CN111501695A - 一种深埋隧洞充水系统 - Google Patents

Abstract

一种深埋隧洞充水系统，包括竖井，竖井的底部与深埋隧洞连通，竖井的上部与浅埋隧洞连通，竖井内设置有将深埋隧洞和浅埋隧洞隔开的分隔墙，该分隔墙的一侧布置有人行楼梯或/和电梯井，所述人行楼梯或电梯井的侧壁、竖井内壁与分隔墙之间形成通道，该通道与浅埋隧洞连通；所述通道内竖向交替设有多级第一消能池和第二消能池，使得来自浅埋隧洞的水流可经由各级第一消能池、第二消能池消能后流入深埋隧洞中。本发明中，由于通道是竖井中的空余空间，第一消能池和第二消能池均是布置在竖井中的空余空间中，无需扩挖或加大竖井深度，工程造价低，布置简便；同时由于没有使用电气设备，则无需维护电气设备，提高了安全性和可靠性。

Description

一种深埋隧洞充水系统

技术领域

本发明涉及水电工程和市政供水工程中的深埋隧洞领域，具体涉及一种深埋隧洞充水系统。

背景技术

城市快速发展对用地的需求量急剧增大，城市用地日趋紧张，城市空间资源日益短缺，城市建设过程中出现了交通拥挤、环境污染等一系列影响城市现代化进程的“城市病”。 我国已经把绿色列入国家建设发展的五大理念之中，绿色发展已经成为一个重要趋势，地下空间是一个巨大而丰富的空间资源，对其进行合理开发利用能够促进我国的绿色发展。因此城市地下空间开发利用是转变城市发展方式、治理“城市病”主要着力点。

在已建成的城市供水主干线工程中，根据工程经验，明挖法敷设管线虽较暗挖法工程主体投资少，但由于需要开槽施工，即便在沟槽开挖时采取支护措施，尽量减少沟槽占地宽度，也需要很高的拆迁征地费用，另外，由于沿线存在众多地下管线，如采用明挖法施工，所有管线均需改移或保护，投资很大，同时，明挖法施工涉及到地面建筑物和市政公用设施等敏感因素多，交通疏解压力大，对生态环境影响大，考虑到上述因素，城市供水主干线工程一般不考虑明挖法进行施工。同样地，浅埋管道方案也因存在征地拆迁投资多、交叉建筑物加固改造工程量大、协调工作量巨大、施工安全风险高等因素而不可取。而深埋隧洞方案可以最大限度避开以上制约或影响因素，所以，目前城市供水主干线工程首选加大埋深的深埋长距离输水系统方案。

深埋长距离隧洞一般采用盾构或TBM法掘进，施工方法成熟，工艺先进，机械化程度高，沉降量小，拆迁占地少，主体工程施工时无需降水，二衬可采用预应力钢筋混凝土或钢衬。利用深埋长距离隧洞城市供水系统，可节约城市用地，预留城市上层地下空间，充分利用城市下层地下空间资源，促进城市的可持续发展。

深埋长距离隧洞投入运行前或隧洞检修完成后再次启用，均需对隧洞进行充水，对于具有超深竖井的深埋长距离隧洞,其充水方案一直是困扰技术人员的难点技术问题，一是需要解决深竖井充水时在高水头作用下水工建筑物的消能防冲问题，二是需要保证充水设施的可靠性和耐久性问题。目前常采用的方案是从竖井井口预埋压力管道至竖井底部，通过竖井底部管道末端的锥形阀充水，锥形阀即中空的喷射排放阀，具有适应中高水头、各级流量范围消能率高等特点，但是该方案存在较多缺点：1)预埋管道削弱衬砌结构断面，影响结构受力； 2）锥形阀及其消能室布置占据较大的空间，需扩挖或加大竖井深度，布置上有难度；3）锥形阀及其电气控制设备位于深竖井底部，环境湿度大，而充水设备5年～10年才会使用一次,启用频率低，对可靠性和耐久性不利；4）深竖井底部交通不便，设备巡视检修条件差。

