CN210262967U - 导流隧洞洞塞消能结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及水利水电工程施工导流技术领域，公开了一种导流隧洞洞塞消能结构，包括导流隧洞及设置在导流隧洞内部的生态放水洞，导流隧洞内位于生态放水洞上游设有若干级洞塞，每级洞塞均包括沿导流隧洞横截面建造的洞塞堵头，洞塞堵头内设置有若干个洞塞放水洞。本实用新型导流隧洞洞塞消能结构，避免高速水流对生态放水洞下游侧原导流隧洞洞身段及出口造成冲刷破坏，保证改建的生态放水洞运行安全，同时解决和避免下游处于自由出流状态下洞塞内部可能存在的空化空蚀破坏问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及水利水电工程施工导流技术领域，具体涉及一种导流隧洞洞塞消能结构。
背景技术
导流隧洞改建为弧形闸门控制的生态放水洞可满足导流隧洞下闸蓄水期不断流、大流量放水、维持河流生态、减小导流隧洞闸门挡水水压力等问题，同时解决和避免坝身设置导流底孔存在的坝身导流底孔布置难度大、使坝体结构复杂化、影响工程直线工期、使用时间短、工程投资大等问题。
改建的生态放水洞可代替坝身导流底孔功能，但对于改建生态放水洞最大运行水头较高的工程，高水头运行条件下，将在生态放水洞下游侧原导流隧洞洞身段及出口形成高速水流，若不采取合适的消能措施，将对生态放水洞下游侧原导流隧洞洞身段及出口造成冲刷破坏，从而影响生态放水洞运行安全。对于生态放水洞下游侧原导流隧洞存在弯段的工程，洞内高速水流经过弯段，也可能对导流隧洞造成冲刷破坏。
对此，为保证改建生态放水洞在高水头条件下的运行安全，需在改建生态放水洞内布置合适的消能工。
洞内消能工是在过水隧洞内部，通过过流断面的突变或其他工程措施，人为的制造大紊动的旋滚，使水流的一部分能量转化为热能，从而达到降低水流出口能量、减少消能建筑物投资、优化水工建筑物布置的作用。洞内消能工常布置在导流隧洞改建为泄洪洞的工程中，已有的类型有如下几种：消力井、旋流式消能工、洞内消力池、孔板和洞塞，如下表所示：
国内外已建导流隧洞改建为泄洪洞工程洞内消能工统计表
导流隧洞改建为泄洪洞工程，一般采用“龙抬头”改建方案，泄洪洞进口和原导流隧洞出口存在较大高差，比较具备布置消力井、旋流式消能工和洞内消力池的条件，但上述消能工需要开挖尺寸较大的地下洞室，对地质条件要求高，结构复杂，工程投资大；孔板式消能工结构简单，消能率高，但孔板环锐缘处易发生空化，其表面需要特殊材料保护，且孔板自身结构所受水流冲击力大，自身结构稳定难以保证，孔板出口容易产生较高水翅，影响过流安全；洞塞式消能工体形及结构简单，目前仅泸定水电站导流隧洞改建为泄洪洞工程中已采用洞塞式消能工，但导流隧洞改建为泄洪洞工程中，导流隧洞出口位置较低，出口处于淹没状态，洞塞所在位置处静水压力很大，需尽可能减小洞塞孔口与原导流隧洞过水面积之比，从而提高消能效率，同时保证洞塞内有足够的正压，避免发生空化空蚀。
而导流隧洞改建为弧形闸门控制的生态放水洞时，进出口高差较小，不具备布置消力井、旋流式消能工和洞内消力池的条件，改建的生态放水洞上游运行水位需要从导流隧洞底板高程运行至中孔高程，运行水位变幅大，运行水头高，且下游一般处于自由出流状态，运行条件恶劣，采用孔板式消能工，消能率和孔板结构自身安全难以达到要求；目前，洞塞式消能工用在有压流，对于下游处于自由出流的运行条件尚无先例。
实用新型内容
本实用新型的目的就是针对上述技术的不足，提供一种导流隧洞洞塞消能结构，避免高速水流对生态放水洞下游侧原导流隧洞洞身段及出口造成冲刷破坏，保证改建的生态放水洞运行安全，同时解决和避免下游处于自由出流状态下洞塞内部可能存在的空化空蚀破坏问题。
为实现上述目的，本实用新型所设计的导流隧洞洞塞消能结构，包括导流隧洞及设置在所述导流隧洞内部的生态放水洞，所述导流隧洞内位于所述生态放水洞上游设有若干级洞塞，每级所述洞塞均包括沿所述导流隧洞横截面建造的洞塞堵头，所述洞塞堵头内设置有若干个洞塞放水洞。
优选地，相邻两级所述洞塞之间位置的顶部设有若干个与外界连通的洞塞通气孔。
优选地，所述生态放水洞位置设有改建堵头，所述改建堵头与最下游所述洞塞之间位置的顶部设有若干个与外界连通的洞塞通气孔。
