CN109440744B - 一种快速安全的自稳式导流洞临时封堵结构和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速安全的自稳式导流洞临时封堵结构和方法，它包括原始衬砌结构，所述原始衬砌结构所构成的导流洞的顶部内壁设置有上部回填体，在导流洞的底部内壁设置有下部回填体，所述上部回填体和下部回填体组合之后，在其中心部位形成泄水孔；在位于导流洞的上游所在一侧设置有临时封堵体，所述临时封堵体的外缘分别与设置在上部回填体上的第一上游段曲面体以及下部回填体上的第二上游段曲面体接触配合，进而对泄水孔进行封堵。此临时封堵方式结构简单，施工方便，且运行便利，且水压力越大，封堵效果越好，为永久封堵堵头施工创造了安全的作业环境，且永久堵头实施完成后，无需对临时封堵结构采取任何措施。

Description

一种快速安全的自稳式导流洞临时封堵结构和方法

技术领域

本发明涉及水电站导流洞施工技术领域，具体是一种快速安全的自稳式导流洞临时封堵结构和方法。

背景技术

导流洞临时封堵方式分两种，一种为封堵前导流洞需过流，保证下游生态流量，一种为全封闭封堵，通过大坝坝身导流底孔过流，保证下游生态流量。本发明针对导流洞封堵前需过流的情况，发明的一种封堵方式。

在现有工程中，导流洞临时堵头施工前，需在导流洞进口处设置进水塔，进水塔处布置闸门，通过闸门启闭控制过流与断流。随着工程建设的不断推进，水头进一步增加时，闸门挡水水头过高时，将面临一定的安全风险，故而需要在枯水期提前布置临时堵头，且保证永久堵头施工前仍具备过流条件，在进水塔闸门下闸前实施永久堵头施工，需进行临时封堵，为其闸门下闸创造静态水压环境，确保下闸安全，同时为永久堵头施工创造干燥的作业环境。

对于临时堵头段封堵前需要过流的情况，是在永久堵头施工前，导流洞仍有过流需求，以保证下游生态流量，如乌东德水电站为坝身不设导流底孔时，是通过其中一条导流洞进行改建后实现过流，以替代坝身导流底孔，进而增加大坝结构的稳定性和大坝施工的方便。

在永久堵头开始施工前，需对临时过流堵头进行封堵断流，为永久堵头施工创造条件，目前较为常见的封堵方式同样是通过闸门（平板门、弧形门等方式）进行封堵，如图6所示为弧形门控制的临时堵头布置型式的一种：

其布置结构有回填混凝土，泄水孔，与闸门相匹配的混凝土细部结构，闸门，与控制闸门启闭的构件，电控柜动力系统。在闸门启闭时，需要人对电控柜的操作，故而需布置交通洞，照明系统，通风系统等等。

其中在永久封堵头施工前，弧形闸门呈开启状态，实现过流；在永久堵头施工时，弧形闸门呈闭合状态，实现封堵。

采用上述的弧形闸门临时封堵方式，存在以下几个方面不足：

1、为使弧形闸门实现启闭，需要布置的结构多，且为洞内施工、洞内运行，在结构安全、施工安全以及运行安全上，均存在一定的风险；

2、控制闸门启闭系统布置于洞室上方，在闸门提起状态下，控制闸门的两个支点，承载着闸门所有的重量，并传递至围岩体，对于围岩体的荷载分布、变形等产生集中式干扰，存在较大的安全隐患；

3、同样，弧形闸门提起状态下，是过流的，由于泄水孔出口收缩进一步变窄而会导致出水流态呈现喷射态，水力学条件变的尤其复杂，脉动压力、气蚀、冲刷等均影响着闸门、围岩、混凝土回填体的安全；

