CN109385988A - 用于高水头、大流量、短引水发电厂房的尾水洞排水结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种尾水洞排水结构，尤其是公开了一种用于高水头、大流量、短引水发电厂房的尾水洞排水结构，属于水电工程建筑物设计建造技术领域。提供一种结构简单，建设成本低廉，并能有效的保证建筑物在工作和检查期间均安全的用于高水头、大流量、短引水发电厂房的尾水洞排水结构。所述的尾水洞排水结构包括设置在尾水调压室与尾水出口建筑物之间的尾水洞本体，在所述尾水洞本体的侧壁上设置有防护砌筑系，所述的尾水洞排水结构还包括高压透水防护系，所述尾水洞本体靠近尾水调压室一端岩基内的高压渗水，通过所述的高压透水防护系导出至尾水洞本体远离尾水调压室一端的排水孔中。
Description
技术领域
本发明涉及一种尾水洞排水结构，尤其是涉及一种用于高水头、大流量、短引水发电厂房的尾水洞排水结构，属于水电工程建筑物设计建造技术领域。
背景技术
在水电工程中，特别是高水头、大流量、短引水的大型地下厂房引水发电系统中，在厂房后部连接有大型尾水调压室，尾水调压室后部连接尾水洞，如图1所示。尾水洞属于有压式尾水洞即尾水洞内的流水为压力水。为了避免过流运行时，与尾水调压室相交段附近的尾水洞内压力水外渗对尾水调压室结构产生影响，所以尾水调压室出口附近25m～30m范围内的尾水洞段混凝土衬砌周围不设置排水孔。
尾水洞运行一段时间后，需要关闭尾水调压室内的检修闸门，以放空尾水洞内的水。之后对尾水洞进行检修，此时尾水洞内没有压力水平衡，尾水洞外地下水产生的外水压力将单独作用在尾水洞衬砌上，由于没有排水孔将外水排出至洞内，所以外水对尾水洞衬砌混凝土结构形成巨大压力，由于外水压力非常大，所以此段尾水洞排水结构受力也非常大，对尾水洞排水结构安全产生较大影响。
为了保证检修时期尾水调压室出口附近没有设置排水孔的尾水洞段结构安全，传统处理方法有以下几种：1、增大此处尾水洞段的衬砌混凝土厚度，例如将衬砌混凝土厚度增大到1.5m或者更大；2、加大此部位衬砌结构的钢筋配置，衬砌内层、外层钢筋均采用双层钢筋配置；3、加强此洞段周围岩体的水泥固结灌浆，尽可能提高周围岩体的完整性和物理参数。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种结构简单，建设成本低廉，并能有效的保证建筑物在工作和检查期间均安全的用于高水头、大流量、短引水发电厂房的尾水洞排水结构。
为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种用于高水头、大流量、短引水发电厂房的尾水洞排水结构，包括设置在尾水调压室与尾水出口建筑物之间的尾水洞本体，在所述尾水洞本体的侧壁上设置有防护砌筑系，所述的尾水洞排水结构还包括高压透水防护系，所述尾水洞本体靠近尾水调压室一端岩基内的高压渗水，通过所述的高压透水防护系导出至尾水洞本体远离尾水调压室一端的排水孔中。
进一步的是，所述的防护砌筑系为混凝土砌筑层或钢筋混凝土砌筑层，在所述混凝土砌筑层或钢筋混凝土砌筑层与所述的岩基之间还设置有前期喷砼层，所述的高压透水防护系布置在所述Ω的混凝土砌筑层或钢筋混凝土砌筑层与所述的前期喷砼层之间。
上述方案的优选方式是，所述的高压透水防护系包括沿水流方向布置在所述混凝土砌筑层或钢筋混凝土砌筑层与所述前期喷砼层之间的多根软式透水管，所述尾水洞本体在其横截面内的投影呈门字型结构，各根所述的软式透水管沿所述门字型结构的两条竖直边均布，每一根软式透水管的末端均分别与对应位置的所述排水孔连接。
进一步的是，所述的高压透水防护系还包括多组环向软式透水管，所述门字型结构的顶部呈半圆形，各组所述的环向软式透水管分别绕过所述门字型结构的半圆形顶部，向下通过三通和/或四通管接头分别与沿水流方向布置的各根所述的软式透水管连接。
上述方案的优选方式是，各组所述的环向软式透水管沿水流方向相互间隔的均布在所述的混凝土砌筑层或钢筋混凝土砌筑层与所述的前期喷砼层之间。
