一种山体水流消能的水工隧洞结构制造技术

本实用新型专利技术公开一种山体水流消能的水工隧洞结构，在水流上游端的山体较高处修建隧洞入流孔，在山体内修建与隧洞入流孔连通的主隧洞和两个分支隧洞，两个分支隧洞是从主隧洞的下游分出来的两个上、下分支隧洞；上部的水流从上分支隧洞斜向下射流，下部的水流从下分支隧洞挑流出去，两束高速水流在山体外交汇撞击，实现第一次消能；撞击后合成一束水流继续向下游抛射，跌落到下游河道的冲刷坑内，使碰撞后跌落的水流在冲刷坑内产生激烈的漩滚，并通过坑内的涌浪以及底部漩滚而获得较大的消能效果，从而进一步消散余能；最终实现两次能量的消散，最后水流以较小的流速向下游河流行进，与下游河道中正常的缓流实现相互衔接。

Hydraulic tunnel structure for mountain water flow energy dissipation

The utility model discloses a mountain water structure of hydraulic tunnel can, in the upstream end of the high mountain tunnel built into the hole, in the mountains and built into the main tunnel tunnel connected flow hole and two branch tunnel, two branch tunnel is from the two upper and lower branch tunnel downstream into the main tunnel to the upper part of the water; from the upper branch tunnel obliquely downward jet, the lower part of the water from the branch tunnel jet flow out, two high-speed flow in mountain diplomatic impact, to achieve the first energy dissipation; after the crash into a bunch of water to downstream ejection, fell to scour downstream. The collision after the drop of water heated by eddies in the scour pit, and the pit bottom swell and vortex and greater energy dissipation effect, so as to further dissipate energy; finally achieve two energy Finally dissipated, with low velocity flow downstream into each other and popular, slow normal downstream implementation.

