用于降低泄水建筑物外水压力的排水结构的制作方法

本实用新型涉及一种用于降低泄水建筑物外水压力的排水结构，属于泄水建筑物的洞身结构技术领域，尤其适用于泄水建筑物位于水库内洞身段。

背景技术：

随着国家对水电清洁能源的需求，修建大量的高坝，利用水头进行发电，对于建设在高山峡谷区域的高坝大库水电工程，为满足枢纽运行安全，一般需要专门设置泄洪及放空等泄水建筑物。为尽量简化泄水建筑物结构，一般优先利用微凸地形布置“一坡到底”的泄水建筑物。

由于地形及枢纽布置限制，泄水建筑物洞身有很长一部分会采用地下结构或者全程采用地下结构，埋设于基岩内，相应地，地下渗透水则会在洞身外部产生外水压力，影响洞身结构安全，常见的泄水建筑物的平面布置结构可参见图1，泄水建筑物洞身有很长一部分会位于水库内的基岩内，后期水库正常运行且不泄洪时，位于水库内的洞段(高外水段)的洞身将承受很大的外水压力，此外水压力对泄水建筑物洞身结构稳定起决定性作用。为确保高外水段洞身结构稳定，一般采取洞身布设排水孔和加厚洞身衬砌的方式。由于泄水建筑物洞身段一般为高流速段，为了避免后期运行时洞身发生空蚀空化破坏，泄水建筑物过流面必须保持平整，因此泄水建筑物洞身段底板和边墙设计水面线以下部分不能布置排水孔，仅能在洞顶布置排水孔，这样可以降低洞身段顶拱以上一定的外水压力，但由于降低的幅度有限，仍然需要加厚洞身衬砌才可以确保洞身结构稳定。

现有技术的主要缺点如下：

1、通过增加高外水段无压洞段洞身衬砌厚度的方法虽然可以保证处于库内的洞身结构稳定，但是加厚衬砌后隧洞开挖和洞身混凝土衬砌工程量增加较多，对工程投资不利。

2、在高外水段无压段洞身顶拱布置排水孔，一定程度上降低了处于库内高外水段洞身外水压力，但是由于仅在顶拱布置排水孔，高外水段洞身边墙外侧外水压力降低幅度有限，仍然需要加厚洞身衬砌才能满足洞身结构稳定，洞身工程量仍然相对较大。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种用于降低泄水建筑物外水压力的排水结构，使得洞身外侧外水压力的降低幅度更大，从而减少洞身工程量。

为解决上述技术问题本实用新型所采用的技术方案是：用于降低泄水建筑物外水压力的排水结构，包括泄水建筑物，泄水建筑物至少具有部分节段布设于基岩内，布设于基岩内的这部分节段泄水建筑物在顶部设置有排水孔，排水孔连通泄水建筑物的内腔和外侧空间，排水孔的出水端底部在泄水建筑物内腔的高程高于泄水建筑物的设计水位线，布设于基岩内的这部分节段泄水建筑物在底部设置有透水管，透水管布设于泄水建筑物的外侧，透水管的管身具有渗水进水孔，透水管的出水端连通至泄水建筑物顶部的排水孔。

进一步地是：泄水建筑物的顶部两侧均布置有排水孔，透水管沿着泄水建筑物的外周向呈“u型”分布，沿着透水管的轴线方向布置有多个渗水进水孔，透水管的一端连通至泄水建筑物顶部一侧的排水孔，透水管的另一端连通至泄水建筑物顶部另一侧的排水孔。

进一步地是：透水管采用软式透水管。

进一步地是：泄水建筑物为混凝体结构，软式透水管朝向泄水建筑物的一侧设置有保护套，保护套沿着透水管的轴线方向布置，保护套与基岩固定连接，使得保护套将泄水建筑物的外壁与软式透水管的外壁分隔开。

进一步地是：保护套为镀锌铁皮，保护套两侧通过锚钉与基岩固定连接。

进一步地是：排水孔通过预埋的排水管道形成，排水管道的外端伸入基岩内。

进一步地是：排水孔沿着泄水建筑物的长度方向间隔设置多组，透水管也沿着泄水建筑物的长度方向间隔设置多组，两者的设计间距相同，并布置于泄水建筑物的相同断面上。

进一步地是：泄水建筑物的断面为城门洞型，包括底板、顶拱和位于两侧的边墙，排水孔沿着顶拱的弧线方向间隔布置多个，并且排水孔的轴线均指向顶拱弧线的圆心；在位于泄水建筑物同一断面的多个排水孔中，处于位置最低处的排水孔用于布置透水管的出水端。

进一步地是：对于布置在顶拱位置的排水孔，沿着泄水建筑物的长度方向，相邻两组的排水孔呈交错布置。

进一步地是：位于两侧的边墙顶部也布置有排水孔，排水孔的轴线相对于水平面具有2°至5°的倾斜角，并且排水孔在靠近泄水建筑物内腔的这一端为低处端、靠近基岩的这一端为高处端。

本实用新型的有益效果是：通过在泄水建筑物的底部外侧布置透水管，透水管优选采用“u型”布置的软式透水管，将洞身底板以上高程的高压渗透外水排出，可以有效降低泄水建筑物高外水段洞身底板以上的外水压力，使得泄水建筑物高外水段洞身衬砌厚度最优，结构配筋最少，同时洞身开挖工程量也最小，最大限度的降低工程投资，值得其它类似工程借鉴。