4、过流时，水是从上游水库（且为高水头）流进导流洞再流进泄水孔，且过流断面是逐步递减的，在水头一致的情况下，过流断面越小，流速越大，在进行封堵时，对闸门的影响越大。而弧形闸门正是布置于过流断面最小的泄水孔出口，弧形闸门呈被动受力状态，完全凭借自身强度以及支撑点作用进行支撑封堵；

5、结构的复杂，自然带来施工难度和经济成本的大幅增加。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速安全的自稳式导流洞临时封堵结构和方法，此临时封堵方式结构简单，施工方便，且运行便利，且水压力越大，封堵效果越好，为永久封堵堵头施工创造了安全的作业环境，且永久堵头实施完成后，无需对临时封堵结构采取任何措施，在临时封堵体使用周期内可替代永久堵头实施封堵，一旦临时封堵体结构发生破坏，可任其破坏过流，由永久封堵堵头实施封堵。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种快速安全的自稳式导流洞临时封堵结构，它包括原始衬砌结构，所述原始衬砌结构所构成的导流洞的顶部内壁设置有上部回填体，在导流洞的底部内壁设置有下部回填体，所述上部回填体和下部回填体组合之后，在其中心部位形成泄水孔；在位于导流洞的上游所在一侧设置有临时封堵体，所述临时封堵体的外缘分别与设置在上部回填体上的第一上游段曲面体以及下部回填体上的第二上游段曲面体接触配合，进而对泄水孔进行封堵。

所述上部回填体和下部回填体都通过支护体固定在原始衬砌结构的内壁上。

所述上部回填体和下部回填体都采用混凝土回填体。

所述支护体采用锚杆。

所述临时封堵体采用具有弹性和强度的实心体。

所述临时封堵体采用橡胶体、木材或者混凝土塞体；所述临时封堵体的外形球体、椭球体或者楔形体。

所述临时封堵体的封堵尺寸大于泄水孔孔径，其临时封堵体最大压缩变形后无法通过泄水孔。

所述下部回填体的下游端底部和两侧壁都设置有用于导流的下游段曲面体。

所述临时封堵体采用混凝土塞体时，在导流洞的底部铺设用于对其移动的既定轨道。

采用任意一项所述封堵结构的封堵方法，它包括以下步骤：

Step1：在原始衬砌结构内部通过支护体设置上部回填体和下部回填体；

Step2：对上部回填体和下部回填体和上游端和下游端进行修整，使得两者所形成的泄水孔为渐变圆形导流洞；

Step3：根据导流洞内的水流情况，选择合适材质和外形的临时封堵体；

Step4：将临时封堵体通过上游运输到导流洞的内部；

Step5：临时封堵体将随水的流动下而在导流洞底部移动，并在导流洞的水压下与上部回填体上的第一上游段曲面体以及下部回填体上的第二上游段曲面体接触配合，进而对泄水孔进行封堵。

本发明有如下有益效果：

1、此临时封堵体结构简单，制作方便，运输轻便，且制作与运输成本低。

2、在泄水孔过流时，泄水孔下游段曲面体过渡段，较传统闸门封堵方式，可一定程度改善过流形态，以减小过流时脉动压力、气蚀、冲刷的影响，即使存在脉动压力、气蚀、冲刷的影响，亦无过多结构受其影响。

3、临时封堵体实施封堵时，只需将其放置导流洞进水口洞口，由水流将其自行输送至泄水孔孔口，且自适应于孔口形态，实施封堵效果好。

4、对围岩体的影响小，泄水孔长度越长，影响越小，如工期紧张，可通过锚索或锚杆支护进一步弱化其影响。

5、不存在其它人为操控，混凝土回填体施工完成后，泄水孔过流与断流由进水塔闸门控制，无需提前布置其它任何结构体，待需封堵时，使用临时封堵体即可实现封堵。

6、临时封堵体布置于泄水孔上游与导流洞结合部位，受导流洞洞内水挤压，所受外力均由临时封堵体传递至混凝土回填体，结构较弧形闸门安全可靠。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明的临时封堵结构图。

