一种高坝大库超深层挡水放空系统及其操作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于水利水电工程技术领域，具体是涉及一种高坝大库超深层挡水放空系统及其操作方法。
【背景技术】
[0002]随着筑坝技术的不断发展，我国对水利水电工程中的高坝大库放空规模和放空深度提出了更高的要求。但是，根据我国现有的闸门系统制造技术水平，闸门挡水水头一般控制在120m以内，这对于300m级的高坝工程还有将近180m深的库水无法放空，达不到工程安全运行的需要。在现有的技术水平下若将放空设施进水口高程设置过低，闸门将承受巨大的水推力，存在极大的安全隐患。因此，现有的闸门设计方式及制造水平无法满足高坝工程迅速发展的需要。
[0003]为满足300m级的高坝工程运行要求，公开号为CN204125907U的中国专利公开了一种适用于水库的超高水头分级挡水结构，该技术方案是通过在每级平板闸门后面进行充水，充水水体压力可以抵消闸门前面的水头压力，以实现将闸门置于水下150m-200m，从而减小了闸门的挡水压力，提高了闸门的运行安全。但是该分级挡水结构在运行过程中存在以下不足:
[0004](I)在上述分级挡水结构中没有设置任何检修闸门，一旦挡水闸门出现故障，则无法将闸门提出检修，整个闸门系统的运行耐久性不足，也可能会导致整个系统失效；
[0005](2)由于在分级挡水结构中没有设置控制水位的排水措施，因此不能将闸门后高于控制水位的水体及时排出，不能保证各级闸门间的水头差，从而使得闸门系统水头增加而导致整个系统崩溃；
[0006](3)在上述分级挡水结构中没有设置充水及排水平压措施，因此不能保持挡水闸门在承受额定水头差和静水等压下启闭闸门；
[0007](4)当库水位降低出现首级闸门反推力的情况下难以有效保证系统安全。
[0008]为了解决现有技术中的充水问题，公开号为CN203256704U)的中国专利公开了一种用于平面闸门的充水平压装置，该充水平压装置是设置在重力坝体内，进口需设在在平面闸门上游坝面外，且必须低于死水位，管身通过重力坝体、并跨过平面闸门门槽，出口位于平面闸门和弧形闸门之间的洞段顶部，主要是通过人工操控，单独完成自式流充水，不能满足平面闸门和弧形闸门之间洞段实现完全的水体填充和各工况下的平压。
【发明内容】
[0009]为解决上述技术问题，本发明提供了一种高坝大库超深层挡水放空系统及其操作方法。
[0010]本发明是通过如下技术方案予以实现的。
[0011]—种高坝大库超深层挡水放空系统，其特征在于:包括依次布置在隧洞上的首级闸门系统、末级闸门系统及末级弧形闸门系统，所述首级闸门系统与末级闸门系统之间还设置有二级闸门系统，所述首级闸门系统分别通过首级外部连通管和首级外部检修连通管与下游一级闸门系统相连，所述末级闸门系统位于隧洞的末级洞段处，所述二级闸门系统与末级闸门系统之间分别通过二级外部连通管和二级廊道相连，所述末级闸门系统下游设置有末级廊道，且末级廊道通过廊道竖井与末级弧形闸门系统下游连通，所述末级洞段与末级闸门系统之间通过通气管和充水管连通。
[0012]所述二级闸门系统的数量为等于或大于零的整数。
[0013]所述首级闸门系统包括首级检修闸门、首级检修闸门槽、首级工作闸门、首级工作闸门槽和首级闸门启闭装置，其中首级检修闸门和首级工作闸门分别设置在首级检修闸门槽和首级工作闸门槽内，且首级检修闸门和首级工作闸门分别与首级闸门启闭装置相连。
[0014]所述末级闸门系统包括末级闸门、末级闸门槽及末级闸门启闭装置，其中末级闸门位于末级闸门槽内，并与末级闸门启闭装置相连，所述首级外部连通管连通末级闸门槽和首级工作闸门槽，首级外部检修连通管连通末级闸门槽和首级检修闸门槽。
[0015]所述末级弧形闸门系统包括末级弧形闸门、末级弧形闸门槽及末级弧形闸门启闭装置，其中末级弧形闸门位于末级弧形闸门槽内，并与末级弧形闸门启闭装置相连。
[0016]所述二级闸门系统包括二级检修闸门、二级检修闸门槽、二级工作闸门、二级工作闸门槽和二级闸门启闭装置，其中二级检修闸门和二级工作闸门分别设置在二级检修闸门槽和二级工作闸门槽内，且二级检修闸门和二级工作闸门分别与二级闸门启闭装置相连，二级检修闸门槽和首级工作闸门槽通过首级外部连通管连通，二级检修闸门槽和首级检修闸门槽通过首级外部检修连通管连通，二级工作闸门槽和末级闸门槽通过二级外部连通管连通。
[0017]所述首级闸门系统内设置有首级内部连通管，且首级内部连通管连通首级检修闸门槽和首级工作闸门槽。
[0018]所述二级闸门系统内设置有二级内部连通管，且二级内部连通管连通二级检修闸门槽和二级工作闸门槽。
