專利名稱：泄洪隧洞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水利水電工程中高水頭、大流量的泄洪建筑物，尤其是涉及一種泄洪隧洞。
背景技術(shù)：
泄洪隧洞是水利水電工程中常用的泄洪建筑物。早期的高水頭泄洪隧洞的立面布置上通 常采用"龍?zhí)ь^"的布置方式，即位于高位的短有壓進(jìn)水口段接隧洞斜坡段的入口端，斜坡 段的出口端與低位平洞之間通過一段反弧銜接，其特點(diǎn)是斜坡段設(shè)置在泄洪隧洞的上游區(qū)域 。這種"龍?zhí)ь^"式的泄洪隧洞其優(yōu)點(diǎn)是在閘門總推力一定的情況下可以獲得較大的過流能 力，如二灘水電站的兩條泄洪隧洞就采用的這種布置方式。但是這種"龍?zhí)ь^"式的泄洪隧 洞，其反弧段附近由于流速高、壓力低，很容易發(fā)生空蝕破壞。從已建成的高水頭、大流量
"龍?zhí)ь^"式泄洪隧洞的運(yùn)行實(shí)踐來看，發(fā)生空蝕破壞有以下幾個(gè)特點(diǎn)(1)受破壞的起 始部位一般在緊鄰"龍?zhí)ь^"反弧段末端至其下游幾十米，破壞范圍可發(fā)展至數(shù)百米長的洞 段內(nèi)；(2)反弧段處的水頭及流速都比較高，水頭達(dá)100 178m，流速一般都接近或超過 40m/s;(3)為使樞紐布置緊湊，目前已建成的"龍?zhí)ь^"式泄洪隧洞，其反弧段距大壩比 較近， 一旦在反弧段附近發(fā)生空蝕破壞，對大壩的壩肩可能構(gòu)成安全威脅；(4)由于"龍 抬頭"式泄洪隧洞反弧段布置靠近大壩，則下游泄洪隧洞比較長， 一般達(dá)數(shù)百米，甚至長達(dá) 千米，因此若在反弧段末端處發(fā)生空蝕破壞，大量的混凝土和遭沖刷破壞的圍巖都將由水流 帶至下游，因此造成下游泄洪隧洞內(nèi)過流表面尤其是底板的嚴(yán)重磨損，修復(fù)難度大；(5)
"龍?zhí)ь^"式泄洪隧洞一般要求洞軸線為直線，而在直河道上的樞紐布置難以滿足其要求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的技術(shù)問題是提供一種不易對大壩構(gòu)成安全威脅的泄洪隧洞。 解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是泄洪隧洞，包括與進(jìn)水口相連通的高位段和與出水口
相連通的低位段，高位段與低位段之間通過斜坡段連通，其中，斜坡段設(shè)置在隧洞的下游區(qū)域。
進(jìn)一步的是，高位段包括依次連通的進(jìn)水口段、有壓隧洞段、工作閘室段和無壓直段， 進(jìn)水口設(shè)置在進(jìn)水口段上，無壓直段與斜坡段連通。
進(jìn)一步的是，無壓直段沿水流方向由上至下傾斜設(shè)置。
進(jìn)一步的是，有壓隧洞段的長度》400m。
進(jìn)一步的是，低位段的長度為隧洞總長度的10 % 20 % 。
進(jìn)一步的是，斜坡段與低位段之間通過反弧段連通。
進(jìn)一步的是，低位段包括下直坡段和出口挑坎段，下直坡段與反弧段連通，出水口設(shè)置 在出口挑坎段上。
進(jìn)一步的是，斜坡段中以及斜坡段的下游設(shè)置有摻氣設(shè)施。 作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選方案，所述摻氣設(shè)施為摻氣坎或摻氣槽。
本發(fā)明的有益效果是將斜坡段設(shè)置在隧洞的下游區(qū)域，從而可將流速高、壓力低，容 易發(fā)生空蝕破壞的部位局限在隧洞下游即靠近隧洞出水口的有限范圍內(nèi)，因此即使在該范圍 內(nèi)發(fā)生了局部破壞，破壞的區(qū)域也相對大壩較遠(yuǎn)，對大壩的安全威脅也較小；另一方面，將 斜坡段設(shè)置在隧洞的下游區(qū)域以后，隧洞高位段的長度必須相應(yīng)加長，這樣，可以使進(jìn)水口 的布置更加靈活；其次，還可以便于工程運(yùn)行檢査和修復(fù)等工作。本發(fā)明工程投資較少，經(jīng) 濟(jì)效益顯著，由于適用于進(jìn)行高水頭、大流量的泄洪作業(yè)。
圖l為本發(fā)明泄洪隧洞的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中標(biāo)記為進(jìn)水口l，進(jìn)水口段2，有壓隧洞段3，工作閘室段4，無壓直段5，斜坡段 6，反弧段7，下直坡段8，出口挑坎段9，出水口IO，高位段ll，低位段12。 圖中箭頭所述方向?yàn)樗鞣较颉?
