專利名稱：豎井旋流泄洪洞與放空洞或?qū)Я鞫创菇徊贾玫乃ば问降闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水利工程中泄洪洞與放空洞或?qū)Я鞫床贾眯问降募夹g(shù)領(lǐng)域，具體涉及 一種全新的豎井旋流泄洪洞與放空洞或?qū)Я鞫催M(jìn)行垂直相交布置的水工形式。
技術(shù)背景在水電站設(shè)計中，由于工程進(jìn)程先后的需要和受當(dāng)?shù)氐匦蔚刭|(zhì)條件限制，往往不 能同時布置開導(dǎo)流洞或/和放空洞與泄洪洞，因此就會在一個水利工程中同時布置出現(xiàn) 導(dǎo)流洞或/和放空洞與泄洪洞，而在工程后期為了節(jié)省造價，又會考慮將這些導(dǎo)流洞或/ 和放空洞與泄洪洞等多條隧洞在某一位置合并，這就出現(xiàn)了通常所說的"兩洞合一"、 "三洞合一"的水工建筑物布置形式。目前，在實際水電工程中較多采用豎井旋流泄洪洞下平段無壓洞與放空洞或?qū)Я?洞斜交，豎井旋流泄洪洞的后半段與放空洞或?qū)Я鞫吹臒o壓段結(jié)合的布置形式。因為 放空洞或?qū)Я鞫吹倪M(jìn)口高程一般都比較低，而庫區(qū)水位又比較高，造成放空洞或?qū)Я?洞內(nèi)的流速較大，在這種情況下流速對水工構(gòu)筑物的形態(tài)很敏感，所以，要求放空洞 或?qū)Я鞫吹亩摧S線必須是直線，這樣豎井旋流泄洪洞的無壓段就只有以一定的角度與 放空洞或?qū)Я鞫葱苯?，而要能與之順利斜交，就必須在泄洪洞旋流豎井后修建一段涵 洞，才能與放空洞或?qū)Я鞫聪嘟贿B接，見圖l，這勢必要增加工程成本和延長工期。如果在兩洞結(jié)合處采用銳緣設(shè)計，那么對銳緣的處理要求非常高，如冶勒水電站 要求該處必須用鋼板襯護(hù)。另有一些工程中采取的措施是在兩洞結(jié)合之前的一定距離 將結(jié)合一側(cè)的邊墻分別內(nèi)收S m，使得結(jié)合處的墻體要有2 S m厚度(S —般取0.5m)， 這樣就不需要采取特別的工程措施。在實際運(yùn)行中，由于泄洪洞與放空洞不會同時運(yùn)行，當(dāng)其中一個洞中的水流流至 兩洞結(jié)合處時，因一側(cè)墻體突然消失，水體因失去墻體的約束作用，水流橫向擴(kuò)散以 一定的夾角沖向放空洞的另一側(cè)邊墻，導(dǎo)致水體出現(xiàn)爬高現(xiàn)象。處理方法是在結(jié)合處 兩邊墻的直墻頂部各設(shè)置一定長度的折流坎，折流坎的長度根據(jù)實際情況而定，且折 流坎的迎水面須為圓面，才能夠有效改善結(jié)合處水流流態(tài)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的帶旋流豎井的泄洪洞與放空洞或?qū)Я鞫吹?兩洞合一" 的斜交水工布置形式存在的問題，提供一種全新的豎井旋流泄洪洞與放空洞或?qū)Я鞫?進(jìn)行垂直相交布置的水工形式。本發(fā)明提供的豎井旋流泄洪洞與放空洞或?qū)Я鞫创菇徊贾玫乃ば问?，其特征?于該水工形式是在放空洞或?qū)Я鞫吹闹虚l室后的無壓段頂部通過旋流豎井將泄洪洞與 放空洞或?qū)Я鞫催M(jìn)行垂直相交布置，使在豎井后的泄洪洞和放空洞或?qū)Я鞫唇Y(jié)合為一 體?？紤]到泄洪洞與放空洞或?qū)Я鞫吹慕Y(jié)合處上游放空洞底板高程和出豎井處的底板 高程如果相同，那么放空洞內(nèi)的水體在挑過豎井直徑的這段距離時，由于受到重力的 作用，就會與豎井邊壁發(fā)生碰撞，加之放空洞內(nèi)水流流速又較大，很容易造成此處的 空蝕破壞。