抗震型圆筒式进水口竖井的制作方法

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：

$S={\mathrm{CVd}}^{\frac{1}{2}}$

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：

$S={\mathrm{CVd}}^{\frac{1}{2}}$

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。