专利名称：泄洪洞消能孔板环的布置、建造方法
技术领域：
本发明涉及水利工程有压泄洪洞，尤其是涉及泄洪洞消能孔板环的布置、建造方法。
背景技术：
在以当地材料坝为坝型的大型水利枢纽工程中，根据泄洪规模的要求，常常需要布置多条泄洪隧洞。将施工期临时泄洪的导流洞(在坝体建成后就废弃了)改建为永久性泄洪隧洞，不仅可以节省投资、缩短工期，还可以解决因地形限制无法布置多条泄洪洞的难题。导流洞的运行条件为低库水位时泄洪，而永久泄洪洞一般在高库水位时泄洪，因此，由导流洞改建成永久泄洪洞需要解决高水头下产生的高速含沙水流对水工结构冲蚀破坏的技术问题。在洞内设置内径小于洞径的混凝土环形板(简称孔板环)，利用水流通过孔板环的孔口时突然收缩和突然扩散，形成强烈紊动的剪切流进行洞内消能是解决上述问题的途径之一。孔板环上游面直接承受高速水流的撞击、下游面则处于水流易空化空蚀区域， 而孔板环孔缘处又极易冲蚀磨损破坏。因此，对孔板环的建造提出了很高要求。
发明内容
本发明目的在于提供一种满足消能与防止空化两方面要求的泄洪洞中用于消能的孔板环建造方法。为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案
本发明所述的泄洪洞消能孔板环的布置、建造方法，包括下述步骤 第一步、孔板环的布置
在隧洞内自上游到下游间隔布置多个混凝土结构的孔板环；所述孔板环与隧洞混凝土衬砌现浇在一起；
第二步、孔板环的建造
所述孔板环内环面中部为环形孔缘结构，所述环形孔缘的内径与隧洞的洞径之比在 0. 6-0. 75之间选择；在位于环形孔缘外径的顶部和底部沿轴向分别开设排气孔和排水孔； 所述环形孔缘的截面形状由直角梯形和直角三角形组成；所述直角梯形的顶边与所述直角三角形的一直角边衔接，直角梯形的斜边与直角三角形的另一直角边衔接，直角梯形的斜边和与其相衔接的直角三角形直角边所构成的环面朝着隧洞上游设置；直角三角形的顶角为过渡弧线，该过渡弧线所构成的环形弧面即为环形孔缘的内环面；直角梯形顶边的宽度与环形孔缘的内径之比为0. 19-0. 2 ；直角三角形的斜边与环形孔缘的中心轴线之间的夹角3为观° -31°，即构成环形孔缘的内削角； 第三步、环形孔缘的防冲蚀处理
沿环形孔缘的弧面缘边扣合由铬系白口铸铁制成的衬套环，所述衬套环的内、外环面与所述弧面缘边的弧度相一致。
所述间隔布置的孔板环的环形孔缘的直径自上游到下游逐渐变大，相邻环形孔缘的直径差为0. 02m-0. :3m之间。所述衬套环由多块孔缘衬套组合而成；将每4块孔缘衬套的两端分别通过螺栓固定在一块钢板上，在钢板背面预先焊上固定钢筋，将每块钢板沿环形孔缘排列定位后，将固定钢筋与环形孔缘受力钢筋焊接固定；然后在孔缘衬套与环形孔缘之间、相邻孔缘衬套之间用环氧砂浆填缝粘结。本发明优点在于将施工期临时泄洪的导流洞改建为永久泄洪洞，以实现节省投资、缩短工期目的。通过在导流洞中间隔布置建造本发明所述结构的消能孔板，利用水流通过孔板环的孔口时突然收缩和突然扩散，形成强烈紊动的剪切流进行洞内消能；同时，解决了环形孔缘下游空化空蚀问题；沿环形孔缘的缘边扣合有由铬系白口铸铁制成的衬套环， 并将衬套环设置成由多块孔缘衬套组合而成，不仅大大提高了孔缘处耐冲蚀磨、损破坏能力，同时，当衬套环局部损坏时，可通过螺栓将单块孔缘衬套卸下更换，也方便了衬套环的安装。
图1是本发明所述孔板环布置于泄洪洞的结构示意图。图2是图1的A-A向剖面示意图。图3是图1的H部放大图。图4是图3的I部放大图。图5是图4的B-B向示意图。
具体实施例方式如图1-5所示，本发明所述泄洪洞消能孔板环的布置、建造方法，包括下述步骤 第一步、孔板环的布置
在隧洞1内自上游到下游间隔布置多个混凝土结构的孔板环2 ；所述孔板环2与隧洞1 混凝土衬砌现浇在一起； 第二步、孔板环的建造
