專利名稱：：河道上游圍堰拆除的導(dǎo)流明渠截流進(jìn)占戧堤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及水利水電工程中導(dǎo)流明渠截流技術(shù)，更為具體地說是涉及一種河道上游圍堰已拆除的導(dǎo)流明渠截流戧提。
背景技術(shù)：
：導(dǎo)流明渠的截流是水利水電工程建設(shè)的重要組成部分。與河道主河床截流相比，由于導(dǎo)流明渠截流是在混凝土渠底上實施截流，截流拋投料難以在混凝土渠底上站穩(wěn)，拋投料的穩(wěn)定性較低，從而導(dǎo)致拋投料流失量較大，在截流困難階段大料用量較多，且截流安全性相對也較低。現(xiàn)有技術(shù)的導(dǎo)流明渠截流，截流戧提一般設(shè)置在明渠進(jìn)口或者尾部水面較窄且方便進(jìn)占的部位，截流戧提的預(yù)進(jìn)占戧提段起點A選擇在明渠內(nèi)側(cè)河岸，截流戧提的龍口位于明渠內(nèi)，截流戧提的軸線為直線。當(dāng)截流水流量較大時，為了能順利進(jìn)行截流，截流戧提可設(shè)計為寬戧、雙戧、或多戧截流形式，但不論為什么形式，截流戧提的軸線均為直線，截流戧提的施工均按直線進(jìn)占，如三峽、丹江口、葛洲壩等水利樞紐工程中的導(dǎo)流明渠截流，均按直線進(jìn)占施工截流。當(dāng)前明渠截流中降低截流難度的主要措施有①增加導(dǎo)流建筑物的分流能力；②在明渠中預(yù)拋攔石坎墊底加糙；③增大截流用料的塊體質(zhì)量和穩(wěn)定性；④采用多戧提截流等。例如三峽右岸導(dǎo)流明渠截流，其截流設(shè)計流量103008600m3/s，采用上下游龍口分別預(yù)拋投鋼架石籠和合金鋼網(wǎng)石兜形成攔石坎，并上下雙戧立堵截流成功。導(dǎo)致明渠截流困難的主要原因是拋投料穩(wěn)定性差、截流困難時段流失量大和大料用量多，現(xiàn)有技術(shù)的這些降低導(dǎo)流明渠截流難度的技術(shù)措施，都屬于被動性的，而都不是從改進(jìn)截流戧提進(jìn)占方式以降低導(dǎo)流明渠截流難度，即主動地從根本上降低導(dǎo)流明渠截流難度。直到本發(fā)明完成之前，發(fā)明人還未發(fā)現(xiàn)采用本發(fā)明提出的截流戧提用于河道上游圍堰已拆除的導(dǎo)流明渠截流，以降低導(dǎo)流明渠截流難度，完成明渠截流的文獻(xiàn)報道和工程實例。
發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)的河道上游圍堰拆除的導(dǎo)流明渠截流進(jìn)占戧提存在的不足，本發(fā)明目的旨在提出一種全新的河道上游圍堰拆除的導(dǎo)流明渠截流進(jìn)占戧提，以此解決在導(dǎo)流明渠截流中拋投料穩(wěn)定性差、拋投料流失量大、大料用量多和截流指標(biāo)高等諸多問題。在導(dǎo)流明渠截流施工中，限于地形因素，導(dǎo)流明渠截流往往只能從明渠內(nèi)側(cè)河岸至外側(cè)單向拋投進(jìn)占截流，針對導(dǎo)流明渠截流的這一特點，本發(fā)明所提出的導(dǎo)流明渠截流戧提，基于非直線型截流進(jìn)占設(shè)計基本理念，從明渠內(nèi)側(cè)河岸進(jìn)口某適當(dāng)位置出發(fā)，首先利用截流戧提本身挑開流入明渠的水流，繞過明渠進(jìn)口主流區(qū)，然后使戧提軸線順?biāo)髡巯蛎髑鈧?cè)進(jìn)口下游，隨著戧提進(jìn)占，水流將從下游向上游呈“S”型逆向流入導(dǎo)流明渠，最后戧提進(jìn)占至某適當(dāng)部位形成“寬戧截流”形式，實現(xiàn)戧提順利截流。