為了保證洞內(nèi)水體能保持良好的流態(tài)，避免水流撞擊堅井井壁的現(xiàn)象，本 發(fā)明還采取了以下技術(shù)措施(l)將該水工形式中放空洞或?qū)Я鞫吹膶挾仍O(shè)計為小于豎井旋流泄洪洞的豎井段 直徑，且與豎井旋流的豎井結(jié)合處的底板高程高于豎井旋流泄洪洞消力井后的底板高 程，同時豎井旋流泄洪洞下部的消力井底板高程要低于豎井后放空洞或?qū)Я鞫吹牡装甯叱獭?2)將該水工形式中豎井后的泄洪洞和放空洞或?qū)Я鞫唇Y(jié)合處洞頂設(shè)計為高于豎 井前放空洞或?qū)Я鞫磁c豎井結(jié)合處的洞頂。本發(fā)明與已有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)-1、 由于本發(fā)明利用了豎井旋流泄洪洞中的豎井，將泄洪洞與放空洞或?qū)Я鞫吹倪B 接設(shè)計為了垂交布置的水工形式，因而可以取代現(xiàn)有的"兩洞合一"、"三洞合一"中 的斜交方案，勿需修建豎井出口到兩洞結(jié)合處這段排水設(shè)施，既能節(jié)省工程造價、加 快工程進(jìn)度、又能縮短工程工期，是一個有推廣價值的方案，可以為其它類似的水利 工程建設(shè)提供一種新的思路和新的方法。2、 由于本發(fā)明利用了豎井旋流泄洪洞中的豎井，將泄洪洞與放空洞或?qū)Я鞫吹倪B 接設(shè)計為了垂交布置的水工形式，因而不會出現(xiàn)泄洪洞與放空洞或?qū)Я鞫闯室欢▕A角 交匯的情況，也不用特別去處理交匯處的水流流態(tài)，避免了現(xiàn)有的"兩洞合一"、"三 洞合一"斜交方案中所必須采取的一些工程措施，即鋼板襯護(hù)或增厚結(jié)合處的墻體和 設(shè)置一定長度的折流坎，這可進(jìn)一步節(jié)省工程造價、加快工程進(jìn)度和縮短工程工期。3、 由于本發(fā)明將水工形式中放空洞或?qū)Я鞫吹膶挾仍O(shè)計為小于泄洪洞豎井旋流渦 室的豎井段直徑，且與豎井旋流渦室結(jié)合處的底板高程高于豎井旋流渦室消力井后的 底板高程，同時豎井旋流泄洪洞下部的消力井底板高程要低于放空洞的底板高程，因 而使得放空洞或?qū)Я鞫丛诖怪贝┻^豎井時，因與豎井結(jié)合處底板是斷開的，放空洞內(nèi) 的水體需要挑過豎井直徑那么長的一段距離后才與豎井泄洪洞下平段底板接觸，使其 碰撞后產(chǎn)生的水翅既不會沖擊到洞頂，更不可能與豎井邊壁發(fā)生碰撞，避免了空蝕破 壞。4、 由于本發(fā)明將泄洪洞與放空洞或?qū)Я鞫吹南嘟贿B接位置設(shè)計在放空洞或?qū)Я鞫?的中閘室后，因而還可利用中閘室調(diào)節(jié)進(jìn)入豎井處水體的流量，以避免產(chǎn)生的水翅威 脅到洞頂?shù)膯栴}。5、 由于本發(fā)明采用了垂交布置的水工形式，因而對于放空洞或?qū)Я鞫吹妮S線走向 沒有具體的要求和限制，在設(shè)計時可以避開不利的地形地質(zhì)條件，選擇較優(yōu)的路徑， 還可以在滿足施工要求和相應(yīng)規(guī)范的基礎(chǔ)上，選擇較短的路徑建造，從而可以降低成 本、縮短工程工期，使之盡快地投入運(yùn)行，為國民生產(chǎn)創(chuàng)造出更大的經(jīng)濟(jì)效益。


圖1為己有的放空洞或?qū)Я鞫磁c泄洪洞斜交布置形式的平面示意圖；圖2為本發(fā) 明垂交布置形式的平面示意圖；圖3為本發(fā)明垂交布置形式的放空洞或?qū)Я鞫磁c泄洪 洞結(jié)合處的縱剖結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖給出實施例并對本發(fā)明進(jìn)行具體描述。有必要在此指出的是以下實 施例只用于對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的 專業(yè)技術(shù)人員根據(jù)上述本發(fā)明的內(nèi)容做出的一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整，仍屬于本發(fā)明 的保護(hù)范圍。本發(fā)明給出的實施例是在由放空洞或?qū)Я鞫?