导流隧洞洞塞消能结构及其布置方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术还公开了一种导流隧洞洞塞消能结构的布置方法。本发明专利技术导流隧洞洞塞消能结构及其布置方法，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。

Energy dissipation structure of diversion tunnel plug and its layout method

【技术实现步骤摘要】
导流隧洞洞塞消能结构及其布置方法
本专利技术涉及水利水电工程施工导流
，具体涉及一种导流隧洞洞塞消能结构及其布置方法。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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及其布置方法，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，本专利技术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。一种导流隧洞洞塞消能结构的布置方法，包括如下步骤：A)根据改建后的生态放水洞运行水头及消能要求，确定所述洞塞的布置级数n，以及第一级～第n级所述洞塞放水洞的尺寸；B)根据第一级～第n级所述洞塞承受的荷载条件，确定第一级～第n级所述洞塞堵头的长度；C)按照每一级所述洞塞的安全裕度要求，确定第一级～第n级所述洞塞的浅抗剪槽的布置型式，以及第一级～第n级所述洞塞的抗剪锚杆的布置型式；D)根据所述步骤A)和所述步骤B)中确定的第一级～第n级所述洞塞的布置型式，确定第一级～第n级所述洞塞的止浆梗的布置型式；E)根据水工模型试验成果，对所述洞塞内部可能存在空化空蚀的部位，确定相邻所述洞塞之间及第n级所述洞塞与所述改建堵头之间所述洞塞通气孔的布置形式。本专利技术与现有技术相比，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为本专利技术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、抗剪锚杆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专利技术作进一步的详细说明。如图1及图2所示，本专利技术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4两侧与导流本文档来自技高网...

【技术保护点】
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)。

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：翁永红，徐唐锦，廖仁强，漆祖芳，饶志文，郭艳阳，郭鸿俊，
申请(专利权)人：长江勘测规划设计研究有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42