CN110145011B - 一种竖井与深隧衔接结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种折板竖井与城市深层隧道排水系统的竖井与隧道衔接结构。它包括与竖井相通的用于承接水流的消力池、消力池一侧边缘设置的多级跌水阶梯以及跌水阶梯下部边缘设置的汇流池，汇流池内具有一段横向设置的引流渠，水流能够在竖井内从浅层管网下跌至消力池内，进而经过跌水阶梯进入到汇流池的引流渠内，引流渠两端分别与井壁上连接的两段深层隧道贯通衔接。其优点是：占地空间小且维护管理方便，增加了连接上下游深隧管道的灵活性；在跌水阶梯区域实现了二次消能，不但减小了噪音，还避免了空气随水流进入下游深隧管道，进而导致气囊气爆等危害；有效地提高了汇流池内水体稳定性，缓解了上游进水对构筑物的冲刷。

Description

一种竖井与深隧衔接结构

技术领域

本发明涉及一种排水系统的建筑结构，具体地说是一种折板竖井与城市深层隧道排水系统的竖井与隧道衔接结构。

背景技术

随着城市洪涝和合流制溢流污染的日益严重，许多城市的浅层地下排水管网无法承受雨洪的冲击，深层隧道排水系统集调、蓄为一体，雨洪截留能力强，对浅层管网影响小，是一种十分有效的调蓄措施，逐渐被引入各大城市。竖井作为深层隧道系统中，浅层排水管网与深层隧道的衔接节点，安全稳定地将雨污水输送到隧道中，对于整个深隧系统的稳定运行起着至关重要的作用。

目前竖井形式多样，包括旋流式、跌落式、折板式等类型的竖井，不论哪种竖井，其底部几乎都采用消力池对水体进行消能处理，然后通过溢流堰溢出后通过管道注入深隧系统。该方式有以下几点不足：1、竖井与深隧独立修建，增加地下空间的占用；2、水流在溢出消力池后由于较高的跌水高度，噪音大，对构筑物冲刷严重；3、水流注入深隧过程中挟带大量空气，在深隧中易形成气囊进而产生气爆。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够减少占地空间，衔接巧妙地竖井入流结构，且在运行过程中，能够有效控制高噪声，气体挟带等现象的竖井与隧道衔接结构。

为了解决上述技术问题，本发明的竖井与隧道衔接结构，包括与竖井相通的用于承接水流的消力池、消力池一侧边缘设置的多级跌水阶梯以及跌水阶梯下部边缘设置的汇流池，汇流池内具有一段横向设置的引流渠，水流能够在竖井内从浅层管网下跌至消力池内，进而经过跌水阶梯进入到汇流池的引流渠内，引流渠两端分别与井壁上连接的两段深层隧道贯通衔接。

所述跌水阶梯与消力池衔接部分设置有溢流堰。

所述引流渠设置为与深层隧道半径相当的截面形状为半圆形的明渠。

所述消力池的高度为2~3m。

其特征在于：每级所述跌水阶梯的跌落高度为0.4~0.8m，跌水阶梯的长度为0.8~1.6m。

所述深层隧道包括一段与引流渠贯通衔接的上游管道和一段与引流渠贯通衔接的下游管道，引流渠的弯曲角度为100°~180°。

本发明具有以下优点：

1、将竖井底部的消力池与深隧管道巧妙设置在同一构筑物中，占地空间小且维护管理方便，深隧管道进出口角度的调节还大大增加了连接上下游深隧管道的灵活性。

2、水流在消力池内溢出后，在跌水阶梯区域实现了二次消能，同时，掺气水体在阶梯跌水阶段，有效地将空气排出，不但减小了噪音，还避免了空气随水流进入下游深隧管道，进而导致气囊气爆等危害。

3、通过跌水阶梯、汇流池、引流渠的设置，实现竖井中水流的稳定汇入，有效地提高了汇流池内水体稳定性，减少了深隧进水和竖井进水之间的相互作用，缓解了上游进水对构筑物的冲刷。

附图说明

图1为本发明竖井与隧道衔接结构的俯视结构示意图；

图2为图1的A-A剖面结构示意图；

图3为图1的B-B剖面结构示意图；

图4为本发明竖井与隧道衔接结构的侧视结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明的竖井与隧道衔接结构作进一步详细说明。