本發(fā)明所提出的河道上游圍堰拆除的導(dǎo)流明渠截流進(jìn)占戧提，按照導(dǎo)流明渠截流進(jìn)占施工過程，主要由預(yù)進(jìn)占戧提、進(jìn)占戧提、龍口戧提和預(yù)進(jìn)占裹頭構(gòu)成，截流戧提的軸線整體為折線，其中預(yù)進(jìn)占戧提軸線與進(jìn)占戧提軸線相交，進(jìn)占戧提軸線與龍口戧提軸線相交，龍口戧提軸線與預(yù)進(jìn)占裹頭軸線相接，預(yù)進(jìn)占戧提起點A選擇在明渠內(nèi)側(cè)河岸，預(yù)進(jìn)占裹頭選擇在明渠外側(cè)河岸，預(yù)進(jìn)占戧提軸線與進(jìn)占戧提軸線交點B'位于河道內(nèi)，其至B點的距離Btl能使對應(yīng)的龍口(B'點至B點的龍口)水流平均流速小于2.5m/s,B'B連線方向與河道水流主流方向夾角θ控制在1590°，進(jìn)占戧提由交點B'折向順?biāo)鞣较颍惯M(jìn)占戧提與明渠外側(cè)河岸形成龍口，進(jìn)占戧提的長度L為能使戧提合龍時的水力學(xué)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計要求。上述方案的進(jìn)一步方案，進(jìn)占戧提的長度L需根據(jù)實際截流指標(biāo)確定，一般為能使戧提合龍時的龍口水流平均流速控制在小于5.5m/s的范圍，龍口水流平均流速控制在小于5.Om/s則更好。上述方案的進(jìn)一步方案，在預(yù)進(jìn)占戧提與進(jìn)占戧提交接處區(qū)⑨采用大塊石或鋼筋石籠防護(hù)，使其能抵抗流速不大于5.5m/s水流的沖擊，優(yōu)先選擇使其能抵抗流速不大于于5.Om/s水流的沖擊。預(yù)進(jìn)占戧提與進(jìn)占戧提交接處區(qū)⑨的防護(hù)，可根據(jù)下面的尹茲巴斯公式進(jìn)行設(shè)計施工V=式中k_拋投料穩(wěn)定系數(shù)。受龍口坡度α和拋投料水下休止角Ψ影響，可按以下公式計算:k=V2cosa(tan^-tana)，經(jīng)過大量實驗得出k可取0.9；V-計算點處斷面平均流速，m/s；Ys,Y-分別為拋投料和水的容重，t/m3；g-重力加速度，9.8m/s2；d-拋投料化為球體的直徑，m。在上述方案中，預(yù)進(jìn)占戧提起點A最好選擇在明渠外側(cè)河岸進(jìn)口B點的上游，且在明渠內(nèi)側(cè)河岸進(jìn)口以內(nèi)。在上述方案中，預(yù)進(jìn)占戧提軸線與進(jìn)占戧提軸線交點B'的戧提，即進(jìn)占戧提最好是位于明渠外側(cè)河道內(nèi)，且使其軸線順?biāo)鞣较蛞砸欢ǖ慕嵌戎饾u偏向河岸，以減小龍口流量。在本發(fā)明的上述技術(shù)方案中，主要有三個重要控制指標(biāo)。其一為B'至B的距離(即它們間的寬度Btl)。Btl的寬度不能太小，也不能過大。若Btl的寬度太小，則會過分地束窄水流會增大龍口水力指標(biāo)，達(dá)不到降低截流難度的目的，并且合龍時逆向水流對戧提下游提腳的沖刷影響戧提的穩(wěn)定；若Btl寬度過大，則不能充分利用明渠外側(cè)導(dǎo)墻的阻水作用，且浪費拋投料。其二為B'至C的距離(即進(jìn)占戧提的長度L)，該距離是決定導(dǎo)流明渠截流能否順利進(jìn)行的重要控制指標(biāo)。