一种采用坝基涵洞进行导流、放空兼取水的结构及方法与流程

本发明属于水利水电工程技术领域，具体涉及一种采用坝基涵洞进行导流、放空兼取水的结构。

背景技术：

对于土石坝、堆石坝等柔性坝，为了修筑大坝、溢洪道等枢纽建筑物，常需要先期修建上、下游围堰，采用导流洞将河水自一旁引至下游。导流洞是一种经常运用到的用于施工期导流度汛的工程措施，就是在山体内开挖的隧洞，在施工期导流度汛的时候，河水从隧洞中流走，以保证工程干地施工。导流洞一般为临时性建筑物，在工程竣工后，导流洞一般废弃并进行封堵处理。放空建筑物是在大坝需要检修等非常时期需要放空水库而设置的，一般设置于大坝坝体或者两岸山体内，对于一般水利工程，由于库容较小，为方便施工和控制，一般采用钢管进行水库放空。取水建筑物是指用以从水库或河流引水、提水的水工建筑物，对于水库工程，通常采用库内或者坝身进水塔结合取水钢管进行取水，满足工程取水或者灌溉的需要。另外，为了维持下游生态环境，水库工程还需要合理设置生态流量下放设施。如现有技术中，中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司的实用新型专利cn206289595u公开了一种坝体生态流量下放装置，包括连接坝体上下游的钢管，钢管通过若干钢肋板固定在坝体顶端，钢管的上游段端部设置有拦污格栅，钢管两端分别设置有环向止水，钢管上安装有相邻布置的检修闸阀和工作闸阀，坝体上设置有控制室，所述检修闸阀和工作闸阀均置于控制室内。该方案具有结构简单、实施方便快捷、施工成本低、效果显著等优点。

然而，现有技术依然未考虑到：在水利工程建设中，为方便控制，避免相互干扰，通常采用导流洞、放空建筑物及取水建筑物单独布置，有些工程将临时导流洞改造为永久放空洞，有些工程将放空建筑物和取水建筑物结合布置，有些工程将生态下放设施结合放空建筑物或取水建筑物布置，这样加大了枢纽区各建筑物布置难度及施工难度，大大增加了工程量及投资。而且，为保证大坝干地施工，需提前修建导流洞，导流洞包含导流洞进出口洞脸开挖支护、隧洞开挖支护、混凝土衬砌、固结灌浆、回填灌浆、导流洞封堵等一系列内容，工期长、投资高，不利于加快工程进度、降低工程投资。因此，如何取消导流洞改用坝基涵洞进行施工期导流度汛，并将坝基涵洞与放空建筑物、取水建筑物及生态流量下放设施四者结合布置，是简化工程布置、方便施工、节省工期、减少工程量及投资的关键。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对常规水利工程将导流洞、放空建筑物、取水建筑物以及生态流量下放措施单独布置，或者部分结合布置导致工程量增加、工期长、投资高的缺点，本发明提供一种利于坝基涵洞进行导流、放空兼取水的结构及方法

本发明是这样实现的：

一种采用坝基涵洞进行导流、放空兼取水的结构，包括坝基涵洞，坝基涵洞采用城门洞型或者管涵在内的结构形式；坝基涵洞间距8～15m设置横缝，坝基涵洞两侧浇筑设有回填混凝土形成整体稳定结构，坝基涵洞上部设有大坝坝体；坝基涵洞首部设置坝基涵洞进口门井，水流受上游围堰的拦挡作用汇至坝基涵洞内下泄，并在坝基涵洞进口门井上设置叠梁门门槽；坝基涵洞进口门井下游为封堵混凝土段，封堵混凝土段将该段坝基涵洞空腔整体封堵，并于封堵混凝土段上部布置进水塔。

进一步的，在封堵混凝土段与进水塔之间设置有调节段，通过改变调节段的高度适应不同的进水口高度。

进一步的，在大坝坝体内设置防渗体，并在大坝基础设有防渗帷幕，在防渗帷幕与坝基涵洞相交位置底部设置灌浆盖重，灌浆盖重厚度不低于50cm。

进一步的，在大坝坝体下游侧设置有下游围堰，坝基涵洞自上游围堰、大坝坝体及下游围堰基础穿出，并在坝基涵洞出口处设置有消力池；进水塔底部进水口设置有拦污栅及事故闸门，并于其顶部设置有启闭机室及卷扬机；进水塔采用排架式交通桥与岸坡交通路相接；进水塔进水口为方形或者矩形。

进一步的，在进水口下游侧设置方变圆渐变段，保证库水通过进水塔进水口后由放空管下泄；放空管首端接渐变段，自调节段末端的斜面引入坝基涵洞内，坝基涵洞的放空管为明管布置，并间隔一段距离设置支墩。