具體實(shí)施例方式
下面通過附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
如圖1所示的泄洪隧洞，包括與進(jìn)水口 1相連通的高位段l 1和與出水口 10相連通的低位段 12，高位段11和低位段12之間通過斜坡段6連通，其中，斜坡段6設(shè)置在隧洞的下游區(qū)域。由 于斜坡段6存在一定的陡坡度，即與水平方向有相對較大的夾角，這樣水流通過斜坡段6的時(shí) 候由于高低落差使其流速加快，但水流對洞壁的壓力會相應(yīng)降低。由于水流的壓力降低，因 此在水流中以及水流與洞壁的固液交界面上會形成空泡，空泡迅速的發(fā)展和潰滅，在空泡潰 滅的瞬間，會在局部產(chǎn)生極高的瞬時(shí)壓強(qiáng)，洞壁受到空泡漬滅所產(chǎn)生的極高瞬時(shí)壓強(qiáng)的反復(fù) 作用，從而對洞壁表面造成破壞，這種現(xiàn)象即為空蝕現(xiàn)象。該泄洪隧洞中分別與進(jìn)水口l和 斜坡段6相連通，且相對高度較高的一段即為高位段ll;分別與斜坡段6和出水口10相連通， 且相對高度較低的一段為低位段12;水流從高位段11通過斜坡段6流入低位段12。由于將斜 坡段6設(shè)置在隧洞的下游區(qū)域，從而形成"龍落尾"的布置形式，可將流速高、壓力低，容
易發(fā)生空蝕破壞的部位局限在隧洞下游即靠近隧洞出水口10的有限范圍內(nèi)，因此即使該范圍 內(nèi)發(fā)生了局部破壞，破壞的區(qū)域也相對大壩較遠(yuǎn)，對大壩的安全威脅也較?。涣硪环矫?，將 斜坡段6設(shè)置在隧洞的下游區(qū)域以后，隧洞高位段ll的長度必須相應(yīng)加長，這樣，可以使進(jìn) 水口的布置更加靈活；其次，將隧洞發(fā)生空蝕破壞的部位局限在隧洞下游的有限范圍內(nèi)，便 于工程運(yùn)行檢査和修復(fù)等工作。斜坡段6與低位段之間最好通過反弧段7連接，這樣水流對低 位段12的沖擊力可相對較小。
由于斜坡段6位于高位段11和低位段12之間，當(dāng)斜坡段6設(shè)置在隧洞的下游區(qū)域以后，低 位段12的長度小于高位段11的長度。其中，低位段12的長度最好設(shè)置為隧洞總長度的10% 20%，這樣高位段ll的長度相對更長，而隧洞容易發(fā)生空蝕破壞區(qū)域也被限制在靠近隧洞出 水口10中一個(gè)較小的范圍以內(nèi)，對大壩的安全威脅大為降低，且易于對隧洞進(jìn)行維護(hù)和修理 ;同時(shí)，高位段ll的長度越長，水流在高位段ll中的能量消耗就越大，從而可以減小水流在 斜坡段6以及斜坡段6下游中的流速，降低發(fā)生空化的機(jī)率。
其中，高位段11包括依次連通的進(jìn)水口段2、有壓隧洞段3、工作閘室段4和無壓直段5， 進(jìn)水口1設(shè)置在進(jìn)水口段2上，無壓直段5與斜坡段6連通。在工作閘室段4中設(shè)置有閘門，可 對泄洪隧洞中水流的流量進(jìn)行控制。有壓隧洞段3的長度最好》400m，這樣，當(dāng)水流經(jīng)過有 壓隧洞段3時(shí)，由于水流與洞壁之間的壓力較大，洞壁對水流的磨阻作用基本平衡了由于底 坡變化造成的水流加速度，這樣在進(jìn)入斜坡段6之前，水流流速基本未增。此外無壓直段5沿 水流方向由上至下傾斜設(shè)置，這樣，水流通過無壓直段5時(shí)還可將其高度下降了50 70m，進(jìn) 而降低水流在斜坡段6中的流速，降低隧洞發(fā)生空化的風(fēng)險(xiǎn)。
此外，低位段12包括彼此連通的下直坡段8和出口挑坎段9，下直坡段8與反弧段7連通， 出水口10設(shè)置在出口挑坎段9上。出口挑坎段9設(shè)置有向上傾斜的坡度，從而可以加強(qiáng)出水口 IO中水流的沖力，這樣，可使從出水口10中的水流噴射的更遠(yuǎn)，避免水流對出水口10周邊的 沖刷腐蝕。
為了對容易發(fā)生空蝕破壞的區(qū)域進(jìn)行防護(hù)，斜坡段6中以及斜坡段6的下游設(shè)置有摻氣設(shè) 施。摻氣設(shè)施可以起到摻氣減蝕的作用，摻氣設(shè)施可采用使用較為普遍的摻氣坎或摻氣槽等 摻氣設(shè)施。