因為當(dāng)L對應(yīng)的龍口水力指標(biāo)較大時，則會加大截流難度，而L過大則需使用更多的拋投材料。其三為圖2中⑨區(qū)需預(yù)拋投大塊石或鋼筋石籠防護(hù)。因為當(dāng)戧提合龍時，龍口下游逆向水流會直沖該區(qū)域，其流速控制在4.55.5m/s為宜。若不預(yù)拋投大塊石或鋼筋石籠防護(hù)，那么在沖刷與戧提自身滲透壓力共同作用下，容易引起戧提失穩(wěn)，甚至決口，從而影響截流安全。發(fā)明人經(jīng)過深入研究分析上述三個重要截流指標(biāo)，認(rèn)為在形成龍口時，B0能使對應(yīng)龍口水流平均流速小于2.5m/s，且B'B點的連線方向與河道主流方向夾角θ為1590°；并在進(jìn)占戧提長度L形成的龍口流速小于5.5m/s和在合龍時對圖2中⑨區(qū)實施大塊石或鋼筋石籠防護(hù)時，則能達(dá)到龍口安全合龍的水力指標(biāo)要求。而將進(jìn)占戧提長度L形成的龍口流速控制在小于5.Om/s則更好。其中，圖2中⑨區(qū)實際流速指標(biāo)可由預(yù)拋投的大塊石或鋼筋石籠按伊茲巴斯公式(見)計算求得，發(fā)明人建議該流速小于5.Om/s。在工程實踐中，發(fā)明人建議按照以上控制指標(biāo)，先初步擬定幾個不同尺寸的龍口寬度，然后通過物理模型試驗測定水力指標(biāo)后再確定具體的實施方案，而進(jìn)占戧提的長度L則是根據(jù)實測的龍口水力學(xué)指標(biāo)調(diào)整確定。本發(fā)明揭示的導(dǎo)流明渠截流戧提，摒棄了傳統(tǒng)意義上的直線型戧提垂直或近似垂直于明渠水流主流方向進(jìn)占截流的設(shè)計理念，將戧提龍口位置由明渠內(nèi)調(diào)整到明渠外，采用非直線進(jìn)占截流，戧提軸線改為折線。本發(fā)明揭示的非直線型導(dǎo)流明渠截流戧提，與傳統(tǒng)的直線型截流戧提相比，能有效的降低截流戧提龍口平均流速和單寬功率，提高拋投料穩(wěn)定性，即有效降低施工截流各項水力學(xué)指標(biāo)，明顯減輕明渠截流難度。本發(fā)明揭示的導(dǎo)流明渠截流戧提，其主要優(yōu)點是1、運用截流戧提本身進(jìn)占方向控制進(jìn)入明渠的水流流向，使水流繞流進(jìn)入明渠，增大水流沿程損失和減小龍口范圍水面線梯度，從而降低了截流指標(biāo)；2、合龍過程中，折向下游順?biāo)鬟M(jìn)占的戧提與河岸形成寬戧截流形式，進(jìn)一步增加了沿程水頭損失，降低截流指標(biāo)；3、龍口位于原河槽，龍口底部糙率較大，有利于截流拋投料穩(wěn)定；4、截流戧提方向與導(dǎo)流建筑物進(jìn)口方向一致，增加導(dǎo)流建筑物的分流能力等。本發(fā)明揭示的導(dǎo)流明渠截流戧提與現(xiàn)有技術(shù)的直線型截流戧提相比，概括起來具有以下十分突出的有益技術(shù)效果1、能有效減少大尺度截流料用量，節(jié)約截流工程投資。例如某工程實例中，與原設(shè)計直線形戧提方案相比，采用本發(fā)明的非直線型截流方案，大部分戧提主要采用石渣料進(jìn)占，只有在合龍困難時期才采用少量大尺度截流料，大塊石拋投料用量減少50%左右。2、有效降低拋投料流失量，可采用較低備料系數(shù)。例如某工程實例中，在均考慮流失量的情況下，理論上非直線形戧提拋投量比直線型戧提拋投量增加30%，但由于非直線形戧提龍口布置于糙率較大的河道內(nèi)，拋投料流失量減小，且大尺度截流料用量大大減少，其實際拋投量卻二者相當(dāng)。3、有效降低龍口范圍內(nèi)截流指標(biāo)。