进一步的是，所述的高压透水防护系还包括反滤组件，所述的反滤组件设置在所述的软式透水管与所述的混凝土砌筑层或钢筋混凝土砌筑层之间。
上述方案的优选方式是，所述的反滤组件由200g/m2的土工膜构成，由土工膜构成的所述反滤组件在其横截面内的投影呈Ω字型，所述的软式透水管位于所述的Ω字型内，所述Ω字型的开口侧朝向前期喷砼层一侧。
进一步的是，在每一根伸入排水孔内的那部分软式透水管的外表面上还包覆有厚度不超过1mm的镀锌铁皮。
进一步的是，在靠近尾水调压室25-30m范围内的尾水洞本体内均布置有所述的高压透水防护系。
本发明的有益效果是：本申请通过设置一套高压透水防护系，并将所述尾水洞本体靠近尾水调压室一端岩基内的高压渗水，通过所述的高压透水防护系导出至尾水洞本体远离尾水调压室一端的排水孔中。这样既可以保证靠近尾水调压室一端的尾水洞本体工作时的高水压不会返渗到岩基中对尾水调压室等建筑物造成危害，而在检修时，又由于岩基中的高压渗水通过所述的高压透水防护系导出到了尾水洞本体远离尾水调压室一端的排水孔中，从而同样保证了尾水洞本体的安全。再者，由于仅在现有尾水洞本体靠近尾水调压室附近的一段上增设所述的高压透水防护系，避免了通过增加混凝土衬砌层的厚度或增加钢筋直径、数量又或增加灌浆等建造成本较高的方式，而是将所述的高压透水防护系在前期喷砼层完成后，混凝土砌筑层或钢筋混凝土砌筑层开始前即进行设置，不仅操作方便，而且结构也相对简单，还可以节约建造的投资成本和工艺成本。进一步的，为了与建造过程有机的结合起来，便于施工和操作，本申请对所述的高压透水防护系与尾水洞的结构和施工工艺进行了有机的结构。
附图说明
图1为本发明用于高水头、大流量、短引水发电厂房的尾水洞排水结构的整体布置图；
图2为本发明设置有高压透水防护系的尾水洞本体与尾水调压室的位置关系详图；
图3为本发明涉及到的高压透水防护系在混凝土衬砌层外的布置示意图；
图4为图3的P1-P1剖视图；
图5为图3的P2-P2剖视图；
图6为图3的P3-P3剖视图；
图7为本发明涉及到的反滤组件与软式透水管的结合结构示意图。
图中标记为：尾水调压室1、尾水出口建筑物2、尾水洞本体3、防护砌筑系4，、高压透水防护系5、岩基6、排水孔7、前期喷砼层8、软式透水管9、竖直边10、环向软式透水管11、反滤组件12。
具体实施方式
为了便于理解，先对本申请涉及到的术语进行适当的解释：
尾水洞，是指释放通过水轮发电机转轮做功后的水排到下游河道内的隧洞。尾水调压室:为保护机组和限制尾水洞内水击压力，设置在有压长尾水道内的调压室；
软式透水管，软式透水管是一种具有倒滤透排水作用的新型管材，它克服了其他排水管材的诸多弊病，它利用“毛细”现象和“虹吸”原理、集吸水、透水、排水为一体，具有工程设计要求的耐压、透水及反滤作用，不因地质、地理温度变化而发生断裂，并可达到排放洁净水的效果，不会对环境造成二次污染，属于新型环保产品。
如图1至图7所示是本发明提供的一种结构简单，建设成本低廉，并能有效的保证建筑物在工作和检查期间均安全的用于高水头、大流量、短引水发电厂房的尾水洞排水结构。所述的尾水洞排水结构包括设置在尾水调压室1与尾水出口建筑物2之间的尾水洞本体3，在所述尾水洞本体3的侧壁上设置有防护砌筑系4，所述的尾水洞排水结构还包括高压透水防护系5，所述尾水洞本体3靠近尾水调压室1一端岩基6内的高压渗水，通过所述的高压透水防护系5导出至尾水洞本体3远离尾水调压室1一端的排水孔7中。本申请通过设置一套高压透水防护系5，并将所述尾水洞本体3靠近尾水调压室1一端岩基内的高压渗水，通过所述的高压透水防护系5导出至尾水洞本体3远离尾水调压室1一端的排水孔7中。这样既可以保证靠近尾水调压室1一端的尾水洞本体3工作时的高水压不会返渗到岩基6中对尾水调压室1等建筑物造成危害，而在检修时，又由于岩基6中的高压渗水通过所述的高压透水防护系5导出到了尾水洞本体3远离尾水调压室1一端的排水孔7中，从而同样保证了尾水洞本体3的安全。再者，由于仅在现有尾水洞本体3靠近尾水调压室1附近的一段上增设所述的高压透水防护系5，避免了通过增加混凝土衬砌层的厚度或增加钢筋直径、数量又或增加灌浆等建造成本较高的方式，而是将所述的高压透水防护系5在前期喷砼层8完成后，混凝土砌筑层或钢筋混凝土砌筑层开始前即进行设置，不仅操作方便，而且结构也相对简单，还可以节约建造的投资成本和工艺成本。
