一种用于深层调蓄隧道水力排沙清淤的护底结构的制作方法

本发明涉及市政深隧工程结构，特别涉及一种用于深层调蓄隧道水力排沙清淤的护底结构。

背景技术：

近年来，受暴雨等极端天气影响和我国城市化进程加快等诸多因素导致城市内涝频发，给社会发展和人民生命财产造成了巨大损失。深层隧道排水系统作为应对内涝问题的一种重要手段，凭借其自身的优势逐渐在城市排水规划中被应用起来，例如广州、上海等城市已开展了深隧工程的建设。

深层调蓄隧道作为深层隧道排水系统中的重要组成部分，主要起到储存并输运合流污水、雨水和调蓄过流的功能。但是高速大流量水流可能引起深层调蓄隧道底部的冲刷和压力振荡破坏，而且深层调蓄隧道在运行和使用过程中会存在泥沙淤积的问题，若不及时处理会极大地影响深层隧道的调蓄容积和过流能力，严重的甚至会影响整个深层排水系统的正常运行。而现有的深层隧道底泥清淤方式主要是针对深隧内已存在的淤积物，后期采用机械清淤或人力清淤的方式进行处理，需要耗费相当大的经济成本和人力成本。

现有技术中提供了一种设置小流量槽的排水结构，利用两个挡块之间形成的凹槽对深隧内的泥沙进行自清。但是该技术中挡块底部直接贴合隧洞主体底部设置，没有考虑高速大能量水流对深隧底部的冲刷破坏影响；该技术中需要导流板和挡块两种结构共同作用对泥沙进行水力自清，占用了深隧断面的过流面积，而且增加了施工建设成本；此外，两块挡板之间形成的凹槽的截面不够光滑，影响水力自清的效果。

技术实现要素：

发明目的：为了解决现有技术中的问题和不足，本发明提供一种用于深层调蓄隧道水力排沙清淤的护底结构。

技术方案：本发明提供了一种用于深层调蓄隧道水力排沙清淤的护底结构，包括设置于隧道底部的护底本体，所述护底本体沿着隧道的长度方向延伸，护底本体的底面与隧道内壁面贴合；所述护底本体上表面的中间向下凹陷形成用于排沙清淤的沟槽，沟槽两侧边斜向上延伸形成导向坡。

每个所述导向坡远离沟槽一端为第一端，靠近沟槽一端为第二端，每个所述导向坡表面设置有多个导流槽，每个所述导流槽从导向坡的第一端延伸至导向坡的第二端，所述导流槽沿着隧道的长度方向间隔分布。

每个所述导流槽平行于隧道的圆周方向，相邻所述导流槽的间隔是隧道管径的1-4倍。

所述导向坡的坡度为1％～5％。

所述沟槽的横截面呈圆弧形。

所述护底结构沿着隧道轴线方向对称分布。

所述沟槽的深度是隧道管径的1/10-1/8，沟槽的宽度是隧道管径的1/10-1/5。

所述沟槽沿程的水力坡降范围在0.01％-0.1％。

所述护底本体的厚度是隧道管径的1/12-1/8。

所述导流槽的内表面为圆弧曲面。

有益效果：(1)本发明的护底结构对深隧底部提供了一定的保护厚度，可以防止水流对深层调蓄隧道底部的冲刷和压力振荡破坏；(2)本发明是在护底结构上局部下沉形成水力自清沟槽和导流槽，无需额外占用深隧断面的过流面积，不影响深隧过流能力，而且能够节省建设材料成本；(3)本发明的沟槽横截面为光滑的圆弧形，更有助于利用水力自清和冲刷功能带走隧道底部的沉积物或淤积物，从而降低淤积物对隧道过流能力的影响，减轻深隧后期的淤泥处理负担，节省后期底泥处理的人力、物力和财力。