例如某工程實例中，采用非直線型戧提軸線，雖然與直線型戧提軸線有相同的落差，但其龍口流速、單寬功率分別較直線型戧提軸線龍口流速、單寬功率降低30%和50%。4、能適應(yīng)大流量、高水頭截流。當(dāng)流量大、截流水頭高時，可通過延長交點B'后進(jìn)占戧提順河道方向距離(進(jìn)占戧提的長度L)和收縮程度(改變進(jìn)占戧提軸線與明渠河內(nèi)側(cè)提交角)來控制龍口流量，直到龍口水力學(xué)指標(biāo)達(dá)到現(xiàn)實可控制范圍。5、降低了明渠截流難度和提高了截流安全度。綜合上述多方面有益效果，可以判定采用本發(fā)明揭示的直線型導(dǎo)流明渠截流戧提這種新式的截流進(jìn)占方式能明顯的降低截流難度、提高截流安全度和節(jié)省截流工程投資。圖1是導(dǎo)流明渠、河床、傳統(tǒng)的截流戧提與本發(fā)明所提出的截流戧提平面布置示意圖。圖2是本發(fā)明所提出的導(dǎo)流明渠截流戧提進(jìn)占過程示意圖，其中圖a是預(yù)進(jìn)占戧提完成后的形象圖，圖b進(jìn)占戧提與預(yù)進(jìn)占裹頭形成龍口后的形象圖，圖c是合龍戧提后的形象圖。圖3是實施例1龍口平均流速對比曲線圖。圖4是實施例1龍口截流落差對比曲線圖。圖5是實施例1龍口單寬功率對比曲線圖。在上述附圖中，各圖示標(biāo)號的標(biāo)識對象是①-傳統(tǒng)直線型截流戧提軸線(A-B)；②_本發(fā)明的非直線型截流戧提軸線(A-B'-C-D)；③-導(dǎo)流明渠；④-主河床；⑤-預(yù)進(jìn)占戧提；⑥-進(jìn)占戧提’⑦~合龍戧提；⑧“預(yù)進(jìn)占裹頭；⑨“預(yù)拋投大塊石重點防護(hù)區(qū)。1-傳統(tǒng)的直線型截流戧提，2-本發(fā)明的非直線型截流戧提。具體實施例方式下面結(jié)合附面說明給出本發(fā)明的實施例，并通過實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。有必要在這里特別說明的是，本發(fā)明的具體實施方式不限于實施例中的形式，根據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容，所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員還可以采取其他的具體方式進(jìn)行實施，因此，實施例不能理解為是本發(fā)明僅可以實施的具體實施方式。工程實例本工程實例根據(jù)進(jìn)口地形和施工條件，設(shè)計方案有兩個，一是傳統(tǒng)的直線型戧提進(jìn)占方式，二是本發(fā)明的非直線戧提進(jìn)占方式，兩種進(jìn)占方式的截流戧提軸線布置如圖1所示。本發(fā)明的非直線截流戧提整體效果如圖2所示，截流戧提按照導(dǎo)流明渠截流進(jìn)占施工過程，由預(yù)進(jìn)占戧提段A-B'、進(jìn)占戧提段B'-C、龍口戧提段和預(yù)進(jìn)占裹頭構(gòu)成，截流戧提的軸線整體為折線，其中預(yù)進(jìn)占戧提軸線與進(jìn)占戧提軸線相交于B'點，進(jìn)占戧提軸線與龍口戧提軸線相交于C點，龍口戧提軸線與預(yù)進(jìn)占裹頭軸線相接，預(yù)進(jìn)占戧提起點A位于明渠內(nèi)側(cè)河岸進(jìn)口內(nèi)，且在明渠外側(cè)進(jìn)口B點的上游，預(yù)進(jìn)占戧提軸線與進(jìn)占戧提軸線交點B'位于河道內(nèi)，設(shè)置在其至明渠河內(nèi)側(cè)提岸的水流進(jìn)口B點的距離Btl為35m，使B'至B點的龍口水流平均水流速度約2.Om/s，BB'連線方向與河道水流主流方向夾角θ為45°左右處，進(jìn)占戧提的軸線與明渠河內(nèi)側(cè)提岸線基本平行，進(jìn)占戧提長度L，即進(jìn)占戧提軸線與龍口戧提軸線交點C設(shè)置在使龍口的水流平均流速約為4.5m/s處。