图2为本发明的图1中A-A截面图。

图3为本发明的图1中B-B截面图。

图4为本发明的图1中C-C截面图。

图5为本发明的图1中D-D截面图。

图6为现有的导流洞临时封堵结构图。

图中：原始衬砌结构1、上游2、上部回填体3、下部回填体4、临时封堵体5、第一上游段曲面体6、第二上游段曲面体7、下游段曲面体8、支护体9、泄水孔10。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例1：

参见图1-5，一种快速安全的自稳式导流洞临时封堵结构，它包括原始衬砌结构1，所述原始衬砌结构1所构成的导流洞的顶部内壁设置有上部回填体3，在导流洞的底部内壁设置有下部回填体4，所述上部回填体3和下部回填体4组合之后，在其中心部位形成泄水孔10；在位于导流洞的上游2所在一侧设置有临时封堵体5，所述临时封堵体5的外缘分别与设置在上部回填体3上的第一上游段曲面体6以及下部回填体4上的第二上游段曲面体7接触配合，进而对泄水孔10进行封堵。通过采用上述结构的导流洞临时封堵结构能够用于水电站施工过程中，导流洞的临时封堵，而且此临时封堵方式结构简单，施工方便，且运行便利，且水压力越大，封堵效果越好，为永久封堵堵头施工创造了安全的作业环境，且永久堵头实施完成后，无需对临时封堵结构采取任何措施，在临时封堵体使用周期内可替代永久堵头实施封堵，一旦临时封堵体结构发生破坏，可任其破坏过流，由永久封堵堵头实施封堵。

进一步的，所述上部回填体3和下部回填体4都通过支护体9固定在原始衬砌结构1的内壁上。通过支护体9能够为上部回填体3和下部回填体4提供有效的支护。进而保证了支护的稳定性。

进一步的，第一上游段曲面体6的曲面体与临时封堵体5接触面相适应，曲面体为泄水孔上游侧水流断面过段段，以减少水体流态的骤变对水力学条件的影响。

进一步的，第二上游段曲面体7曲面体与临时封堵体5接触面相适应，曲面体为泄水孔上游侧水流断面过段段，以减少水体流态的骤变对泄水孔临时封堵体5的影响。

进一步的，所述上部回填体3和下部回填体4都采用混凝土回填体。通过混凝土回填体简化了施工过程。

进一步的，所述支护体9采用锚杆。通过采用锚杆实现了其可靠的支护。根据围岩地质条件和力学计算条件进行确定锚固长度，为实施封堵提供可靠的支撑强度，其实施在一定程度上可节省混凝土回填体纵向长度。

进一步的，所述临时封堵体5采用具有弹性和强度的实心体。

进一步的，所述临时封堵体5采用橡胶体、木材或者混凝土塞体；所述临时封堵体5的外形球体、椭球体或者楔形体。

进一步的，所述临时封堵体5的封堵尺寸大于泄水孔孔径，其临时封堵体5最大压缩变形后无法通过泄水孔。

进一步的，临时封堵体5材质应具有一定弹性和强度，且要求为实心体，要求在水压下不会发生过大变形；且要求密度略大于水，可随水的流动下而在导流洞底部移动，如选择橡胶体、加重橡胶体、木材等；临时封堵体5体型在不考虑移动轨道布设时可为球体、在考虑封堵体移动轨道布设时，可为椭球体，楔形体等；临时封堵体5大小应大于泄水孔孔径，其临时封堵体5最大压缩变形后无法通过泄水孔为宜；对于大型临时封堵体5，考虑运输方面，球体应可拆解与组装；对于小型临时封堵体5，满足运输要求的前提下，球体可考虑为整体；

在实施临时封堵时，在水头不大且具有人工干预条件的情况下，宜可考虑混凝土塞体，进行人工干预按既定轨道推送至泄水孔进口处，要求塞体体型与泄水孔相适应，上游端为渐变段。

