一种低层导流洞挡水结构及封堵方法与流程

本发明具体涉及水利水电工程技术领域，尤其涉及一种低层导流洞挡水结构及封堵方法。

背景技术：

高坝大库工程由于水头高、工期长达数年，需要根据大坝填筑高程、导流度汛要求、下闸蓄水计划等分层设置导流洞。低层导流洞的封堵一般伴随着工程下闸蓄水并提前投产发电。此时，往往需要在中层单独布置一条导流洞，调节下闸蓄水期的库水位，使其既能满足低层导流洞封堵水头和工期要求，又能满足水库蓄水发电和下放生态流量的需要。为满足以上需求，简化下闸蓄水程序，取消单独设置的中层导流洞，减少工程投资，需要采用分级挡水的布置形式，使其具备承受更高挡水水头的能力。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种低层导流洞挡水结构及封堵方法。

本发明是通过如下技术方案予以实现的。

本发明提供了一种低层导流洞挡水结构及封堵方法，所述低层导流洞挡水结构包括隧洞和平压单元，沿着所述隧洞以内水流流向，按照适当间距在所述隧洞之上依次布置有挡水单元、放水单元，其中，位于所述放水单元上游的隧洞为有压段a，位于所述放水单元下游的隧洞为无压段，位于所述有压段a与无压段之间的隧洞为有压段b，所述挡水单元包括沿着所述隧洞以内水流流向按照适当间距并列布置的n个挡水闸门装置，n为自然数，每个挡水闸门装置均包括并列布置的检修闸井和工作闸井，所述放水单元包括沿着所述隧洞以内水流流向按照适当间距并列布置的事故闸井和放水闸室，所述检修闸井、工作闸井、事故闸井井和放水闸室以内分别配置有可导通或阻断所述隧洞以内水流的检修闸门、工作闸门、事故闸门和放水闸门，所述平压单元包括平压主管，所述平压主管之上连接有第一支管和第二支管，所述第一支管与所述检修闸井连通，所述第二支管与所述工作闸井连通，所述无压段以内设置有堵头。

所述放水闸门为弧形闸门。

所述检修闸门、工作闸门和事故闸门均为平板闸门。

定义所述有压段a水头为h0，所述挡水闸门装置数量为n，所述有压段b断面直径为d，各级挡水闸门装置承受水头为δh，当各级挡水闸门装置按照等水推力原则设计时，则h0、δh、d之间满足以下关系式：

定义所述有压段a水头为h0，所述挡水闸门装置数量为n，所述有压段b断面直径为d，各级挡水闸门装置承受水头为hi，其中，i＝1，2，3，…，n，当各级挡水闸门装置按照不等水推力原则设计时，则h0、hi、d之间满足以下关系式：

h0＝h1+h2+...hn+d。

所述隧洞数量为多条，并且各条隧洞分别布置于不同的高程，其中，沿着隧洞以内水流方向，每条隧洞之间上均按照适当间距并列布置有挡水单元、放水单元，所述挡水单元包括沿着所述隧洞以内水流方向按照适当间距并列布置的n级挡水闸门装置，所述放水单元包括沿着所述隧洞以内水流流向按照适当间距并列布置的事故闸井和放水闸室，沿着所述隧洞高程由高至低的顺序，各级挡水单元以内所包含的挡水闸门装置的数量逐级递增，定义所述隧洞数量为k，各条隧洞之上所述有压段a水头为hj其中，j＝1，2，…，k，所述有压段b断面直径为d，则hk、d之间满足以下关系式：

hj-hj-1＝d。

沿着所述隧洞以内水流流向，自第2个挡水闸门装置起，每个挡水闸门装置以内的检修闸井与工作闸井还通过连通管连通。

沿着所述隧洞以内水流流向，自第2个挡水闸门装置起，每个挡水闸门装置以内的工作闸井还通过排水通道a与下一个挡水闸门装置以内的检修闸井连通，最后一个挡水闸门装置以内的工作闸井依次通过溢流通道b、平压竖井与所述有压段a连通，所述溢流通道b、平压竖井汇交连接处还通过溢流通道c与所述无压段连通，所述平压主管还将最后一个挡水闸门装置以内的工作闸井与平压竖井连通，每个排水通道a布置高度均与其连接的挡水闸门装置控制水位高程一致，溢流通道b布置高度与所述放水闸门控制水位高程一致，溢流通道c布置高度与所述放水闸门控制水位高程一致，溢流通道c末端与所述堵头设置位置相接近，所述事故闸井以内还设置有充水管，溢流通道c通过充水管与所述有压段a连通。