优选地，所述导流隧洞的原衬砌砼边墙与所述洞塞堵头的接触面上沿导流隧洞轴线方向间隔布置若干道沿所述导流隧洞边墙上下延伸的浅抗剪槽，利用所述浅抗剪槽嵌入的混凝土抗剪来提高所述洞塞结构的安全裕度。
优选地，所述导流隧洞的原衬砌砼底板与所述洞塞堵头的接触面上设有若干根抗剪锚杆，利用所述抗剪锚杆直接提供抗剪力，进一步提高所述洞塞的安全裕度。
优选地，所述导流隧洞的原衬砌砼边墙下部与所述洞塞堵头的接触面上设有若干根抗剪锚杆，利用所述抗剪锚杆直接提供抗剪力，进一步提高所述洞塞的安全裕度。
优选地，每级所述洞塞堵头上下游侧与所述导流隧洞原衬砌砼边墙及原衬砌砼顶拱的接触面之间设有止浆梗，以保证接触面后期灌浆效果，不需要拆除原衬砌混凝土，不需要在所述导流隧洞内部进行扩挖。
优选地，每级所述洞塞的洞塞堵头长度由上游至下游依次减小，每级所述洞塞的洞塞放水洞尺寸由上游至下游依次减小。
本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：
1、消能效果显著，将导流隧洞改建为弧形闸门控制的生态放水洞出口、生态放水洞出口下游侧原导流隧洞洞身段以及原导流隧洞出口流速水平降低至安全水平范围内；
2、采用设置通气孔方案，避免了洞塞消能结构可能发生的空化空蚀问题，保证了消能结构的安全和生态放水洞运行安全；
3、消能方案简化了防护工程施工，节省了洞内及下游防护的经济投资。
附图说明
图1为本实用新型导流隧洞洞塞消能结构的平面结构示意图；
图2为图1的纵向剖面图；
图3为图1中洞塞的截面示意图。
图中各部件标号如下：
导流隧洞1、生态放水洞2、洞塞3、洞塞堵头4、洞塞放水洞5、洞塞通气孔6、生态放水洞改建堵头7、原衬砌砼边墙8、浅抗剪槽9、锚杆10、止浆梗11、原衬砌砼底板12、原衬砌砼顶拱13。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
如图1及图2所示，本实用新型导流隧洞洞塞消能结构，包括导流隧洞1及设置在导流隧洞1内部的生态放水洞2，导流隧洞1内位于生态放水洞2上游设有两级洞塞3，每级洞塞3均包括沿导流隧洞1横截面建造的洞塞堵头4，洞塞堵头4的下部并排设有两个洞塞放水洞5，每级洞塞3的两个洞塞放水洞5沿洞塞堵头4的竖向中轴线对称布置，生态放水洞2位置设有改建堵头7，第一级洞塞3与第二级洞塞3之间、第二级洞塞3与生态放水洞2的生态放水洞改建堵头7之间位置的顶部均设有四个与外界连通的洞塞通气孔6。
另外，结合图3所示，为了提高洞塞3的安全裕度，导流隧洞1的原衬砌砼边墙8与洞塞堵头4的接触面上沿导流隧洞1轴线方向间隔布置若干道沿导流隧洞1边墙上下延伸的浅抗剪槽9，导流隧洞1的原衬砌砼底板12与洞塞堵头4的接触面上设有若干根抗剪锚杆10，导流隧洞1的原衬砌砼边墙8下部与洞塞堵头4的接触面上设有若干根抗剪锚杆10，为了保证洞塞堵头4两侧与导流隧洞1原衬砌砼边墙8及原衬砌砼顶拱13的接触面的后期灌浆效果，洞塞堵头4两侧与导流隧洞1原衬砌砼边墙8及原衬砌砼顶拱13的接触面之间设有止浆梗11，不需要拆除导流隧洞1原衬砌砼边墙8、原衬砌砼顶拱13和原衬砌砼底板12，不需要在导流隧洞1内部进行扩挖。
本实施例中，每级洞塞3的洞塞堵头4长度由上游至下游依次减小，每级洞塞3的洞塞放水洞5尺寸由上游至下游依次减小。
本实施例导流隧洞洞塞消能结构布置时，采用如下步骤：
A)根据改建后的生态放水洞2运行水头及消能要求，确定洞塞3的布置级数2，以及第一级洞塞放水洞5的尺寸和第二级洞塞放水洞5的尺寸，即第一级洞塞放水洞5的高和宽、第二级洞塞放水洞5的高和宽；
B)根据第一级和第二级洞塞3承受的荷载条件，确定第一级洞塞堵头4的长度和第二级洞塞堵头4的长度；
C)按照每一级洞塞3的安全裕度要求，确定第一级洞塞3的浅抗剪槽9和第二级洞塞3的浅抗剪槽9的布置型式，以及第一级洞塞3的抗剪锚杆10和第二级洞塞3的抗剪锚杆10的布置型式；
D)根据步骤A)和步骤B)中确定的第一级和第二级洞塞3的布置型式，确定第一级洞塞3的止浆梗11和第二级洞塞3的止浆梗11的布置型式；
E)根据水工模型试验成果，对洞塞3内部可能存在空化空蚀的部位，确定洞塞通气孔6的布置形式。
本实施例在使用时，上游水流进入导流隧洞1后，在洞塞堵头4和洞塞放水洞5的作用下，水流的能量得到有效消减。
本实施例在使用时，上游水流进入导流隧洞1后，在洞塞堵头4、洞塞放水洞5、洞塞通气孔6和改建堵头7的作用下，水流的能量得到有效消减。
