高山峡谷地区水电站沟水处理用排水洞结构的制作方法

本实用新型属于水利水电工程技术领域，具体涉及一种高山峡谷地区水电站沟水处理用排水洞结构。

背景技术：

高山峡谷地区建设水电站工程时，当临近挡水坝处有支流沟谷汇入时，考虑水能利用和便于进水口或泄洪洞进口的布置，一般情况下，坝址选在沟谷下游侧；这样布置后，在挡水坝施工期，沟谷与主江的汇合口就位于挡水坝施工基坑内。由于近坝区可利用的施工场地极少，而工程建设中有大量的弃渣需要堆存，根据水土保持规范要求，两岸谷坡陡峻的工程，建筑物开挖出渣应严格遵循弃渣集中堆放原则，随挖随运，及时将工程开挖产生的土石弃渣运往规划渣场集中堆放，严禁直接将土石弃渣推至坡下甚至直接入河，以避免对生态环境造成不利影响；因此，类似工程常利用坝址上游侧的支流沟谷作为弃渣场。

高山峡谷地区的支流沟谷多为常年流水、切割较深且纵坡较大，一旦大量堆渣，必将沟谷全部截断；填渣后还需在渣场顶部布置后续主体工程施工所需的各类施工临建设施。受沟谷纵坡较大、堆渣容量要求及蓄水水位等因素影响，沟谷内布置的大部分临建设施及弃渣所形成的场地多数位于库水位以上，形成永久渣场；因此，在此类沟谷利用前，需对沟谷进行沟水处理，沟水处理方式多采用永久挡水坝+永久排水洞，即现有沟水处理工程为永久性水工建筑物。

永久排水洞进水口布置受沟谷利用范围和沟水处理挡水坝位置限制，一般情况下永久排水洞较长，施工工期也较长，永久排水洞自身的开挖弃渣也较多，因此，按常规考虑待永久排水洞完工通水后，再在沟谷内堆放弃渣，将直接影响场内其他前期工程的施工进度，主要包括场内公路、隧道、桥梁、变电站、水厂、生活营地及施工场地平整等；并且，永久排水洞自身的开挖弃渣的堆存也是一个难题。另外，支流沟谷与主江的汇合口位于挡水坝施工基坑内，永久沟水处理工程投入使用后，永久挡水坝以下至汇合口的降雨汇水仍将流入挡水坝基坑内，这将大大增加挡水坝基坑内的经常性排水强度和排水费用。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种便于开挖弃渣及时堆存以保证水电站工程施工进度的高山峡谷地区水电站沟水处理用排水洞结构。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：高山峡谷地区水电站沟水处理用排水洞结构，包括永久挡水坝和永久排水洞，所述永久挡水坝设置在支流沟谷上，所述永久排水洞设置在山体内，且永久排水洞的进水口设于永久挡水坝上游侧的支流沟谷内；还包括临时挡水坝、永临排水结合洞、永临排水联系洞和临时排水洞进口段；所述临时挡水坝设置在永久挡水坝下游侧的支流沟谷上，所述永久排水洞的出水口位于临时挡水坝的上游侧；所述永临排水结合洞设置在山体内，永临排水结合洞的进水口通过永临排水联系洞与永久排水洞的出水口连接，永临排水结合洞的出水口与主江连通；所述临时排水洞进口段设置在山体内，临时排水洞进口段的进水口设于永久挡水坝与临时挡水坝之间的支流沟谷内，临时排水洞进口段的出水口与永临排水结合洞的进水口相连接。

进一步的是，所述永久排水洞出水口处的山体内设置有涡室，所述涡室正下方的山体内设置有漩流井，所述漩流井将永久排水洞的出水口与永临排水联系洞连接在一起。

进一步的是，所述山体内还设置有与涡室连通的涡室施工支洞。

进一步的是，所述涡室施工支洞内设置有临时封堵体。

进一步的是，所述永临排水联系洞包括联系洞先行施工段，永临排水联系洞通过联系洞先行施工段与永临排水结合洞的进水口连接。

进一步的是，所述主江上设置有水电站挡水围堰，所述水电站挡水围堰位于支流沟谷的上游侧，所述永临排水结合洞的出水口位于水电站挡水围堰的上游侧。

本实用新型的有益效果是：通过在支流沟谷上填筑临时挡水坝，并设置永临排水结合洞、永临排水联系洞和临时排水洞进口段，在满足对支流沟谷的沟水进行有效处理的前提下，能够快速截断支流沟谷并在临时挡水坝至支流沟谷的沟口段形成前期堆渣场地，快速解决高山峡谷地区水电站工程前期无施工弃渣场地可利用的难题，使工程建设满足弃渣随挖随运，及时将工程开挖产生的土石弃渣运往规划渣场集中堆放的水土保持规范要求，保证水电工程从前期工程动工开始，就严格避免水土流失，避免对生态环境造成不利影响。通过使永临排水结合洞的出水口位于水电站挡水围堰的上游侧，能够大大减少施工期水电站挡水围堰基坑内汇水量，进而减少了基坑经常性排水强度和排水费用。

