CN105220659A - 一种高坝大库超深层挡水放空系统及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高坝大库超深层挡水放空系统及其操作方法，所述挡水放空系统包括依次布置在隧洞上的首级闸门系统至末级闸门系统，以及末级弧形闸门系统，每级闸门系统设置具有补、排水功能的连通管，连通管采用阀门进行水流控制；所述各级闸门系统分别通过其内、外部连通管、外部检修连通管、通气管、廊道等实现水压、气压平衡，且末级廊道通过廊道竖井与挡水放空系统下游连通；所述操作方法包括蓄水、放水、检修及挡水四个工况。本发明通过设置多级闸门分担总水头，并在各级闸门后充水抵消挡水水头，使各级闸门承受的水推力在常规设计范围内，克服了金属结构专业现有技术的不足，解决了高坝大库工程超深层挡水放空设计的关键技术问题。

Description

一种高坝大库超深层挡水放空系统及其操作方法

技术领域

本发明属于水利水电工程技术领域，具体是涉及一种高坝大库超深层挡水放空系统及其操作方法。

背景技术

随着筑坝技术的不断发展，我国对水利水电工程中的高坝大库放空规模和放空深度提出了更高的要求。但是，根据我国现有的闸门系统制造技术水平，闸门挡水水头一般控制在120m以内，这对于300m级的高坝工程还有将近180m深的库水无法放空，达不到工程安全运行的需要。在现有的技术水平下若将放空设施进水口高程设置过低，闸门将承受巨大的水推力，存在极大的安全隐患。因此，现有的闸门设计方式及制造水平无法满足高坝工程迅速发展的需要。

为满足300m级的高坝工程运行要求，公开号为CN204125907U的中国专利公开了一种适用于水库的超高水头分级挡水结构，该技术方案是通过在每级平板闸门后面进行充水，充水水体压力可以抵消闸门前面的水头压力，以实现将闸门置于水下150m-200m，从而减小了闸门的挡水压力，提高了闸门的运行安全。但是该分级挡水结构在运行过程中存在以下不足：

(1)在上述分级挡水结构中没有设置任何检修闸门，一旦挡水闸门出现故障，则无法将闸门提出检修，整个闸门系统的运行耐久性不足，也可能会导致整个系统失效；

(2)由于在分级挡水结构中没有设置控制水位的排水措施，因此不能将闸门后高于控制水位的水体及时排出，不能保证各级闸门间的水头差，从而使得闸门系统水头增加而导致整个系统崩溃；

(3)在上述分级挡水结构中没有设置充水及排水平压措施，因此不能保持挡水闸门在承受额定水头差和静水等压下启闭闸门；

(4)当库水位降低出现首级闸门反推力的情况下难以有效保证系统安全。

为了解决现有技术中的充水问题，公开号为CN203256704U)的中国专利公开了一种用于平面闸门的充水平压装置，该充水平压装置是设置在重力坝体内，进口需设在在平面闸门上游坝面外，且必须低于死水位，管身通过重力坝体、并跨过平面闸门门槽，出口位于平面闸门和弧形闸门之间的洞段顶部，主要是通过人工操控，单独完成自式流充水，不能满足平面闸门和弧形闸门之间洞段实现完全的水体填充和各工况下的平压。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种高坝大库超深层挡水放空系统及其操作方法。

本发明是通过如下技术方案予以实现的。

一种高坝大库超深层挡水放空系统，其特征在于：包括依次布置在隧洞上的首级闸门系统、末级闸门系统及末级弧形闸门系统，所述首级闸门系统与末级闸门系统之间还设置有二级闸门系统，所述首级闸门系统分别通过首级外部连通管和首级外部检修连通管与下游一级闸门系统相连，所述末级闸门系统位于隧洞的末级洞段处，所述二级闸门系统与末级闸门系统之间分别通过二级外部连通管和二级廊道相连，所述末级闸门系统下游设置有末级廊道，且末级廊道通过廊道竖井与末级弧形闸门系统下游连通，所述末级洞段与末级闸门系统之间通过通气管和充水管连通。

所述二级闸门系统的数量为等于或大于零的整数。

所述首级闸门系统包括首级检修闸门、首级检修闸门槽、首级工作闸门、首级工作闸门槽和首级闸门启闭装置，其中首级检修闸门和首级工作闸门分别设置在首级检修闸门槽和首级工作闸门槽内，且首级检修闸门和首级工作闸门分别与首级闸门启闭装置相连。

所述末级闸门系统包括末级闸门、末级闸门槽及末级闸门启闭装置，其中末级闸门位于末级闸门槽内，并与末级闸门启闭装置相连，所述首级外部连通管连通末级闸门槽和首级工作闸门槽，首级外部检修连通管连通末级闸门槽和首级检修闸门槽。

所述末级弧形闸门系统包括末级弧形闸门、末级弧形闸门槽及末级弧形闸门启闭装置，其中末级弧形闸门位于末级弧形闸门槽内，并与末级弧形闸门启闭装置相连。

所述二级闸门系统包括二级检修闸门、二级检修闸门槽、二级工作闸门、二级工作闸门槽和二级闸门启闭装置，其中二级检修闸门和二级工作闸门分别设置在二级检修闸门槽和二级工作闸门槽内，且二级检修闸门和二级工作闸门分别与二级闸门启闭装置相连，二级检修闸门槽和首级工作闸门槽通过首级外部连通管连通，二级检修闸门槽和首级检修闸门槽通过首级外部检修连通管连通，二级工作闸门槽和末级闸门槽通过二级外部连通管连通。

所述首级闸门系统内设置有首级内部连通管，且首级内部连通管连通首级检修闸门槽和首级工作闸门槽。

所述二级闸门系统内设置有二级内部连通管，且二级内部连通管连通二级检修闸门槽和二级工作闸门槽。

所述首级检修闸门、首级工作闸门、二级检修闸门、二级工作闸门均为平板闸门。

所述末级廊道的底板高程与末级控制水位相同。

所述二级廊道的底板高程与二级控制水位相同。

所述末级廊道的底板和二级廊道的底板均向下游放坡。

所述首级检修闸门位于首级工作闸门之前，且首级检修闸门及首级工作闸门均采用后止水方式。

所述首级外部连通管、首级外部检修连通管及二级外部连通管均低于末级控制水位。

所述末级闸门和末级弧形闸门互为检修。

一种高坝大库超深层挡水操作方法，具体方法步骤如下：

(1)蓄水：采用同时关闭全部闸门或逐级关闭闸门进行蓄水；

(2)放水：采用快速放水方法或逐级放水方法进行放水；

(3)检修：

A、检修首级工作闸门，其具体操作步骤如下：

第一步、在平压状态下关闭首级级检修闸门；

第二步、打开首级外部连通管的阀门，首级工作闸门槽内的水体与二级检修闸门槽内的水体连通，多余水体从下游各级廊道溢流排出系统，首级工作闸门槽内水位与二级控制水位同高，从而实现首级检修闸门挡水，首级工作闸门平压；

第三步、关闭首级外部连通管的阀门，打开首级工作闸门进行检修；

第四步、完成检修后，在平压状态下关闭首级工作闸门；

第五步、开启首级内部连通管的阀门，首级工作闸门槽内水位与库水位连通，开始上升至首级控制水位，首级工作闸门挡水，首级检修闸门)平压；

第六步、关闭首级内部连通管的阀门，在平压状态下开启首级检修闸门，首级工作闸门检修完成；

B、检修二级工作闸门，其具体操作方法步骤如下：

第一步、在平压状态下关闭二级检修闸门；

第二步、打开二级外部连通管的阀门，二级工作闸门槽内的水体与下游一级闸门槽水体连通，多余水体从下游各级廊道溢流排出系统，二级工作闸门槽内水位与其下游一级控制水位同高，此时，二级检修闸门挡水，二级工作闸门平压；

第三步、关闭二级外部连通管的阀门，打开二级工作闸门进行检修；

第四步、完成检修后，在平压状态下关闭二级工作闸门；

第五步、开启首级外部检修连通管和二级内部连通管对二级工作闸门槽进行充水，多余水体从下游各级廊道溢流排出系统，二级工作闸门槽内水位上升至二级控制水位，二级工作闸门挡水，二级检修闸门平压；