所述事故闸井以内还埋设有通气管，通气管一端与所述有压段a连通，通气管另外一端向上延伸至所述放水闸室控制水位高程以上。

所述隧洞可以设置为多层，每层隧洞之上均设置有如前所述放水单元、平压单元和挡水单元。

以所述各层隧洞布置高度为参照量，按照由高自低的方向，各层隧洞之上设置的挡水单元所包含的挡水闸门装置的数量逐层递增。

此外，本发明还提供了一种低层导流洞封堵方法，包括使用所述低层导流洞封堵结构进行以下步骤：

步骤一：通过所述放水闸门截断所述隧洞以内水流；

步骤二：待水位上升至与所述溢流通道c齐平时，关闭第n个挡水闸门装置以内的工作闸井；

步骤三：待水位上升至与溢流通道b齐平时，关闭第n-1个挡水闸门装置以内的工作闸井；

步骤四：待水位上升至与第n-1个挡水闸门装置连接的溢流通道a齐平时，关闭第n-2个挡水闸门装置以内的工作闸井；

步骤五：重复步骤四，直至关闭所有挡水单元以内所有挡水闸门装置的工作闸井；

步骤六：通过所述堵头封堵所述无压段。

本发明的有益效果在于：采用本发明的技术方案，通过各级挡水闸门装置分担来自于隧洞上游的总水头，减轻了各级挡水闸门装置的承受的水压力，保证了整个挡水结构的运行安全，使整个挡水结构具备承受更高上游总水头的能力，并通过相应的封堵方法，便于通过整个挡水结构进行蓄水操作，特别是在汛期，水库低水位运行时还可以参与到下一期的联合导流度汛中去。以减少后期导流措施和建筑物的压力，为蓄水操作提供了方便，并且保证了操作安全。该发明不仅省去了低层导流洞封堵需要增加辅助导流洞降低封堵水头的工程措施和投资，也可以在工程施工过程中在全高程或者分层布置的导流洞中单独或组合使用，提供多种灵活的导流及封堵方案，满足各种工况下各个时段的导流及封堵要求，简化了导流洞封堵程序，具有很好的推广应用价值。

附图说明

图1是本发明的主视图；

图2是本发明的俯视图。

图中：1-隧洞，2-放水单元，3-平压单元，4-挡水单元，5-堵头，101-有压段a，102-无压段，103-有压段，201-放水闸门，202-事故闸门，203-事故闸井，205-放水闸室，207-通气管，208-充水管，301-平压主管，302-连通管，303-排水通道a，304-溢流通道b，305-溢流通道c，307-平压竖井，401-工作闸门，402-检修闸门，403-工作闸井，404-检修闸井。

具体实施方式

下面结合附图进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。

本发明的一种低层导流洞挡水结构及封堵方法，如图1、图2所示，包括隧洞1和平压单元3，沿着隧洞1以内水流流向，按照适当间距在隧洞1之上依次布置有挡水单元4、放水单元2，其中，位于放水单元2上游的隧洞1为有压段101，位于放水单元2下游的隧洞1为无压段102，挡水单元4包括沿着隧洞1以内水流流向按照适当间距并列布置的n个挡水闸门装置，n为自然数，每个挡水闸门装置均包括并列布置的检修闸井404和工作闸井403，放水单元2包括沿着隧洞1以内水流流向按照适当间距并列布置的事故闸井和放水闸室205，检修闸井404、工作闸井403、事故闸井和放水闸室205以内分别配置有可导通或阻断隧洞1以内水流的检修闸门402、工作闸门401、事故闸门202和放水闸门201，平压单元3包括平压主管301，平压主管301之上连接有第一支管和第二支管，第一支管与检修闸井404连通，第二支管与工作闸井403连通，无压段102以内设置有堵头5。