发明内容

本发明要解决的问题是：克服现有充水方案的缺点，提供一种在实现消能防冲的基础上，布置简便、能确保充水设施运行期间的安全性和可靠性的深埋隧洞充水系统。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种深埋隧洞充水系统，包括竖井，所述竖井的底部与深埋隧洞连通，所述竖井的上部与浅埋隧洞连通，所述竖井内设置有将深埋隧洞和浅埋隧洞隔开的分隔墙，该分隔墙的一侧布置有人行楼梯或/和电梯井，所述人行楼梯或电梯井的侧壁、竖井内壁与分隔墙之间形成通道，该通道与浅埋隧洞连通；所述通道内沿竖井内壁竖向布置有多级第一消能池，第一消能池与分隔墙之间形成第一间隙，所述通道内沿分隔墙竖向布置有多级第二消能池，所述第二消能池与竖井内壁之间形成第二间隙；相邻的第一消能池和第二消能池之间均具有高度差，且第一级的第一消能池在竖直方向上低于浅埋隧洞但高于第一级的第二消能池；当投影到水平面时，所述第二间隙被第一消能池覆盖，所述第一间隙被第二消能池覆盖；所述分隔墙的底部设有与深埋隧洞连通的连通孔。

上述方案中，通过在通道内沿竖向交替设置第一消能池和第二消能池，使得来自浅埋隧洞的水流可先流入第一级第一消能池、然后经由第一间隙、第二间隙流入各级第二消能池和第一消能池，消能后到达通道底部，再通过连通孔流入深埋隧洞中。该方案中，由于通道是竖井中的空余空间，第一消能池和第二消能池均是布置在竖井中的空余空间中，无需扩挖或加大竖井深度，工程造价低，布置简便；同时由于没有使用电气设备，则无需维护电气设备，提高了安全性和可靠性。

优选的，所述第一消能池靠近分隔墙的侧壁、第二消能池靠近竖井内壁的侧壁均设置有泄水坎，所述泄水坎的两端呈圆弧状。圆弧状的泄水坎可使得水流呈面状水流，增大与空气的接触面积，提高消能效果。

优选的，相邻的第一消能池和第二消能池之间的高度差相同。

优选的，相邻的第一消能池和第二消能池之间的高度差为5m～8m。

优选的，第一消能池和第二消能池的深度均为0.6m～1.2m。

优选的，所述人行楼梯或电梯井的对应第一消能池和第二消能池的侧壁上分别设置有多级第一爬梯和第二爬梯，每一级第一爬梯的底部与对应的第一消能池的底部相近，每一级第一爬梯的顶部高于上一级的第二消能池的底部，其中第一级的第一爬梯的顶部靠近通道的顶部；每一级第二爬梯的底部与对应的第二消能池的底部相近，每一级第二爬梯的顶部高于对应的第一消能池的底部。第一爬梯和第二爬梯的设置便于对第一消能池和第二消能池进行检修。

优选的，所述通道内设有与人行楼梯或电梯井的侧壁平行的挡壁，所述第一消能池的相对的两侧壁分别为挡壁的一部分、人行楼梯或电梯井的侧壁的一部分；所述第二消能池的相对的两侧壁分别为挡壁的一部分、人行楼梯或电梯井的侧壁的一部分。相较于在分隔墙和竖井内壁之间直接布置第一消能池和第二消能池，先在通道内设置一道挡壁，再在分隔墙和挡壁之间布置第一消能池和第二消能池的方式更容易施工。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该充水系统适用的竖井深度不受限制，适用于深埋高水头隧洞的超深竖井充水；充分利用竖井的现有空余空间，工程造价低；相比于预埋管道和锥形阀系统的充水方案，本发明的充水系统充水操作程序大为简化；充水系统为钢筋混凝土结构，免维护，耐久性好。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的内部结构图；