【技术实现步骤摘要】
一种山体水流消能的水工隧洞结构
本技术属于水利水电工程中山体水工隧洞消能
，具体涉及一种山体水流消能的水工隧洞结构。
技术介绍
水利工程中，在山体水工隧洞常用于泄水。由于山体上下游水位势能差较大，隧洞中宣泄出来水流流速很大，不可避免的对下游河床产生冲刷破坏，工程中通常采取必要的措施以消除宣泄水流的部分能量，降低危害。以往的措施是通过在水流出流部位采取工程措施，为消能池、跌坎、消能戽斗、挑流鼻坎结合冲刷坑这四种工程措施消能。其他的方式还有，通过采取螺旋阶梯式的方式延长隧洞长度达到增大水流沿程的能量损失，以消除部分水流余能；以及在山体内部修建两条独立的水工隧洞路线，在出流之后相互冲击，以达到消能的目的。这两种方式，由于隧洞较长，其工程量和工程成本相对较大，对山体的安全稳定也会产生安全隐患。同时，以上的方法均只采用了一次消能的方法，为了达到理想的消能效果，需要采取大量的工程措施，增加了工程量和投入成本。
技术实现思路
针对以上问题所存在的不足，本技术提供一种山体水流消能的水工隧洞结构，通过对山体水流的进行两次消能，达到既定的消能目的，且所述两次消能不包括水体发散在空气中消散的较小能量。通过两次消能，实现水流在不同流向上的消能：第一次消能通过采取合适的出流方向，实现水流对冲消能，主要是在铅直方向上减小水流流速，消除一部分能量；第二次通过在河道下游修建冲刷坑消能，主要是在水平方向上减小水流流速，实现第二次消能。这样，可以适当的减小消能防冲措施的工程量，节省经济成本。本技术的第一目的是提供一种山体水流消能的水工隧洞结构，具体的方案如下：一种山体水流消能的水工隧洞结构，包括沿水流方向设置在山体上的隧洞入流孔和设置在山体内且与所述的隧洞入流孔连通的主隧洞，所述的主隧洞的下游设置有上、下两个分支隧洞，上分支隧洞的出口为使水流向下射流的向下倾斜坎，下分支隧洞的出口为使水流向上挑流的挑流鼻坎。进一步的，该结构中所述的上分支隧洞的纵向截面为沿水流方向向下倾斜的直线结构。进一步的，该结构中所述的下分支隧洞的纵向截面为沿水流方向向下倾斜的且在接近出口处呈凹陷的圆弧结构。进一步的，该结构中所述的主隧洞的纵向截面为沿水流方向向下的倾斜的直线结构。进一步的，该结构中在山体外的下游河道设有冲刷坑。本技术的第二目的是提供一种山体水流消能方法，具体的方案如下：一种山体水工隧洞消能方法，在水流上游端的山体较高处修建隧洞入流孔，在山体内修建与隧洞入流孔连通的主隧洞和两个分支隧洞，所述的两个分支隧洞是从主隧洞的下游分出来的两个上、下分支隧洞；上、下分支隧洞宣泄的水流在出口处分为上、下两部分，分别沿同一铅直面上不同高程两个水工隧洞宣泄出去；上部的水流从上分支隧洞斜向下射流，下部的水流从下分支隧洞挑流出去，两束高速水流在山体外交汇撞击，实现第一次消能；撞击后合成一束水流继续向下游抛射，最后跌落到下游河道的冲刷坑内，使碰撞后跌落的水流在冲刷坑内产生激烈的漩滚，并通过坑内的涌浪以及底部漩滚而获得较大的消能效果，从而进一步消散余能；最终实现两次能量的消散，最后水流以较小的流速向下游河流行进，与下游河道中正常的缓流实现相互衔接。进一步的，该方法中，所述的上分支隧洞的出口为使水流向下射流的向下倾斜坎；下分支隧洞的出口为使水流向上挑流的挑流鼻坎；所述的向下倾斜坎和挑流鼻坎控制水流泄流方向，实现水流在交汇点冲撞消能；进一步的，该方法中所述的上分支隧洞的纵向截面为沿水流方向向下倾斜的直线结构。进一步的，该方法中所述的下分支隧洞的纵向截面为沿水流方向向下倾斜的且在接近出口处呈凹陷的圆弧结构。进一步的，该方法中所述的主隧洞的纵向截面为沿水流方向向下的倾斜的直线结构。上分支隧洞的出口修建倾斜坎，以实现宣泄水体下射流；上分支隧洞的出口修建挑流鼻坎，以实现宣泄水体斜向上挑流；上部的水流从上分支隧洞斜向下射流，下部的水流从下分支隧洞挑流出去，两束高速水流在山体外交汇撞击，实现第一次消能；交汇流点抛射的水流跌落到位于下游河道的流消冲刷坑内，并在坑内形成涌浪以及底部漩滚水流区进一步消散余能，实现第二次消能。