CN105155484B - 将临时导流洞改建为永久泄洪设施的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的将临时导流洞改建为永久泄洪设施的方法：首先是将原导流洞(1)进口封堵，然后将其进口转弯段和进口转弯段后至少5倍洞高长的直段改建成消能压力前池(2)，消能压力前池末端壁面上设置一射流出口(3)，使出口后的导流洞段成为永久泄洪洞的明流段(6)，在封堵的导流洞进口以上位置新建至少一条泄洪洞(4)，新建的泄洪洞进口底面高程至少要高于泥沙在进口处淤积可能达到的最高位置2m，每条新建的泄洪洞(4)通过至少一条连接管道(5)与消能压力前池(2)连接并轴线相交。本发明不仅使有平面转弯段的导流洞能够顺利改建利用，为整个水利水电工程节约投资，还能提高消能效果，延长建筑物的使用寿命。

Description

将临时导流洞改建为永久泄洪设施的方法

技术领域

本发明属于水利水电设施改建技术领域，具体涉及一种将水利水电工程中的临时导流洞改建为永久泄洪设施的方法。

背景技术

在水利水电工程的修建过程中，常常需要将河流临时拦断，以便于在原河道中施工，这时需要修建一些临时的建筑物将河流中的水引到施工区下游，导流洞就是经常修建的这样一种临时建筑物。为了节省工程投资，导流洞长度显然是越短越好，这就导致导流洞一般会存在平面转弯段。对于这类临时性泄水建筑物，一般都会在工程修建完成后弃之不用，泄洪任务全部由新建的永久性泄水建筑物承担。为了节约工程投资，近年来许多工程中都将这种临时导流洞改建为永久性明流泄洪洞(孙双科等，下游高水位条件下导流洞改建为旋流竖井式泄洪洞的水力学问题研究，2000，水利学报，10，22-27；李贵信等，公伯峡水电站导流洞改建为旋流泄洪洞方案研究，2002，水力发电，8，41-44)，但这种改建存在以下三方面的问题：1)由于库区的水位一般比较高，泄洪时的水流速度也就很大，而高速明流转弯存在很大的困难，会造成急流冲击波等现象，转弯段外侧的水面会大大升高，而内侧的水面会降低，严重时水流会在洞内翻滚，造成水流混乱，并将洞顶的空气通道封闭，造成破坏，使得有平面转弯段的导流洞就难以改建利用。2)由于导流洞的进口要满足枯水期能够过水的要求，因而位置就比较低，工程建成后泥沙会在库内淤积，当使用导流洞的进口作为永久泄洪洞的进口时，大量泥沙将在泄洪时随水流一起运动，这会对过流壁面造成严重的磨损破坏。3)现有改建方法如果用在泄洪标准比较高的工程中，会遇到运行过程洞顶被淹没，不稳定等流态，导致改建后的泄洪洞消能效果差并存在运行安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种将临时导流洞改建为永久泄洪设施的方法，以在保证安全运行的前提下能将有平面转弯段的导流洞改建为永久性泄洪洞，并提高消能效果，同时避免使用导流洞的进口作为永久泄洪洞的进口时，泄洪会将进口淤积的泥沙带走从而给泄洪过流壁面带来的磨损破坏的问题。

为了实现上述目的，本发明提供的将临时导流洞改建为永久泄洪设施的方法如下：首先是将原导流洞进口封堵，然后将其进口转弯段和进口转弯段后至少5倍洞高长的直段改建成消能压力前池，消能压力前池末端壁面上设置一射流出口，使出口后的导流洞段成为永久泄洪洞的明流段，在封堵的导流洞进口以上位置新建至少一条泄洪洞。该新建泄洪洞进口底高程需依据库区泥沙的淤积情况和运动需求来定，具体来说，在建筑物使用的年限范围，以泥沙在进口处淤积可能达到的最高位置为准，新建的泄洪洞进口底高程至少要高于这一淤积位置2m，以避免泄洪时将泥沙带走。每条新建的泄洪洞通过至少一条连接管道与消能压力前池连接并轴线相交。

