CN105369784A - 沟水处理排水洞结构和沟水处理排水方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种沟水处理排水洞结构和沟水处理排水方法，特别是一种应用于高山峡谷地区支流沟谷沟水处理领域的沟水处理排水洞结构和沟水处理排水方法。本发明提供一种可靠性高，方便对设施进行检修的沟水处理排水洞结构。包括主排水洞、分流洞和旋流竖井消能结构，还包括高出水口和低出水口，本申请还提供了一种可靠性高，适可以长时间运行，方便检修的沟水处理排水方法，包括以下几个步骤：a、判断排水期情况b、若排水期处于汛期则旋流竖井消能结构从低出水口排出，若排水期处于枯水期则分流洞高出水口排出。本申请设置的分流洞出水口满足枯期的沟水引排，避免了旋流竖井消能结构长时间作为唯一的排水通道，减小了工程风险。

Description

沟水处理排水洞结构和沟水处理排水方法

技术领域

本发明涉及一种沟水处理排水洞结构和沟水处理排水方法，特别是一种应用于高山峡谷地区支流沟谷沟水处理领域的沟水处理排水洞结构和沟水处理排水方法。

背景技术

在高山峡谷地区建筑水电站工程时，近坝区可利用的施工场地及少，而工程建设中有大量的弃渣需要堆存，还需布置各类施工工厂等临建设施，因此，常利用坝址上游侧的支流沟谷作为弃渣场，需对沟谷进行沟水处理，沟水处理方式多采用挡水坝+排水洞。

目前，工程中遇到排水洞已按满足施工要求的最大纵坡布置，排水洞出水口高程距下游河道高差仍然较大时，为保证出水口安全，常在出水口设置台阶消能设施。但是，采用以上布置方案的排水洞施工难度大，出水口防护工程量大且运行期间需多次修复。另外，排水洞运行将对出水口附近(或下方)的道路和桥梁、临建设施及生产人员造成较大的安全隐患。

专利号“ZL201420531983.7的实用新型在大坝上游设置了高低出水口。低出水口满足工程施工期的沟水引排，解决了常规排水洞出水口台阶防护常被冲毁、对出水口附近(或下方)的道路和桥梁、临建设施及生产人员造成的安全隐患。设置高出水口解决了水库蓄水后工程永久期的沟水引排和水能利用要求。但是，实际工程可能遇到排水洞出口在水库下游，且排水洞运行时间较长的情况。此时，若仍采用专利号“ZL201420531983.7的实用新型结构便存在以下不足：

1、旋流竖井消能结构作为排水通道，运行时将长，运行不灵活，一旦发生破坏将造成巨大经济损失和影响。

2、山区河流中夹带推移质，旋流竖井消能结构在高流速时会发生冲刷、掺气、空化空蚀等破坏；流量较小时，水流直接跌入消能井，因此，不适应大范围变化的流量，长期排水难免会对结构造成破坏。

3、无法对竖井消能结构进行定期检查和修复。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可靠性高，能够适应大范围变化的流量，可以跨越汛期和枯水期长时间运行，并且在长时间运行中可以有效避免排水对结构造成破坏，方便对设施进行检修的沟水处理排水洞结构。

为解决上述技术问题，本发明采用的水处理排水洞结构，包括主排水洞、分流洞和旋流竖井消能结构，所述旋流竖井消能结构与主排水洞连通，所述分流洞与主排水洞连通，并且分流筒与主排水洞的连接口位于旋流竖井消能结构的上游一侧，还包括高出水口和低出水口，所述高出水口设置在分流洞的出口处，所述低出水口与旋流竖井消能结构的出口连通。