附图说明

图1是本实用新型的实施结构示意图；

图2是本实用新型中漩流井的剖面结构示意图；

图中标记为：主江10、支流沟谷11、水电站挡水围堰12、永久挡水坝20、永久排水洞30、涡室31、漩流井32、涡室施工支洞33、临时封堵体34、临时挡水坝40、永临排水结合洞50、永临排水联系洞60、联系洞先行施工段61、临时排水洞进口段70；

图1中箭头方向表示水流方向。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，高山峡谷地区水电站沟水处理用排水洞结构，包括永久挡水坝20、永久排水洞30、临时挡水坝40、永临排水结合洞50、永临排水联系洞60和临时排水洞进口段70；永久挡水坝20设置在支流沟谷11上，永久排水洞30设置在山体内，且永久排水洞30的进水口设于永久挡水坝20上游侧的支流沟谷11内；临时挡水坝40设置在永久挡水坝20下游侧的支流沟谷11上，永久排水洞30的出水口位于临时挡水坝40的上游侧；永临排水结合洞50设置在山体内，永临排水结合洞50的进水口通过永临排水联系洞60与永久排水洞30的出水口连接，永临排水结合洞50的出水口与主江10连通；临时排水洞进口段70设置在山体内，临时排水洞进口段70的进水口设于永久挡水坝20与临时挡水坝40之间的支流沟谷11内，临时排水洞进口段70的出水口与永临排水结合洞50的进水口相连接。

本实用新型所提供的高山峡谷地区水电站沟水处理用排水洞结构主要针对高山峡谷地区、前期无施工弃渣场地可利用的水电站工程，通过在支流沟谷11上填筑临时挡水坝40，并合理设置永临排水结合洞50、永临排水联系洞60和临时排水洞进口段70，在满足对支流沟谷11的沟水进行有效处理的前提下，能够快速截断支流沟谷11并在临时挡水坝40至支流沟谷11的沟口段形成前期堆渣场地，便于水电站工程施工前期产生的开挖弃渣及时堆存，以保证水电站场内其他前期工程的施工进度。

其中，永临排水结合洞50和临时排水洞进口段70的长度通常根据前期弃渣需要进行设计，长度一般较短，两者长度之和通常远小于现有永久排水洞的长度；永临排水结合洞50和临时排水洞进口段70的纵坡可根据地形和施工要求进行布置，一般控制在10％以内，优选为7.5％；布置上尽可能靠近支流沟谷11的沟边，这样能够方便布置临时排水洞的施工支洞，可以达到快速施工、快速投入使用的目的。

水电站前期工程开工即可先行施工永临排水结合洞50和临时排水洞进口段70，为加快施工工期，可在待开挖永临排水结合洞50的适当山体位置与支流沟谷11之间增加一条施工支洞，则施工永临排水结合洞50和临时排水洞进口段70就可形成四个工作面同时施工，施工进度大大加快；由于永临排水结合洞50和临时排水洞进口段70的洞长较短，开挖弃渣较少，在枯水期临时做好保护措施时，开挖弃渣可沿支流沟谷11侧部相对平缓地带临时堆存，临时堆存的开挖弃渣既可用于加工排水洞所需衬砌混凝土骨料，又可在永临排水结合洞50和临时排水洞进口段70完工后，作为施工临时挡水坝40的填筑料；如此，可快速完成前期施工，在临时挡水坝40下游至支流沟谷11的沟口段快速形成前期堆渣场地，以利于水电站工程建设前期开挖弃渣的堆存。前期堆渣场地的堆渣容量根据整个水电站前期工程施工进度和场内弃渣量计算而得，即在永久挡水坝20、永久排水洞30和永临排水联系洞60完工前所需的弃渣容量。

临时排水洞进口段70同时可兼作永临排水联系洞60的施工支洞；临时排水洞进口段70一般不需要封堵，原因有三：一是有顺河向纵坡，永临排水结合洞50和永临排水联系洞60的回水不会从这里倒灌至支流沟谷11内；二是可以作为永临排水结合洞50和永临排水联系洞60的检修通道；三是可利用其与永临排水结合洞50来排泄永久挡水坝20与临时挡水坝40之间的降雨汇水，这样就能够进一步减少下游水电站挡水围堰基坑内的经常性排水强度，节约基坑排水费用。

优选的，如图2所示，永久排水洞30出水口处的山体内设置有涡室31，涡室31正下方的山体内设置有漩流井32，漩流井32将永久排水洞30的出水口与永临排水联系洞60连接在一起。通常永久排水洞30的出水口与漩流井32的上部连通，永临排水联系洞60利用其进水口与漩流井32的下部连通。漩流井32的高度，可根据永久排水洞30和永临排水联系洞60的布置情况及其纵坡进行调整，一级竖井最大高度不宜超过140m。