第六步、关闭首级外部检修连通管和二级内部连通管的阀门，在平压状态下开启二级检修闸门，二级工作闸门检修完成；

C、检修末级弧形闸门，其具体操作方法步骤如下：

第一步、关闭末级闸门，此时末级闸门)和末级弧形闸门均挡水，末级弧形闸门挡水水头降低，多余水体从末级廊道溢出；

第二步、打开末级弧形闸门进行检修，末级弧形闸门与末级闸门之间的末级洞段的水体被放空；

第三步、末级弧形闸门检修完成后，打开末级闸门下游的通气管的阀门，关闭末级弧形闸门；

第四步、开启首级外部检修连通管和末级闸门下游的充水管，对末级洞段进行充水，末级闸门下游的通气管的阀门继续打开排气；

第五步、当末级洞段充水完成后，关闭首级外部检修连通管、充水管及通气管的阀门；

第六步、末级闸门在水头压差下开启；

(4)挡水：

A、当死水位在二级控制水位以上，且水位频繁变动时，可不做处理，首级闸门系统挡水水头将随水位频繁变动，其余各级闸门挡水水头不变；

B、当死水位在二级控制水位以上，且水位频繁变动时，对各级所承担水头从新进行分配，并通过各级外部连通管适当下放各门槽水体，使各级闸门承担新分配的水头；

C、当死水位在二级控制水位以下，且水位频繁变动时，其具体挡水方法步骤如下：

第一步、为了避免首级工作闸门受反推力破坏，在库水位降到二级控制水位时，打开首级外部连通管；

第二步、当水位继续在二级控制水位以下下降时，二级检修闸门槽和二级工作闸门槽内的水体通过首级外部连通管、首级工作闸门槽、首级检修闸门槽排出多余水体到水库，使两级门槽内的水体始终保持在同一水位，首级工作闸门始终处于平压状态；二级闸门系统的挡水水头随水位频繁变动，或者对二级及其以下各级所承担水头随水位变幅从新进行分配，并通过各级外部连通管适当下放各门槽水体，使各级闸门承担新分配的水头；

第三步、当水位重新达到平衡并稳定时，关闭首级外部连通管；

D、当死水位在二级控制水位以下，且在首级工作闸门检修的工况下水位频繁变动时，其具体挡水方法步骤如下：

第一步、为了避免首级检修闸门受反推力破坏，在库水位降到二级控制水位时，打开首级外部检修连通管；

第二步、当水位继续在二级控制水位以下下降时，二级检修闸门槽和二级工作闸门槽内的水体通过首级外部检修连通管和首级检修闸门槽排出多余水体到水库，使两级门槽内的水体始终保持在同一水位，首级检修闸门始终处于平压状态。

所述步骤(1)中采用同时关闭全部闸门进行蓄水的操作步骤如下：

第一步、在库水位低于末级控制水位的前提下，除末级闸门外，其余各级工作闸门和末级弧形闸门同时关闭，水库水位开始缓慢上升，洞室气体通过各级闸门槽排出，一级工作闸门开始挡水，水库开始蓄水；

第二步、同时打开各级闸门的外部连通管阀门和末级闸门下游的通气管，当库水位高出连通管高程时，各级外部连通管对下游一级闸门槽及其下游洞段进行充水，洞室气体通过各级闸门槽排出，此时末级弧形闸门挡水水头开始上升，其余各级已关闭的工作闸门平压；

第三步、当库水位上升至末级控制水位时，关闭其上游一级外部连通管阀门，停止对末级门槽充水，末级弧形闸门达到工作挡水水头，其上游各级工作闸门此前均处于关闭且平压状态；

第四步、当库水位上升至二级控制水位时，关闭其上游一级连通管阀门，停止对二级闸门槽充水，二级工作闸门达到最大挡水水头，其上游各级工作闸门此前均处于关闭且平压状态；

第五步、如有多个二级闸门，重复第四步操作，否则直接开始第六步操作；

第六步：当库水位继续上升至首级控制水位时，首级工作闸门达到最大挡水水头，蓄水完成。

所述步骤(1)中采用逐级关闸门进行蓄水的操作步骤如下：

第一步、在库水位低于末级控制水位，且各连通管均处于关闭状态时，末级弧形闸门在无水或者平压状态下关闭，水库水位开始缓慢上升，水库开始蓄水；

第二步、当库水位上升至末级控制水位时，末级弧形闸门达到工作挡水水头，二级工作闸门在平压状态下关闭；

第三步：当库水位继续上升至二级控制水位时，二级工作闸门达到最大挡水水头，二级工作闸门上游一级工作闸门在平压状态下关闭；

第四步、如果有多个二级工作闸门时，对其重复第三步操作，直至二级工作闸门上游一级工作闸门为首级工作闸门时，开始第五步操作；

第五步、当库水位继续上升至首级控制水位时，首级闸门达到最大挡水水头，蓄水完成。

所述步骤(2)中采用快速放水方法进行放水的操作步骤如下：

第一步、开启泄洪洞、放空洞及上层挡水放空系统，水库水位开始下降；

第二步、当库水位降至二级控制水位时，首级工作闸门在平压状态下开启，其他辅助设施继续放水，水位继续下降；

第三步、当库水位降至二级闸门系统下游一级控制水位时，二级工作闸门在平压状态下开启，其他辅助设施继续放水，水位继续下降；

第四步、如果有多个二级闸门系统，重复第三步操作，直至二级闸门下游一级为末级闸门，且水库水位降至末级闸门的上游一级控制水位时，开始第五步操作；

第五步、此时水库水位停止下降，或者其他辅助放水设施也在运行，水库水位也在下降时，关闭末级廊道闸门，同时打开末级闸门上游外部连通管阀门对末级门槽进行充水，末级门槽内水位与库水位同高，末级闸门上游一级工作闸门实现平压，末级弧形闸门挡库水位；

第六步、末级闸门上游一级工作闸门在平压状态下开启后，打开末级弧形闸门，系统开始放水。

所述步骤(2)中采用逐级放水方法进行放水的操作步骤如下：

第一步、开启泄洪洞、放空洞及上层挡水放空系统，水库水位开始下降；

第二步、当库水位降至二级控制水位时，首级工作闸门在平压状态下开启，其他辅助设施继续放水，水位继续下降；

第三步、当库水位降至二级闸门下游一级控制水位时，二级工作闸门在平压状态下开启，其他辅助设施继续放水，水位继续下降；

第四步、如果有多个二级闸门系统，重复第三步操作，直至二级闸门下游一级为末级闸门，且水库水位降至末级控制水位时，开始第五步操作；

第五步、此时水库水位停止下降，或者其他辅助放水设施也在运行，水库水位也在下降时，末级弧形闸门挡库水位；

第六步、打开末级弧形闸门，系统开始放水。

本发明的有益效果是：

与现有技术相比，本发明通过分级设置闸门，消落总水头，使各级闸门承受的水推力在常规设计范围内，克服了金属结构专业现有技术的不足，解决了高坝大库水利水电工程深层挡水放空设计的关键技术问题。本发明通过在每级平板闸门后面进行充水，以充水水体压力部分抵消闸门前面的挡水水头压力，实现了将放空设施进水口置于水下150m～200m甚至更低的可能性，同时也能满足工程大泄量的要求，可以通过增加二级闸门系统的数量及放空系统的层数使放空设施进水口置于任意低的高程；本发明在各级闸门处设置检修门槽、连通管、廊道、充水管、通气管等，从而保证工作闸门在任何工况下具备检修条件，提高了闸门系统的安全性和可靠性。

本发明通过廊道及竖井可以将闸门后高于控制水位的水体及时排出，保证各级闸门间的水头差，控制闸门水推力在设计范围内，可以避免闸门系统水头增加而导致整个系统崩溃；通过连通管、廊道、竖井保持挡水闸门承受额定水头差和静水等压下启闭闸门。

