引水隧洞集石坑结构制造技术

本实用新型专利技术涉及一种引水隧洞集石坑结构。本实用新型专利技术所要解决的技术问题是提供一种结构简单、设计合理的引水隧洞集石坑结构，以抑制集石坑内水流旋滚，改善水流条件、减少水头损失，提高集石稳定性，方便集石坑施工期的开挖与混凝土浇筑施工，运行期集石坑检修的机械化交通及清渣运输。解决该问题的技术方案是：引水隧洞集石坑结构，具有一组沿水流方向布置在引水隧洞底部的集石坑室，各集石坑室之间通过隔墙隔开，集石坑室顶部设置一组横梁，其特点是所述集石坑室共有４－６个，其中上游段３－４个集石坑室上部各横梁之间的净间距为３０－４０ｃｍ，下游段余下最后１－２个集石坑室上部各横梁之间的净间距为７０－８０ｃｍ。本实用新型专利技术主要用于水利水电工程中的引水隧洞中。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种引水隧洞集石坑结构，主要适用于各种水利水电工程中的引水隧洞中。
技术介绍
对水利水电工程中的长引水隧洞，在地质条件许可的情况下，常采用不衬砌或喷 锚作为永久支护形式，具有加快建设速度，减少工程投资等优点。但是，在长期运行中受内 水压力及水流冲刷的影响，隧洞出现底板淘刷破坏、洞周围岩松动掉块、混凝土喷层剥落等 现象，掀起或掉落石渣均会堆积在隧洞底板上，其中水流冲不动的较大石块将增加局部阻 力，而被水流冲动的石块，则顺水流而下，进入水轮机内，造成事故危害。对西部多泥沙河 道，虽在隧洞进口处设有防沙设施，但少量的中小砾石仍有可能进入洞内，顺水流进入水轮 机而造成设备损伤。为避免事故危害，常在引水隧洞末端和中间适当位置设置集石坑，拦截 石渣，然后根据集石情况不定期放空隧洞，进行检修和清理。集石坑设计主要包括位置选 择、结构形式、集石容积、清渣方式与交通通道以及集石预报等，总的要求是集石效果好，局 部水头损失小、集石稳定以及清理方便等。集石坑一般设置在距离引水隧洞永久检修进人 通道最近处，以便于检修清理；全洞线最后一个集石坑应设在最后一个不衬砌或喷混凝土 衬砌洞段的末端。以往工程通常在引水隧洞底部槽挖成矩形集石坑，拦截顺水流而来的石 渣。早期的集石坑上部布置成开敞式，但运行实践表明水流状态不佳，集石效果差；后期经 研究改进，在集石坑上部增设一定高度的横梁，限制水流在集石坑内的旋滚，改善水流条件 和集石稳定效果。 目前国内集石坑容积设计通常按每1000m2不衬砌隧洞表面积取1. 0m3并乘以一定 安全系数考虑，且一般分为多室，坑室间设置混凝土隔墙。集石坑一侧(或两侧)设置交通 便道，以便工作人员及清渣车辆设备通行。集石坑清渣一般考虑机械清理为主，人工清理为 辅，但从众多已建工程来看，由于工程规模不大，隧洞断面较小，采用机械清理存在一定困 难，因此多采用人工清理。 从目前多数已建或在建的工程来看，集石坑的设计还存在以下一些不足之处 1 、集石坑结构形式基本相似，均为洞底矩形坑式，每5 7m设为一室，通过混凝土 隔墙完全分隔，隔墙上布设排水孔。集石坑上部架设混凝土或钢结构横梁，但对横梁间距的 设计，各工程间存在较大差异。对各工程不衬砌引水隧洞而言，流速一般均控制在2. 0m 3. 0m之间，通过石块起动流速计算分析，能被水流带动的石块粒径应相差不大，因此横梁间 距设计也应相似。对已建或在建的这些工程，由于工程规模较小等因素，缺乏水工模型试验 支撑，差异较大的横梁间距设计必然存在相对的不合理性，无论是集石效果，还是水流条件 都存在不利影响。 2、集石坑设计存在确保集石效果与隧洞检修交通通行之间的矛盾。为了保证隧洞 不因设置集石坑而中断隧洞检修交通，一般是在集石坑一侧(或两侧)预留一定宽度的通 道，宽度则根据人员或车辆设备的交通要求而定。由于设置了交通通道，使得集石坑无法沿整个隧洞底宽布置，因而不能完全拦截上游的全部石渣，且部分石渣很有可能通过预留的 交通通道进入水轮机而引起安全事故，此时常常不得不大幅縮小交通宽度、降低交通能力 要求，确保集石效果，因此造成长隧洞检修交通非常不便。另在清渣时，对于矩形坑式集石 坑，无论是机械清理还是人工清理，都必须对每个室内的石渣进行从上而下的垂直人工搬 运清理，在实际操作过程中费时费力，清理十分不便。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是针对上述存在的问题提供一种结构简单、设计 合理的引水隧洞集石坑结构，以有效抑制集石坑内水流旋滚，改善水流条件、减少水头损 失，提高集石稳定性，同时能实现方便集石坑施工期的开挖与混凝土浇筑施工，运行期集石 坑检修的机械化交通及清渣运输。 