預(yù)進(jìn)占戧提與進(jìn)占戧提交接處區(qū)⑨(附圖2中所示)采用大塊石防護(hù)，使其能抵抗流速4.5m/s左右水流的沖擊，戧提設(shè)計頂寬20m，上下游邊坡均為11.5。通過150的正態(tài)模型試驗，對比原直線型戧提方案和優(yōu)化的非直線型戧提方案，二者的截流水力學(xué)指標(biāo)對比如附圖3、附圖4和附圖5所示。由圖附圖3、附圖4和附圖5可以看出，非直線型戧提的各項截流指標(biāo)均優(yōu)于直線型截流戧提的截流指標(biāo)，如表1所示。雖然最終截流落差相當(dāng)，但在截流過程中每個截流時段，非直線型戧提的上下游落差均小于直線型的截流落差。表1龍口截流指標(biāo)對比最大平均流速最終截流落差最大單寬功率戧堤類型<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>權(quán)利要求一種河道上游圍堰拆除的導(dǎo)流明渠截流進(jìn)占戧堤，其特征在于按照導(dǎo)流明渠截流進(jìn)占施工過程，主要由預(yù)進(jìn)占戧堤、進(jìn)占戧堤、龍口戧堤和預(yù)進(jìn)占裹頭構(gòu)成，截流戧堤的軸線整體為折線，其中預(yù)進(jìn)占戧堤軸線與進(jìn)占戧堤軸線相交，進(jìn)占戧堤軸線與龍口戧堤軸線相交，龍口戧堤軸線與預(yù)進(jìn)占裹頭軸線相接，預(yù)進(jìn)占戧堤起點A選擇在明渠內(nèi)側(cè)河岸，預(yù)進(jìn)占裹頭選擇在明渠外側(cè)河岸，預(yù)進(jìn)占戧堤軸線與進(jìn)占戧堤軸線交點B′位于河道內(nèi)，其至B點的距離B0所對應(yīng)的龍口水流平均流速小于2.5m/s，B′B連線方向與河道水流主流方向夾角θ控制在15～90°，進(jìn)占戧堤由交點B′折向順?biāo)鞣较?，使進(jìn)占戧堤與明渠外側(cè)河岸形成龍口，進(jìn)占戧堤的長度L為能使戧堤合龍時的水力學(xué)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計要求。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的河道上游圍堰拆除的導(dǎo)流明渠截流進(jìn)占戧提，其特征在于進(jìn)占戧提的長度L為能使戧提合龍時龍口水流平均流速控制在小于5.5m/s。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的河道上游圍堰拆除的導(dǎo)流明渠截流進(jìn)占戧提，其特征在于進(jìn)占戧提的長度L為能使戧提合龍時龍口平均流速控制在小于5.Om/s。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的河道上游圍堰拆除的導(dǎo)流明渠截流進(jìn)占戧提，其特征在于預(yù)進(jìn)占戧提與進(jìn)占戧提交接處區(qū)采用大塊石或鋼筋石籠防護(hù)，使其能抵抗流速不大于5.5m/s水流的沖擊。