上述实施方式中，结合现有的所述的防护砌筑系4通过均为混凝土砌筑层或钢筋混凝土砌筑层，在所述混凝土砌筑层或钢筋混凝土砌筑层与所述的岩基6之间还设置有前期喷砼层8的特点，本申请将所述的高压透水防护系5布置在所述的混凝土砌筑层或钢筋混凝土砌筑层与所述的前期喷砼层8之间。再结合现有软式透水管的性能，为了最大限度的导出检修时岩基中的高压水，以保证尾水洞本体，本申请将所述的高压透水防护系5设置成包括沿水流方向布置在所述混凝土砌筑层或钢筋混凝土砌筑层与所述前期喷砼层8之间的多根软式透水管9的结构。同时，为了全方位的导出岩基6中的高压水，本申请所述的还包括多组环向软式透水管11，再结合所述尾水洞本体3在其横截面内的投影呈门字型结构，且顶部呈半圆形的结构特点，本申请将各根所述的软式透水管9沿所述门字型结构的两条竖直边10均布，每一根软式透水管9的末端均分别与对应位置的所述排水孔7连接；各组所述的环向软式透水管11分别绕过所述门字型结构的半圆形顶部，向下通过三通和/或四通管接头分别与沿水流方向布置的各根所述的软式透水管9连接。同样的，各组所述的环向软式透水管11也是沿水流方向相互间隔的均布在所述的混凝土砌筑层或钢筋混凝土砌筑层与所述的前期喷砼层8之间。
由于构成本申请所述高压透水防护系5的结构为软式透水管9和环向软式透水管11，再结合本申请的施工流程，即需要在前期喷砼层8完后，混凝土砌筑层或钢筋混凝土砌筑层施工前进布设，再根据软式透水管9和环向软式透水管11的特性，为了避免后施工的混凝土砌筑层或钢筋混凝土砌筑层的砂浆进入管道内阻塞管道，所述的高压透水防护系11还包括反滤组件12，所述的反滤组件12设置在所述的软式透水管9与所述的混凝土砌筑层或钢筋混凝土砌筑层之间。此进，所述的反滤组件12优选为由200g/m2的土工膜构成，由土工膜构成的所述反滤组件12在其横截面内的投影呈Ω字型，所述的软式透水管9位于所述的Ω字型内，所述Ω字型的开口侧朝向前期喷砼层8一侧。
结合本申请尾水洞的特点，由于没有设置排水孔7的尾水洞通常都只有靠近的尾水调压室1一端的一小段，故本申请的高压透水防护系5，即软式透水管9和环向软式透水管11构成的排水管网也仅在靠近尾水调压室25-30m范围内的尾水洞本体3内才有均布，这样，既可以实现本申请的上述功能目的，又能提高施工的效率，还能节约投资成本和施工成本。
综上所述，采用本申请提供的尾水洞排水结构，还具有以下优点，
本申请的设计非常巧妙，通过在不设置排水孔的尾水洞段衬砌内布置衬砌新型排水管网结构，既避免了尾水洞过流运行时尾水洞内的压力水外渗对尾水调压室结构产生影响的问题；又成功在尾水洞放空检修时，将尾水洞段外水尽量排出至尾水洞内，达到尽可能降低外水压力，减少了尾水洞排水结构受力，降低尾水洞钢筋用量，保证结构安全的目的。
其中软式透水管紧贴喷砼面敷设设计使整个排水管网结构浇筑在混凝土内，不与内水连通，所以避免了尾水洞过流运行时尾水洞内的压力水通过排水孔外渗对尾水调压室结构产生影响的问题，同时又成功在尾水洞放空检修时，将尾水洞段外水尽量排出至尾水洞内，达到尽可能降低外水压力，减少尾水洞排水结构受力，降低尾水洞钢筋用量，保证结构安全的目的。
既避免了尾水洞过流运行时尾水洞内的压力水外渗对尾水调压室结构产生影响的问题；又成功在尾水洞放空检修时，将尾水洞段外水尽量排出至尾水洞内，达到尽可能降低外水压力，减少了尾水洞排水结构受力，降低尾水洞钢筋用量，保证结构安全的目的。
实施例一
在尾水调压室出口附近没有设置排水孔的尾水洞段周围布置纵、环交叉软式透水管，间排距3m×4m，即环向透水管排距4m，布置在顶拱和边墙上，纵向透水管间距3m，布置在两侧边墙上，形成排水管网，软式透水管采用直径50mm孔径，软式透水管应紧贴喷砼面敷设，并通过三通和/或四通管做好纵、环交叉部位接头联接，如图3所示。软式透水管需沿管长方向包裹200g/m2的土工布，土工布两端间距0.5m锚钉固定，保证能将透水管有效固定在墙面上，如图7所示。排水管网下游则通过纵向管与下游侧尾水洞段相应高程钻设的排水孔连接，连接部位透水管全周包裹土工布，连接至下游侧尾水洞段排水孔内后需外包1mm镀锌铁皮，以便将水排出。衬砌新型排水管网布置完成后，再进行尾水洞衬砌混凝土浇筑，将排水管网浇筑在衬砌中。