本发明突破了现有金属结构制造水平的束缚，拓展了传统闸门及放空洞的设计思路，对闸门及隧洞结构的功能进行充分组合，通过逐级分担挡水水头来提高整个系统的挡水能力，通过分层设置该放空系统而具备将库水位泄放至任意低的高程能力。整个系统满足了蓄水、放空、检修、挡水等多个工况的要求，该结构运行安全可靠，实用性强。解决了高坝大库工程深层放空的技术难题，提高了高坝工程的运行安全性和可靠性，也有利于推动我国高坝工程技术的快速发展。

附图说明

图1为本发明中二级闸门系统的纵剖面结构示意图；

图2为本发明中二级闸门系统的平面结构示意图；

图3为本发明中三级级闸门系统的纵剖面结构示意图；

图4为本发明中三级级闸门系统的平面结构示意图；

图5为本发明中二级闸门系统的挡水水头布置示意图；

图6为本发明中三级闸门系统的挡水水头布置示意图。

图中：1-隧洞，2-首级闸门系统，3-末级闸门系统，4-末级弧形闸门系统，5-二级闸门系统，6-首级外部连通管，7-首级外部检修连通管，8-通气管，9-末级廊道，10-廊道竖井，11-末级洞段，12-充水管，13-二级外部连通管，14-二级廊道，21-首级检修闸门，22-首级检修闸门槽，23-首级工作闸门，24-首级工作闸门槽，25-首级控制水位，26-首级闸门启闭装置，27-首级内部连通管，31-末级闸门，32-末级闸门槽，33-末级控制水位，34-末级闸门启闭装置，41-末级弧形闸门，42-末级弧形闸门槽，43-末级弧形闸门启闭装置，51-二级检修闸门，52-二级检修闸门槽，53-二级工作闸门，54-二级工作闸门槽，55-二级控制水位，56-二级启闭装置，57-二级内部连通管。

具体实施方式

下面结合附图进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。

如图1至图4所示，本发明所述的一种高坝大库超深层挡水放空系统，包括依次布置在隧洞1上的首级闸门系统2、末级闸门系统3及末级弧形闸门系统4，所述首级闸门系统2与末级闸门系统3之间还设置有二级闸门系统5，所述首级闸门系统2分别通过首级外部连通管6和首级外部检修连通管7与下游一级闸门系统相连，所述末级闸门系统3位于隧洞1的末级洞段11处，所述二级闸门系统5与末级闸门系统3之间分别通过二级外部连通管13和二级廊道14相连，所述末级闸门系统3下游设置有末级廊道9，且末级廊道9通过廊道竖井10与末级弧形闸门系统4下游连通，所述末级洞段11与末级闸门系统3之间通过通气管8和充水管12连通。本技术方案通过在每级平板闸门后面进行充水，以充水水体压力部分抵消闸门前面的挡水水头压力，实现了将放空设施进水口置于水下150m～200m甚至更低的可能性，同时也能满足工程大泄量的要求，可以通过增加二级闸门系统的数量及放空系统的层数使放空设施进水口置于任意低的高程；本发明在各级闸门处设置检修门槽、连通管、廊道、充水管、通气管等，从而保证工作闸门在任何工况下具备检修条件，提高了闸门系统的安全性和可靠性。

所述二级闸门系统5的数量为等于或大于零的整数。当二级闸门系统5的数量等于零时，即为二级放空系统。如图1所示，二级放空系统包括依次布置在隧洞1上的首级闸门系统2、末级闸门系统3及末级弧形闸门系统4，所述首级闸门系统2分别通过首级外部连通管6和首级外部检修连通管7与末级闸门系统3相连，所述末级闸门系统3位于隧洞1的末级洞段11上游，所述末级闸门系统3上设置有末级廊道9，且末级廊道9通过廊道竖井10与末级弧形闸门系统4下游连通，所述末级洞段11与末级闸门系统3之间通过通气管8连通。本技术方案在实施时，为减少充水通气量，所述末级闸门系统3与末级弧形闸门系统4之间的洞段长度宜尽量短。当二级闸门系统5的数量等于1时，即为三级放空系统，如图3所示，三级放空系统为在首级闸门系统2与末级闸门系统3之间设置一个二级闸门系统5，其中，二级闸门系统5与首级闸门系统2之间分别通过首级外部连通管6和首级外部检修连通管7相连，二级闸门系统5与末级闸门系统3之间分别通过二级外部连通管13和二级廊道14相连，所述末级廊道9与末级洞段11之间还设置有充水管12和通气管8连通。末级廊道9与廊道竖井10在末级弧形闸门系统4下游处连接，通气管8的出口位于末级洞段11的洞顶。在本技术方案中，所述二级闸门系统5可根据闸门分级挡水水头需要进行重复设置形成多级放空系统，以满足高坝大库的超深层挡水放空需求；所述充水管12的功能可通过在末级闸门31布设充水阀来实现功能替代。本技术方案在实施时，所述的各级闸门系统的闸门井和工作闸室置于完整的山体内。以此类推，根据挡水总水头需要，可在首级闸门系统2至末级闸门系统3之间设置多级闸门系统分担总水头；在首级闸门系统2至末级弧形闸门系统4之间的闸门后充水抵消挡水水头，使各级闸门承受的水推力在常规设计范围内。

所述首级闸门系统2包括首级检修闸门21、首级检修闸门槽22、首级工作闸门23、首级工作闸门槽24和首级闸门启闭装置26，其中首级检修闸门21和首级工作闸门23分别设置在首级检修闸门槽22和首级工作闸门槽24内，且首级检修闸门21和首级工作闸门23分别与首级闸门启闭装置26相连。通过首级闸门启闭装置26驱动实现首级检修闸门21和首级工作闸门23的开启和关闭状态。

所述末级闸门系统3包括末级闸门31、末级闸门槽32及末级闸门启闭装置34，其中末级闸门31位于末级闸门槽32内，并与末级闸门启闭装置34相连，所述首级外部连通管6连通末级闸门槽32和首级工作闸门槽24，首级外部检修连通管7连通末级闸门槽32和首级检修闸门槽22。在工作时，通过末级闸门启闭装置34驱动实现末级闸门31的开启与关闭状态。

所述末级弧形闸门系统4包括末级弧形闸门41、末级弧形闸门槽42及末级弧形闸门启闭装置43，所述末级弧形闸门41位于末级弧形闸门槽42内，并与末级弧形闸门启闭装置43相连。通过末级弧形闸门启闭装置43驱动实现末级弧形闸门41的开启和关闭状态。

如图3所示，所述二级闸门系统5包括二级检修闸门51、二级检修闸门槽52、二级工作闸门53、二级工作闸门槽54和二级闸门启闭装置56，其中二级检修闸门51和二级工作闸门53分别设置在二级检修闸门槽52和二级工作闸门槽54内，且二级检修闸门51和二级工作闸门53分别与二级闸门启闭装置56相连，二级检修闸门槽52和首级工作闸门槽24通过首级外部连通管6连通，二级检修闸门槽52和首级检修闸门槽22通过首级外部检修连通管7连通，所述二级工作闸门槽54和末级闸门槽32通过二级外部连通管13连通。在工作时，通过二级闸门启闭装置56驱动实现二级检修闸门51和二级工作闸门53的开启和关闭状态。

所述首级闸门系统2内设置有首级内部连通管27，且首级内部连通管27连通首级检修闸门槽22和首级工作闸门槽24。

所述二级闸门系统5内设置有二级内部连通管57，且二级内部连通管57连通二级检修闸门槽52和二级工作闸门槽54。

在上述技术方案中，在隧洞1需要扩大但是闸门尺寸不能满足承载力要求时，可以并排设置双扇或多扇闸门。

在实际应用中，上述各级闸门槽的间距、宽度应尽量保持一致，以实现金属结构部件的标准化和重复利用。

上述各启闭装置布置高程高于最高挡水水位；

所述首级检修闸门21、首级工作闸门23、二级检修闸门51、二级工作闸门53均为平板闸门。在孔口尺寸和水头满足要求的情况下，工作闸门可用闸阀、蝶阀等代替。

所述廊道底板高程应与同级闸门系统的控制水位相同，其目的是用于溢出系统漏水和多余充水；即，如图1、图3所示，末级廊道9的底板高程与末级控制水位33相同；二级廊道14的底板高程与二级控制水位55相同。

