专利名称：泄洪隧洞的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种水利水电工程中高水头、大流量的泄洪建筑物，尤其是涉及一种泄洪隧洞。
背景技术：
泄洪隧洞是水利水电工程中常用的泄洪建筑物。早期的高水头泄洪隧洞的立面布置上通 常采用"龙抬头"的布置方式，即位于高位的短有压进水口段接隧洞斜坡段的入口端，斜坡 段的出口端与低位平洞之间通过一段反弧衔接，其特点是斜坡段设置在泄洪隧洞的上游区域 。这种"龙抬头"式的泄洪隧洞其优点是在闸门总推力一定的情况下可以获得较大的过流能 力，如二滩水电站的两条泄洪隧洞就采用的这种布置方式。但是这种"龙抬头"式的泄洪隧 洞，其反弧段附近由于流速高、压力低，很容易发生空蚀破坏。从已建成的高水头、大流量
"龙抬头"式泄洪隧洞的运行实践来看，发生空蚀破坏有以下几个特点(1)受破坏的起 始部位一般在紧邻"龙抬头"反弧段末端至其下游几十米，破坏范围可发展至数百米长的洞 段内；(2)反弧段处的水头及流速都比较高，水头达100 178m，流速一般都接近或超过 40m/s;(3)为使枢纽布置紧凑，目前已建成的"龙抬头"式泄洪隧洞，其反弧段距大坝比 较近， 一旦在反弧段附近发生空蚀破坏，对大坝的坝肩可能构成安全威胁；(4)由于"龙 抬头"式泄洪隧洞反弧段布置靠近大坝，则下游泄洪隧洞比较长， 一般达数百米，甚至长达 千米，因此若在反弧段末端处发生空蚀破坏，大量的混凝土和遭冲刷破坏的围岩都将由水流 带至下游，因此造成下游泄洪隧洞内过流表面尤其是底板的严重磨损，修复难度大；(5)
"龙抬头"式泄洪隧洞一般要求洞轴线为直线，而在直河道上的枢纽布置难以满足其要求。
发明内容
本发明所解决的技术问题是提供一种不易对大坝构成安全威胁的泄洪隧洞。 解决上述技术问题的技术方案是泄洪隧洞，包括与进水口相连通的高位段和与出水口
相连通的低位段，高位段与低位段之间通过斜坡段连通，其中，斜坡段设置在隧洞的下游区域。
进一步的是，高位段包括依次连通的进水口段、有压隧洞段、工作闸室段和无压直段， 进水口设置在进水口段上，无压直段与斜坡段连通。
进一步的是，无压直段沿水流方向由上至下倾斜设置。
进一步的是，有压隧洞段的长度》400m。
进一步的是，低位段的长度为隧洞总长度的10 % 20 % 。
进一步的是，斜坡段与低位段之间通过反弧段连通。
进一步的是，低位段包括下直坡段和出口挑坎段，下直坡段与反弧段连通，出水口设置 在出口挑坎段上。
进一步的是，斜坡段中以及斜坡段的下游设置有掺气设施。 作为上述技术方案的优选方案，所述掺气设施为掺气坎或掺气槽。
本发明的有益效果是将斜坡段设置在隧洞的下游区域，从而可将流速高、压力低，容 易发生空蚀破坏的部位局限在隧洞下游即靠近隧洞出水口的有限范围内，因此即使在该范围 内发生了局部破坏，破坏的区域也相对大坝较远，对大坝的安全威胁也较小；另一方面，将 斜坡段设置在隧洞的下游区域以后，隧洞高位段的长度必须相应加长，这样，可以使进水口 的布置更加灵活；其次，还可以便于工程运行检査和修复等工作。本发明工程投资较少，经 济效益显著，由于适用于进行高水头、大流量的泄洪作业。
图l为本发明泄洪隧洞的结构示意图。
图中标记为进水口l，进水口段2，有压隧洞段3，工作闸室段4，无压直段5，斜坡段 6，反弧段7，下直坡段8，出口挑坎段9，出水口IO，高位段ll，低位段12。 图中箭头所述方向为水流方向。