由于软式透水管沿管长方向包裹土工布，所以在尾水洞衬砌混凝土浇筑时，混凝土不会堵塞软式透水管；由于软式透水管紧贴尾水隧洞前期喷砼面敷设，透水管本身具有透水性，如果有外水存在，在压力下，外水将渗入透水管网内，之后通过与下游侧尾水洞段相应高程钻设的排水孔连接排出至尾水洞内。整个排水管网结构浇筑在混凝土内，所以避免了尾水洞过流运行时尾水洞内压力水通过排水孔外渗对尾水调压室结构产生影响的问题。
Claims (10)
1.一种用于高水头、大流量、短引水发电厂房的尾水洞排水结构，包括设置在尾水调压室(1)与尾水出口建筑物(2)之间的尾水洞本体(3)，在所述尾水洞本体(3)的侧壁上设置有防护砌筑系(4)，其特征在于：所述的尾水洞排水结构还包括高压透水防护系(5)，所述尾水洞本体(3)靠近尾水调压室(1)一端岩基(6)内的高压渗水，通过所述的高压透水防护系(5)导出至尾水洞本体(3)远离尾水调压室(1)一端的排水孔(7)中。
2.根据权利要求1所述的用于高水头、大流量、短引水发电厂房的尾水洞排水结构，其特征在于：所述的防护砌筑系(4)为混凝土砌筑层或钢筋混凝土砌筑层，在所述混凝土砌筑层或钢筋混凝土砌筑层与所述的岩基(6)之间还设置有前期喷砼层(8)，所述的高压透水防护系(5)布置在所述的混凝土砌筑层或钢筋混凝土砌筑层与所述的前期喷砼层(8)之间。
3.根据权利要求2所述的用于高水头、大流量、短引水发电厂房的尾水洞排水结构，其特征在于：所述的高压透水防护系(5)包括沿水流方向布置在所述混凝土砌筑层或钢筋混凝土砌筑层与所述前期喷砼层(8)之间的多根软式透水管(9)，所述尾水洞本体(3)在其横截面内的投影呈门字型结构，各根所述的软式透水管(9)沿所述门字型结构的两条竖直边(10)均布，每一根软式透水管(9)的末端均分别与对应位置的所述排水孔(7)连接。
4.根据权利要求3所述的用于高水头、大流量、短引水发电厂房的尾水洞排水结构，其特征在于：所述的高压透水防护系(5)还包括多组环向软式透水管(11)，所述门字型结构的顶部呈半圆形，各组所述的环向软式透水管(11)分别绕过所述门字型结构的半圆形顶部，向下通过三通和/或四通管接头分别与沿水流方向布置的各根所述的软式透水管(9)连接。
5.根据权利要求4所述的用于高水头、大流量、短引水发电厂房的尾水洞排水结构，其特征在于：各组所述的环向软式透水管(11)沿水流方向相互间隔的均布在所述的混凝土砌筑层或钢筋混凝土砌筑层与所述的前期喷砼层(8)之间。
6.根据权利要求3、4或5所述的用于高水头、大流量、短引水发电厂房的尾水洞排水结构，其特征在于：所述的高压透水防护系(11)还包括反滤组件(12)，所述的反滤组件(12)设置在所述的软式透水管(9)与所述的混凝土砌筑层或钢筋混凝土砌筑层之间。
7.根据权利要求6所述的用于高水头、大流量、短引水发电厂房的尾水洞排水结构，其特征在于：所述的反滤组件(12)由200g/m2的土工膜构成，由土工膜构成的所述反滤组件(12)在其横截面内的投影呈Ω字型，所述的软式透水管(9)位于所述的Ω字型内，所述Ω字型的开口侧朝向前期喷砼层(8)一侧。
8.根据权利要求7所述的用于高水头、大流量、短引水发电厂房的尾水洞排水结构，其特征在于：在每一根伸入排水孔(7)内的那部分软式透水管(9)的外表面上还包覆有厚度不超过1mm的镀锌铁皮。
9.根据权利要求6所述的用于高水头、大流量、短引水发电厂房的尾水洞排水结构，其特征在于：在靠近尾水调压室25-30m范围内的尾水洞本体(3)内均布置有所述的高压透水防护系(5)。
10.根据权利要求1所述的用于高水头、大流量、短引水发电厂房的尾水洞排水结构，其特征在于：在靠近尾水调压室25-30m范围内的尾水洞本体(3)内均布置有所述的高压透水防护系(5)。
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