CN102162230B - 一种由导流洞采用“龙翘尾”型式改建成泄洪洞的设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种由导流洞采用“龙翘尾”型式改建成泄洪洞的设计方法，其特征是，该设计方法是将一种导流洞采用“龙翘尾”式改建成泄洪洞，通过在导流洞尾部增设竖井段、水平转弯段，使所述水平转弯段的水平高度高于所述导流洞的水平高度。本发明优点：通过该设计方法改建的泄洪洞，具有洞内结构简单，施工工艺容易操作；能够改善工作闸门受力；使下游的消能问题容易解决，降低了造价成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种泄洪洞，特别是一种由导流洞采用“龙翘尾”型式改建成的泄洪洞的设计方法。
背景技术
在水利水电工程中，一条导流洞的造价高达千万元、甚至上亿元，施工导流结束后，常将其改造成为泄洪洞、排沙洞、引水隧洞等，而改造成泄洪洞，是我国水电工程中采用的最多，过去常采用龙抬头型式，近年来出现了水平旋流、竖井旋流等新型式。
上述导流洞改造成泄洪洞的思路，考虑到隧洞本身的安全，以及降低闸门受力，均在隧洞进口控制水流，安装闸门，如果隧洞、后部工作门、消能设施出现冲刷等破坏，将进口闸门关闭，排空洞内水流，以达到对洞内检修的目的。
无论采用传统的龙抬头型式，还是近年来出现的水平旋流、竖井旋流型式，均采取这种在进口进行改造利用的方案，洞内水流一般为明流，洞内流速高、流态复杂，往往存在气蚀等高速水流问题，结构上也要采取抗冲耐磨、掺气等方法，受力复杂，施工工艺要求高，相应造价也提高。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种由导流洞采用“龙翘尾”型式改建成泄洪洞的设计方法，通过该设计方法改建的泄洪洞，具有洞内结构简单，施工工艺容易操作；能够改善工作闸门受力；使下游的消能问题容易解决，降低了造价成本等特点。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种由导流洞采用“龙翘尾”型式改建成泄洪洞的设计方法，其特征在于，设计方法是将一种导流洞采用“龙翘尾”式改建成泄洪洞，通过在导流洞尾部增设竖井段、水平转弯段，使所述水平转弯段的水平高度高于所述导流洞的水平高度。
一种由导流洞采用“龙翘尾”型式改建成的泄洪洞，其特征在于，包括：进水塔、导流洞、竖井段、水平转弯段和闸室段和下游消能段；所述的进水塔与导流洞前端连通，导流洞结合段尾部连接竖井段，竖井段上端与水平转弯段前端连通，竖井段下端与导流洞的洞体连通，所述的水平转弯段末端设置有闸室段和下游消能段。
所述的导流洞末端设置有封堵段。
所述进水塔上设置有后期进水口。
所述的封堵段内设置有锥形阀。
所述的水平转弯段连接竖井段处的转弯半径大于5倍导流洞的直径。
所述的水平转弯段出口由圆型断面渐变成方形断面。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
（1）洞内结构简单：由于工作闸门位于隧洞出口，因此，运行期闸门以上隧洞均为有压隧洞，因此，可以要求导流洞按照运行工况一次建成有压圆形，高速水流带来的气蚀问题基本不存在，洞内结构简单，施工工艺容易操作；
（2）工作闸门受力改善：经过竖井段后，上游水位与出口底板水头差降低，水力学、闸门受力等结构问题的处理难度均相应降低；
（3）消能问题容易解决：同样，由于竖井段的存在，上游水位与出口底板水头差显著降低，即使消能工存在气蚀等问题，由于在洞外，检修条件好，下游消能问题容易解决。
附图说明
下面结合具体实施例和附图对本发明进一步说明，但不作为对本发明的限定：
图1是本发明实施例的由导流洞采用“龙翘尾”型式改建成的泄洪洞平面示意图；
图2是图1的纵剖面示意图。