上述方法中，新建的泄洪洞为1～4条，各条泄洪洞的进口沿高程阶梯布置。一般来说，一条更为经济些，但若考虑布置和运行灵活性的需要，也可以新建2条以上。

上述方法中，新建的泄洪洞为有压洞，其截面形状为圆形或城门形，且截面面积≤原导流洞截面面积，只有这样，原导流洞内的流速才会小于进来的水流速度，从而起到消能的作用。当新建的泄洪洞为圆形时，连接管道可与之以任意角度连接；当新建的泄洪洞为城门形时，连接管道以轴线与泄洪洞的底面或与泄洪洞侧壁面呈60～90°角度与之连接，并与其轴线相交。当消能压力前池(亦即原临时导流洞)截面为圆形时，连接管道可与之以任意角度连接；当消能压力前池截面为城门形时，连接管道以轴线与消能压力前池的顶面或与消能压力前池侧壁面呈60～90°角度与之连接，并与其轴线相交。

上述方法中，每条新建的泄洪洞优选2条连接管道与消能压力前池连接并轴线相交，一般来说，一条连接管道为新建的，另一条是由新建的泄洪洞末端转弯后直接形成的。每条连接管道与消能压力前池的连接端呈锥形，以使水流以较大的速度进入消能压力前池内(即以有压淹没射流方式进入消能压力前池)，便于利用进入时水流产生的强剪切和引起消能压力前池内水体的强紊动消能。每条新建的泄洪洞上的连接管道与消能压力前池连接处的总面积小于新建有压泄洪洞的截面面积，这样可以保证连接管道中的压力条件良好，避免发生空化空蚀的风险。且所有与消能压力前池的连接点与消能压力前池纵向两端至少2倍洞高的距离，以保证足够的消能水体，同时使水流从消能压力前池进入原导流洞直段改建的明流段永久泄洪洞时有足够的调整距离，以使消能后的水体以比较平稳的流态流出消能压力前池而进入明流段泄洪洞。

上述方法中，所述射流出口为一个四面临空的圆形或矩形的射流出口。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、由于本发明提供的方法是将进口转弯段及其后部分直段改建成消能压力前池，且还在沿原导流洞的高程位置上新建泄洪洞并与消能压力前池连接，因而避免了现有技术直接将临时导流洞改建为永久性明流泄洪洞所带来的问题，使得有平面转弯段的导流洞能够顺利改建利用，可为整个水利水电工程节约投资。

2、由于本发明提供的方法改建成的消能压力前池与新建的泄洪洞匹配在泄洪过程中能够形成淹没射流，不仅能够通过水体强紊动剪切达到消能的目的，分担下游溢洪道的泄洪消能难度，且消能压力前池末端四面临空射流出口的设置，又使得水流以射流的形式进入消能压力前池后原导流洞的过程中，能够在空中使大量空气掺入射流水体中形成高速掺气明流，保护高速过水壁面不致发生空蚀破坏，因而能够在保证泄洪工程安全运行的前提下，提高消能效果，延长建筑物的使用寿命。

3、由于本发明提供的方法能够使新建泄洪洞的进口高程布置灵活，且限定了新建的泄洪洞进口底高程至少要高于在建筑物使用的年限范围内泥沙淤积的最高位置2m，克服了原导流洞进口高程低的缺点，因而可避免使用导流洞的进口作为永久泄洪洞的进口时，在泄洪过程中将洞口附近淤积的泥沙带走，给泄洪过流壁面带来的磨损破坏。