图3是图2在C-C方向的剖视图；

图4是图2在D-D方向的剖视图；

图5是图2在E-E方向的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1～5所示，在深埋隧洞1的始末端均设置TBM或盾构设备的竖井2，竖井2的深度结合深埋隧洞1布置要求确定，竖井2直径需综合考虑TBM设备组装、施工出渣通风、地质条件等因素确定，竖井2一般采用钢筋混凝土衬砌。为满足深埋隧洞1及竖井2巡视检修的交通通行要求，竖井2内设置有分隔墙5，在分隔墙5和竖井2内壁间通常布置有人行楼梯9或同时布置电梯井8，当隧洞排空检修时，人员及检修设备经楼梯9或电梯达到竖井2底部后，可通过设置于分隔墙5上的密封门11进入深埋隧洞1进行检修作业。

本发明的深埋隧洞充水系统为：将人行楼梯9或电梯井8的侧壁、竖井2内壁和分隔墙5之间的通道3作为充水通道使用，在通道3内布置多级消能设施，并在分隔墙5的底部开设使通道3和深埋隧洞1连通的连通孔51。

其中多级消能设施包括沿竖井2内壁竖向设置的多级第一消能池41和沿分隔墙5竖向设置的多级第二消能池42，其中相邻第一消能池41和第二消能池42沿竖向呈往复错开布置，具有一定的高度差，优选的竖向间距为5m～8m；第一消能池41与分隔墙5之间形成第一间隙43，该第一间隙43落入第二消能池42的空间范围，第二消能池42与竖井2内壁之间形成第二间隙44，该第二间隙44落入第一消能池41的空间范围。如此的话，当每一级的第一消能池41的水从第一间隙43流入对应级的第二消能池42时以及每一级的第二消能池42的水从第二间隙44流入下一级的第一消能池41时，水流不会直接掉入通道3的底部，从而保证消能的效果。同时，由于第一消能池41和第二消能池42交替设置，还可以节省空间和工程费用。

本实施例中，第一消能池41和第二消能池42的深度结合每一级的跌水水头通过消能计算确定，一般取0.6m～1.2m。

本实施例中，第一消能池41靠近分隔墙5的侧壁、第二消能池42靠近竖井2内壁的侧壁均设有泄水坎7，该泄水坎7的两端设置为圆弧形，使得水流形成面状水流，增大水流与空气接触面，扩大水流跌入消能池的面积，从而改善消能效果。

本实施例中，为方便检修第一消能池41和第二消能池42，人行楼梯9或电梯井8的对应第一消能池41和第二消能池42的侧壁上分别设置有多级第一爬梯10A和第二爬梯10B，每一级第一爬梯10A的底部与对应的第一消能池41的底部相近，每一级第一爬梯10A的顶部高于上一级的第二消能池42的底部，其中第一级的第一爬梯10A的顶部靠近通道3的顶部；每一级第二爬梯10B的底部与对应的第二消能池42的底部相近，每一级第二爬梯10B的顶部高于对应的第一消能池41的底部。

通道3靠人行楼梯9或电梯8侧的混凝土面喷涂阳离子氯丁胶乳防水防腐砂浆，既可提高抗渗等级，又可防生物污损。

为方便施工，第一消能池41和第二消能池42的施工方法为：在通道3内建造一道与人行楼梯9或电梯井8的侧壁平行的挡壁12，以人行楼梯9或电梯井8的侧壁、挡壁12、竖井2内壁作为第一消能池41的三个侧壁设计第一消能池41，相应的，以人行楼梯9或电梯井8的侧壁、挡壁12、分隔墙5作为第二消能池42的三个侧壁设计第二消能池42，然后只需按照预设的第一消能池41和第二消能池42的深度、第一间隙43和第二间隙44的尺寸即可完成第一消能池41和第二消能池42的施工。

