CN113216102B - 高流速大泄量无压泄洪洞多功能补气系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高流速大泄量无压泄洪洞多功能补气系统，包括泄洪洞掺气坎和底部与泄洪洞掺气坎相连的掺气坎通风竖井，还包括：掺气坎通风平洞，其与所述掺气坎通风竖井相连，且至少连接一条掺气坎通风竖井；洞顶通风竖井，其底部与泄洪洞洞顶相连；洞顶通风平洞，其与所述洞顶通风竖井相连，且至少连接一条洞顶通风竖井；共用通风平洞，其与所述掺气坎通风竖井和所述洞顶通风竖井均相连；通风平洞中隔墙，其通长布置于所述共用通风平洞内，实现补气功能各自独立且兼用一条通风洞的目的。采用上述方案，通过设置中隔墙可使不同风速、风压的洞顶补气和掺气坎补气共用一条通风平洞，减少开挖支护工程量，缩减工期，节约工程投资。

Description

高流速大泄量无压泄洪洞多功能补气系统
技术领域
本发明属于水利水电工程领域，具体涉及一种高流速大泄量无压泄洪洞多功能补气系统，尤其是针对洞顶补气与掺气坎补气各自独立的情况。
背景技术
随着泄水建筑物泄洪功率的增加，高速水流引起的空化空蚀问题非常突出，掺气减蚀作为一种有效的工程措施，已经在水利工程领域得到广泛应用。对于高流速、大泄量无压泄洪洞，仅靠洞顶余幅补气实现掺气减蚀目的风险较大，一旦余幅不足则影响水流流态和掺气减蚀效果，需要设置通风补气系统(一般由通风竖井和通风平洞组成)由洞外补气。
考虑到高速水流段洞顶空气可能充满水汽混合物，影响掺气坎的补气效果，越来越多的掺气坎开始设置独立通风补气系统由洞外补气，由此产生两种功能不同的补气系统，一种为洞顶补气系统，由洞外向洞内明流顶部余幅补气，补充高速水流拖曵带走的空气，保证明流流态稳定；另一种为掺气坎补气系统，由洞外直接向掺气坎补气，消除高速水流空化空蚀破坏。
由于补气功能、风压、风速等不同，洞顶补气和掺气坎补气须单独设置通风系统，无法联合使用，导致需布置多条通风平洞以满足不同补气功能需要，开挖支护工程量增加，工期加长，工程造价增加；另外，同种补气功能的通风竖井虽可以共用一条通风平洞，但传统的竖井顶部直接接通风平洞的设计影响了平洞内施工期交通，需平洞段全部开挖完成才可进行竖井开挖，且只能由内向外逐个竖井开挖，施工组织受限，后期平洞衬砌施工存在高空坠落安全风险。
基于上述情况，本发明提出了一种高流速大泄量无压泄洪洞多功能补气系统，有效的解决上述问题。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种高流速大泄量无压泄洪洞多功能补气系统，通过合理的结构设计解决洞顶补气和掺气坎补气无法联合使用的问题，同时解决多条相同补气功能的通风竖井共用一条通风平洞时竖井与平洞衔接处的安全与方便施工问题。
为解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案实现：
本发明提供一种高流速大泄量无压泄洪洞多功能补气系统，包括泄洪洞掺气坎和底部与泄洪洞掺气坎相连的掺气坎通风竖井，还包括：
掺气坎通风平洞，其与所述掺气坎通风竖井相连，且至少连接一条掺气坎通风竖井；
洞顶通风竖井，其底部与泄洪洞洞顶相连；
洞顶通风平洞，其与所述洞顶通风竖井相连，且至少连接一条洞顶通风竖井；
共用通风平洞，其与所述掺气坎通风竖井和所述洞顶通风竖井均相连；
通风平洞中隔墙，其通长布置于所述共用通风平洞内，实现补气功能各自独立且兼用一条通风洞的目的。
作为本发明的一种优选技术方案，还包括通风平洞扩挖旁洞，其与所述掺气坎通风竖井或所述洞顶通风竖井连接，通过扩挖常规掺气坎通风平洞或洞顶通风平洞断面，使常规洞段的通风平洞轴线与通风竖井轴线立面上错开一定安全距离，在通风平洞内形成安全通道。
