专利名称：水平旋流消能泄洪洞的制作方法
技术领域：
本实用新型属于水利水电工程中的构筑物，具体来讲是一种水平 旋流消能泄洪洞。
技术背景目前国内外面板堆石坝的建设处于高速增长期，而高面板堆石坝 在施工期间一般需要修建大断面的导流隧洞，如何合理地利用导流隧 洞而将其改建为永久性泄洪洞，达到"一洞多用"的目的，是降低工 程造价、合理布置枢纽建筑物的一个发展方向。而目前水利水电工程 多以"龙抬头"型式与导流洞结合改建。"龙抬头"型式泄洪洞虽然 取得了成功的经验，但"龙抬头"式泄洪洞存在着以下问题1、进 水口轴线一般需同导流洞轴线一致，进水口布置具有局限性；2、与 导流洞交叉处的大断面洞室施工困难(特别是在地质条件差地段存在 施工风险)；3、洞内反弧段水流流速高使得建筑物易发生气蚀破坏； 4、下游消能区地形冲淤变化大、泄洪雾化较严重；5、工程投资大。 发明内容本实用新型的目的是提供一种水平旋流消能泄洪洞，它利用导流 隧洞而将其改建为永久性泄洪洞时，克服现有工程技术中存在的以上 问题和缺陷，它布置灵活、施工方便、造价较低且具有较好的水力特 性和消能效果的水平旋流消能泄洪洞。本实用新型的技术方案是，设计一种水平旋流消能泄洪洞，其特 征是泄洪洞由进水口 1、过流竖井2、起旋室3、旋流洞段4、水垫 塘段5、退水洞段6依次连通构成，通风竖井7 —端口与大气连通， 另一端口与起旋室3皿。所述的进水口l顶部有实用堰型式控制闸门。所述的过雍竖井2是地下钢筋混凝土圆形断面结构，过流竖井2 内有竖井环形掺气坎8。所述的起旋室3是由导流洞改建的钢筋混凝土结构，起旋室3水 流出口的一侧有起旋室折流坎10。所述的旋流洞段4是由导流洞改建的钢筋混凝土圆形断面结构。所述的水垫塘段5与水垫塘收縮墩12的进水口接通，水垫塘收 縮墩12的出水口与退水洞段6连接，退水洞段6是原导流洞洞段， 水垫塘收缩墩12底板及两侧边墙均为圆弧形。所述的旋流洞段4与水垫塘渐变段11的进水口接通，水垫塘渐 变段11的出水口处与水垫塘段5接通，水垫塘渐变段11是导流洞改 建的钢筋混凝土结构，水垫塘渐变段11的断面形状是从水流入口处 的圆形断面渐变到水流出口处是拱门形状。所述的起旋室3与起旋室收縮环9水流入口端接通，起旋室收縮 环9水流入口端与旋流洞段4接通，旋流洞段4通过水垫塘渐变段 11与水垫塘段5接通，水垫塘段5通过水垫塘收縮墩12与退水洞段所述的通风竖井7是地下钢筋混凝土圆形断面结构。 本实用新型设计的这种水平旋流消能泄洪洞具有以下特点这种 由导流洞改建为永久泄洪洞的构筑形式，泄洪水流由迸水口经过流竖 井偏心进入起旋室，从通风竖井及过流竖并环形掺气坎吸入大量气 体，形成绕洞轴的空腔螺旋流进入水垫塘段，在水垫塘段内进一歩消 能并调整流态，经水垫塘收缩墩进入退水洞段。它具有1、进水口 可根据地形地质条件灵活布置，不受导流洞轴线的局限。2、泄洪水 流在旋流洞段及水垫塘段联合洞内消能，消能率高达85%以上。3、 泄洪洞出口水流流速低，对下游河道冲淤变形与泄洪雾化影响小。4、 通风竖井及过流竖井掺气坎通风顺畅，水流掺气充分，洞壁受旋流离 心力作用压强高，建筑物抗蚀性能强。5、过流竖井比"龙抬头"斜 井更能适应不良地质条件，施工安全性高。6、改建工程量小，工程 投资省。
下面结合实施例附图对本发明做进一步说明。 图1是实施例1沿进水口轴线横剖面示意图。 图2是实施例1沿过流竖井及导流洞轴线纵剖面示意图。 图中- 1、进水口； 2、过流竖井；3、起旋室；4、旋流洞段；5、 水垫塘段；6、退水洞段；7、通风竖井；8、竖并环形掺气坎9、起 旋室收縮环；10、起旋室折流坎；11、水垫塘渐变段；12、水垫塘收 縮墩。