所述各级廊道底板向下游放坡，以便排沙；即末级廊道9的底板和二级廊道14的底板均向下游放坡。本技术方案仅仅以三级闸门系统为例，在首级闸门系统2和末级闸门系统3之间可以根据需要设置若干级闸门系统，所述各级闸门系统通过廊道连通，且各级廊道底板均向下游放坡。

所述末级廊道9和二级廊道14在蓄水运行期间；除快速放水操作和系统要求末级闸门31平压开启的条件外均为开启状态。此两种特殊工况也是末级廊道9需要安装闸门的条件。故不需要设置闸门；如果在首级闸门系统2和末级闸门系统3之间设置有多级闸门系统，那么各级廊道在蓄水运行期间均为开启状态。

所述首级检修闸门21位于首级工作闸门23之前。在本技术方案中，所有闸门均采用后止水方式，即首级检修闸门21及首级工作闸门23均采用后止水方式，如图3所示为三级闸门系统，二级检修闸门51及二级工作闸门53均采用后止水方式；若为多级闸门系统，则各级闸门均采用后止水方式。

本发明所述放空系统还可配套相应的监控系统和自动操控系统，在工作时，所述监测系统将闸门系统各工况下的水头、流速等监测数据实时传输给自动操控系统；所述自动操控系统向各个闸门系统实时发布指令，并对操控过程中的监测数据进行复核和判断；在放空系统运行过程中具有预警和应急操作措施功能。所述各级连通管除接到操控指令和蓄水工况需要全开外，其余均应始终保持阀门全关状态，为避免系统内水头与库水位连通和出现闸门反推力，同一放空系统不能同时打开两个或大于两个的外部连通管。

所述的各级连通管低于末级闸门的控制水位，以确保通水平压操作可以在每级闸门间进行；如图1、图3所示，所述首级外部连通管6、首级外部检修连通管7及二级外部连通管13均低于末级控制水位33。

所述的各级连通管必须低于最高挡水水位以下，以确保通水平压可以在自流状态下完成。

所述的各闸门系统可根据时段内的挡水水头，灵活决定系统各级闸门分摊水头挡水，可不开门；或者部分闸门挡水，部分闸门打开；

所述的各级闸门都可以在水头差下启闭，但为了节省工程成本除末级闸门31必须在水头差下启闭外，其余闸门均可通过操作方法实现平压启闭。

如若需要末级闸门31满足平压启闭的要求，所述末级廊道9内需设置闸门。

所述首级闸门系统1后不设置溢水廊道，避免放空系统内水体与库水位连通，使整个系统遭到破坏。

所述末级闸门31和末级弧形闸门41互为检修，因此在末级闸门系统3内不设置检修闸门。

在本技术方案中，所述的内外连通管的作用可以用充排水系统代替，其中充排水系统由抽水泵、充水管和水池组成，各级抽排水系统可从水库或者备用水池抽水对门槽水体进行补充，通过水泵抽出门槽内多余水体从排水廊道排水，也可排入备用水池或者水库；若进行如此布置，抽水泵和充水管需采用附井进行安放和保护，附井底板高程应低于本级闸门系统控制水位高程；附井底板应形成倾向本级闸门系统门槽的坡度，以便附井排沙；附井必须在工作闸门门槽下游；廊道在平面位置上应与附井错开。

如图5、图6所示，本发明在实施时，各级闸门挡水水头计算如下：假设放空系统挡水总水头为H，若按各级闸门等水推力设计，则各级闸门挡水水头△H为2H-D/(2n)，式中D为隧洞1的直径或洞高，n为闸门级数；若不按等推力设计，则各级闸门挡水水头△H可设计为不等的H₁、H₂、H₃……H_n，且H₁+H₂+H₃+……Hn+D＝H；若该系统多层组合时，则各层放空系统之间的高差为2×(2H-D/(2n))、2H-D/(2n)或者是H_n+D、H_n+D+H_(n-1)。所述2×(2H-D/(2n))+D、2H-D/(2n)+D或者是H_n+D、H_n+D+H_(n-1)应满足弧形闸门的最大挡水水头，同时还应考虑隧洞底坡产生的水头差；所述2H-D/(2n)或者H₁、H₂、H₃、……H_n应满足平板工作闸门的最大挡水水头；所述2H-D/(2n)或者H₁+D、H₂+D、H₃、……H_n应满足平板检修闸门的最大挡水水头。整套放空系统通过自动化操控系统发布命令进行整体操控，实现蓄水、放水、检修、挡水工况，并通过系统内各级闸门的监测系统实时监测系统运行情况及命令执行情况；系统内各级闸门的启闭、补水平压系统、排水平压系统、通气管的使用均需配合自动化操控系统指令完成各种操作。

下面结合附图进一步说明本发明的操作方法，本发明所述的操作方法主要包括蓄水、放水、检修及挡水四个步骤，下面分别以两级放空系统和三级放空系统为例对本发明的高坝大库操作方法步骤做进一步详细说明：

图1为本发明所述的两级放空系统，其具体操作方法步骤如下：

(1)蓄水：采用同时关闭全部闸门或逐级关闭闸门进行蓄水；

所述同时关闭全部闸门的操作步骤如下：

第一步、在库水位低于末级控制水位33的前提下，首级工作闸门23和末级弧形闸门41在无水状态下同时关闭，水库水位开始缓慢上升，洞室气体通过各级闸门槽排出，首级工作闸门23挡水水头开始上升，水库开始蓄水；

第二步、打开首级外部连通管6的阀门，当库水位高出首级外部连通管6时，首级外部连通管6对末级闸门槽32及其上、下游洞段进行充水，库水位开始与各门槽水位同时上升，末级弧形闸门41挡水水头开始上升，首级工作闸门23平压，洞室气体通过各级闸门槽排出；

第三步、当库水位上升至末级控制水位33时，关闭首级外部连通管6的阀门，末级弧形闸门41达到工作挡水水头，首级工作闸门23平压；

第四步、库水位继续上升至首级控制水位25，首级工作闸门23达到最大挡水水头，蓄水完成；

所述逐级关闭闸门的操作步骤如下：

第一步、在库水位低于末级控制水位33，且各连通管(首级外部连通管6和首级外部检修连通管7)均处于关闭状态时，末级弧形闸门41关闭，水库水位开始缓慢上升，水库开始蓄水；

第二步、当库水位上升至末级控制水位33时，末级弧形闸门41达到最大挡水水头，首级工作闸门23在平压状态下关闭；

第三步、当库水位上升至首级控制水位25时，首级工作闸门23达到最大挡水水头，蓄水完成；

在上述蓄水方法中，采用同时关闭全部闸门蓄水需要连通管进行补水，采用逐级关闭闸门不需要连通管进行补水；

(2)放水：采用快速放水方法或逐级放水方法进行放水；

所述快速放水方法包括如下步骤：

第一步、开启首级内部连通管27，首级工作闸门槽22内的水体与库水位连通，末级弧形闸门41承担首级工作闸门23和末级闸门31挡水水头之和，首级工作闸门23平压；

第二步、在平压状态下打开首级工作闸门23；

第三步、打开末级弧形闸门41，放空系统开始放水。

若不介意首级工作闸门23在压差下开启，也可第一步直接开启首级工作闸门23，然后开始第三步操作。

所述逐级放水方法包括如下步骤：

第一步、开启泄洪洞、放空洞、上层挡水放空系统等其辅助放水设施，水库水位开始下降；

第二步，当水位降至末级控制水位33时，首级工作闸门23实现平压，并开启首级工作闸门23，此时末级弧形闸门41挡水，挡水水头与其工作水头相同；

第三步、开启末级弧形闸门41，放空系统开始放水。

在上述蓄水方法中，采用快速放水不需要其他放水设备辅助，采用逐级放水则需要；

(3)检修：同一放空系统每次只能对一级闸门进行检修：

A、检修首级工作闸门；

第一步、在平压状态下关闭首级检修闸门21；

第二步、打开首级外部连通管6的阀门，首级工作闸门槽24内的水体与末级闸门槽32内的水体连通，多余水体从末级廊道9排出系统，首级工作闸门槽24内水位与末级控制水位(Ⅱ3)同高，从而实现首级检修闸门21挡水，首级工作闸门23平压；