附图说明

图1是本发明排沙清淤的护底结构轴向剖面示意图；

图2是本发明排沙清淤的护底结构1-1断面示意图；

图3是本发明排沙清淤的护底结构平面布置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1：如图1和图2所示，为了防止水流对深层调蓄隧道底部的冲刷和压力振荡破坏，本发明在隧道2底端设置了护底结构，该护底结构1沿着隧道的长度方向延伸，护底结构1的底面与隧道内壁面贴合，护底结构的主体由护底本体110以及设置于护底本体两侧的导向坡130组成，护底本体110上表面的中间向下凹陷形成用于排沙清淤的沟槽120，沟槽120沿程的水力坡降范围在0.01％-0.1％，沟槽120的横截面形状可以为v型，方形或其他形状，本实施例中沟槽120的横截面为光滑的圆弧形，深度是隧道管径的1/10-1/8，宽度是隧道管径的1/10-1/5。沟槽内表面形成圆弧曲面可以减小水流阻力，根据束水归槽原理，在同一隧道结构断面上，排沙清淤沟槽处的水流流速较大，利用水力的自清和冲刷功能带走隧道底部的沉积物。

沟槽120两侧边斜向上延伸形成的导向坡130，底面同样与隧道内壁贴合，导向坡与护底本体一体化设置，导向坡表面可以为弧面也可以为平面，为了简化结构以及减小施工难度，本实施例中的导向坡表面为斜面，导向坡130的表面具有倾斜坡度，最佳的倾斜坡度为1％～5％，用于引导水流及其他沉降物归入排沙清淤的沟槽120。

由于各深隧工程的流量要求不同，深隧材料强度不同，护底结构的保护厚度根据实际资料进行计算，用于水力自清的沟槽深度和宽度可以根据实际的最小流量要求、实际泥沙粒径、粘结力等参数由经验公式计算。必要时可进行物理模型试验或数值模拟计算对上述参数进行验证和优化，来达到更好的水力自清冲於效果。在综合考虑上述因素后，本实施例中的护底结构选择以下参数：如图2所示，本发明中隧道管径为隧道的内径d，护底本体的厚度h为沟槽120底端距离护体本体底端的距离，护底本体的厚度h为隧道管径d的1/12-1/8；沟槽深度d1是隧道管径的1/10-1/8，沟槽宽度w是隧道管径的1/10-1/5。每个导向坡130远离沟槽一端为第一端131，靠近沟槽一端为第二端132，沉积物从导向坡的第一端131，经过斜坡导向，流向第二端132，每个导向坡130表面设置有多个间隔分布的两端开口的导流槽133，导流槽为在导向坡表面内凹形成的，导流槽133可以与隧道圆周方向平行或者不平行；每个导流槽133从导向坡的第一端131延伸至导向坡的第二端132，导流槽133的宽度可以从第一端131至第二端132逐渐减小，形成喇叭状，导流槽的深度可以从第一端131至第二端132逐渐增加；为了进一步优化导流槽的结构，如图3所示，图中虚线是护底结构1与隧道结构的交界线，图中实线是在导向坡上表面开设的多个导流槽，每个导流槽平行于隧道的圆周方向，相邻导流槽的间隔是深隧管径的1-4倍，且导流槽的内表面为圆弧曲面。

本发明结构对深隧底部提供了一定的保护厚度，可以防止水流对深层调蓄隧道底部的冲刷和压力振荡破坏；本发明是在护底结构上局部下沉形成水力自清沟槽和导流槽，不额外占用深隧断面的过流面积，不影响深隧过流能力，而且能够节省建设材料成本；本发明的沟槽横截面为光滑的圆弧形，更有助于利用水力自清和冲刷功能带走隧道底部的沉积物或淤积物，从而降低淤积物对隧道过流能力的影响，减轻深隧后期的淤泥处理负担，节省后期底泥处理的人力、物力和财力。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种用于深层调蓄隧道水力排沙清淤的护底结构，包括设置于隧道底部的护底本体，所述护底本体沿着隧道的长度方向延伸，护底的底面与隧道内壁面贴合；所述护底本体上表面的中间向下凹陷形成用于排沙清淤的沟槽，沟槽两侧边斜向上延伸形成导向坡。通过在深层调蓄隧道底部布置带有倾斜坡度的护底结构，既可以防止水流对深层调蓄隧道底部的冲刷和压力振荡破坏，又可以引导水流及其他沉降物归入排沙清淤沟槽。根据束水归槽原理，可以利用水力自清和冲刷功能带走隧道底部的沉积物或淤积物，从而有效减小隧道内的底泥淤积速度和淤积量，减轻深隧后期的淤泥处理负担，节省后期底泥处理的人力、物力和财力。

技术研发人员：赵兰浩;张海容;徐辉;冯建刚;陈毓陵
受保护的技术使用者：河海大学
技术研发日：2019.04.15
技术公布日：2019.08.02