图中：1、竖井段；2、水平转弯段；3、闸室段；4、下游消能段；5、封堵段；6、锥形阀；7、后期进水口；8、进水塔；9、河流；10、导流洞；11、上游水位。
具体实施方式
在实施例中没有详细叙述到的结构，其结构与现有的已知结构相同。
实施例1
一种由导流洞采用“龙翘尾”型式改建成的泄洪洞，包括：进水塔8、导流洞10、竖井段1、水平转弯段2和闸室段3和下游消能段4；所述的进水塔8与导流洞10前端连通，导流洞10结合段尾部连接竖井段1，竖井段上端与水平转弯段2前端连通，竖井段1下端与导流洞10的洞体连通，所述的水平转弯段2末端设置有闸室段3和下游消能段4。
实施例2
一种由导流洞采用“龙翘尾”型式改建成的泄洪洞，包括：进水塔8、导流洞10、竖井段1、水平转弯段2、闸室段3和下游消能段4；所述的进水塔8与导流洞10前端连通，导流洞10结合段尾部连接竖井段1，竖井段上端与水平转弯段2前端连通，竖井段1下端与导流洞10的洞体连通，所述的水平转弯段2末端设置有闸室段3和下游消能段4；所述的导流洞10末端设置有封堵段5；或者是所述进水塔8上设置有后期进水口7；或者是所述封堵段5内设置有锥形阀6；或者是水平转弯段2连接竖井段1处的转弯半径大于5倍导流洞10的直径；或者是水平转弯段2出口由圆型断面渐变成方形断面；本发明的泄洪洞可以是上述的特征的一种或几种的组合。
实施例3
如图1及图2所示，一种由导流洞采用“龙翘尾”型式改建成的泄洪洞，包括：进水塔8、导流洞10、竖井段1、水平转弯段2、闸室段3和下游消能段4，水平转弯段2和导流洞10分别与水平面平行，导流洞10结合段尾部连接竖井段1，竖井段1下端与导流洞10的洞体连通，以降低上游水位11与下游出口水头差，导流洞10的前端连接有进水塔8，所述进水塔8上设置有后期进水口7，后期进水口7和进水塔8设置于河流9的上游；同时所述的竖井段1上端与水平转弯段2前端连通，保证出口泄洪洞挑流挑入河道，出口布置闸室段3及下游消能段4，运行期闸室段3前导流洞10为有压隧洞，必要时需要在闸室段3工作门前加设检修门，下游消能段4根据地形地质条件，采用挑流消能方式。导流洞10的末端设置有封堵段5，可以使流经导流洞10的水进入竖井段1，进而通过水平转弯段2、闸室段3、下游消能段4流出；封堵段5中设置有锥形阀6，在检修泄洪洞时可以打开锥形阀6将泄洪洞中的水完全排除，方便工人进入检修。
导流洞10在施工期按照永久运行体型一次建成，为圆型钢筋混凝土结构，水头大于150m时，应按按照《水工隧洞设计规范》要求通过渗流场分析进行应力耦合计算（参考广州抽水蓄能电站引水隧洞设计方法）；竖井段1为圆型钢筋混凝土结构，高度受下游工作闸室3底部高程控制（工作闸室段3底部高程按照《水工隧洞设计规范》中水力计算原则设计）；水平转弯段2转弯半径大于5倍洞径，洞内为圆型钢筋混凝土结构，出口由圆型断面渐变成方形断面，设置本段目的在于保证出口泄洪洞挑流挑入河道；封堵段5按照按照《水工隧洞设计规范》中封堵体设计要求进行，封堵段5中设置锥形阀6时应按照设计水头、流量选取定型产品。
本发明上述的实施例中的泄洪洞都是通过一种导流洞采用“龙翘尾”式改建成的。本发明不仅仅限于上述实施例,其它只要是将一种导流洞采用“龙翘尾”式，即：通过在导流洞尾部增设竖井段、水平转弯段，使所述水平转弯段的水平高度高于所述导流洞的水平高度的泄洪洞都可以。
本发明的技术方案适用条件：
（1）、地质条件应满足《水工隧洞设计规范》规范布置有压隧洞的要求，特别应满足有压洞顶围岩覆盖厚度（满足《水工隧洞设计规范》中的雪山、挪威、垂直向三大准则）要求：如果运行期内水水头大于150m，应按按照《水工隧洞设计规范》要求通过渗流场分析进行应力耦合计算（参考广州抽水蓄能电站引水隧洞设计方法），在上覆厚度满足情况下（满足《水工隧洞设计规范》中的雪山、挪威、垂直向三大准则），国内外尚未报道有压洞的破坏记录，而导流洞一般埋深较大（黄河上游地区大于60m），上覆厚度易于满足，导流洞经过初期支护、回填、固结灌浆，以及永久衬砌的严格设计论证；