實(shí)施例
針對某設(shè)計(jì)壩高為278m，正常蓄水位為600. Om，樞紐設(shè)計(jì)(校核)泄量為50238m3/3， 最大泄洪水頭為221.7m，泄洪功率為100000麗的大型大壩，進(jìn)行該大壩泄洪隧洞的設(shè)計(jì)，具 體設(shè)計(jì)方案為將泄洪隧洞分設(shè)在左、右兩岸，其中左岸2條，右岸3條，洞長1462m 1905m，平面布置均為折線型，單洞最大泄量大于4000m"Vs;每條均泄洪隧洞設(shè)計(jì)成"龍落 尾"形式，該泄洪隧洞各部位由上游到下游的組成設(shè)計(jì)如下進(jìn)水口段，高度545.0m，孔口 尺寸12mX15m (寬X高)；有壓隧洞段，總長635. 46m;工作閘室段，縱向長25m;無壓直段 ，長398.81m，斷面尺寸為14mX18m (寬X高)；斜坡段，與水平夾角為35。，下直坡段， 斷面尺寸為14mX18m (寬X高)，長600余米；出口挑坎段，為扭曲斜切挑坎。由于將斜坡 段設(shè)置在隧洞的下游區(qū)域，這樣將容易發(fā)生空蝕破壞的區(qū)域遠(yuǎn)離大壩，對大壩的安全威脅相 對降低。
權(quán)利要求
1.泄洪隧洞，包括與進(jìn)水口(1)相連通的高位段(11)和與出水口(10)相連通的低位段(12)，高位段(11)與低位段(12)之間通過斜坡段(6)連通，其特征是斜坡段(6)設(shè)置在隧洞的下游區(qū)域。
2.如權(quán)利要求l所述的泄洪隧洞，其特征是高位段(11)包括依次 連通的進(jìn)水口段(2)、有壓隧洞段(3)、工作閘室段(4)和無壓直段(5)，進(jìn)水口 (1 )設(shè)置在進(jìn)水口段(2)上，無壓直段(5)與斜坡段(6)連通。
3.如權(quán)利要求2所述的泄洪隧洞，其特征是無壓直段(5)沿水流 方向由上至下傾斜設(shè)置。
4.如權(quán)利要求2所述的泄洪隧洞，其特征是有壓隧洞段(3)的長度2;400m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的泄洪隧洞，其特征 是低位段(12)的長度為隧洞總長度的10% 20%。
6.如權(quán)利要求l所述的泄洪隧洞，其特征是斜坡段(6)與低位段 之間通過反弧段(7)連通。
7.如權(quán)利要求6所述的泄洪隧洞，其特征是低位段(12)包括下直 坡段(8)和出口挑坎段(9)，下直坡段(8)與反弧段(7)連通，出水口 (10)設(shè)置在出 口挑坎段(9)上。
8.如權(quán)利要求l所述的泄洪隧洞，其特征是斜坡段(6)中以及斜 坡段(6)的下游設(shè)置有摻氣設(shè)施。
9.如權(quán)利要求8所述的泄洪隧洞，其特征是所述摻氣設(shè)施為摻氣坎或摻氣槽。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在水利水電工程中使用的且不易對大壩構(gòu)成安全威脅的泄洪隧洞。該隧洞包括與進(jìn)水口相連通的高位段和與出水口相連通的低位段，高位段和低位段之間通過斜坡段連通，其中，斜坡段設(shè)置在隧洞的下游區(qū)域。將斜坡段設(shè)置在隧洞的下游區(qū)域，從而可將流速高、壓力低，容易發(fā)生空蝕破壞的部位局限在隧洞下游的有限范圍內(nèi)，因此即使泄洪隧洞內(nèi)發(fā)生了局部破壞，破壞的區(qū)域也相對大壩較遠(yuǎn)，對大壩的安全威脅也較小。本發(fā)明工程投資較少，經(jīng)濟(jì)效益顯著，適用于進(jìn)行高水頭、大流量的泄洪作業(yè)。
文檔編號E02B8/06GK101200886SQ20071020348
公開日2008年6月18日 申請日期2007年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月27日
發(fā)明者鐘 周, 勇 夏, 李旭東, 王仁坤, 肖白云 申請人:中國水電顧問集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院