具体实施例方式
下面通过附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示的泄洪隧洞，包括与进水口 1相连通的高位段l 1和与出水口 10相连通的低位段 12，高位段11和低位段12之间通过斜坡段6连通，其中，斜坡段6设置在隧洞的下游区域。由 于斜坡段6存在一定的陡坡度，即与水平方向有相对较大的夹角，这样水流通过斜坡段6的时 候由于高低落差使其流速加快，但水流对洞壁的压力会相应降低。由于水流的压力降低，因 此在水流中以及水流与洞壁的固液交界面上会形成空泡，空泡迅速的发展和溃灭，在空泡溃 灭的瞬间，会在局部产生极高的瞬时压强，洞壁受到空泡渍灭所产生的极高瞬时压强的反复 作用，从而对洞壁表面造成破坏，这种现象即为空蚀现象。该泄洪隧洞中分别与进水口l和 斜坡段6相连通，且相对高度较高的一段即为高位段ll;分别与斜坡段6和出水口10相连通， 且相对高度较低的一段为低位段12;水流从高位段11通过斜坡段6流入低位段12。由于将斜 坡段6设置在隧洞的下游区域，从而形成"龙落尾"的布置形式，可将流速高、压力低，容
易发生空蚀破坏的部位局限在隧洞下游即靠近隧洞出水口10的有限范围内，因此即使该范围 内发生了局部破坏，破坏的区域也相对大坝较远，对大坝的安全威胁也较小；另一方面，将 斜坡段6设置在隧洞的下游区域以后，隧洞高位段ll的长度必须相应加长，这样，可以使进 水口的布置更加灵活；其次，将隧洞发生空蚀破坏的部位局限在隧洞下游的有限范围内，便 于工程运行检査和修复等工作。斜坡段6与低位段之间最好通过反弧段7连接，这样水流对低 位段12的冲击力可相对较小。
由于斜坡段6位于高位段11和低位段12之间，当斜坡段6设置在隧洞的下游区域以后，低 位段12的长度小于高位段11的长度。其中，低位段12的长度最好设置为隧洞总长度的10% 20%，这样高位段ll的长度相对更长，而隧洞容易发生空蚀破坏区域也被限制在靠近隧洞出 水口10中一个较小的范围以内，对大坝的安全威胁大为降低，且易于对隧洞进行维护和修理 ;同时，高位段ll的长度越长，水流在高位段ll中的能量消耗就越大，从而可以减小水流在 斜坡段6以及斜坡段6下游中的流速，降低发生空化的机率。
其中，高位段11包括依次连通的进水口段2、有压隧洞段3、工作闸室段4和无压直段5， 进水口1设置在进水口段2上，无压直段5与斜坡段6连通。在工作闸室段4中设置有闸门，可 对泄洪隧洞中水流的流量进行控制。有压隧洞段3的长度最好》400m，这样，当水流经过有 压隧洞段3时，由于水流与洞壁之间的压力较大，洞壁对水流的磨阻作用基本平衡了由于底 坡变化造成的水流加速度，这样在进入斜坡段6之前，水流流速基本未增。此外无压直段5沿 水流方向由上至下倾斜设置，这样，水流通过无压直段5时还可将其高度下降了50 70m，进 而降低水流在斜坡段6中的流速，降低隧洞发生空化的风险。
此外，低位段12包括彼此连通的下直坡段8和出口挑坎段9，下直坡段8与反弧段7连通， 出水口10设置在出口挑坎段9上。出口挑坎段9设置有向上倾斜的坡度，从而可以加强出水口 IO中水流的冲力，这样，可使从出水口10中的水流喷射的更远，避免水流对出水口10周边的 冲刷腐蚀。