作为本发明的一种更优选技术方案，所述通风平洞扩挖旁洞的洞顶为圆弧，且该圆弧半径大于常规洞段的通风平洞洞顶圆弧半径。
作为本发明的一种最优选技术方案，所述通风平洞扩挖旁洞的洞顶圆弧与常规洞段的通风平洞洞顶圆弧相切，其圆心与常规洞段的通风平洞洞顶圆弧圆心在一条铅垂线上。
作为本发明的一种优选技术方案，所述通风平洞中隔墙两侧布置有中隔墙支撑梁，用于平衡风压压差。
作为本发明的一种优选技术方案，所述通风平洞中隔墙沿共用通风平洞洞轴线方向上连续不间断布置，将不同功能的所述掺气坎通风竖井和所述洞顶通风竖井完全隔离开。
作为本发明的一种优选技术方案，所述通风平洞中隔墙上下端部均采用插筋锚固于围岩。
作为本发明的一种优选技术方案，所述通风平洞中隔墙位于所述共用通风平洞中轴线一侧一定距离，根据不同补气功能的竖井断面面积确定。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
采用上述方案，通过设置中隔墙可使不同风速、风压的洞顶补气和掺气坎补气共用一条通风平洞，减少开挖支护工程量，缩减工期，节约工程投资；通过设置通风平洞扩挖旁洞，可使通风竖井与通风平洞断面上错开一定安全距离，满足施工期交通需要，使多竖井与平洞可同时开挖，竖井开挖不受平洞开挖限制，优化了施工组织，避免了平洞洞内施工的高空坠落安全风险。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图；
图2是本发明的共用通风平洞典型断面图；
图3是本发明的扩挖旁洞典型断面图。
附图标记：1-掺气坎通风竖井；2-掺气坎通风平洞；3-洞顶通风竖井；4-洞顶通风平洞；5-共用通风平洞；6-通风平洞中隔墙；7-中隔墙支撑梁；8-通风平洞扩挖旁洞。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
下面结合附图1～3和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
如图1至3所示，本发明提供一种高流速大泄量无压泄洪洞多功能补气系统，该系统包括底部与泄洪洞掺气坎相连的掺气坎通风竖井1，还包括：
掺气坎通风平洞2，其与所述掺气坎通风竖井1相连，且至少连接一条掺气坎通风竖井1；
洞顶通风竖井3，其底部与泄洪洞洞顶相连；
洞顶通风平洞4，其与所述洞顶通风竖井3相连，且至少连接一条洞顶通风竖井3；
共用通风平洞5，其与所述掺气坎通风竖井1和所述洞顶通风竖井3均相连；
通风平洞中隔墙6，其布置于所述共用通风平洞5内，实现补气功能各自独立且兼用一条通风洞的目的。
进一步地，所述通风平洞中隔墙6两侧布置有中隔墙支撑梁7，用于平衡风压压差。
进一步地，通风平洞扩挖旁洞8，其与通风竖井(1或3)连接，通过扩挖常规通风平洞(2或4)断面，使常规洞段通风平洞(2或4)轴线与通风竖井(1或3)轴线立面上错开一定安全距离，在通风平洞(2或4)内形成安全通道；
进一步地，所述通风平洞中隔墙6宽度1m，共用通风平洞5洞轴线方向上连续不间断布置，将不同功能通风竖井(1和3)完全隔离开；墙体上下端部采用两排C25@100、L＝3m插筋锚固于围岩。
进一步地，所述中隔墙支撑梁7尺寸为1m×1m(宽×高)，位于所述通风平洞中隔墙6两侧，梁底距离地面0.5H，H为洞高，每隔10m布置一榀。
进一步地，所述通风平洞扩挖旁洞8顶部为圆弧，圆弧半径为4R，圆心角25.5°，常规洞段通风平洞(2或4)洞顶圆弧半径为R；且所述通风平洞扩挖旁洞8的洞顶圆弧与常规洞段的通风平洞(2或4)洞顶圆弧相切，其圆心与常规洞段的通风平洞(2或4)洞顶圆弧圆心在一条铅垂线上；满足通风竖井(1或3)轴线与通风平洞(2或4)轴线立面布置上错开4m，形成的安全通道宽度5m。