具体实施方式
本实用新型设计的水平旋流消能泄洪洞，它利用已知技术的导流 隧洞而将其改建为永久性泄洪洞。
实施例1如图1和图2所示，该水平旋流消能泄洪洞由进水口 1、 过流竖井2、起旋室3、旋流洞段4、水垫塘段5、退水洞段6依次连 通构成，通风竖井7—端口与大气连通，另一端口与起旋室3 5iil。 进水口顶部有实用堰型式控制闸门(实用堰型式控制闸门本专业教 科书中有介绍)，堰后水流为淹没流。过流竖井2是地下钢筋混凝土 圆形断面结构，过流竖井2内有竖井环形掺气坎8。起旋室3是由导 流洞改建的钢筋混凝土结构，起旋室3水流出口的一侧有起旋室折流 坎10,如图1所示。旋流洞段4及水垫塘段5均布置在原导流洞的 平面转弯段内，旋流洞段4是由原导流洞改建的钢筋混凝土圆形断面 结构。水垫塘段5与水垫塘收縮墩12的进水口接通，水垫塘收缩墩 12的出水口与退水洞段6连接，退水洞段6是原导流洞洞段，水垫 塘收缩墩12底板及两侧边墙均为圆弧形。旋流洞段4与水垫塘渐变 段ll的进水口接通,水垫塘渐变段11的出水口处与水垫塘段5接通， 水垫塘渐变段11是原导流洞改建的钢筋混凝土结构，水垫塘渐变段 11的断面形状是从水流入口处的圆形断面渐变到水流出口处是拱门 形状，即城门洞型断面。起旋室3与起旋室收缩环9水流入口端接通， 起旋室收缩环9水流入口端与旋流洞段4接通，旋流洞段4通过水垫 塘渐变段11与水垫塘段5接通，水垫塘段5通过水垫塘收缩墩12与 退水洞段6接通。通风竖井7是地下钢筋混凝土圆形断面结构。实施例的进水口1位于水平旋流消能泄洪洞最前端，上游端与水 库相连，下游经过水堰与过流竖井2相连，水流经过流竖井2进入起 旋室3以使水流产生旋流，旋流水流进入旋流洞段4进行消能，然后 再经水垫塘段5消能和调整后，水流进入退水洞6，使水流比较平稳 地排入下游原河床。通风竖井7和竖井环形掺气坎8分别位于起旋室 3上游恻壁中上部及过流竖井2的中上部,其目的是使水流充分掺气, 减少或消除旋流洞段4、水垫塘渐变段11的冲蚀。在导流洞下闸断 流前，可进行水平旋流消能泄洪洞迸水口 1、过流竖井2、通风竖井 7的开挖及钢筋混凝土浇筑。根据建筑物过流量及通风量计算确定的 进水口 1工作闸门孔口尺寸为12.0mX16.8m (宽X高),过流竖井2 直径为9.0m,通风竖井7直径为3.3m。导流洞下闸封堵后，可进行 旋流洞段4、水垫塘段5及退水洞段6的施工；旋流洞段4由导流洞 城门洞型断面套衬成圆形断面；水垫塘段5为由导流洞改建的钢筋混 凝土城门洞型断面结构，其上游设有渐变段与旋流洞段相接，下游设 有三面圆弧形收縮墩与退水洞段6相接；旋流洞段4及水垫塘段5均 布置在原导流洞平面转弯段内；退水洞段6即水垫塘段下游的原导流 洞洞段。水垫塘段5通过水垫塘收縮墩12与退水洞段6连通，通风 竖并7 —端口与大气连通，另一端口与起旋室3连通，如图1所示。 进水口 1采用顶部设有控制闸门的实用堰型式，堰后水流为淹没流。 通风竖井7为地下钢筋混凝土圆形断面结构。这种由导流洞改建为永 久泄洪洞的构筑形式，泄洪水流由进水口 1经过流竖井2偏心进入起 旋室3，从通风竖井及过流竖井环形掺气坎吸入大量气体，形成绕洞 轴的空腔螺旋流进入水垫塘，在水垫塘内进一歩消能并调整流态，经 水垫塘收缩墩12进入退水洞。