如图所示，本发明的竖井与隧道衔接结构，包括设置在竖井底部并且与竖井相通用来承接水流的消力池1，消力池1的高度为2~3m，消力池的一侧边缘设置有多级跌水阶梯2，每级跌水阶梯2的跌落高度为0.4~0.8m，跌水阶梯的长度为0.8~1.6m，跌水阶梯2与消力池1衔接部分设置有溢流堰6，跌水阶梯下部边缘设置有汇流池3，汇流池3内具有一段横向设置的引流渠4，由图可见，引流渠4设置为与深层隧道半径相当的截面形状为半圆形的明渠，具体地说引流渠4是在汇流池3内以深隧管道的管径开挖的半管明渠，由图可见，形成的半圆形截面结构，引流渠4两端分别与井壁上连接的两段深层隧道5贯通衔接，由此将深层隧道通过引流渠4与上述的消力池、跌水阶梯构成的系统进行衔接，在本实施例中，其中一段深层隧道具有与引流渠4贯通衔接的上游管道，另外一段深层隧道具有与引流渠4贯通衔接的下游管道，上游管道和下游管道之间的角度为100°~180°，明渠设置为弧形结构，其弧度与上游管道和下游管道之间形成的夹角配合，由此形成自然衔接过渡，水流能够在竖井内从浅层管网下跌至消力池1内，进而经过跌水阶梯2进入到汇流池的引流渠4内，在上游隧道流量较小情况下，竖井中水流流入引流渠内并汇入深层隧道；当上游隧道流量超过半管时，竖井中水流在汇流池内汇入深层隧道，此时引流渠将部分上游来水引入下游隧道，减少竖井中水体与上游来水之间的相互作用。

其具体工作原理如下：

水流在竖井内从浅层管网下跌至消力池，消力池高2~3m，在消力池内紊动实现部分消能和排气，水流在消力池内短暂停留后，随后水体通过溢流堰溢流进入跌水阶梯，每级跌水阶梯设置跌落高度为0.4~0.8m，阶梯长度为0.8~1.6m，阶梯数量根据实际入流深隧管道尺寸确定，水流在跌水阶梯层层跌落的过程中，进行第二次消能和进一步排气过程，避免了气体随水流进入下游深隧管道从而降低了气囊气爆等危害发生的可能性，最终水体在多阶跌水阶梯上，分级跌落到汇流池，汇流池内设引流渠，引流渠直接与深层隧道相连，在小流量阶段，深隧入水直接通过引流渠进入下游管道，竖井内水流汇入引流渠随上游入水进入下游管道，减少了深隧水流与竖井水流之间的相互作用，当深隧中水流流量较大时，上游入水部分通过引流渠进入下游管道，部分在汇流池内与竖井入水汇流，也可在一定程度上降低上游管道入水对构筑物的冲击，此外，引流渠4的角度可根据实际上下游管道进行调整，设置较为灵活，但须在100°~180°。

以江滨泵站为例，以江滨泵站节点竖井初始设计体型，建立1：15的物理模型，对四种工况下汇入池内的水流流态进行全面的观测分析。

在工况1的运行条件下，进水管呈明流状态，水流水面平顺稳定；在工况2的运行条件下，进水管呈满流向名流转换的过渡流态，进水管的出口附近水面有波动。在工况3和工况4的运行条件下，进水管均为满流，工况1至工况3，深隧入流管内的水流为明流，水流平稳地在竖井内转弯过渡，水流在消能池内激起较大水花，水流挟带气泡溢流至汇入池，气泡在阶梯消能区迅速逸离，由导流槽流入下游深隧的水流比较平稳顺畅；工况4时，上游深隧管道为满流流态，试验过程中未发现竖井内气泡进入深隧管道的现象。

Claims (6)

1.一种竖井与隧道衔接结构，其特征在于：包括与竖井相通的用于承接水流的消力池（1）、消力池一侧边缘设置的多级跌水阶梯（2）以及跌水阶梯下部边缘设置的汇流池（3），所述汇流池（3）内具有一段横向设置的引流渠（4），所述水流能够在竖井内从浅层管网下跌至消力池（1）内，进而经过跌水阶梯（2）进入到汇流池的引流渠（4）内，所述引流渠（4）两端分别与井壁上连接的两段深层隧道（5）贯通衔接。

2.按照权利要求1所述的竖井与隧道衔接结构，其特征在于：所述跌水阶梯（2）与消力池（1）衔接部分设置有溢流堰（6）。

3.按照权利要求1或2所述的竖井与隧道衔接结构， 其特征在于：所述引流渠（4）设置为与深层隧道半径相当的截面形状为半圆形的明渠。

4.按照权利要求3所述的竖井与隧道衔接结构， 其特征在于：所述消力池（1）的高度为2~3m。

5.按照权利要求1、2或4所述的竖井与隧道衔接结构， 其特征在于：每级所述跌水阶梯（2）的跌落高度为0.4~0.8m，跌水阶梯的长度为0.8~1.6m。

6.按照权利要求5所述的竖井与隧道衔接结构，其特征在于：所述深层隧道（5）包括一段与引流渠（4）贯通衔接的上游管道和一段与引流渠（4）贯通衔接的下游管道，引流渠（4）的弯曲角度为100°~180°。