附图说明

图1是现有技术中泄水建筑物的平面布置结构示意图；

图2是本实用新型中泄水建筑物的典型断面示意图；

图3是本实用新型中透水管与排水孔连通位置的局部结构示意图；

图4是本实用新型中透水管敷设时的安装结构示意图；

图中标记：1-泄水建筑物、2-基岩、3-排水孔、4-透水管、5-保护套、6-锚钉、7-泄水建筑物一、8-泄水建筑物二、9-挡水大坝、10-大坝帷幕线、11-高外水段、12-下游河道、13-软式透水管排水口。

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2至图4所示，本实用新型包括泄水建筑物1，泄水建筑物1至少具有部分节段布设于基岩2内，布设于基岩2内的这部分节段泄水建筑物1在顶部设置有排水孔3，排水孔3连通泄水建筑物1的内腔和外侧空间，排水孔3的出水端底部在泄水建筑物1内腔的高程高于泄水建筑物1的设计水位线，布设于基岩2内的这部分节段泄水建筑物1在底部设置有透水管4，透水管4布设于泄水建筑物1的外侧，透水管4的管身具有渗水进水孔，透水管4的出水端连通至泄水建筑物1顶部的排水孔3。通过在泄水建筑物1的底部外侧布置透水管4，将洞身底板以上高程的高压渗透外水排出，可以有效降低泄水建筑物1高外水段洞身底板以上的外水压力。本实用新型的上述排水结构可根据外水压力的分布情况，在洞身的长度方向整体设置，也可以仅在局部设置。

为具有更好的排水效果，透水管4的分布方式优选为：泄水建筑物1的顶部两侧均布置有排水孔3，透水管4沿着泄水建筑物1的外周向呈“u型”分布，沿着透水管4的轴线方向布置有多个渗水进水孔，透水管4的一端连通至泄水建筑物1顶部一侧的排水孔3，透水管4的另一端连通至泄水建筑物1顶部另一侧的排水孔3。

透水管4可以采用硬式管道，例如pvc管，然后在管身开小孔即可。为方便实施，同时提高渗透排水效果，本实用新型中的透水管4采用软式透水管。软式透水管为现有技术中的管材，可参见建材行业标准《软式透水管》(jc937-2004)。由于软式透水管自带渗排水的小孔结构，因此不需要额外开小孔。

泄水建筑物1优选采用混凝体结构，软式透水管朝向泄水建筑物1的一侧设置有保护套5，保护套5沿着透水管4的轴线方向布置，保护套5与基岩2固定连接，使得保护套5将泄水建筑物1的外壁与软式透水管的外壁分隔开。如图4所示，具体实施时，软式透水管在衬砌混凝土浇筑之前安装完成，为了防止衬砌浇筑及灌浆时水泥浆液将软式透水管堵塞，造成后期运行时软式透水管排水不畅，在软式透水管外侧采用保护套5沿其长度方向将软式透水管包起。为使得结构简单可靠，保护套5可选用镀锌铁皮，保护套5两侧通过锚钉6与基岩2固定连接。沿着软式透水管的长度方向，锚钉6间距和镀锌铁皮的厚度可根据实际情况设计，本实施例中锚钉6为每隔0.5m设置一个，镀锌铁皮厚度为1mm。

为防止渗水直接冲刷排水孔3，本实用新型中的排水孔3通过预埋的排水管道形成，排水管道的外端伸入基岩2内。本实施例中排水管道的外端伸入基岩2内的长度为3m。

为方便布置排水结构，同时有效保证渗透外水的排水效果，排水孔3沿着泄水建筑物1的长度方向间隔设置多组，透水管4也沿着泄水建筑物1的长度方向间隔设置多组，两者的设计间距相同，本实施例中该间距均设计为2.5m，并布置于泄水建筑物1的相同断面上。本实施例中，排水孔3的内径为50mm，软式透水管的内径为100mm，为便于连接软式透水管的排水端，排水孔3可在局部设置扩大端头。此外，根据软式透水管的实际布置情况，软式透水管的排水端若具有部分节段伸入泄水建筑物1的混凝土结构内，该部位可采用镀锌铁皮整体包覆，以防止混凝土浇筑时堵塞。

泄水建筑物1的断面优选为城门洞型，包括底板、顶拱和位于两侧的边墙，排水孔3沿着顶拱的弧线方向间隔布置多个，并且排水孔3的轴线均指向顶拱弧线的圆心；在位于泄水建筑物1同一断面的多个排水孔3中，处于位置最低处的排水孔3用于布置透水管4的出水端。对于布置在顶拱位置的排水孔3，沿着泄水建筑物1的长度方向，相邻两组的排水孔3呈交错布置。

为了增强渗水排放效果，本实用新型在位于两侧的边墙顶部也布置有排水孔3，排水孔3的轴线相对于水平面具有2°至5°的倾斜角，本实施例中设计为3°的倾斜角，并且排水孔3在靠近泄水建筑物1内腔的这一端为低处端、靠近基岩2的这一端为高处端。为了保证泄水建筑物1安全运行，洞身设计水面线以上一般要有15％～25％的富余自由空间，因此本实用新型在泄水建筑物1洞身设计水面线以上部分(一般在顶拱和边墙交界的拱脚附近)增设了一排排水孔3，该位置排水孔3的孔径及排距与顶拱位置的排水孔3相同。由于此排水孔3同样位于洞身设计水面线以上，因为不会造成泄水建筑物1洞身表面空蚀空化破坏。