复核水垫塘渐变段11及退水洞段6结 构承载能力，并对原导流洞断面进行必要的套衬和结构加强。导流洞 下闸封堵后，可进行旋流洞段4、水垫塘段5及退水洞段6的施工。 水平旋流消能泄洪洞，进水口可根据地形地质条件灵活布置，不受导 流洞轴线的局限，泄洪水流在旋流洞段及水垫塘段联合洞内消能，消 能率高达85%以上，它出口水流流速低，对下游河道冲淤变形与泄洪 雾化影响小，通风竖井及过流竖井掺气坎通风顺畅，水流掺气充分， 洞壁受旋流离心力作用压强高，建筑物抗蚀性能强，过流竖井比"龙 抬头"斜井更能适应不良地质条件，施工安全性高，改建工程量小， 工程投资省。
权利要求1、水平旋流消能泄洪洞，其特征是泄洪洞由进水口(1)、过流竖井(2)、起旋室(3)、旋流洞段(4)、水垫塘段(5)、退水洞段(6)依次连通构成，通风竖井(7)一端口与大气连通，另一端口与起旋室(3)连通。
2、 根据权利要求1所述的水平旋流消能泄洪洞，其特征是所 述的进水口 (1)顶部有实用堰型式控制闸门。
3、 根据权利要求1所述的水平旋流消能泄洪洞，其特征是所 述的过流竖井(2)是地下钢筋混凝土圆形断面结构，过流竖井(2) 内有竖井环形掺气坎(8)。
4、 根据权利要求1所述的水平旋流消能泄洪洞，其特征是所 述的起旋室(3)是由导流洞改建的钢筋混凝土结构，起旋室(3)水 流出口的一侧有起旋室折流坎(10)。
5、 根据权利要求1所述的水平旋流消能泄洪洞，其特征是所 述的旋流洞段(4)是由导流洞改建的钢筋混凝土圆形断面结构。
6、 根据权利要求1所述的水平旋流消能泄洪洞，其特征是所述的水垫塘段(5)与水垫塘收缩墩(12)的进水口接通，水垫塘收 缩墩(12)的出水口与退水洞段(6)连接，退水洞段(6)是原导流 洞洞段，水垫塘收缩墩(12)底板及两侧边墙均为圆弧形。
7、 根据权利要求1所述的水平旋流消能泄洪洞，其特征是所 述的旋流洞段(4)与水垫塘渐变段(11)的进氷口接通，水垫塘渐 变段(U)的出水口处与水垫塘段(5)接通，水垫塘渐变段(ll) 是导流洞改建的钢筋混凝土结构，水垫塘渐变段(11)的断面形状是 从水流入口处的圆形断面渐变到水流出口处是拱门形状。
8、 根据权利要求1所述的水平旋流消能泄洪洞，其特征是所 述的起旋室(3)与起旋室收缩环(9)水流入口端接通，起旋室收缩 环(9)水流入口端与旋流洞段(4)接通，旋流洞段(4)通过水垫 塘渐变段(11)与水垫塘段(5)接通，水垫塘段(5)通过水垫塘收 缩墩(12)与退水洞段(6)接通。
9、 根据权利要求1所述的水平旋流消能泄洪洞，其特征是所 述的通风竖井(7)是地下钢筋混凝土圆形断面结构。
专利摘要本实用新型属于水利水电工程中的构筑物，特别是一种水平旋流消能泄洪洞，其特征是泄洪洞由进水口(1)、过流竖井(2)、起旋室(3)、旋流洞段(4)、水垫塘段(5)、退水洞段(6)依次连通构成，通风竖井(7)一端口与大气连通另一端口与起旋室(3)连通。这种水平旋流消能泄洪洞，它利用导流隧洞而将其改建为永久性泄洪洞时，克服现有工程技术中存在的以上问题和缺陷，它布置灵活、施工方便、造价较低且具有较好的水利特性和消能效果的水平旋流消能泄洪洞。
文档编号E02B8/06GK201214781SQ20082002932
公开日2009年4月1日 申请日期2008年6月6日 优先权日2008年6月6日
发明者勇 卫, 吴曾谋, 恒 周, 安盛勋, 李玉杰, 凡 王, 王卫国, 王君利, 欣 胡, 陈念水, 陈树联 申请人:中国水电顾问集团西北勘测设计研究院