本技术所采用的技术方案是引水隧洞集石坑结构，具有一组沿水流方向 布置在引水隧洞底部的集石坑室，各集石坑室之间通过隔墙隔开，且集石坑室顶部设置一 组横梁，其特征在于所述集石坑室共有4-6个，其中上游段3-4个集石坑室上部各横梁 之间的净间距为30-40cm，下游段余下最后l-2个集石坑室上部各横梁之间的净间距为 70-80cm。 为了方便工作人员通行，在集石坑室顶部至少一侧设置人行通道。 所述人行通道上设置顺水流方向的斜向导渣坎，以保证隧洞底部的石渣全部掉入集石坑室内。 为了方便隧洞检修期机械化清渣设备通行，最上游集石坑室上游侧设置顺水流方 向且与之连成一体的斜坡，同时各集石坑室之间的隔墙上均开设一扇门孔，相邻两门孔错 开布置，在保证各集石坑室的集石率的同时，方便工作人员和清渣设备进入集石坑室内实 施作业。 所述横梁为一长方体，其两端面固定于集石坑室顶部，余下四个面则与水平面成 45度夹角，不仅减小了上游来水对横梁的冲击力，而且能够有效保证进入集石坑室内石块 的稳定。 在最下游集石坑室内并排布置两个集石观测箱，对集石坑室内的集石量进行监 控。 当集石坑位于施工支洞上游侧时，在集石坑洞段的侧壁岩体内开设一条旁通洞， 其两端分别与引水隧洞集石坑洞段上下游联通，且在旁通洞的上游洞口处设置挡渣设施， 以满足车辆绕行集石坑的通行要求。 本技术的有益效果是本技术将集石坑的上游段3 4个坑室顶部顺水 流方向斜45°横梁间距调小为30-40cm，使其分布密集，同时将下游段余下的最后1 2个 坑室顶部顺水流方向斜45。横梁间距调大为70-80cm，对不同粒径的石块分别予以拦截， 不仅有效抑制了坑内水流的旋滚、改善了水流条件、减少了水头损失，同时也有效控制了集 石坑内沉积石渣的再次起动，提高了集石稳定性。集石坑上游设置交通兼集石斜坡道为实 现方便施工期开挖、浇筑以及运行检修期的机械清渣提供了便捷的交通，不但可实现完全 机械化清渣、降低了清渣难度、提高了工作效率，而且斜坡道本身的容积也将成为集石坑容 积的一部分，提高了集石体量，实现了一坡多用的目的，同时也使得集石坑可尽量的沿整个隧洞底宽布置，保证对上游来渣的完全拦截。附图说明图1是本技术的平面图。 图2是图1的A-A向剖面图。具体实施方式如图1、图2所示，本实施例在引水隧洞1底部沿水流方向布置四个集石坑室2，各 集石坑室2之间通过隔墙3隔开，整个集石坑容积计算采用国内通用设计方法，即每1000m2 不衬砌隧洞(含喷锚洞段)表面积设置1. 0!113容积，再考虑一定安全裕量的放大系数。集石 坑总体结构仍为矩形坑室，并尽量沿引水隧洞1整个底宽布置。每个集石坑室2上部设置 横梁4，以加强集石效果和改善水流条件。本例中，横梁4为一长方体，其两端面固定于集石 坑室2顶部，余下四个面则与水平面成45度夹角，不仅减小了上游来水对横梁4的冲击力， 而且能够有效保证进入集石坑室2内石块的稳定。 一般，引水隧洞1内粒径较小的石块容 易在水流作用下首先起动并向下游输移，因而集石坑的上游大部分集石坑室2也首先被小 粒径石渣集满；对引水隧洞1内粒径较大的石块，由于其形状特征等因素，在水流的不断作 用下也可能会起动并缓慢移向下游，但到达集石坑的时间远滞后于小粒径石块，因此集石 坑最下游侧的集石坑室2应最终被大粒径石块所集满。根据以上分析并结合相关工程的集 石坑模型试验，本例中，将集石坑中上游段三个集石坑室2顶部各横梁4之间的间距调小， 按30 40cm净间距设置，保本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种引水隧洞集石坑结构，具有一组沿水流方向布置在引水隧洞（１）底部的集石坑室（２），各集石坑室（２）之间通过隔墙（３）隔开，且集石坑室（２）顶部设置一组横梁（４），其特征在于：所述集石坑室（２）共有４－６个，其中上游段３－４个集石坑室上部各横梁（４）之间的净间距为３０－４０ｃｍ，下游段余下最后１－２个集石坑室上部各横梁（４）之间的净间距为７０－８０ｃｍ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：侯靖，高悦，王东锋，陈念辉，鲍世虎，
申请(专利权)人：中国水电顾问集团华东勘测设计研究院，
类型：实用新型
国别省市：86[中国|杭州]