为了对容易发生空蚀破坏的区域进行防护，斜坡段6中以及斜坡段6的下游设置有掺气设 施。掺气设施可以起到掺气减蚀的作用，掺气设施可采用使用较为普遍的掺气坎或掺气槽等 掺气设施。
实施例
针对某设计坝高为278m，正常蓄水位为600. Om，枢纽设计(校核)泄量为50238m3/3， 最大泄洪水头为221.7m，泄洪功率为100000丽的大型大坝，进行该大坝泄洪隧洞的设计，具 体设计方案为将泄洪隧洞分设在左、右两岸，其中左岸2条，右岸3条，洞长1462m 1905m，平面布置均为折线型，单洞最大泄量大于4000m"Vs;每条均泄洪隧洞设计成"龙落 尾"形式，该泄洪隧洞各部位由上游到下游的组成设计如下进水口段，高度545.0m，孔口 尺寸12mX15m (宽X高)；有压隧洞段，总长635. 46m;工作闸室段，纵向长25m;无压直段 ，长398.81m，断面尺寸为14mX18m (宽X高)；斜坡段，与水平夹角为35。，下直坡段， 断面尺寸为14mX18m (宽X高)，长600余米；出口挑坎段，为扭曲斜切挑坎。由于将斜坡 段设置在隧洞的下游区域，这样将容易发生空蚀破坏的区域远离大坝，对大坝的安全威胁相 对降低。
权利要求
1.泄洪隧洞，包括与进水口(1)相连通的高位段(11)和与出水口(10)相连通的低位段(12)，高位段(11)与低位段(12)之间通过斜坡段(6)连通，其特征是斜坡段(6)设置在隧洞的下游区域。
2.如权利要求l所述的泄洪隧洞，其特征是高位段(11)包括依次 连通的进水口段(2)、有压隧洞段(3)、工作闸室段(4)和无压直段(5)，进水口 (1 )设置在进水口段(2)上，无压直段(5)与斜坡段(6)连通。
3.如权利要求2所述的泄洪隧洞，其特征是无压直段(5)沿水流 方向由上至下倾斜设置。
4.如权利要求2所述的泄洪隧洞，其特征是有压隧洞段(3)的长度2;400m。
5.根据权利要求1 4中任意一项权利要求所述的泄洪隧洞，其特征 是低位段(12)的长度为隧洞总长度的10% 20%。
6.如权利要求l所述的泄洪隧洞，其特征是斜坡段(6)与低位段 之间通过反弧段(7)连通。
7.如权利要求6所述的泄洪隧洞，其特征是低位段(12)包括下直 坡段(8)和出口挑坎段(9)，下直坡段(8)与反弧段(7)连通，出水口 (10)设置在出 口挑坎段(9)上。
8.如权利要求l所述的泄洪隧洞，其特征是斜坡段(6)中以及斜 坡段(6)的下游设置有掺气设施。
9.如权利要求8所述的泄洪隧洞，其特征是所述掺气设施为掺气坎或掺气槽。
全文摘要
本发明公开了一种在水利水电工程中使用的且不易对大坝构成安全威胁的泄洪隧洞。该隧洞包括与进水口相连通的高位段和与出水口相连通的低位段，高位段和低位段之间通过斜坡段连通，其中，斜坡段设置在隧洞的下游区域。将斜坡段设置在隧洞的下游区域，从而可将流速高、压力低，容易发生空蚀破坏的部位局限在隧洞下游的有限范围内，因此即使泄洪隧洞内发生了局部破坏，破坏的区域也相对大坝较远，对大坝的安全威胁也较小。本发明工程投资较少，经济效益显著，适用于进行高水头、大流量的泄洪作业。
文档编号E02B8/06GK101200886SQ20071020348
公开日2008年6月18日 申请日期2007年12月27日 优先权日2007年12月27日
发明者钟 周, 勇 夏, 李旭东, 王仁坤, 肖白云 申请人:中国水电顾问集团成都勘测设计研究院