（2）、导流洞包括竖井段、水平段、闸室及下游消能段应具备按照永久运行一次建成条件；
（3）、洞内流速控制在20秒米为合理：以黄河上游为例，有压洞断面尺寸（通常为常城门洞形，本文按面积等效折算）均为10米～18米，按15米的圆洞考虑，洞内流速为20米时，下泄流量为3500秒立米，如果下泄流量为2000秒立米，洞内流速则不到12米，高速水流问题不再突出，（如黄河上游碧口水电站左岸泄洪洞，为有压洞，为10.5的圆形断面，洞内流速为21.1秒米）；
（4）、出口具备布置挑流消能工条件：本方案采用挑流消能相对合理，国内挑流+消能塘的型式，其上下游最大落差已超过两百多米，因此，只要下游闸室底板高程满足泄流能力要求及地质地形条件许可（满足《水工隧洞设计规范》），竖井高度基本不受限制，经过泄流能力计算，竖井可抬高50～80多米，出口闸室及消能压力大大降低，虽然挑坎后落差增加相应高度，可能达到100多米，但其处理难度降低。另外，必须选择合理的出口位置，按照《水力计算手册》中挑流消能工详细计算出口挑距，对于边坡应加强防护。
本发明的技术方案施工及运行：
（1）、开挖支护，闸室及下游消能段的开挖可以与导流洞的开挖同时进行，随进度逐步开挖水平转弯段、竖井段，支护措施包括喷锚等；
（2）、进水塔浇筑及隧洞二次衬砌；由于存在泥沙淤堵问题；导流洞进口设计成带胸墙的进水塔型式，进水塔顶部高程置于淤积高程以上；隧洞二次衬砌应同时满足永久运行要求，同时进行回填、固结灌浆，如果运行期水头大于150m，应按按照《水工隧洞设计规范》要求通过渗流场分析进行应力耦合计算（参考广州抽水蓄能电站引水隧洞设计方法）；
（3）、导流洞过水后的下闸蓄水及导流洞封堵；需要对导流洞进行放空检查，在封堵段内埋设锥形阀，虽然下泄流量仅有几百秒厘米，但对于枯水期流量小河流，即使进水塔顶部以上库容达到8亿，需要不到2个月即可排空，水位到达进水塔顶部即可。
（4）、洞内充水：打开导流洞进口工作门，待上游库水位接近塔顶后，闸门关闭；
（5）、后期运行时，水流经由闸门后的进水口下泄，因此，必须保证门口进水口尺寸满足后期下泄设计、校核流量的要求，按照《水工隧洞设计规范》中水力计算原则设计。
Claims (6)
1.一种由导流洞采用“龙翘尾”型式改建成泄洪洞的设计方法，其特征在于，该设计方法是将一种导流洞采用“龙翘尾”式改建成泄洪洞，通过在导流洞（10）尾部增设竖井段（1）、水平转弯段（2），使所述水平转弯段(2)的水平高度高于所述导流洞（10）的水平高度；所述的导流洞（10）末端设置有封堵段（5）。
2.根据权利要求1所述的设计方法设计的一种由导流洞采用“龙翘尾”型式改建成的泄洪洞，其特征在于，包括：进水塔（8）、导流洞（10）、竖井段（1）、水平转弯段(2)、闸室段(3)和下游消能段(4)；所述的进水塔（8）与导流洞（10）前端连通，导流洞（10）结合段尾部连接竖井段（1），竖井段上端与水平转弯段（2）前端连通，竖井段（1）下端与导流洞（10）的洞体连通，所述的水平转弯段（2）末端设置有闸室段（3）和下游消能段（4）。
3.根据权利要求1所述的一种由导流洞采用“龙翘尾”型式改建成的泄洪洞，其特征在于，所述的封堵段（5）内设置有锥形阀（6）。
4.根据权利要求2所述的一种由导流洞采用“龙翘尾”型式改建成的泄洪洞，其特征在于，所述进水塔（8）上设置有后期进水口（7）。
5.根据权利要求2所述的一种由导流洞采用“龙翘尾”型式改建成的泄洪洞，其特征在于，所述的水平转弯段（2）连接竖井段（1）处的转弯半径大于5倍导流洞（10）的直径。
6.根据权利要求2所述的一种由导流洞采用“龙翘尾”型式改建成的泄洪洞，其特征在于，所述的水平转弯段（2）出口由圆型断面渐变成方形断面。
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