第三步、关闭首级外部连通管6的阀门，打开首级工作闸门23进行检修；

第四步、完成检修后，在平压状态下关闭首级工作闸门23；

第五步、开启首级内部连通管27的阀门，首级工作闸门槽24内水位与库水位连通，开始上升至首级控制水位25，首级工作闸门23挡水，首级检修闸门21平压；

第六步、关闭首级内部连通管27的阀门，在平压状态下开启首级检修闸门21，首级工作闸门23检修完成；

B、检修末级弧形闸门；

第一步、关闭末级闸门31，此时末级闸门31和末级弧形闸门41均挡水，末级弧形闸门41挡水水头降低，多余水体从末级廊道9溢出；

第二步、打开末级弧形闸门41进行检修，末级弧形闸门41与末级闸门31之间的末级洞段11的水体被放空；

第三步、末级弧形闸门41检修完成后，打开末级闸门31下游的通气管8的阀门，关闭末级弧形闸门41；

第四步、开启首级外部检修连通管7的阀门，对末级洞段11进行充水，通气管8阀门继续打开排气；

第五步、当末级洞段11充水完成后，关闭各外部连通管和通气管8的阀门；

第六步、末级闸门31在水头压差下开启。

(4)挡水：

A、当死水位在末级控制水位33以上，且水位频繁变动时，其具体挡水方法步骤如下：

a、可不做处理，只是首级工作闸门23承担水头将随水位频繁变动，末级弧形闸门承担水头保持不变；

b、可对各级水头承担数从新进行分配，并通过各级外部连通管适当下放各门槽水体，使各级闸门承担新分配的水头；

B、当死水位在末级控制水位33以下，且水位频繁变动时，其具体挡水方法步骤如下：

第一步、为了避免首级工作闸门23受反推力破坏，在库水位降到末级控制水位33时，打开首级外部连通管6的阀门；

第二步、当库水位继续在末级控制水位33以下下降时，末级闸门槽32内的水体就会通过首级外部连通管6、首级工作闸门槽24、首级检修闸门槽22排出多余水体到水库，使两级门槽内的水体始终保持在同一水位，首级工作闸门23始终处于平压状态；

第三步、当水位从新达到平衡并稳定时，关闭首级外部连通管6的阀门；

C、当死水位在末级控制水位33以下，且在检修工况下水位频繁变动时，其具体挡水方法步骤如下：

第一步、为了避免首级检修闸门21受反推力破坏，在库水位降到末级控制水位33时，打开首级外部检修连通管7的阀门；

第二步、当库水位继续在末级控制水位33以下下降时，末级闸门槽32内的多余水体就会通过首级外部检修连通管7从首级检修闸门槽22排入水库，使两级门槽内的水体始终保持在同一水位，首级检修闸门21始终处于平压状态；

第三步、当水位从新达到平衡并稳定时，关闭首级外部检修连通管7的阀门。

下面以三级放空系统为例来进一步说明多级挡水放空系统的操作方法。如图1所示，所述多级放空系统的操作方法步骤如下：

(1)蓄水：采用同时关闭全部闸门或逐级关闭闸门进行蓄水；

所述同时关闭全部闸门的操作步骤如下：

第一步、在库水位低于末级控制水位33的前提下，除末级闸门31外，其余各级工作闸门和末级弧形闸门41同时关闭，水库水位开始缓慢上升，洞室气体通过各级闸门槽排出，一级工作闸门开始挡水，水库开始蓄水；

第二步、同时打开各级闸门的外部连通管阀门和末级闸门31下游的通气管8，当库水位高出连通管高程时，各级外部连通管对下游一级闸门槽及其下游洞段进行充水，洞室气体通过各级闸门槽排出，此时末级弧形闸门41挡水水头开始上升，其余各级已关闭的工作闸门平压；以三级闸门系统为例，如图3所示，同时打开首级外部连通管6、首级外部检修连通管7及二级外部连通管13和末级闸门31下游的通气管8，其中首级外部连通管6和首级外部检修连通管7对二级检修闸门槽52和二级工作闸门槽54进行充水，二级外部连通管13对末级闸门槽32级末级洞段11进行充水，洞室气体通过首级工作闸门槽23和二级工作闸门槽54排出，此时末级弧形闸门41挡水水头开始上升，首级工作闸门23和二级工作闸门53处于关闭且平压状态。

第三步、当库水位上升至末级控制水位33时，关闭其上游一级外部连通管阀门，停止对末级门槽32充水，末级弧形闸门41达到工作挡水水头，其上游各级工作闸门均处于平压状态；以三级闸门系统为例，如图3所示，当库水位上升至末级控制水位33时，关闭二级外部连通管13的阀门，停止对末级门槽32充水，末级弧形闸门41达到工作挡水水头，其上游的首级工作闸门23和二级工作闸门53均处于关闭且平压状态；

第四步、当库水位上升至二级控制水位55时，关闭其上游一级连通管阀门，停止对二级闸门槽充水，二级工作闸门53达到最大挡水水头，其上游各级工作闸门一直处于关闭且平压状态；以三级闸门系统为例，如图3所示，当库水位上升至二级控制水位55时，关闭上游的首级外部连通管6的阀门，停止对二级检修闸门槽52充水，级工作闸门53达到最大挡水水头，其上游首级工作闸门23一直处于关闭且平压状态；

第五步、如有多个二级闸门，重复第四步操作，否则直接开始第六步操作；

第六步：当库水位继续上升至首级控制水位25时，首级工作闸门23达到最大挡水水头，蓄水完成。

所述逐级关闸门的操作步骤如下：

第一步、在库水位低于末级控制水位33，且各连通管均处于关闭状态时，末级弧形闸门41在无水或者平压状态下关闭，水库水位开始缓慢上升，水库开始蓄水；

第二步、当库水位上升至末级控制水位33时，末级弧形闸门41达到工作挡水水头，二级工作闸门53在平压状态下关闭；

第三步：当库水位继续上升至二级控制水位55时，二级工作闸门53达到最大挡水水头，二级工作闸门53上游一级工作闸门在平压状态下关闭；如图3所示，即首级工作闸门23在平压状态下关闭；

第四步、如果有多个二级工作闸门53时，对其重复第三步操作，直至二级工作闸门53上游一级工作闸门为首级工作闸门23时，开始第五步操作；

第五步、当库水位继续上升至首级控制水位25时，首级闸门达到最大挡水水头，蓄水完成；

(2)放水：采用快速放水方法或逐级放水方法进行放水；

所述快速放水方法包括如下步骤：

第一步、开启泄洪洞、放空洞、上层挡水放空系统等辅助放水设施，水库水位开始下降；

第二步、当库水位降至二级控制水位55时，首级工作闸门23在平压状态下开启，启泄洪洞、放空洞、上层挡水放空系统等辅助放水设施继续放水，水位继续下降；

第三步、当库水位降至二级闸门系统5下游一级控制水位时，二级工作闸门53在平压状态下开启，其他辅助设施继续放水，水位继续下降；

第四步、如果有多个二级闸门系统，重复第三步操作，直至二级闸门下游一级为末级闸门31，且水库水位降至末级闸门31的上游一级控制水位时，开始第五步操作；

第五步、此时水库水位停止下降，或者其他辅助放水设施也在运行，水库水位也在下降时，关闭末级廊道9闸门，同时打开末级闸门31上游外部连通管阀门对末级门槽32进行充水，末级门槽32内水位与库水位同高，末级闸门31上游一级工作闸门实现平压，末级弧形闸门41挡库水位；如图3所示，关闭末级廊道9闸门同时打开末级闸门31上游二级外部连通管13的阀门对末级门槽32进行充水，末级门槽32内水位与库水位同高，末级闸门31上游二级工作闸门53实现平压；