和設(shè)置有豎井旋流消能的泄洪洞3 組成的水工設(shè)施的基礎(chǔ)上，將泄洪洞3直接通過設(shè)置的豎井5，與位于下方放空洞或?qū)?流洞1中閘室2后的頂部垂直相交連通，使之在豎井5后泄洪洞3與放空洞或?qū)Я鞫? 就結(jié)合為一體，見圖2、 3，并在放空洞或?qū)Я鞫?即將進(jìn)入豎井5處的某段距離上就 外擴(kuò)邊墻，使入豎井5前的一段放空洞1整體呈"喇嘛"形，在出豎井5后的一段距 離又采用先擴(kuò)后收，末端與放空洞l寬度一樣，整體呈倒"喇嘛"形，以使該流段形 成無壓段，減小水體對底板9的沖刷破壞和空蝕破壞。另外，為了保證水體能保持良好的流態(tài)和避免出現(xiàn)水流撞擊堅井5井壁的現(xiàn)象，本實施例還采取將放空洞或?qū)Я鞫? 的寬度修建為小于豎井旋流渦室4的豎井5段直徑，且使與豎井旋流的豎井5結(jié)合處 的底板6高程高于豎井旋流渦室消力井7后的底板8高程，同時豎并旋流渦室下部的 消力井7底板8高程要低于豎井5后放空洞或?qū)Я鞫?的底板9高程，包括豎井5后 的泄洪洞3與放空洞或?qū)Я鞫?結(jié)合處洞頂高于豎井5前放空洞或?qū)Я鞫?與豎井5 結(jié)合處的洞頂?shù)燃夹g(shù)措施。 '
權(quán)利要求
1、一種豎井旋流泄洪洞與放空洞或?qū)Я鞫创菇徊贾玫乃ば问?，其特征在于該水工形式是在放空洞或?qū)Я鞫?1)的中閘室(2)后的無壓段頂部通過旋流豎井(5)將泄洪洞(3)與放空洞或?qū)Я鞫?1)進(jìn)行垂直相交布置，使在豎井(5)后的泄洪洞(3)與放空洞或?qū)Я鞫?1)結(jié)合為一體。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的豎井旋流泄洪洞與放空洞或?qū)Я鞫创菇徊贾玫乃ば问?，其特征在于該水工形式中放空洞或?qū)Я鞫?1)的寬度小于豎井旋流泄洪洞G)的豎 井(5)直徑，且與豎井旋流的豎井(5)結(jié)合處的底板(6)高程高于豎井旋流泄洪洞 的消力井(7)的底板(8)高程，同時豎井旋流泄洪洞(3)下部的消力井底板(8) 高程要低于豎井后放空洞或?qū)Я鞫?1)的底板(9)高程。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的豎井旋流泄洪洞與放空洞或?qū)Я鞫创菇徊贾玫乃?形式，其特征在于該水工形式中豎井(5)后的泄洪洞(3)與放空洞或?qū)Я鞫?1)結(jié) 合處洞頂高于豎井(5)前放空洞或?qū)Я鞫?1)與豎井(5)結(jié)合處的洞頂。
全文摘要
本發(fā)明公開的豎井旋流泄洪洞與放空洞或?qū)Я鞫创菇徊贾玫乃ば问?，其特征在于該水工形式是在放空洞或?qū)Я鞫吹闹虚l室后的無壓段頂部通過豎井旋流渦室將泄洪洞與放空洞或?qū)Я鞫催M(jìn)行垂直相交布置，使在豎井后泄洪洞與放空洞或?qū)Я鞫淳徒Y(jié)合為一體。本發(fā)明既勿需修建豎井出口到兩洞結(jié)合處的一段排水設(shè)施，又能夠避免出現(xiàn)現(xiàn)有斜交方案中兩洞結(jié)合處流態(tài)差的現(xiàn)象，并且還因?qū)Ψ趴斩椿驅(qū)Я鞫吹妮S線走向沒有具體的要求和限制，可根據(jù)地形地質(zhì)條件，選擇較優(yōu)、較短的路徑進(jìn)行修建，因而可大大降低成本、縮短工程工期，達(dá)到快速投入運(yùn)行的目的。
文檔編號E02B9/02GK101215830SQ200710051028
公開日2008年7月9日 申請日期2007年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月29日
發(fā)明者劉善均, 劉新春, 孫成祥, 張建民, 韋 王, 詹國強(qiáng), 許唯臨, 軍 鄧, 陳清波 申請人:四川大學(xué);四川省清源工程咨詢有限公司