为了便于永久排水洞30及涡室31和漩流井32的施工，通常在山体内还设置有与涡室31连通的涡室施工支洞33。涡室施工支洞33还可以兼作通气洞和备用高出水口。

为避免导流水体进入涡室施工支洞33中，在涡室施工支洞33内一般设置有临时封堵体34。如图2所示，临时封堵体34通常设置在涡室施工支洞33与永久排水洞30靠近的一端内。临时封堵体34为可拆卸结构，一旦永久运行时漩流井32、永临排水结合洞50和/或永临排水联系洞60出现故障时，可将临时封堵体34拆除，使涡室施工支洞33作为备用出水口；在临时封堵体34的上部设置有通气孔，通气孔能够为涡室31和漩流井32泄流时补气。

优选的，永临排水联系洞60包括联系洞先行施工段61，永临排水联系洞60通过联系洞先行施工段61与永临排水结合洞50的进水口连接。联系洞先行施工段61通常与永临排水结合洞50一起施工，以便于在永临排水结合洞50和临时排水洞进口段70过流时，不影响后续永临排水联系洞60的施工。联系洞先行施工段61的长度，以洞内回水不影响后续施工为准，回水高度可根据设计流量及永临排水联系洞60的纵坡，按平均回水高度进行确定。

具体的，再如图1所示，主江10上设置有水电站挡水围堰12，水电站挡水围堰12位于支流沟谷11的上游侧，永临排水结合洞50的出水口位于水电站挡水围堰12的上游侧。

施工期水电站挡水围堰12基坑内经常性排水的水源主要来自于汇水区域内的降雨，通过使永临排水结合洞50的出水口位于水电站挡水围堰12的上游侧，再通过设置的临时排水洞进口段70和临时挡水坝40，就可以排泄永久挡水坝20与临时挡水坝40之间的降雨汇水，大大减少施工期水电站挡水围堰12基坑内的汇水量，减少了基坑经常性排水强度和排水费用。

用于施工任意一种上述的高山峡谷地区水电站沟水处理用排水洞结构的施工方法，包括下列步骤：

步骤一，沿支流沟谷11在山体内施工彼此连通的永临排水结合洞50和临时排水洞进口段70，使永临排水结合洞50的出水口与主江10连通，并使临时排水洞进口段70的进水口处于支流沟谷11内；该步骤中施工产生的开挖弃渣通常沿支流沟谷11侧部相对平缓地带临时堆存；

步骤二，在临时排水洞进口段70进水口下游侧的支流沟谷11上填筑临时挡水坝40，截断支流沟谷11并在临时挡水坝40至支流沟谷11的沟口段形成前期堆渣场地；永久渣场形成之前，施工水电站建筑物产生的开挖弃渣堆存在前期堆渣场地中；

步骤三，在山体内施工永久排水洞30和永临排水联系洞60，使永久排水洞30的进水口处于临时挡水坝40上游侧的支流沟谷11内，并通过永临排水联系洞60将永临排水结合洞50的进水口与永久排水洞30的出水口连接在一起，开挖弃渣堆存在前期堆渣场地中；该步骤中如想加快施工工期，可在待施工永久排水洞30距支流沟谷11较近的适当山体位置再增加一条施工支洞；在临时挡水坝40上游侧的适当山体位置增加一条施工支洞来施工永临排水联系洞60；

步骤四，在永久排水洞30进水口下游侧的支流沟谷11上填筑永久挡水坝20，截断支流沟谷11并在永久挡水坝20至支流沟谷11的沟口段形成永久渣场，施工水电站建筑物产生的开挖弃渣堆存在永久渣场中；该步骤中可利用堆存在前期堆渣场地中的开挖弃渣填筑永久挡水坝20。

为了便于在永临排水结合洞50和临时排水洞进口段70过流时，不影响后续永临排水联系洞60的施工，步骤一还包括施工永临排水结合洞50的同时施工联系洞先行施工段61，并将联系洞先行施工段61与永临排水结合洞50的进水口连接在一起。

优选的，步骤三还包括在山体内施工涡室施工支洞33，通过永久排水洞30的进水口与涡室施工支洞33对永久排水洞30进行施工；通过涡室施工支洞33在永久排水洞30出水口处的山体内设置有涡室31，从涡室31自上而下施工导向孔，再自下而上采用天井钻机将导向孔扩挖成直径2～3m的导井，最后从涡室31自上而下将导井扩挖至设计断面形成漩流井32。施工过程中，可由永临排水联系洞60及其施工支洞出渣；衬砌可自下而上采用滑模及泵送混凝土的施工。通常，待永久排水洞30、涡室31、漩流井32、涡室施工支洞33和永临排水联系洞60施工完成后，再在涡室施工支洞33的内端处施工临时封堵体34。

永久挡水坝20填筑完成后支流沟谷11内的水流就可从永久排水洞30、涡室31、漩流井32、永临排水联系洞60、永临排水结合洞50排入主江10内，在永久渣场中就可根据施工规划要求填筑大量的工程弃渣，为后续水电站主体工程施工形成施工场地，完美的解决了高山峡谷地区水电站工程前期无施工弃渣场地可利用的难题，使水电站建设满足弃渣集中堆放、不对生态环境造成不利影响的要求。