4、由于本发明提供的方法能够最大限度的利用已建导流洞作为永久泄洪洞，大大减小了新建永久泄洪洞的施工工程量，缩短了工程建设工期，降低了工程建设难度。

附图说明

图1为本发明将临时导流洞改建为永久泄洪设施的一种改建方式的纵剖示意图。

图2为图1的A-A剖面示意图。

图3为图1的B-B剖面示意图。

图4为图1的C-C剖面示意图。

图5为本发明将临时导流洞改建为永久泄洪设施的第二种改建方式的纵剖示意图。

图6为图5的平面布置示意图。

图7为图5的A-A剖面示意图。

图8为图5的B-B剖面示意图。

图9为图5的C-C剖面示意图。

图10为图5的D-D剖面示意图。

图11为本发明将临时导流洞改建为永久泄洪设施的第三种改建方式的纵剖示意图。

图中，1—原导流洞，2—消能压力前池，3—射流出口，4—新建泄洪洞，5—连接管道，6—明流段。

具体实施方式

下面通过附图给出具体实施方式，以对本发明所述将导流洞进口转弯段改建为永久泄洪洞消能压力前池的方法作进一步说明。有必要在此指出的是以下实施例不能理解为对本发明保护范围的限制，如果该领域的技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明保护范围。

实施例1

如图1所示，首先将原导流洞1进口封堵，然后将其进口转弯段和其后5倍洞高长的直段改建成消能压力前池2，消能压力前池2末端的壁面上设置一四面临空射流出口3，该射流出口的截面为圆形，见图2，并使射流出口3后的原导流洞段成为永久泄洪洞的明流段6。

本实施例在封堵的原导流洞1的进口以上位置新建了1条有压泄洪洞4，其截面形状为圆形，见图3，且截面面积＜原导流洞1的截面面积，新建的泄洪洞4进口底高程高于泥沙在进口处淤积可能达到的最高位置2m。新建的泄洪洞4通过两条连接管道5与改建的消能压力前池2连接并轴线相交，一条为新建的，位于消能压力前池2上游，另一条是由新建的泄洪洞4末端转弯后直接形成的，位于消能压力前池2下游。每条连接管道5与消能压力前池2的连接端呈锥形，且两连接管道5与消能压力前池2连接处的总面积应小于新建的有压泄洪洞4的截面面积。由于本实施例原导流洞1改建的消能压力前池2和新建的泄洪洞4均为圆形，故连接管道5可与之以任意角度连接，见图3、4。另外，位于消能压力前池2上游的连接管道5与消能压力前池2的连接点应距离消能压力前池上游端头2倍洞高的距离，位于消能压力前池2下游的连接管道5与消能压力前池2的连接点应距离消能压力前池2下游端头3倍洞高的距离。

实施例2

如图5、6所示，首先将原导流洞1进口封堵，然后将其进口转弯段和其后7倍洞高长的直段改建成消能压力前池2，消能压力前池2为城门形，故末端的壁面上设置一四面临空射流出口3，该射流出口的截面为矩形，见图7，并使射流出口3后的原导流洞段成为永久泄洪洞的明流段6。

本实施例在封堵的原导流洞1的进口以上位置新建了2条有压泄洪洞4，各条泄洪洞的进口沿高程阶梯布置，其截面形状为城门形，见图8，且截面面积＜原导流洞1的截面面积，新建的泄洪洞4进口底高程高于泥沙在进口处淤积可能达到的最高位置3m。新建的2条泄洪洞4通过3条连接管道5与改建的消能压力前池2连接并轴线相交。进口低的一条新建的泄洪洞4有2条连接管道5，一条为新建的，位于消能压力前池2上游，另一条是由新建的泄洪洞4末端转弯后直接形成的，位于消能压力前池2中游，而位于消能压力前池2上游的连接管道5是以轴线与泄洪洞4的底面连接，位于消能压力前池2中游且由新建的泄洪洞4末端转弯后直接形成的连接管道5是以轴线与消能压力前池2的顶面连接，见图8、9。进口高的一条新建的泄洪洞4只有1条连接管道5，由其末端转弯后直接形成，位于消能压力前池2下游，其与消能压力前池2侧壁面呈90°的角度连接，并与其轴线相交，见图10。每条连接管道5与消能压力前池2的连接端呈锥形，且三条连接管道5与消能压力前池2连接处的总面积应小于新建的有压泄洪洞4的截面面积。另外，位于消能压力前池2最上游的连接管道5与消能压力前池2的连接点应距离消能压力前池上游端头2倍洞高的距离，位于消能压力前池2最下游的连接管道5与消能压力前池2的连接点应距离消能压力前池2下游端头3倍洞高的距离。