进一步的是，所述分流筒与主排水洞的连接口距旋流竖井消能结构与主排水洞连接口处的水平距离范围为20～40m。

进一步的是，所述分流洞为施工支洞。

进一步的是，所述分流洞的坡比为0。

进一步的是，还包括闸室结构，所述闸室结构位于述分流洞的出口一端。

进一步的是，在所述主排水洞的底板中间位置设置有中隔墙。

进一步的是，所述中隔墙起于主排水洞入口处，所述中隔墙末端与分流洞靠近主排水洞一侧的边墙相连接。

进一步的是，所述中隔墙的宽度范围为0.8～1.5m。

本发明还提供了一种可靠性高，能够适应大范围变化的流量，可以跨越汛期和枯水期长时间运行，并且在长时间运行中可以有效避免排水对结构造成破坏，方便对设施进行检修的沟水处理排水方法，包括以下几个步骤：

a、判断排水期是处于汛期还是枯水期；

b、若排水期处于汛期则排水途径为水流由主排水洞流经旋流竖井消能结构后，从低出水口排出，若排水期处于枯水期则排水途径为水流由主排水洞流经分流洞后，从高出水口排出。

进一步的是，在a步骤之前在所述主排水洞的底板中间位置设置中隔墙，所述中隔墙起于主排水洞入口处，所述中隔墙末端与分流洞靠近主排水洞一侧的边墙相连接，在a步骤之后，如果处于枯水期则在主排水洞入口处封住中隔墙一侧通道的水流，并对该侧的主排水洞和旋流竖井消能结构进行检修，然后打通该侧水流并封住中隔墙另一侧通道的水流，并对另一侧的主排水洞和旋流竖井消能结构进行检修。

本发明的有益效果是：本申请设置的分流洞出水口满足枯期的沟水引排，避免了旋流竖井消能结构长时间作为唯一的排水通道所带来的安全隐患，从而减小了工程风险；高、低出水口均可根据地质条件进行灵活布置，布置更为灵活；每年都可在枯期进行检修，更为安全可靠；通过闸室的控制，可根据来流量大小调整水流出流位置和方式，可避免枯期来流量较大时对山体下部存在的施工场地、设施、道路等的冲击破坏，使用更为灵活；主排水洞的施工支洞可用于分流洞，节省工程投资，从而达到“一洞多用”的目的，节省了工程投资，且施工方便。

附图说明

图1是沟水处理排水洞平面布置图；

图2是主排水洞横剖面图；

图3是主排水洞纵剖面图；

图中零部件、部位及编号：主排水洞1、分流洞2、旋流竖井消能结构3、高出水口4、低出水口5、中隔墙6、水平距离h、宽度b、天然的沟谷河道7、水库大坝下游河道8、拟建施工道路9。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、图2、及图3所示，为解决上述技术问题，本发明采用的沟水处理排水洞结构，包括主排水洞1、分流洞2和旋流竖井消能结构3，所述旋流竖井消能结构3与主排水洞1连通，所述分流洞2与主排水洞1连通，并且分流筒与主排水洞1的连接口位于旋流竖井消能结构3的上游一侧，还包括高出水口4和低出水口5，所述高出水口4设置在分流洞2的出口处，所述低出水口5与旋流竖井消能结构3的出口连通。在旋流竖井消能结构3的上游一侧，增设一个与主排水洞1连通的分流洞2。这样在汛期通过旋流竖井消能结构3排水，在枯水期可以通过分流洞2排水。

现有技术中沟水处理排水洞设置的低出水口5满足汛期的沟水引排，设置低出水口5解决了常规排水洞出水口边坡陡峭，但现有技术中的台阶防护工程施工难度高，且常被冲毁、对出水口附近或下方的道路、桥梁、临建设施及生产人员造成的安全隐患；而本申请增设的分流洞2可以满足枯期的沟水引排，避免了旋流竖井消能结构3长时间作为唯一的排水通道所带来的安全隐患，从而减小了工程风险；高出水口4、低出水口5均可根据地质条件进行灵活布置，布置更为灵活；同时避免了流量较小时，水流直接跌入消能井，对其产生破换，在流量过大时，可以利用分流洞2分流，防止区河流中夹带推移质，使旋流竖井消能结构3在高流速时发生冲刷、掺气、空化空蚀等破坏；因此，采用本申请的排水洞结构可以适应大范围变化的流量，即使长期排水也不会对结构造成破坏。