第六步、末级闸门31上游一级工作闸门在平压状态下开启后，打开末级弧形闸门41，系统开始放水；

所述逐级放水方法包括如下步骤：

第一步、开启泄洪洞、放空洞、上层挡水放空系统等辅助放水设施，水库水位开始下降；

第二步、当库水位降至二级控制水位55时，首级工作闸门23在平压状态下开启，启泄洪洞、放空洞、上层挡水放空系统等辅助放水设施继续放水，水位继续下降；

第三步、当库水位降至二级闸门下游一级控制水位时，二级工作闸门53在平压状态下开启，其他辅助设施继续放水，水位继续下降；

第四步、如果有多个二级闸门系统，重复第三步操作，直至二级闸门下游一级为末级闸门31，且水库水位降至末级控制水位33时，开始第五步操作；

第五步、此时水库水位停止下降，或者其他辅助放水设施也在运行，水库水位也在下降时，末级弧形闸门41挡库水位；

第六步、打开末级弧形闸门41，系统开始放水。

(3)检修：

A、检修首级工作闸门，其具体操作步骤如下：

第一步、在平压状态下关闭首级级检修闸门21；

第二步、打开首级外部连通管6的阀门，首级工作闸门槽24内的水体与二级检修闸门槽52内的水体连通，多余水体从下游各级廊道溢流排出系统，首级工作闸门槽24内水位与二级控制水位55同高，从而实现首级检修闸门21挡水，首级工作闸门23平压；

第三步、关闭首级外部连通管6的阀门，打开首级工作闸门23进行检修；

第四步、完成检修后，在平压状态下关闭首级工作闸门23；

第五步、开启首级内部连通管27的阀门，首级工作闸门槽24内水位与库水位连通，开始上升至首级控制水位25，首级工作闸门23挡水，首级检修闸门21平压；

第六步、关闭首级内部连通管27的阀门，在平压状态下开启首级检修闸门21，首级工作闸门24检修完成；

B、检修二级工作闸门，其具体操作方法步骤如下：

第一步、在平压状态下关闭二级检修闸门51；

第二步、打开二级外部连通管13的阀门，二级工作闸门槽54内的水体与下游一级闸门槽水体连通，多余水体从下游各级廊道溢流排出系统，二级工作闸门槽54内水位与下游二级控制水位55同高，此时，二级检修闸门51挡水，二级工作闸门53平压；

第三步、关闭二级外部连通管13的阀门，打开二级工作闸门53进行检修；

第四步、完成检修后，在平压状态下关闭二级工作闸门53；

第五步、开启首级外部检修连通管7和二级内部连通管57对二级工作闸门槽54进行充水，多余水体从下游各级廊道溢流排出系统，二级工作闸门槽54内水位上升至二级控制水位55，二级工作闸门53挡水，二级检修闸门51平压；

第六步、关闭首级外部检修连通管7和二级内部连通管57的阀门，在平压状态下开启二级检修闸门51，二级工作闸门53检修完成；

C、检修末级弧形闸门，其具体操作方法步骤如下：

第一步、关闭末级闸门31，此时末级闸门31和末级弧形闸门41均挡水，末级弧形闸门41挡水水头降低，多余水体从末级廊道9溢出；

第二步、打开末级弧形闸门41进行检修，末级弧形闸门41与末级闸门31之间末级洞段11的水体被放空；

第三步、末级弧形闸门41检修完成后，打开末级闸门31下游的通气管8的阀门，关闭末级弧形闸门41；

第四步、开启首级外部检修连通管7和末级闸门31下游的充水管12，对末级弧形闸门41与末级闸门31之间的末级洞段11进行充水，末级闸门31下游的通气管8的阀门继续打开排气；

第五步、当末级弧形闸门41与末级闸门31之间的末级洞段11充水完成后，关闭首级外部检修连通管7、末级闸门31下游的充水管12及末级闸门31下游通气管8的阀门；

第六步、末级闸门31在水头压差下开启。

(4)挡水：

A、当死水位在二级控制水位55以上，且水位频繁变动时，其具体挡水方法步骤如下：

a、可不做处理，只是首级工作闸门23承担水头降低；

b、可对各级水头承担数从新进行分配，并通过各级外部连通管适当下放各门槽水体，使各级闸门承担新分配的水头；

B、当死水位在二级控制水位55以下，且水位频繁变动时，其具体挡水方法步骤如下：

第一步、为了避免首级工作闸门23受反推力破坏，在库水位降到二级控制水位55时，打开首级外部连通管6；

第二步、当水位继续在二级控制水位55以下下降时，二级检修闸门槽52和二级工作闸门槽54内的水体通过首级外部连通管6、首级工作闸门槽24、首级检修闸门槽22排出多余水体到水库，使两级门槽内的水体始终保持在同一水位，首级工作闸门23始终处于平压状态；

第三步、当水位重新达到平衡并稳定时，关闭首级外部连通管6；

C、当死水位在二级控制水位55以下，检修工况下水位频繁变动时，其具体挡水方法步骤如下：

第一步、为了避免首级检修闸门21受反推力破坏，在库水位降到二级控制水位55时，打开首级外部检修连通管7；

第二步、当水位继续在二级控制水位55以下下降时，二级检修闸门槽52和二级工作闸门槽54内的水体通过首级外部连通管6和首级检修闸门槽22排出多余水体到水库，使两级门槽内的水体始终保持在同一水位，首级检修闸门21始终处于平压状态；

第三步、当水位重新达到平衡并稳定时，关闭首级外部连通管6。

当放空水体深度较大时，独立设置两级或多级放空系统不满足要求时，可将两级或多级放空系统沿高程方向分层布置，称为多层放空系统。多层放空系统的放空操作方法如下：

(1)蓄水：

A、最快速关闭闸门：

第一步、各层系统的各级闸门外部连通管全部打开，除各层各级末级闸门31外，各层各级工作闸门和末级弧形闸门41均关闭；

第二步、随着水库水位上升，当库水位达到某层某级闸门控制水位时，关闭该工作闸门及其上一级的外部连通管；

第三步、至库水位上升到最高水位时，蓄水完成；

B、快速关闭闸门：

第一步、先同时打开最底层各级闸门外部连通管，除最底层末级闸门外，关闭最底层各级工作闸门和末级弧形闸门41；

第二步、随着水库水位上升，当库水位达到底层末级控制水位33时，关闭该级闸门上一级的外部连通管，当库水位上升至上一层隧洞底板高程时，打开上一层各级闸门外部连通，除上一层末级闸门外，关闭上一层各级工作闸门和末级弧形闸门41；

第三步、当库水位上升至该层系统倒数第二级闸门控制水位时，关闭该级闸门的上一级外部连通管，当库水位上升至该层以上第二层系统隧洞底板高程时，打开该层以上第二层各级闸门外部连通管，除该层以上第二层末级闸门外，关闭该层以上第二层各级工作闸门和末级弧形闸门41；

第四步、当库水位上升至该层系统倒数第三级闸门控制水位时，关闭该级闸门的上一级外部连通管，当库水位上升至该层系统以上第三层系统隧洞底板工程时，打开该层以上第三层各级闸门外部连通管，除该层以上第三层末级闸门外，关闭该层以上第三层各级工作闸门和末级弧形闸门41，当水位上升至该层系统以上第一层倒数第二级闸门的控制水位时，关闭该层以上第一层倒数第二级闸门的上一级外部连通管；

第五步、随着库水位继续上升，依次类推进行操作，直至最高一层系统一级闸门达到最大挡水水头，蓄水完成；

C、逐级关门；

第一步、关闭最底层末级弧形闸门41，水库开始蓄水；

第二步、随着水库上位上升，当库水位达到底层末级控制水位时，在平压状态下关闭底层倒数第二级工作闸门，当库水位达到底层以上第一层系统隧洞底板高程时，关闭底层以上第一层末级弧形闸门41；

