m(宽×高)，长600余米；出口挑坎段，为扭曲斜切挑坎。由于将斜坡段设置在隧洞的下游区域，这样将容易发生空蚀破坏的区域远离大坝，对大坝的安全威胁相对降低。

Claims

1.泄洪隧洞，包括与进水口(1)相连通的高位段(11)和与出水口(10)相连通的低位段(12)，高位段(11)与低位段(12)之间通过斜坡段(6)连通，其特征是：斜坡段(6)设置在隧洞的下游区域。

2.如权利要求1所述的泄洪隧洞，其特征是：高位段(11)包括依次连通的进水口段(2)、有压隧洞段(3)、工作闸室段(4)和无压直段(5)，进水口(1)设置在进水口段(2)上，无压直段(5)与斜坡段(6)连通。

3.如权利要求2所述的泄洪隧洞，其特征是：无压直段(5)沿水流方向由上至下倾斜设置。

4.如权利要求2所述的泄洪隧洞，其特征是：有压隧洞段(3)的长度≥400m。

5.根据权利要求1～4中任意一项权利要求所述的泄洪隧洞，其特征是：低位段(12)的长度为隧洞总长度的10％～20％。

6.如权利要求1所述的泄洪隧洞，其特征是：斜坡段(6)与低位段之间通过反弧段(7)连通。

7.如权利要求6所述的泄洪隧洞，其特征是：低位段(12)包括下直坡段(8)和出口挑坎段(9)，下直坡段(8)与反弧段(7)连通，出水口(10)设置在出口挑坎段(9)上。

8.如权利要求1所述的泄洪隧洞，其特征是：斜坡段(6)中以及斜坡段(6)的下游设置有掺气设施。

9.如权利要求8所述的泄洪隧洞，其特征是：所述掺气设施为掺气坎或掺气槽。