本发明的工作原理为：当向深埋隧洞1充水时，可通过水库的取水口事故检修闸门上设置的充水阀进行充水，对于设置有叠梁门的分层取水进水口，可利用平板叠梁门充水，先将叠梁门关闭至水库水位，打开进水口事故检修闸门，缓慢打开第一层叠梁门，经浅埋隧洞6向通道3充水。充水初期先利用小流量的水流对各级第一消能池41、第二消能池42注水，水流经浅埋隧洞6进入通道3的各级消能池中，各级消能池充满后形成水垫，分隔墙5的底部设置连通孔51使得通道3与深埋隧洞1连通。按照充水技术要求进行隧洞充水，充水速率一般控制在4m/h～10m/h，分水头段充水，监测深埋隧洞1中水头的变化，分段稳压，稳压时间24h，再继续下一级充水，直至充水完成。

Claims (7)

1.一种深埋隧洞充水系统，包括竖井（2），所述竖井（2）的底部与深埋隧洞（1）连通，所述竖井（2）的上部与浅埋隧洞（6）连通，所述竖井（2）内设置有将深埋隧洞（1）和浅埋隧洞（6）隔开的分隔墙（5），该分隔墙（5）的一侧布置有人行楼梯（9）或/和电梯井（8），所述人行楼梯（9）或电梯井（8）的侧壁、竖井（2）内壁与分隔墙（5）之间形成通道（3），该通道（3）与浅埋隧洞（6）连通；其特征在于，所述通道（3）内沿竖井（2）内壁竖向布置有多级第一消能池（41），第一消能池（41）与分隔墙（5）之间形成第一间隙（43），所述通道（3）内沿分隔墙（5）竖向布置有多级第二消能池（42），所述第二消能池（42）与竖井（2）内壁之间形成第二间隙（44）；相邻的第一消能池（41）和第二消能池（42）之间均具有高度差，且第一级的第一消能池（41）在竖直方向上低于浅埋隧洞（6）但高于第一级的第二消能池（42）；当投影到水平面时，所述第二间隙（44）被第一消能池（41）覆盖，所述第一间隙（43）被第二消能池（42）覆盖；所述分隔墙（5）的底部设有使通道（3）与深埋隧洞（1）连通的连通孔（51）。

2.如权利要求1所述的一种深埋隧洞充水系统，其特征在于，所述第一消能池（41）靠近分隔墙（5）的侧壁、第二消能池（42）靠近竖井（2）内壁的侧壁均设置有泄水坎（7），所述泄水坎（7）的两端呈圆弧状。

3.如权利要求1所述的一种深埋隧洞充水系统，其特征在于，相邻的第一消能池（41）和第二消能池（42）之间的高度差相同。

4.如权利要求3所述的一种深埋隧洞充水系统，其特征在于，相邻的第一消能池（41）和第二消能池（42）之间的高度差均为5m～8m。

5.如权利要求1所述的一种深埋隧洞充水系统，其特征在于，第一消能池（41）和第二消能池（42）的深度均为0.6m～1.2m。

6.如权利要求1所述的一种深埋隧洞充水系统，其特征在于，所述人行楼梯（9）或电梯井（8）的对应第一消能池（41）和第二消能池（42）的侧壁上分别设置有多级第一爬梯（10A）和第二爬梯（10B），每一级第一爬梯（10A）的底部与对应的第一消能池（41）的底部相近，每一级第一爬梯（10A）的顶部高于上一级的第二消能池（42）的底部，其中第一级的第一爬梯（10A）的顶部靠近通道（3）的顶部；每一级第二爬梯（10B）的底部与对应的第二消能池（42）的底部相近，每一级第二爬梯（10B）的顶部高于对应的第一消能池（41）的底部。

7.如权利要求1所述的一种深埋隧洞充水系统，其特征在于，所述通道（3）内设有与人行楼梯（9）或电梯井（8）的侧壁平行的挡壁（12），所述第一消能池（41）相对的两侧壁分别为挡壁（12）的一部分、人行楼梯（9）或电梯井（8）的侧壁的一部分；所述第二消能池（42）相对的两侧壁分别为挡壁（12）的一部分、人行楼梯（9）或电梯井（8）的侧壁的一部分。

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