实施本技术的技术方案，至少有以下有益效果：通过将主隧洞分为上分支隧洞和下分支隧洞形成宣泄水流相互撞击首先实现一部分能量的消除，减小了在河道下游修建消能措施的工程量，改变了一般在下游河道修建消能工程的单一措施；对于少数采用在山体内分开修建两条隧洞以实现水流冲撞消能的工程，本技术可有效减少开挖量，对山体稳定性影响小。综合来说，本技术方案可以减小对于河床的冲刷，增大消能效果，降低流速，既满足消能防冲的要求，同时施工方便且经济。附图说明结合附图以及实施例对本技术进一步说明。图1为一种山体水工隧洞消能方法及结构纵剖面示意图；图2为上分支隧道碰撞前流速矢量示意图；图3为下分支隧道碰撞前流速矢量示意图；图4为水流碰撞后流速矢量示意图；图5为倾斜坎的示意图；图6为挑流鼻坎的示意图；其中：1主隧洞，2上分支隧洞，3下分支隧洞，4交汇点，5消能冲刷坑，6山体，7上游河道，8下游河道，21倾斜坎，31挑流鼻坎。具体实施方式为了使本技术的技术特征、目的和效果更加清晰的理解，现对照附图对本技术的具体实施方式详细说明。如图1所示，山体水流消能的水工隧洞结构，包括沿水流方向设置在山体6上的隧洞入流孔和设置在山体内且与所述的隧洞入流孔连通的主隧洞1，所述的主隧洞1的下游设置有上、下两个分支隧洞，上分支隧洞2的出口为使水流向下射流的向下倾斜坎21，下分支隧洞3的出口为使水流向上射流的挑流鼻坎31。向下倾斜坎21和挑流鼻坎31控制水流泄流方向，实现水流在交汇点4冲撞消能；实现第一次消能；撞击后合成一束水流继续向下游抛射，最后跌落到下游河道的冲刷坑内，并在坑内形成涌浪以及底部漩滚水流区进一步消散余能；最终实现两次能量的消散，最后水流以较小的流速向下游河流行进，与下游河道中正常的缓流实现相互衔接。进一步的，该结构中所述的上分支隧洞2的纵向截面为沿水流方向向下倾斜的直线结构。进一步的，该结构中所述的下分支隧洞3的纵向截面为沿水流方向向下倾斜的且在接近出口处呈凹陷的圆弧结构。进一步的，该结构中所述的主隧洞1的纵向截面为沿水流方向向下倾斜的直线结构，也可以出现部分弯曲，只要不影响水流向下流动即可。进一步的，该结构中在山体外的下游河道8设有冲刷坑。具体的消能方法如下：本技术上游河道7水流通过山体6内部的主隧洞1以及分支的上分支隧洞2和下分支隧洞3宣泄的水流在出口分为上下两部分，两束水流沿同一铅直面上不同高程的上分支隧洞2和下分支隧洞3宣泄出去；上部的水流从上分支隧洞2斜向下射流，下部的水流从下分支隧洞3挑流出去；高速水流在岩体外汇点4撞击，实现第一次消能；撞击后合成一束水流向下游抛射，最后跌落到下游河道的冲刷坑5内，并在坑内形成涌浪以及底部漩滚水流区进一步消散余能。最终实现两次能量的消散，两次消能后的水流以较小的流速向下游河流行进，实现与下游河道8中正常的缓流相互衔接。该方法中，所述的上分支隧洞的出口为使水流向下射流的向下倾斜坎21；下分支隧洞的出口为使水流向上射流的挑流鼻坎31；所述的向下倾斜坎和挑流鼻坎控制水流泄流方向，实现水流在交汇点冲撞消能；倾斜坎21和挑流鼻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种山体水流消能的水工隧洞结构，其特征在于，包括沿水流方向设置在山体上的隧洞入流孔和设置在山体内且与所述的隧洞入流孔连通的主隧洞，所述的主隧洞的下游设置有上、下两个分支隧洞，上分支隧洞的出口为使水流形成向下射流的向下倾斜坎，下分支隧洞的出口为使水流向上挑流的挑流鼻坎。

【技术特征摘要】
1.一种山体水流消能的水工隧洞结构，其特征在于，包括沿水流方向设置在山体上的隧洞入流孔和设置在山体内且与所述的隧洞入流孔连通的主隧洞，所述的主隧洞的下游设置有上、下两个分支隧洞，上分支隧洞的出口为使水流形成向下射流的向下倾斜坎，下分支隧洞的出口为使水流向上挑流的挑流鼻坎。2.如权利要求1所述的山体水流消能的水工隧洞结构，其特征在于，所述的上分支隧洞的纵向截面为沿水流方...

【专利技术属性】
技术研发人员：李传奇，肖学，马梦蝶，王德振，段明印，荆倩婧，杨幸子，崔佳伟，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：新型
国别省市：山东,37