进一步的，在坝基涵洞出口位置设置有闸阀室，闸阀室距离坝基涵管末端距离不低于2m。

进一步的，在闸阀室下游侧设置有消力池，通过闸阀室内设置的放空管检修阀以及放空阀控制放空管的运行，满足水库放空的需要，并在放空管检修阀与放空阀之间设置放空管伸缩节，在放空管检修阀与放空阀底部设置检修坑。

进一步的，在闸阀室下游侧设置有镇墩以固定放空管，减轻水库放空时引起放空管的震动，水流自放空管排入下游消力池消能。

进一步的，在放空管检修阀上游侧放空管上接出取水管，在闸阀室内的取水管上设置取水管检修阀以及取水阀控制取水管的运行，并在取水管检修阀以及取水阀之间设置取水管伸缩节；在放空管检修阀上游侧放空管上接出生态流量管，并在闸阀室内的生态流量管上设置有生态流量管检修阀以及生态流量阀控制生态流量管的运行。

该采用坝基涵洞进行导流、放空兼取水的结构的施工方法，包括如下步骤：

s1，根据大坝枢纽区现场地形、地质条件，确定涵管坝基涵洞及上游围堰、下游围堰的布置位置；

s2，设置临时导流沟渠，保证干地施工，对坝基涵洞基础进行槽挖施工；

s3，防渗帷幕与坝基涵洞相交位置底部灌浆盖重浇筑施工；

s4，防渗帷幕与坝基涵洞相交位置的帷幕钻孔、灌浆施工；

s5，坝基涵洞井口门井、坝基涵洞以及消力池施工；

s6，包括调节段、进水塔、渐变段、拦污栅门井以及事故闸门门井在内的相应结构施工，并预埋金属结构预埋件及插筋，调节段施工时与该段放空管同步施工；

s7，施工上游围堰、下游围堰；

s8，将水流汇入坝基涵洞进口门井后自坝基涵洞下泄至消力池消能后归顺下游天然河道；

s9，大坝填筑完成后采用叠梁门将坝基涵洞进口门井临时封堵，而后进行封堵段的施工；

s10，封堵段后坝基涵洞内的放空管及支墩施工；

s11，坝基涵洞出口闸阀室及其内相应设置施工。

与现有技术相比，本发明具有如下6个方面的显著进步：

(1)采用坝基涵洞进行大坝施工期导流度汛，取消了常规导流洞，避免了导流洞洞脸开挖支护、隧洞开挖支护、混凝土衬砌、固结灌浆、回填灌浆、导流洞封堵等一系列工作内容，施工简便、快捷，可以加快工程进度，降低工程投资。而且河床槽挖坝基涵洞施工与导流洞石方洞挖施工相比，大大降低了工程施工安全风险。

(2)将坝基涵洞、放空建筑物、取水建筑物及生态流量下放设施四者结合布置，解决了以上各建筑物分别单独布置或者部分组合布置增加建筑物布置难度、工程量、施工工期以及工程投资的问题，通过结合布置，最大限度的利用了坝基涵洞，在保证工程导流度汛、放空、取水以及下放生态流量的同时，简化了工程布置，方便工程施工，大大减少了工程量及施工工期，节省工程投资，而且方便了后期的运行管理。

(3)坝基涵洞洞口位置设置进水塔，并于进水塔底部设置了拦污栅、事故闸门，顶部设置了卷扬机等启闭设备方便拦污栅及事故闸门的提升与下放。拦污栅的设置可以避免水草、漂木等杂物进入管道，事故闸门的设置可以动水关闭水流，有效防止意外情况发生时事故的扩大，保证放空管的运行安全，提高工程的安全性。水库放空时，开启放空阀并将拦污栅提出孔口锁定，避免了拦污栅在放空时遭到破坏，在取水管取水时，将拦污栅放于进水塔进口位置，可以防止较大污物进入放空管及取水管，保证管道安全及取水质量。

(4)坝基涵洞首部采用封堵段封堵，且其结构横缝设置有止水设施，避免库水及坝体渗水渗入坝基涵洞内。放空管在坝基涵洞内为明管布置，且设置有支墩，闸阀室距离坝基涵管末端一定的距离，保证运行期可以自坝基涵洞末端进出坝基涵洞内，方便运行期放空管的维护和检修，避免了其他工程采用埋管布置时管道由于开裂、锈蚀、渗水等原因引发的事故。

(5)放空管平时处于满水状态，将取水管、生态流量管自放空管上接出，满足工程日常取水及下放生态流量要求。放空管、取水管及生态流量管集中布置于闸阀室内，布置紧凑，且放空管、取水管及生态流量管均设置了相应检修阀及工作阀，方便运行期管理和控制。

