本发明涉及一种新型进水口竖井,主要应用于高地震区大型引水系统进水口结构,特别是大跨度、围岩较破碎地区。
背景技术:
进水口是引水、泄洪等工程的主要建筑物,进水口竖井是在进口附近的岩体中开挖竖井,井壁衬砌,闸门井设在井的底部,井的顶部布置启闭机机械及操纵室。竖井式进水口的优点是:结构简单,不受风浪和冰作用的影响,稳定性较好;当地形、地质条件适宜时,工程量较小,造价较低。
传统型进水口竖井多为矩形结构,这种结构存在着局限性:当竖井结构跨度较大,围岩整体性较差时,竖井开挖比较困难,且为后期施工留下安全隐患;由于矩形结构的受力特点,在高地震区,尤其跨度较大时,矩形结构需要较大的衬砌厚度,较高的配筋率,相当程度上提高了工程造价,延缓了施工进度。
因此,鉴于目前传统型进水口竖井存在的上述局限性,研究探讨结构更稳定、造价更经济的新型竖井型式已成为进水口设计非常关注的问题。
技术实现要素:
本发明提供一种抗震型圆筒式进水口竖井,以解决传统型进水口矩形结构竖井存在的开挖困难、延缓施工进度、抗震性不好的问题。
本发明采取的技术方案是:底部是竖井井座,圆筒型竖井井身与竖井井座固定连接,井内隔墙将圆筒型竖井井身内部平分成两部分,检修门槽和事故门槽分别位于圆筒型竖井井身内部的两部分中,井壁锚喷支护与竖井井身外部周边固定连接,工作平台位于竖井井身最上部。
竖井井座的前部是井前压力洞段。
竖井井座的后部是渐变段。
本发明施工方法包括下列步骤:
第一步,竖井井座布置,根据过流流量,拟定合适的过流面积,一般高水头工程控制流速不超过20m/s,防止出现高速水流空蚀现象,确定过流面积后,按宽高比1:1~1:2确定合理的孔口尺寸,再结合隧洞运行方式,确定工作门的布置型式,根据需要布置事故闸门、检修闸门,闸门孔口顶板高程的确定,应保证满足最小淹没深度,避免形成吸气漩涡,进水口最小淹没深度按下式确定:
式中:
S:进水口最小淹没深度;
C:系数,对称水流取0.55,边界复杂和侧向水流取0.73;
V:闸孔断面流速;
d:闸孔高度;
第二步,竖井井身及井内隔墙布置,根据第一步选定的孔口尺寸、闸门布置型式,确定竖井的内径、隔墙布置,通过计算,选择合理的衬砌及隔墙厚度;
第三步,检修门槽和事故门槽布置,根据闸门型式,设置合适的闸门槽宽度、预埋件布置、二期混凝土尺寸等门槽结构,一般闸门槽取0.6~0.8m,二期混凝土厚度取0.5~0.8m;
第四步,井壁锚喷支护布置,根据井身开挖尺寸、围岩类别选择适当的初期支护型式,确定合理的喷混凝土厚度、钢筋网直径及间距、锚杆深度及密度等支护参数,一般Ⅲ、Ⅳ类围岩大跨度开挖初期支护参数为:喷混凝土厚度10~20cm,锚杆入岩深度3m~5m,锚杆布置间距1.5m~2.5m;
第五步,工作平台布置,根据平台设备布置及空间要求确定工作平台面积,工作平台高程根据特征挡水位加相应安全超高确定,计算公式为:
P=H+△h
式中:
P:竖井工作平台高程;
H:特征挡水位;
△h:相应于特征挡水位的安全超高。
本发明的优点是:
1)圆型开挖断面,有利于围岩稳定,对山体地质条件要求低;
2)圆筒形混凝土结构,施工工艺成熟便利;
3)圆筒式结构受力条件好,承载能力强,抗震性能好;
4)圆筒形竖井结构减小衬砌厚度,配筋较少,可有效缩短工期,节约工程投资。
5)应用范围广,既适用于高原地区,又适用平原山区,既适用于高地震区,又适用高水头、大跨度、围岩破碎区;
6)适用条件:本发明主要适用于高水头地区(水头≥70m),高地震地区(设计烈度≥7度)、围岩类别Ⅲ类以下地区。
本发明结构新颖,施工便利,适用范围广,提高了工程安全性,节约了工程造价,具有很好的应用前景。
附图说明
图1是本发明的结构示意图;
图2是本发明的A-A剖视图;
图3是本发明的B-B剖视图;
图4是本发明的C-C剖视图。
具体实施方式
底部是竖井井座1,圆筒型竖井井身2与竖井井座1固定连接,井内隔墙3将圆筒型竖井井身内部平分成两部分,检修门槽4和事故门槽5分别位于圆筒型竖井井身内部的两部分中,井壁锚喷支护6与竖井井身外部周边固定连接,工作平台7位于竖井井身最上部。
竖井井座1的前部是井前压力洞段8。
竖井井座1的后部是渐变段9。
本发明施工方法包括下列步骤:
第一步,竖井井座1布置,根据过流流量,拟定合适的过流面积,一般高水头工程控制流速不超过20m/s,防止出现高速水流空蚀现象,确定过流面积后,按宽高比1:1~1:2确定合理的孔口尺寸,再结合隧洞运行方式,确定工作门的布置型式,根据需要布置事故闸门、检修闸门,闸门孔口顶板高程的确定,应保证满足最小淹没深度,避免形成吸气漩涡,进水口最小淹没深度按下式确定:
式中:
S:进水口最小淹没深度;
C:系数,对称水流取0.55,边界复杂和侧向水流取0.73;
V:闸孔断面流速;
d:闸孔高度;
第二步,竖井井身2及井内隔墙3布置,根据第一步选定的孔口尺寸、闸门布置型式,确定竖井的内径、隔墙布置,通过计算,选择合理的衬砌及隔墙厚度;
第三步,检修门槽4和事故门槽5布置,根据闸门型式,设置合适的闸门槽宽度、预埋件布置、二期混凝土尺寸等门槽结构,一般闸门槽取0.6~0.8m,二期混凝土厚度取0.5~0.8m;
第四步,井壁锚喷支护6布置,根据井身开挖尺寸、围岩类别选择适当的初期支护型式,确定合理的喷混凝土厚度、钢筋网直径及间距、锚杆深度及密度等支护参数,一般Ⅲ、Ⅳ类围岩大跨度开挖初期支护参数为:喷混凝土厚度10~20cm,锚杆入岩深度3m~5m,锚杆布置间距1.5m~2.5m;
第五步,工作平台7布置,根据平台设备布置及空间要求确定工作平台面积,工作平台高程根据特征挡水位加相应安全超高确定,计算公式为:
P=H+△h
式中:
P:竖井工作平台高程;
H:特征挡水位;
△h:相应于特征挡水位的安全超高。