所述分流筒与主排水洞1的连接口距旋流竖井消能结构3与主排水洞1连接口处的水平距离h范围为20～40m。采用前述距离范围，可以是排水洞的布置更加合理。

所述分流洞2为施工支洞。主排水洞1的施工支洞可用于分流洞2，节省工程投资，从而达到“一洞多用”的目的，节省了工程投资，且施工方便。所述分流洞2的坡比为0。

还包括闸室结构，所述闸室结构位于述分流洞2的出口一端。当枯期来流量较大时，可关闭闸室结构闸门让水流由主排水洞1经旋流竖井消能结构3，从低排水洞出水口排出，以避免可能发生的冲击破坏等不利影响。通过闸室的控制，可根据来流量大小调整水流出流位置和方式，可避免枯水期来流量较大时对山体下部存在的施工场地、设施、道路等的冲击破坏，使用更为灵活；

在所述主排水洞1的底板中间位置设置有中隔墙6。枯期时，水流流量较小情况下，在主排水洞1进口端堆筑检修挡水围堰检修人员可以沿着中隔的一侧通道进行主排水洞1及旋流竖井消能结构3的检修；采用同样的方式，可以对中隔墙6的另一边通道进行检修。

所述中隔墙6起于主排水洞1入口处，所述中隔墙6末端与分流洞2靠近主排水洞1一侧的边墙相连接。

所述中隔墙6的宽度b范围为0.8～1.5m。具体实施时可以采用前述的宽度b范围，使中隔墙6便于施工，并在检修时起到有效的阻隔作用。

本发明解决前述技术问题的沟水处理排水方法，包括以下几个步骤：

a、判断排水期是处于汛期还是枯水期；

b、若排水期处于汛期则排水途径为水流由主排水洞1流经旋流竖井消能结构3后，从低出水口5排出，若排水期处于枯水期则排水途径为水流由主排水洞1流经分流洞2后，从高出水口4排出。设置分流洞2出水口满足枯期的沟水引排，避免了旋流竖井消能结构3长时间作为唯一的排水通道所带来的安全隐患，从而减小了工程风险；

在a步骤之前在所述主排水洞1的底板中间位置设置中隔墙6，所述中隔墙6起于主排水洞1入口处，所述中隔墙6末端与分流洞2靠近主排水洞1一侧的边墙相连接，在a步骤之后，如果处于枯水期则在主排水洞1入口处封住中隔墙6一侧通道的水流，并对该侧的主排水洞1和旋流竖井消能结构3进行检修，然后打通该侧水流并封住中隔墙6另一侧通道的水流，并对另一侧的主排水洞1和旋流竖井消能结构3进行检修。由于中隔墙6将排水洞结构分成了隔断的两侧，在枯水期时，利用中隔墙6的阻隔作用，可以让排水洞的一侧排水，另一侧进行检修。采用前述方法每年都可在枯期进行检修，使排水洞的长期运行更为安全可靠。

工程实施例：某大型水电站工程坝址区存在天然沟谷，需进行沟水处理，设计挡水坝+排水洞的组合结构，排水洞需运行至少8年的时间。排水洞布置结构包括主排水洞1、旋流竖井消能结构3和分流洞2，主排水洞1出口包括分流洞2出水口、低排水洞出水口，其入口端与天然的沟谷河道7连通；所旋流竖井消能结构3设置于主排水洞1末端、岩石条件较好且较完整的洞段；所述分流洞2入口端设置于旋流竖井消能结构3进水段上游侧，与主排水洞1连接，离旋流竖井消能结构3距离取20～40m，出口段为分流洞2出口，位于岩石较完整洞段。枯期时，水流流量较小情况下，水流由主排水洞1经分流洞2，从分流洞2出水口排出至山坡，然后沿着山坡天然沟道缓慢流入水库大坝下游河道8；汛期时，水流由主排水洞1经旋流竖井消能结构3，从低排水洞出水口排出，低出水口5段与水库大坝下游河道8连通。排水洞1为城门洞型，底板中间位置设置有中隔墙6，中隔墙6起始端从主排水洞1入口端开始，中隔墙6末端与分流洞2临主排水洞1侧的边墙相连接，中隔墙6高应高于枯期洞内水深，中隔墙6顶宽取0.8～1.5m。枯期时，水流流量较小情况下，在主排水洞1进口对堆筑检修挡水围堰编制袋围堰或土石围堰，水流由主排水洞1的中隔墙6临分流洞2一侧通道经分流洞2，从分流洞2出水口排出至水库大坝下游河道8，由于水流流量较小，水流将沿着山体流向水库大坝下游河道8，同时，检修人员可以沿着中隔墙6背着分流洞2的一侧通道进行主排水洞1及旋流竖井消能结构3的检修；采用同样的方式，可以对中隔墙6的另一边通道进行检修。