采用本发明的技术方案，通过各级挡水闸门装置分担来自于隧洞上游的总水头，减轻了各级挡水闸门装置的承受压力，保证了整个挡水结构的运行安全，使整个挡水结构具备成熟更高上游总水头的能力，并通过相应的封堵方法，便于通过整个挡水结构进行蓄水操作，特别是在汛期，水库低水位运行时还可以参与到下一期的联合导流度汛中去。以减少后期导流措施和建筑物的压力，为蓄水操作提供了方便，并且保证了操作安全。

进一步地，放水闸门201为弧形闸门。检修闸门402、工作闸门401和事故闸门202均为平板闸门。采用该技术方案，降低了闸门的制作成本，方便了施工，并且优选放水闸门201、检修闸门402、工作闸门401和事故闸门202分别采用相对独立工作的动力设备进行驱动，以便于控制，避免相互之间产生干扰。

进一步地，设挡水单元4承受的总水头为h0，第i级挡水闸门装置控制水位高程为hi，其中，i＝1,2,…,n，则h0、hi与挡水闸门装置的数量n之间满足以下关系式：

采用该技术方案，使来自于隧洞上游的总水头被各级挡水闸门装置逐级分担，从而减轻了各级挡水闸门装置的压力，保证了整个挡水结构的运行安全，进一步地方，优选挡水单元4以内第一级挡水闸门装置以内的检修闸门402、工作闸门401的设计挡水能力最大，并且挡水单元4以内的各个检修闸门402、工作闸门401的挡水能力在设计施工时预留适当的裕度。

进一步地，隧洞1以内水流流向，自第2个挡水闸门装置起，每个挡水闸门装置以内的检修闸井404与工作闸井403还通过连通管302连通。平压单元3主要用于给整个挡水结构进行充水平压，保证整个结构的水压平衡。

沿着隧洞1以内水流流向，自第2个挡水闸门装置起，每个挡水闸门装置以内的工作闸井403还通过排水通道a303与下一个挡水闸门装置以内的检修闸井402连通，最后一个挡水闸门装置以内的工作闸井403依次通过溢流通道b304、平压竖井307与有压段101连通，溢流通道b304、平压竖井307汇交连接处还通过溢流通道c305与无压段201连通，平压主管301还将最后一个挡水闸门装置以内的工作闸井403与平压竖井307连通，每个排水通道a303布置高度均与下一个挡水闸门装置控制水位高程一致，溢流通道b304布置高度与事故闸门装置控制水位高程一致，溢流通道c305布置高度与放水闸室205控制水位高程一致，溢流通道c305末端与堵头5设置位置相接近，事故闸井203以内还设置有充水管208，溢流通道c305通过充水管208与有压段101连通。采用该技术方案，由于溢流通道c305末端与堵头5设置位置相接近，使得溢流通道c305可连接至堵头5下游单独封堵，或者从堵头5中穿管引流之后进行封堵。

优选事故闸井203以内还埋设有通气管207，通气管207一端与有压段101连通，通气管207另外一端向上延伸至放水闸室205控制水位高程以上。

此外，隧洞1可以设置为多层，每层隧洞1之上均设置有如权利要求1至7任一项放水单元2、平压单元3和挡水单元4。以各层隧洞1布置高度为参照量，按照由高自低的方向，各层隧洞1之上设置的挡水单元4所包含的挡水闸门装置的数量逐层递增。各层隧洞1的布置高程由导流要求确定。

此外，本发明还提供了一种低层导流洞封堵方法，包括使用前述低层导流洞封堵结构进行以下步骤：

步骤一：通过放水闸门201截断隧洞1以内水流；

步骤二：待水位上升至与溢流通道c305齐平时，关闭第n个挡水闸门装置以内的工作闸井403；

步骤三：待水位上升至与溢流通道b304齐平时，关闭第n-1个挡水闸门装置以内的工作闸井403；

步骤四：待水位上升至与第n-1个挡水闸门装置连接的溢流通道a303齐平时，关闭第n-2个挡水闸门装置以内的工作闸井403；

步骤五：重复步骤四，直至关闭所有挡水单元4以内所有挡水闸门装置的工作闸井403；

步骤六：通过堵头5封堵无压段102。

本申请的技术方案由中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司投入实施应用，在实施中，受贵州省科技支撑计划科技项目黔科合支撑[2017]2865的资助、中国电建科研项目dj-zdxm-2017-05的资助，在实施后，取得了上述有益的技术效果，同时社会效益良好。