此外，本发明所述的常规洞段的通风平洞是指未经扩挖的常规掺气坎通风平洞2或洞顶通风平洞4。
采用上述方案，通过设置中隔墙可使不同风速、风压的洞顶补气和掺气坎补气共用一条通风平洞，减少开挖支护工程量，缩减工期，节约工程投资；通过设置通风平洞扩挖旁洞，可使通风竖井与通风平洞断面上错开一定安全距离，满足施工期交通需要，使多竖井与平洞可同时开挖，竖井开挖不受平洞开挖限制，优化了施工组织，避免了平洞洞内施工的高空坠落安全风险。同时，还可以使不同桩号的竖井尽快接通洞外大气，加快泄洪洞主洞室开挖期间的通风散烟，保证在施工过程中将钻孔、爆破、出渣等操作产生的大量污染空气排出，对施工人员健康和安全造成提供保障。
依据本发明的描述及附图，本领域技术人员很容易制造或使用本发明的高流速大泄量无压泄洪洞多功能补气系统，并且能够产生本发明所记载的积极效果。
如无特殊说明，本发明中，若有术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此本发明中描述方位或位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以结合附图，并根据具体情况理解上述术语的具体含义。
除非另有明确的规定和限定，本发明中，若有术语“设置”、“相连”及“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.高流速大泄量无压泄洪洞多功能补气系统，包括泄洪洞掺气坎和底部与泄洪洞掺气坎相连的掺气坎通风竖井，其特征在于，还包括：
掺气坎通风平洞，其与所述掺气坎通风竖井相连，且至少连接一条掺气坎通风竖井；
洞顶通风竖井，其底部与泄洪洞洞顶相连；
洞顶通风平洞，其与所述洞顶通风竖井相连，且至少连接一条洞顶通风竖井；
共用通风平洞，其与所述掺气坎通风竖井和所述洞顶通风竖井均相连；
通风平洞中隔墙，其通长布置于所述共用通风平洞内，实现补气功能各自独立且兼用一条通风洞的目的。
2.根据权利要求1所述的高流速大泄量无压泄洪洞多功能补气系统，其特征在于：还包括通风平洞扩挖旁洞，其与所述掺气坎通风竖井或所述洞顶通风竖井连接，通过扩挖常规掺气坎通风平洞或洞顶通风平洞断面，使常规洞段的通风平洞轴线与通风竖井轴线立面上错开一定安全距离，在通风平洞内形成安全通道。
3.根据权利要求2所述的高流速大泄量无压泄洪洞多功能补气系统，其特征在于：所述通风平洞扩挖旁洞的洞顶为圆弧，且该圆弧半径大于常规洞段的通风平洞洞顶圆弧半径。
4.根据权利要求2所述的高流速大泄量无压泄洪洞多功能补气系统，其特征在于：所述通风平洞扩挖旁洞的洞顶圆弧与常规洞段的通风平洞洞顶圆弧相切，其圆心与常规洞段的通风平洞洞顶圆弧圆心在一条铅垂线上。
5.根据权利要求1所述的高流速大泄量无压泄洪洞多功能补气系统，其特征在于：所述通风平洞中隔墙两侧布置有中隔墙支撑梁，用于平衡风压压差。
6.根据权利要求1所述的高流速大泄量无压泄洪洞多功能补气系统，其特征在于：所述通风平洞中隔墙沿共用通风平洞洞轴线方向上连续不间断布置，将不同功能的所述掺气坎通风竖井和所述洞顶通风竖井完全隔离开。
7.根据权利要求1所述的高流速大泄量无压泄洪洞多功能补气系统，其特征在于：所述通风平洞中隔墙上下端部均采用插筋锚固于围岩。
8.根据权利要求1所述的高流速大泄量无压泄洪洞多功能补气系统，其特征在于：所述通风平洞中隔墙位于所述共用通风平洞中轴线一侧一定距离，根据不同补气功能的竖井断面面积确定。
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