第三步、当库水位上升至底层系统倒数第二级闸门控制水位时，关闭倒数第三级工作闸门，当水位到达底层以上第一层末级控制水位时，在平压状态下关闭底层以上第一层倒数第二级工作闸门，当水位达到底层以上第二层系统隧洞底板高程时，关闭该层末级弧形闸门41；

第四步、随着库水位继续上升，依次类推进行操作，直至最高一层系统一级闸门达到最大挡水水头，蓄水完成；

(2)放水：各层放空系统随着库水位的降低，由高到低逐层放水，每层放水可参照两级或多级系统的放水方式酌情选取；

(3)检修：各层放空系统闸门检修方式应参考两级或者多级系统，视具体情况确定，不同层系统的闸门可同时检修；

(4)挡水：水位变幅时，各层放空系统的运行方式应参考两级或者多级系统，视具体情况确定。

Claims (20)

1.一种高坝大库超深层挡水放空系统，其特征在于：包括依次布置在隧洞(1)上的首级闸门系统(2)、末级闸门系统(3)及末级弧形闸门系统(4)，所述首级闸门系统(2)与末级闸门系统(3)之间还设置有二级闸门系统(5)，所述首级闸门系统(2)分别通过首级外部连通管(6)和首级外部检修连通管(7)与下游一级闸门系统相连，所述末级闸门系统(3)位于隧洞(1)的末级洞段(11)处，所述二级闸门系统(5)与末级闸门系统(3)之间分别通过二级外部连通管(13)和二级廊道(14)相连，所述末级闸门系统(3)下游设置有末级廊道(9)，且末级廊道(9)通过廊道竖井(10)与末级弧形闸门系统(4)下游连通，所述末级洞段(11)与末级闸门系统(3)之间通过通气管(8)和充水管(12)连通。

2.根据权利要求1所述的一种高坝大库超深层挡水放空系统，其特征在于：所述二级闸门系统(5)的数量为等于或大于零的整数。

3.根据权利要求1所述的一种高坝大库超深层挡水放空系统，其特征在于：所述首级闸门系统(2)包括首级检修闸门(21)、首级检修闸门槽(22)、首级工作闸门(23)、首级工作闸门槽(24)和首级闸门启闭装置(26)，其中首级检修闸门(21)和首级工作闸门(23)分别设置在首级检修闸门槽(22)和首级工作闸门槽(24)内，且首级检修闸门(21)和首级工作闸门(23)分别与首级闸门启闭装置(26)相连。

4.根据权利要求1所述的一种高坝大库超深层挡水放空系统，其特征在于：所述末级闸门系统(3)包括末级闸门(31)、末级闸门槽(32)及末级闸门启闭装置(34)，其中末级闸门(31)位于末级闸门槽(32)内，并与末级闸门启闭装置(34)相连，所述首级外部连通管(6)连通末级闸门槽(32)和首级工作闸门槽(24)，首级外部检修连通管(7)连通末级闸门槽(32)和首级检修闸门槽(22)。

5.根据权利要求1所述的一种高坝大库超深层挡水放空系统，其特征在于：所述末级弧形闸门系统(4)包括末级弧形闸门(41)、末级弧形闸门槽(42)及末级弧形闸门启闭装置(43)，其中末级弧形闸门(41)位于末级弧形闸门槽(42)内，并与末级弧形闸门启闭装置(43)相连。

6.根据权利要求2所述的一种高坝大库超深层挡水放空系统，其特征在于：所述二级闸门系统(5)包括二级检修闸门(51)、二级检修闸门槽(52)、二级工作闸门(53)、二级工作闸门槽(54)和二级闸门启闭装置(56)，其中二级检修闸门(51)和二级工作闸门(53)分别设置在二级检修闸门槽(52)和二级工作闸门槽(54)内，且二级检修闸门(51)和二级工作闸门(53)分别与二级闸门启闭装置(56)相连，二级检修闸门槽(52)和首级工作闸门槽(24)通过首级外部连通管(6)连通，二级检修闸门槽(52)和首级检修闸门槽(22)通过首级外部检修连通管(7)连通，二级工作闸门槽(54)和末级闸门槽(32)通过二级外部连通管(13)连通。

7.根据权利要求1所述的一种高坝大库超深层挡水放空系统，其特征在于：所述首级闸门系统(2)内设置有首级内部连通管(27)，且首级内部连通管(27)连通首级检修闸门槽(22)和首级工作闸门槽(24)。

8.根据权利要求2所述的一种高坝大库超深层挡水放空系统，其特征在于：所述二级闸门系统(5)内设置有二级内部连通管(57)，且二级内部连通管(57)连通二级检修闸门槽(52)和二级工作闸门槽(54)。

9.根据权利要求2所述的一种高坝大库超深层挡水放空系统，其特征在于：所述首级检修闸门(21)、首级工作闸门(23)、二级检修闸门(51)、二级工作闸门(53)均为平板闸门。

10.根据权利要求1所述的一种高坝大库超深层挡水放空系统，其特征在于：所述末级廊道(9)的底板高程与末级控制水位(33)相同。

11.根据权利要求1所述的一种高坝大库超深层挡水放空系统，其特征在于：所述二级廊道(14)的底板高程与二级控制水位(55)相同。

12.根据权利要求1所述的一种高坝大库超深层挡水放空系统，其特征在于：所述末级廊道(9)的底板和二级廊道(14)的底板均向下游放坡。

13.根据权利要求2所述的一种高坝大库超深层挡水放空系统，其特征在于：所述首级检修闸门(21)位于首级工作闸门(23)之前，且首级检修闸门(21)及首级工作闸门(23)均采用后止水方式。

14.根据权利要求1所述的一种高坝大库超深层挡水放空系统，其特征在于：所述首级外部连通管(6)、首级外部检修连通管(7)及二级外部连通管(13)均低于末级控制水位(33)。

15.根据权利要求4所述的一种高坝大库超深层挡水放空系统，其特征在于：所述末级闸门(31)和末级弧形闸门(41)互为检修。

16.一种高坝大库超深层挡水操作方法，其特征在于：具体方法步骤如下：

(1)蓄水：采用同时关闭全部闸门或逐级关闭闸门进行蓄水；

(2)放水：采用快速放水方法或逐级放水方法进行放水；

(3)检修：

A、检修首级工作闸门，其具体操作步骤如下：

第一步、在平压状态下关闭首级级检修闸门(21)；

第二步、打开首级外部连通管(6)的阀门，首级工作闸门槽(24)内的水体与二级检修闸门槽(52)内的水体连通，多余水体从下游各级廊道溢流排出系统，首级工作闸门槽(24)内水位与二级控制水位(55)同高，从而实现首级检修闸门(21)挡水，首级工作闸门(23)平压；

第三步、关闭首级外部连通管(6)的阀门，打开首级工作闸门(23)进行检修；

第四步、完成检修后，在平压状态下关闭首级工作闸门(23)；

第五步、开启首级内部连通管(27)的阀门，首级工作闸门槽(24)内水位与库水位连通，开始上升至首级控制水位(25)，首级工作闸门(23)挡水，首级检修闸门(21)平压；

第六步、关闭首级内部连通管(27)的阀门，在平压状态下开启首级检修闸门(21)，首级工作闸门(23)检修完成；

B、检修二级工作闸门，其具体操作方法步骤如下：

第一步、在平压状态下关闭二级检修闸门(51)；

第二步、打开二级外部连通管(13)的阀门，二级工作闸门槽(54)内的水体与下游一级闸门槽水体连通，多余水体从下游各级廊道溢流排出系统，二级工作闸门槽(54)内水位与其下游一级控制水位同高，此时，二级检修闸门(51)挡水，二级工作闸门(53)平压；

第三步、关闭二级外部连通管(13)的阀门，打开二级工作闸门(53)进行检修；

第四步、完成检修后，在平压状态下关闭二级工作闸门(53)；

第五步、开启首级外部检修连通管(7)和二级内部连通管(57)对二级工作闸门槽(54)进行充水，多余水体从下游各级廊道溢流排出系统，二级工作闸门槽(54)内水位上升至二级控制水位(55)，二级工作闸门(53)挡水，二级检修闸门(51)平压；