所述孔板环2内环面中部为环形孔缘3结构，所述环形孔缘3的内径d与隧洞1的洞径D之比在0. 6-0. 75之间选择；在位于环形孔缘3外径的顶部和底部沿轴向分别开设排气孔4和排水孔5 ；所述环形孔缘3的截面形状由直角梯形和直角三角形组成；所述直角梯形的顶边与所述直角三角形的一直角边衔接，直角梯形的斜边与直角三角形的另一直角边衔接，直角梯形的斜边和与其相衔接的直角三角形直角边所构成的环面6朝着隧洞1上游设置；直角三角形的顶角为过渡弧线7，该过渡弧线7所构成的环形弧面即为环形孔缘3的内环面；直角梯形顶边的宽度L与环形孔缘3的内径d之比为0. 19-0. 2 ；直角三角形的斜边与环形孔缘3的中心轴线之间的夹角a为观° -31°，即构成环形孔缘3的内削角； 第三步、环形孔缘的防冲蚀处理
沿环形孔缘3的弧面缘边扣合由铬系白口铸铁制成的衬套环，所述衬套环的内、外环面与所述弧面缘边的弧度相一致。所述间隔布置的孔板环2的环形孔缘3的直径自隧洞1上游到下游逐渐变大，相邻环形孔缘3的直径差在0. 02m-0. : 之间选择。所述衬套环由多块孔缘衬套8组合而成； 在将每四块孔缘衬套8的两端分别通过螺栓9固定在一块钢板10上之前，首先在每块钢板 10背面预先焊上固定钢筋11，并将每块钢板10沿环形孔缘3排列定位后，将固定钢筋11与环形孔缘3的受力钢筋焊接固定；然后在孔缘衬套8与环形孔缘3之间、相邻孔缘衬套8之间用环氧砂浆12填缝粘结，最后，通过螺栓9将孔缘衬套8的两端固定在钢板10上即可。
权利要求
1.一种泄洪洞消能孔板环的布置、建造方法，其特征在于包括下述步骤第一步、孔板环的布置在隧洞(1)内自上游到下游间隔布置多个混凝土结构的孔板环(2);所述孔板环(2)与隧洞(1)混凝土衬砌现浇在一起；第二步、孔板环的建造所述孔板环(2)内环面中部为环形孔缘(3)结构，所述环形孔缘(3)的内径(d)与隧洞 (1)的洞径(D)之比在0. 6-0. 75之间选择；在位于环形孔缘(3)外径的顶部和底部沿轴向分别开设排气孔(4)和排水孔(5);所述环形孔缘(3)的截面形状由直角梯形和直角三角形组成；所述直角梯形的顶边与所述直角三角形的一直角边衔接，直角梯形的斜边与直角三角形的另一直角边衔接，直角梯形的斜边和与其相衔接的直角三角形直角边所构成的环面 (6)朝着隧洞(1)上游设置；直角三角形的顶角为过渡弧线(7)，该过渡弧线(7)所构成的环形弧面即为环形孔缘(3)的内环面；直角梯形顶边的宽度(L)与环形孔缘(3)的内径(d)之比为0.19-0. 2;直角三角形的斜边与环形孔缘(3)的中心轴线之间的夹角a为观° -31°， 即构成环形孔缘(3)的内削角；第三步、环形孔缘的防冲蚀处理沿环形孔缘(3)的弧面缘边扣合由铬系白口铸铁制成的衬套环，所述衬套环的内、外环面与所述弧面缘边的弧度相一致。
2.根据权利要求1所述的泄洪洞消能孔板环的布置、建造方法，其特征在于所述间隔布置的孔板环(2)的环形孔缘(3)的直径自上游到下游逐渐变大，相邻环形孔缘(3)的直径差为0. 02m-0. 3m之间。
3.根据权利要求1或2所述的泄洪洞消能孔板环的布置、建造方法，其特征在于所述衬套环由多块孔缘衬套(8)组合而成；将每四块孔缘衬套(8)的两端分别通过螺栓(9)固定在一块钢板(10)上，在钢板(10)背面预先焊上固定钢筋(11)，将每块钢板(10)沿环形孔缘 (3)排列定位后，将固定钢筋(11)与环形孔缘(3)受力钢筋焊接固定；然后在孔缘衬套(8) 与环形孔缘(3)之间、相邻孔缘衬套(8)之间用环氧砂浆(12)填缝粘结。
全文摘要
本发明公开了一种泄洪洞消能孔板环的布置、建造方法，一、在隧洞内自上游到下游间隔布置多个孔板环；二、孔板环内环面中部为环形孔缘结构，在位于环形孔缘外径的顶部和底部沿轴向分别开设排气孔和排水孔；环形孔缘的截面形状由直角梯形和直角三角形组成；直角梯形的斜边和与其相衔接的直角三角形直角边所构成的环面朝着隧洞上游设置；直角三角形的顶角为过渡弧线，该过渡弧线所构成的环形弧面即为环形孔缘的内环面；直角三角形的斜边与环形孔缘的中心轴线之间的夹角构成环形孔缘的内削角；三、沿环形孔缘的弧面缘边扣合衬套环。本发明优点在于将施工期临时泄洪的导流洞改建为永久泄洪洞，以实现节省投资、缩短工期目的。
文档编号E02B8/06GK102518091SQ20121000727
公开日2012年6月27日 申请日期2012年1月11日 优先权日2012年1月11日
发明者于立新, 刘宗仁, 刘庆亮, 史海英, 孟旭央, 张晓瑞, 陈军芳 申请人:黄河勘测规划设计有限公司