(6)放空管末端设置了镇墩及消力池，镇墩将放空管固定，减轻水库放空时引起的放空管的震动，避免管道受到破坏，水流自放空管排入下游消力池充分消能后归顺下游河道，避免放空急流冲蚀下游河床，进而影响闸阀室结构安全。

附图说明

图1本发明典型剖面图；

图2本发明平面布置图；

图3本发明首部大样图；

图4交通路至进水塔方向剖面图；

图5坝基涵洞出口闸阀室剖面大样图；

图6坝基涵洞出口闸阀室平面布置大样图；

图7坝基涵洞处防渗处理剖面大样图。

附图标记说明：1-坝体；2-防渗体；3-防渗帷幕；4-灌浆盖重；5-坝基涵洞进口门井；6-进水塔；7-坝基涵洞；8-横缝；9-放空管；10-上游围堰；11-下游围堰；12-闸阀室；13-消力池；14-叠梁门；15-拦污栅；16-事故闸门；17-渐变段；18-支墩；19-交通桥；20-交通路；21-进水口；22-启闭机室；23-卷扬机；24-调节段；25-封堵混凝土段；26-岸坡；27-取水管；28-生态流量管；29-放空管检修阀；30-放空管伸缩节；31-放空阀；32-检修坑；33-镇墩；34-取水管检修阀；35-取水管伸缩节；36-取水阀；37-生态流量管检修阀；38-生态流量阀；39-回填混凝土。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图7所示，本发明具体实施时，首先，采用在河床顺河向方向以槽挖的方式开挖坝基涵洞7沟槽，沟槽可以根据实际地质、地形条件灵活布置，并根据导流度汛泄量进行坝基涵洞7泄流能力计算确定其结构尺寸，坝基涵洞7可采用城门洞型或者管涵等形式，基础需坐落于基岩之上，避免基础发生过大沉降导致坝基涵洞7结构破坏，同时，坝基涵洞7间距8～15m设置横缝8，避免因温度应力及基础不均匀沉降导致结构破坏、渗水现象的发生，横缝处设置有止水设施，避免库水及坝体渗水渗入坝基涵洞内。

坝基涵洞7基础槽挖时，形成倒梯形的开挖断面，于坝基涵洞7两侧浇筑回填混凝土39，形成整体稳定结构，而后在上部进行大坝坝体1、防渗体2的填筑。坝基涵洞7上部2m范围内大坝填筑料施工时应采用小型机具或者人工夯实，以保证坝基涵洞7结构的安全。

坝基涵洞7首部设置坝基涵洞进口门井5，水流受上游围堰10的拦挡作用汇至坝基涵洞7内下泄，并在坝基涵洞进口门井5上设置叠梁门14门槽，便于后期采用钢筋混凝土预制叠梁门14进行临时封堵，取代常规金属闸门的封堵方式，方便施工。

坝基涵洞进口门井5下游为封堵混凝土段25，封堵混凝土段25将该段坝基涵洞7空腔整体封堵，并于封堵混凝土段25上部布置进水塔6及其相应结构。大坝进水口21一般要高出坝基涵洞7进口一定的高度，为适应不同的进水口21高程，在封堵混凝土段25与进水塔6之间设置有调节段24，通过改变调节段24的高度，可以适应不同的进水口21高度。

柔性坝为保证坝体的防渗效果，一般于坝内设置防渗体2，并对大坝基础进行帷幕灌浆，在防渗帷幕3与坝基涵洞7相交位置底部设置灌浆盖重4，厚度不低于50cm。施工时，先进行灌浆盖重4施工，并将该部分防渗帷幕3施工完毕后再进行上部坝基涵洞7等结构的施工，以保证大坝整体防渗效果。

坝后设置有下游围堰11，坝基涵洞7自上游围堰10、坝体1及下游围堰11基础穿出，并在坝基涵洞7出口处设置有消力池13，对下泄水流进行消能后排放至下游天然河道内，避免水流流速过大，对下游河床产生冲蚀破坏，进而危及大坝的安全。

进水塔6底部进水口21设置有拦污栅15及事故闸门16，并于其顶部设置有启闭机室22及卷扬机23等设备，以便运行期的检修及控制。进水塔6采用排架式交通桥19与岸坡26交通路20相接，满足交通需要。

为方便拦污栅15及事故闸门16施工，进水塔6进水口通常为方形或者矩形，为便于进水口21与放空管9相接，于进水口21下游侧设置方变圆渐变段17，保证库水通过进水塔6进水口21后由放空管9下泄。