第六步、关闭首级外部检修连通管(7)和二级内部连通管(57)的阀门，在平压状态下开启二级检修闸门(51)，二级工作闸门(53)检修完成；

C、检修末级弧形闸门，其具体操作方法步骤如下：

第一步、关闭末级闸门(31)，此时末级闸门(31)和末级弧形闸门(41)均挡水，末级弧形闸门(41)挡水水头降低，多余水体从末级廊道(9)溢出；

第二步、打开末级弧形闸门(41)进行检修，末级弧形闸门(41)与末级闸门(31)之间的末级洞段(11)的水体被放空；

第三步、末级弧形闸门(41)检修完成后，打开末级闸门(31)下游的通气管(8)的阀门，关闭末级弧形闸门(41)；

第四步、开启首级外部检修连通管(7)和末级闸门(31)下游的充水管(12)，对末级洞段(11)进行充水，末级闸门(31)下游的通气管(8)的阀门继续打开排气；

第五步、当末级洞段(11)充水完成后，关闭首级外部检修连通管(7)、充水管(12)及通气管(8)的阀门；

第六步、末级闸门(31)在水头压差下开启；

(4)挡水：

A、当死水位在二级控制水位(55)以上，且水位频繁变动时，可不做处理，首级闸门系统(2)挡水水头将随水位频繁变动，其余各级闸门挡水水头不变；

B、当死水位在二级控制水位(55)以上，且水位频繁变动时，对各级所承担水头从新进行分配，并通过各级外部连通管适当下放各门槽水体，使各级闸门承担新分配的水头；

C、当死水位在二级控制水位(55)以下，且水位频繁变动时，其具体挡水方法步骤如下：

第一步、为了避免首级工作闸门(23)受反推力破坏，在库水位降到二级控制水位(55)时，打开首级外部连通管(6)；

第二步、当水位继续在二级控制水位(55)以下下降时，二级检修闸门槽(52)和二级工作闸门槽(54)内的水体通过首级外部连通管(6)、首级工作闸门槽(24)、首级检修闸门槽(22)排出多余水体到水库，使两级门槽内的水体始终保持在同一水位，首级工作闸门(23)始终处于平压状态；二级闸门系统(5)的挡水水头随水位频繁变动，或者对二级及其以下各级所承担水头随水位变幅从新进行分配，并通过各级外部连通管适当下放各门槽水体，使各级闸门承担新分配的水头；

第三步、当水位重新达到平衡并稳定时，关闭首级外部连通管(6)；

D、当死水位在二级控制水位(55)以下，且在首级工作闸门(23)检修的工况下水位频繁变动时，其具体挡水方法步骤如下：

第一步、为了避免首级检修闸门受反推力破坏，在库水位降到二级控制水位(55)时，打开首级外部检修连通管(7)；

第二步、当水位继续在二级控制水位(55)以下下降时，二级检修闸门槽(52)和二级工作闸门槽(54)内的水体通过首级外部检修连通管(7)和首级检修闸门槽(22)排出多余水体到水库，使两级门槽内的水体始终保持在同一水位，首级检修闸门(21)始终处于平压状态。

17.根据权利要求16所述的一种高坝大库超深层挡水操作方法，其特征在于：所述步骤(1)中采用同时关闭全部闸门进行蓄水的操作步骤如下：

第一步、在库水位低于末级控制水位(33)的前提下，除末级闸门(31)外，其余各级工作闸门和末级弧形闸门(41)同时关闭，水库水位开始缓慢上升，洞室气体通过各级闸门槽排出，一级工作闸门开始挡水，水库开始蓄水；

第二步、同时打开各级闸门的外部连通管阀门和末级闸门(31)下游的通气管(8)，当库水位高出连通管高程时，各级外部连通管对下游一级闸门槽及其下游洞段进行充水，洞室气体通过各级闸门槽排出，此时末级弧形闸门(41)挡水水头开始上升，其余各级已关闭的工作闸门平压；

第三步、当库水位上升至末级控制水位(33)时，关闭其上游一级外部连通管阀门，停止对末级门槽(32)充水，末级弧形闸门(41)达到工作挡水水头，其上游各级工作闸门此前均处于关闭且平压状态；

第四步、当库水位上升至二级控制水位(55)时，关闭其上游一级连通管阀门，停止对二级闸门槽充水，二级工作闸门(53)达到最大挡水水头，其上游各级工作闸门此前均处于关闭且平压状态；

第五步、如有多个二级闸门，重复第四步操作，否则直接开始第六步操作；

第六步：当库水位继续上升至首级控制水位(25)时，首级工作闸门(23)达到最大挡水水头，蓄水完成。

18.根据权利要求16所述的一种高坝大库超深层挡水操作方法，其特征在于：所述步骤(1)中采用逐级关闸门进行蓄水的操作步骤如下：

第一步、在库水位低于末级控制水位(33)，且各连通管均处于关闭状态时，末级弧形闸门(41)在无水或者平压状态下关闭，水库水位开始缓慢上升，水库开始蓄水；

第二步、当库水位上升至末级控制水位(33)时，末级弧形闸门(41)达到工作挡水水头，二级工作闸门(53)在平压状态下关闭；

第三步：当库水位继续上升至二级控制水位(55)时，二级工作闸门(53)达到最大挡水水头，二级工作闸门(53)上游一级工作闸门在平压状态下关闭；

第四步、如果有多个二级工作闸门(53)时，对其重复第三步操作，直至二级工作闸门(53)上游一级工作闸门为首级工作闸门(23)时，开始第五步操作；

第五步、当库水位继续上升至首级控制水位(25)时，首级闸门达到最大挡水水头，蓄水完成。

19.根据权利要求16所述的一种高坝大库超深层挡水操作方法，其特征在于：所述步骤(2)中采用快速放水方法进行放水的操作步骤如下：

第一步、开启泄洪洞、放空洞及上层挡水放空系统，水库水位开始下降；

第二步、当库水位降至二级控制水位(55)时，首级工作闸门(23)在平压状态下开启，其他辅助设施继续放水，水位继续下降；

第三步、当库水位降至二级闸门系统(5)下游一级控制水位时，二级工作闸门(53)在平压状态下开启，其他辅助设施继续放水，水位继续下降；

第四步、如果有多个二级闸门系统，重复第三步操作，直至二级闸门下游一级为末级闸门(31)，且水库水位降至末级闸门(31)的上游一级控制水位时，开始第五步操作；

第五步、此时水库水位停止下降，或者其他辅助放水设施也在运行，水库水位也在下降时，关闭末级廊道(9)闸门，同时打开末级闸门(31)上游外部连通管阀门对末级门槽(32)进行充水，末级门槽(32)内水位与库水位同高，末级闸门(31)上游一级工作闸门实现平压，末级弧形闸门(41)挡库水位；

第六步、末级闸门(31)上游一级工作闸门在平压状态下开启后，打开末级弧形闸门(41)，系统开始放水。

20.根据权利要求16所述的一种高坝大库超深层挡水操作方法，其特征在于：所述步骤(2)中采用逐级放水方法进行放水的操作步骤如下：

第一步、开启泄洪洞、放空洞及上层挡水放空系统，水库水位开始下降；

第二步、当库水位降至二级控制水位(55)时，首级工作闸门(23)在平压状态下开启，其他辅助设施继续放水，水位继续下降；

第三步、当库水位降至二级闸门下游一级控制水位时，二级工作闸门(53)在平压状态下开启，其他辅助设施继续放水，水位继续下降；

第四步、如果有多个二级闸门系统，重复第三步操作，直至二级闸门下游一级为末级闸门(31)，且水库水位降至末级控制水位(33)时，开始第五步操作；

第五步、此时水库水位停止下降，或者其他辅助放水设施也在运行，水库水位也在下降时，末级弧形闸门(41)挡库水位；

第六步、打开末级弧形闸门(41)，系统开始放水。