主排水洞1低排水洞出口的高度设置在主江汛期高水位和常水位之间，且不可高于拟建施工道路9的高程；主排水洞1的施工支洞可兼作分流洞2，坡比设计为0，其靠近出口处设置有闸室结构，闸室结构可选择岸塔闸室或竖井闸室，主要是根据地形地质条件，采用工程投资少的闸室结构。由于沟谷的来流量一般在一定范围内变化，实际来流并不一定为设计标准的流量，当枯期来流量较大时，若从分流洞2泄流，水流会产生一定水跃，分流洞2出口所处山体高程较高，这样会对分流洞2出口及山体下部设施或道路等建筑造成一定的冲击破坏，此时，可关闭闸室结构的闸门让水流由主排水洞1经旋流竖井消能结构3，从低排水洞出水口排出，这样便避免了可能发生的冲击破坏等不利影响。

Claims (10)

1.沟水处理排水洞结构，其特征在于：包括主排水洞(1)、分流洞(2)和旋流竖井消能结构(3)，所述旋流竖井消能结构(3)与主排水洞(1)连通，所述分流洞(2)与主排水洞(1)连通，并且分流筒与主排水洞(1)的连接口位于旋流竖井消能结构(3)的上游一侧，还包括高出水口(4)和低出水口(5)，所述高出水口(4)设置在分流洞(2)的出口处，所述低出水口(5)与旋流竖井消能结构(3)的出口连通。

2.如权利要求1所述的沟水处理排水洞结构，其特征在于：所述分流筒与主排水洞(1)的连接口距旋流竖井消能结构(3)与主排水洞(1)连接口处的水平距离(h)范围为20～40m。

3.如权利要求1所述的沟水处理排水洞结构，其特征在于：所述分流洞(2)为施工支洞。

4.如权利要求1所述的沟水处理排水洞结构，其特征在于：所述分流洞(2)的坡比为0。

5.如权利要求1所述的沟水处理排水洞结构，其特征在于：还包括闸室结构，所述闸室结构位于述分流洞(2)的出口一端。

6.如权利要求1所述的沟水处理排水洞结构，其特征在于：在所述主排水洞(1)的底板中间位置设置有中隔墙(6)。

7.如权利要求6所述的沟水处理排水洞结构，其特征在于：所述中隔墙(6)起于主排水洞(1)入口处，所述中隔墙(6)末端与分流洞(2)靠近主排水洞(1)一侧的边墙相连接。

8.如权利要求6所述的沟水处理排水洞结构，其特征在于：所述中隔墙(6)的宽度(b)范围为0.8～1.5m。

9.采用权利要求1所述的沟水处理排水洞结构进行排水的沟水处理排水方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

a、判断排水期是处于汛期还是枯水期；

b、若排水期处于汛期则排水途径为水流由主排水洞(1)流经旋流竖井消能结构(3)后，从低出水口(5)排出，若排水期处于枯水期则排水途径为水流由主排水洞(1)流经分流洞(2)后，从高出水口(4)排出。

10.采用权利要求9所述的沟水处理排水方法，其特征在于，在a步骤之前在所述主排水洞(1)的底板中间位置设置中隔墙(6)，所述中隔墙(6)起于主排水洞(1)入口处，所述中隔墙(6)末端与分流洞(2)靠近主排水洞(1)一侧的边墙相连接，在a步骤之后，如果处于枯水期则在主排水洞(1)入口处封住中隔墙(6)一侧通道的水流，并对该侧的主排水洞(1)和旋流竖井消能结构(3)进行检修，然后打通该侧水流并封住中隔墙(6)另一侧通道的水流，并对另一侧的主排水洞(1)和旋流竖井消能结构(3)进行检修。