进一步的，所述下部回填体4的下游端底部和两侧壁都设置有用于导流的下游段曲面体8。通过上述的下游段曲面体8，曲面体为泄水孔下游侧水流断面过段段，以减少出水口水体流态的骤变对水力学条件的影响。

进一步的，所述临时封堵体5采用混凝土塞体时，在导流洞的底部铺设用于对其移动的既定轨道。通过采用上述的结构，能够方便的实现比较重的混凝土塞体的移动，进而提高了其施工效率。

实施例2：

采用任意一项所述封堵结构的封堵方法，它包括以下步骤：

Step1：在原始衬砌结构1内部通过支护体9设置上部回填体3和下部回填体4；

Step2：对上部回填体3和下部回填体4和上游端和下游端进行修整，使得两者所形成的泄水孔10为渐变圆形导流洞；

Step3：根据导流洞内的水流情况，选择合适材质和外形的临时封堵体5；

Step4：将临时封堵体5通过上游2运输到导流洞的内部；

Step5：临时封堵体5将随水的流动下而在导流洞底部移动，并在导流洞的水压下与上部回填体3上的第一上游段曲面体6以及下部回填体4上的第二上游段曲面体7接触配合，进而对泄水孔10进行封堵。

上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种快速安全的自稳式导流洞临时封堵方法，包括快速安全的自稳式导流洞临时封堵结构，所述封堵结构包括原始衬砌结构（1），所述原始衬砌结构（1）所构成的导流洞的顶部内壁设置有上部回填体（3），在导流洞的底部内壁设置有下部回填体（4），所述上部回填体（3）和下部回填体（4）组合之后，在其中心部位形成泄水孔（10）；在位于导流洞的上游（2）所在一侧设置有临时封堵体（5），所述临时封堵体（5）的外缘分别与设置在上部回填体（3）上的第一上游段曲面体（6）以及下部回填体（4）上的第二上游段曲面体（7）接触配合，进而对泄水孔（10）进行封堵；

所述上部回填体（3）和下部回填体（4）都通过支护体（9）固定在原始衬砌结构（1）的内壁上；

所述上部回填体（3）和下部回填体（4）都采用混凝土回填体；

所述临时封堵体（5）采用具有弹性和强度的实心体；

所述临时封堵体（5）采用橡胶体、木材或者混凝土塞体；所述临时封堵体（5）的外形球体、椭球体或者楔形体；

所述封堵方法包括以下步骤：

Step1：在原始衬砌结构（1）内部通过支护体（9）设置上部回填体（3）和下部回填体（4）；

Step2：对上部回填体（3）和下部回填体（4）和上游端和下游端进行修整，使得两者所形成的泄水孔（10）为渐变圆形导流洞；

Step3：根据导流洞内的水流情况，选择合适材质和外形的临时封堵体（5）；

Step4：将临时封堵体（5）通过上游（2）运输到导流洞的内部；

Step5：临时封堵体（5）将随水的流动下而在导流洞底部移动，并在导流洞的水压下与上部回填体（3）上的第一上游段曲面体（6）以及下部回填体（4）上的第二上游段曲面体（7）接触配合，进而对泄水孔（10）进行封堵。

2.根据权利要求1所述一种快速安全的自稳式导流洞临时封堵方法，其特征在于：所述支护体（9）采用锚杆。

3.根据权利要求1所述一种快速安全的自稳式导流洞临时封堵方法，其特征在于：所述临时封堵体（5）的封堵尺寸大于泄水孔孔径，其临时封堵体（5）最大压缩变形后无法通过泄水孔。

4.根据权利要求1所述一种快速安全的自稳式导流洞临时封堵方法，其特征在于：所述下部回填体（4）的下游端底部和两侧壁都设置有用于导流的下游段曲面体（8）。

5.根据权利要求1所述一种快速安全的自稳式导流洞临时封堵方法，其特征在于：所述临时封堵体（5）采用混凝土塞体时，在导流洞的底部铺设用于对其移动的既定轨道。