本实施例使用在乌东德水电站右岸5#导流隧洞1改建生态放水洞2工程中，两级洞塞3可消减水头约30m，生态放水洞2出口断面平均流速由31.5m/s降低至20.17m/s，5#导流隧洞1出口断面平均流速由13.82m/s降低至9.88m/s，生态放水洞2出口平均流速均降低至导流隧洞1运行期最大流速以下，5#导流隧洞1出口流速降低至了安全范围内，保证了初期蓄水期隧洞运行安全，消能效果显著；
乌东德水电站右岸5#导流隧洞1改建生态放水洞2，未设置洞塞通气孔6前，第二级洞塞3与生态放水洞改建堵头7之间突扩段顶部存在气囊，第二级洞塞3及生态放水洞改建堵头7段进口局部存在最大-10.0×9.8kPa负压，将在改建洞内形成空化空蚀问题，采用洞塞通气孔6措施后，气囊和局部负压消失，较好地解决了空化空蚀问题，保证了生态放水洞2运行安全；
乌东德水电站右岸5#导流隧洞1改建生态放水洞2工程中，采用洞塞通气孔6措施后，节省第二级洞塞3与生态放水洞改建堵头7之间突扩段顶部钢衬投资约50万元，节省改建生态放水洞2出口原导流隧洞1洞身段及右岸5#导流隧洞1出口防冲保护工程投资约500万元。
本实用新型导流隧洞洞塞消能结构及其布置方法，将导流隧洞1改建为弧形闸门控制的生态放水洞2出口、生态放水洞2出口下游侧原导流隧洞1洞身段及原导流隧洞1出口流速水平降低至安全水平范围内，消能效果显著，避免高速水流对生态放水洞2下游侧原导流隧洞1洞身段及出口造成冲刷破坏，且采用设置洞塞通气孔6方案，避免了洞塞消能结构可能发生的空化空蚀问题，保证了消能结构的安全和生态放水洞2运行安全；另外消能结构及其布置方法简化了防冲保护工程施工，节省了洞内及下游防冲保护的经济投资。
Claims (8)
1.一种导流隧洞洞塞消能结构，包括导流隧洞(1)及设置在所述导流隧洞(1)内部的生态放水洞(2)，其特征在于：所述导流隧洞(1)内位于所述生态放水洞(2)上游设有若干级洞塞(3)，每级所述洞塞(3)均包括沿所述导流隧洞(1)横截面建造的洞塞堵头(4)，所述洞塞堵头(4)内设置有若干个洞塞放水洞(5)。
2.根据权利要求1所述导流隧洞洞塞消能结构，其特征在于：相邻两级所述洞塞(3)之间位置的顶部设有若干个与外界连通的洞塞通气孔(6)。
3.根据权利要求2所述导流隧洞洞塞消能结构，其特征在于：所述生态放水洞(2)位置设有改建堵头(7)，所述改建堵头(7)与最下游所述洞塞(3)之间位置的顶部设有若干个与外界连通的洞塞通气孔(6)。
4.根据权利要求3所述导流隧洞洞塞消能结构，其特征在于：所述导流隧洞(1)的原衬砌砼边墙(8)与所述洞塞堵头(4)的接触面上沿导流隧洞(1)轴线方向间隔布置若干道沿所述导流隧洞(1)边墙上下延伸的浅抗剪槽(9)。
5.根据权利要求4所述导流隧洞洞塞消能结构，其特征在于：所述导流隧洞(1)的原衬砌砼底板(12)与所述洞塞堵头(4)的接触面上设有若干根抗剪锚杆(10)。
6.根据权利要求5所述导流隧洞洞塞消能结构，其特征在于：所述导流隧洞(1)的原衬砌砼边墙(8)下部与所述洞塞堵头(4)的接触面上设有若干根抗剪锚杆(10)。
7.根据权利要求6所述导流隧洞洞塞消能结构，其特征在于：每级所述洞塞堵头(4)上下游侧与所述导流隧洞(1)原衬砌砼边墙(8)及原衬砌砼顶拱(13)的接触面之间均设有止浆梗(11)。
8.根据权利要求7所述导流隧洞洞塞消能结构，其特征在于：每级所述洞塞(3)的洞塞堵头(4)长度由上游至下游依次减小，每级所述洞塞(3)的洞塞放水洞(5)尺寸由上游至下游依次减小。
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- 2019-05-30 CN CN201920805133.4U patent/CN210262967U/zh not_active Withdrawn - After Issue
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| CN110080182B (zh) * | 2019-05-30 | 2023-12-05 | 长江勘测规划设计研究有限责任公司 | 导流隧洞洞塞消能结构及其布置方法 |
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