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的河道上游圍堰拆除的導(dǎo)流明渠截流進(jìn)占戧提，其特征在于預(yù)進(jìn)占戧提與進(jìn)占戧提交接處區(qū)采用大塊石或鋼筋石籠防護(hù)，使其能抵抗流速不大于5.Om/s水流的沖擊。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的河道設(shè)有上游圍堰的導(dǎo)流明渠截流進(jìn)占戧提，其特征在于預(yù)進(jìn)占戧提與進(jìn)占戧提交接處區(qū)的防護(hù)根據(jù)下面的尹茲巴斯公式進(jìn)行式中k_拋投料穩(wěn)定系數(shù)，受龍口坡度a和拋投料水下休止角V影響，可按以下公式計算:k=y]2cosa(tany/-tana)，經(jīng)過大量實驗得出k可取0.9；V-計算點處斷面平均流速，m/s；Ys>Y-分別為拋投料和水的容重，t/m3；g-重力加速度，9.8m/s2；d-拋投料化為球體的直徑，m。7.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的河道上游圍堰拆除的導(dǎo)流明渠截流進(jìn)占戧提，其特征在于預(yù)進(jìn)占戧提起點A位于明渠外側(cè)河岸進(jìn)口B點的上游，且在明渠內(nèi)側(cè)河岸進(jìn)口以內(nèi)。8.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的河道上游圍堰拆除的導(dǎo)流明渠截流進(jìn)占戧提，其特征在于交點B'后的進(jìn)占戧提位于明渠外側(cè)河道內(nèi)，且其軸線順?biāo)鞣较蛞砸欢ǖ慕嵌戎饾u偏向河岸，以減小龍口流量。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的河道上游圍堰拆除的導(dǎo)流明渠截流進(jìn)占戧提，其特征在于交點B'后的進(jìn)占戧提位于明渠外側(cè)河道內(nèi)，且其軸線順?biāo)鞣较蛞砸欢ǖ慕嵌戎饾u偏向河岸，以減小龍口流量。全文摘要本發(fā)明公開了一種河道上游圍堰拆除的導(dǎo)流明渠截流進(jìn)占戧堤，主要由預(yù)進(jìn)占戧堤、進(jìn)占戧堤、合龍戧堤和預(yù)進(jìn)占裹頭構(gòu)成，截流戧堤的軸線整體為折線，其中預(yù)進(jìn)占戧堤軸線與進(jìn)占戧堤軸線相交，進(jìn)占戧堤軸線與龍口戧堤軸線相交，龍口戧堤軸線與預(yù)進(jìn)占裹頭軸線相接，預(yù)進(jìn)占戧堤起點A選擇在明渠內(nèi)側(cè)河岸，預(yù)進(jìn)占裹頭選擇在明渠外側(cè)河岸，預(yù)進(jìn)占戧堤軸線與進(jìn)占戧堤軸線交點B′位于河道內(nèi)，B′與導(dǎo)流明渠外側(cè)進(jìn)口起點B的距離B0為使對應(yīng)龍口流速小于2.5m/s，BB′連線方向與河道主流方向夾角θ控制在15～90°范圍，進(jìn)占戧堤長度L能使戧堤合龍時的龍口水流平均流速在小于5.5m/s。本發(fā)明與傳統(tǒng)截流戧堤相比，能有效降低施工截流各項水力學(xué)指標(biāo)和明顯減輕明渠截流難度。文檔編號E02B7/00GK101798804SQ201010129949公開日2010年8月11日申請日期2010年3月22日優(yōu)先權(quán)日2010年3月22日發(fā)明者戴光清,楊慶,林濤楓,王川,趙蕾蕾,馬旭東申請人:四川大學(xué)