放空管9首端接渐变段17，自调节段24末端的斜面以“龙抬头”形式引入坝基涵洞7内，坝基涵洞7的放空管9为明管布置，并间隔一段距离设置支墩18，以保证钢管距基涵洞7底板一定距离，以便钢管的安装及后期维护。

坝基涵洞7出口位置设置有闸阀室12，闸阀室12距离坝基涵洞7末端距离不低于2m，以便人员进出坝基涵洞7。闸阀室12下游侧设置有消力池13，通过闸阀室12内设置的放空管检修阀29以及放空阀31控制放空管9的运行，满足水库放空的需要，并在放空管检修阀29与放空阀31之间设置放空管伸缩节30，在放空管检修阀29与放空阀31底部设置检修坑32，方便阀门的安装与检修。

闸阀室12下游侧设置有镇墩33，固定放空管9，减轻水库放空时引起放空管9的震动，水流自放空管9排入下游消力池13消能，避免水流直接冲蚀下游河床，进而影响闸阀室12结构安全。

在放空管检修阀29上游侧放空管9上接出取水管27，在闸阀室12内的取水管27上设置取水管检修阀34以及取水阀36控制取水管27的运行，满足工程供水功能，并在取水管检修阀34以及取水阀36之间设置取水管伸缩节35，方便阀门的安装与检修。

在放空管检修阀29上游侧放空管9上接出生态流量管28，并在闸阀室12内的生态流量管28上设置有生态流量管检修阀37以及生态流量阀38控制生态流量管28的运行，满足工程下放生态流量的要求，生态流量管28一般直径较小，可不设置伸缩节。

利用坝基涵洞7进行水库导流、放空、取水及下放生态流量的控制方法如下：

施工期利用上游围堰10、下游围堰11以及坝基涵洞7进行导流度汛，完成任务后，利用封堵段25将坝基涵洞7首部封堵。封堵段25后坝基涵洞7洞内设置放空管9，放空管9为明管布置，施工及维护方便，放空管9末端设置有放空管检修阀29以及放空阀31，方便控制放空管9的运行。水库运行时放空阀31处于关闭状态，避免库水自放空管9下泄，保证放空孔9处于满水状态，水库放空时，开启放空阀9进行水库放空。

封堵段25上部设置有调节段24以及进水塔6等相应结构，进水塔6设置有拦污栅15以及事故闸门16，并利用卷扬机23等设备控制拦污栅15以及事故闸门16的启闭，操作简单，方便后期运行控制。水库取水时拦污栅15下放于进水口位置，拦阻水流挟带的水草、漂木等杂物，保证放空管9安全运行，水库放空时，将拦污栅15提出孔口锁定，避免了拦污栅15在放空时遭到破坏；水库运行时，事故闸门16处于开启状态，保证放空孔9处于满水状态，以便工程日常取水及下放生态流量，特殊情况下，关闭事故闸门16，以便处理突发情况。

在放空管检修阀29上游侧放空管9上接出取水管27，并在闸阀室12内的取水管27上设置有取水管检修阀34以及取水阀36控制取水管27的运行，因放空管9平时处于满水状态，可以满足工程日常取水需要。

在放空管检修阀29上游侧放空管9上接出生态流量管28，并在闸阀室12内的生态流量管28上设置有生态流量管检修阀37以及生态流量阀38控制生态流量管28的运行，因放空管9平时处于满水状态，可以满足工程下放生态流量的需要。

本发明施工方法如下：

第一步：根据大坝枢纽区现场地形、地质条件，确定涵管坝基涵洞7及上游围堰10、下游围堰11的布置位置。

第二步：设置临时导流沟渠，保证干地施工，对坝基涵洞7基础进行槽挖施工。

第三步：防渗帷幕3与坝基涵洞7相交位置底部灌浆盖重4浇筑施工。

第四步：防渗帷幕3与坝基涵洞7相交位置的帷幕钻孔、灌浆施工。

第五步：坝基涵洞井口门井5、坝基涵洞7以及消力池13施工。

第六步：调节段24、进水塔6、渐变段17、拦污栅15门井以及事故闸门16门井等相应结构施工，并预埋金属结构预埋件及插筋，调节段24施工时应与该段放空管9同步施工。

第七步：施工上游围堰10、下游围堰11。

第八步：将水流汇入坝基涵洞进口门井5后自坝基涵洞7下泄至消力池13消能后归顺下游天然河道。

第九步：大坝填筑完成后采用叠梁门将坝基涵洞进口门井5临时封堵，而后进行封堵段25的施工。

第十步：封堵段25后坝基涵洞7内的放空管9及支墩18施工。

第十一步：坝基涵洞7出口闸阀室及其内相应设置施工。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。