实施例3

本实施例所述将临时导流洞改建为永久泄洪设施的方法与实施例2的不同之处在于：1)新建的泄洪洞4为4条，各条泄洪洞4的进口沿高程阶梯布置，如图11所示；2)连接管道5均是由新建的泄洪洞4的末端转弯后直接形成；3)四条连接管道5与消能压力前池2连接处的总面积等于原导流洞1的截面面积；4)位于消能压力前池2上游的二条连接管道5是以轴线与消能压力前池2的顶面连接，位于消能压力前池2下游的二条连接管道5与消能压力前池2侧壁面呈60°的角度连接，并与其轴线相交。

Claims (7)

1.将临时导流洞改建为永久泄洪设施的方法，其特征在于该方法首先是将原导流洞(1)进口封堵，然后将其进口转弯段和进口转弯段后至少5倍洞高长的直段改建成消能压力前池(2)，消能压力前池末端壁面上设置一射流出口(3)，使出口后的导流洞段成为永久泄洪洞的明流段，在封堵的导流洞进口以上位置新建至少一条泄洪洞(4)，新建的泄洪洞进口底面高程至少要高于泥沙在进口处淤积可能达到的最高位置2m，每条新建的泄洪洞(4)通过至少一条连接管道(5)与消能压力前池(2)连接并轴线相交，连接管道(5)与消能压力前池(2)的连接端呈锥形，以使水流以较大的速度进入消能压力前池(2)内；每条新建的泄洪洞(4)上的连接管道(5)与消能压力前池(2)连接处的总面积小于新建有压泄洪洞(4)的截面面积，且所有与消能压力前池(2)的连接点与消能压力前池(2)纵向两端至少2倍洞高的距离。

2.根据权利要求1所述将临时导流洞改建为永久泄洪设施的方法，其特征在于该方法中新建的泄洪洞(4)为1～4条，各条泄洪洞的进口沿高程阶梯布置。

3.根据权利要求1或2所述将临时导流洞改建为永久泄洪设施的方法，其特征在于该方法中新建的泄洪洞(4)为有压洞，其截面形状为圆形或城门形，且截面面积≤原导流洞(1)截面面积。

4.根据权利要求3所述将临时导流洞改建为永久泄洪设施的方法，其特征在于当新建的泄洪洞(4)为圆形时，连接管道(5)与之以任意角度连接；当新建的泄洪洞为城门形时，连接管道(5)以轴线与泄洪洞(4)的底面连接或与泄洪洞(4)侧壁面呈60～90°的角度连接，并与其轴线相交；当消能压力前池(2)截面为圆形时，连接管道(5)与之以任意角度连接；当消能压力前池(2)截面为城门形时，连接管道(5)以轴线与消能压力前池(2)的顶面或与消能压力前池(2)侧壁面呈60～90°的角度连接，并与其轴线相交。

5.根据权利要求1或2所述将临时导流洞改建为永久泄洪设施的方法，其特征在于该方法中所述射流出口(3)为一个四面临空的圆形或矩形的射流出口。

6.根据权利要求3所述将临时导流洞改建为永久泄洪设施的方法，其特征在于该方法中所述射流出口(3)为一个四面临空的圆形或矩形的射流出口。

7.根据权利要求4所述将临时导流洞改建为永久泄洪设施的方法，其特征在于该方法中所述射流出口(3)为一个四面临空的圆形或矩形的射流出口。