[0019]所述首级检修闸门、首级工作闸门、二级检修闸门、二级工作闸门均为平板闸门。
[0020]所述末级廊道的底板高程与末级控制水位相同。
[0021 ] 所述二级廊道的底板高程与二级控制水位相同。
[0022]所述末级廊道的底板和二级廊道的底板均向下游放坡。
[0023]所述首级检修闸门位于首级工作闸门之前，且首级检修闸门及首级工作闸门均采用后止水方式。
[0024]所述首级外部连通管、首级外部检修连通管及二级外部连通管均低于末级控制水位。
[0025]所述末级闸门和末级弧形闸门互为检修。
[0026]—种高坝大库超深层挡水操作方法，具体方法步骤如下:
[0027](I)蓄水:采用同时关闭全部闸门或逐级关闭闸门进行蓄水；
[0028](2)放水:采用快速放水方法或逐级放水方法进行放水；
[0029](3)检修:
[0030]A、检修首级工作闸门，其具体操作步骤如下:
[0031]第一步、在平压状态下关闭首级级检修闸门；
[0032]第二步、打开首级外部连通管的阀门，首级工作闸门槽内的水体与二级检修闸门槽内的水体连通，多余水体从下游各级廊道溢流排出系统，首级工作闸门槽内水位与二级控制水位同高，从而实现首级检修闸门挡水，首级工作闸门平压；
[0033]第三步、关闭首级外部连通管的阀门，打开首级工作闸门进行检修；
[0034]第四步、完成检修后，在平压状态下关闭首级工作闸门；
[0035]第五步、开启首级内部连通管的阀门，首级工作闸门槽内水位与库水位连通，开始上升至首级控制水位，首级工作闸门挡水，首级检修闸门)平压；
[0036]第六步、关闭首级内部连通管的阀门，在平压状态下开启首级检修闸门，首级工作闸门检修完成；
[0037]B、检修二级工作闸门，其具体操作方法步骤如下:
[0038]第一步、在平压状态下关闭二级检修闸门；
[0039]第二步、打开二级外部连通管的阀门，二级工作闸门槽内的水体与下游一级闸门槽水体连通，多余水体从下游各级廊道溢流排出系统，二级工作闸门槽内水位与其下游一级控制水位同高，此时，二级检修闸门挡水，二级工作闸门平压；
[0040]第三步、关闭二级外部连通管的阀门，打开二级工作闸门进行检修；
[0041]第四步、完成检修后，在平压状态下关闭二级工作闸门；
[0042]第五步、开启首级外部检修连通管和二级内部连通管对二级工作闸门槽进行充水，多余水体从下游各级廊道溢流排出系统，二级工作闸门槽内水位上升至二级控制水位，二级工作闸门挡水，二级检修闸门平压；
[0043]第六步、关闭首级外部检修连通管和二级内部连通管的阀门，在平压状态下开启二级检修闸门，二级工作闸门检修完成；
[0044]C、检修末级弧形闸门，其具体操作方法步骤如下:
[0045]第一步、关闭末级闸门，此时末级闸门)和末级弧形闸门均挡水，末级弧形闸门挡水水头降低，多余水体从末级廊道溢出；
[0046]第二步、打开末级弧形闸门进行检修，末级弧形闸门与末级闸门之间的末级洞段的水体被放空；
[0047]第三步、末级弧形闸门检修完成后，打开末级闸门下游的通气管的阀门，关闭末级弧形闸门；
[0048]第四步、开启首级外部检修连通管和末级闸门下游的充水管，对末级洞段进行充水，末级闸门下游的通气管的阀门继续打开排气；
[0049]第五步、当末级洞段充水完成后，关闭首级外部检修连通管、充水管及通气管的阀门；
[0050]第六步、末级闸门在水头压差下开启；
[0051](4)挡水:
[0052]A、当死水位在二级控制水位以上，且水位频繁变动时，可不做处理，首级闸门系统挡水水头将随水位频繁变动，其余各级闸门挡水水头不变；
[0053]B、当死水位在二级控制水位以上，且水位频繁变动时，对各级所承担水头从新进行分配，并通过各级外部连通管适当下放各门槽水体，使各级闸门承担新分配的水头；
[0054]C、当死水位在二级控制水位以下，且水位频繁变动时，其具体挡水方法步骤如下:
[0055]第一步、为了避免首级工作闸门受反推力破坏，在库水位降到二级控制水位时，打开首级外部连通管；
[0056]第二步、当水位继续在二级控制水位以下下降时，二级检修闸门槽和二级工作闸门槽内的水体通过首级外部连通管、首级工作闸门槽、首级检修闸门槽排出多余水体到水库，使两级门槽内的水体始终保持在同一水位，首级工作闸门始终处于平压状态；二级闸门系统的挡水水头随水位频繁变动，或者对二级及其以下各级所承担水头随水位变幅从新进行分配，并通过各级外部连通管适当下放各门槽水体，使各级闸门承担新分配的水头；
[0057]第三步、当水位重新达到平衡并稳定时，关闭首级外部连通管；
[0058]D、当死水位在二级控制水位以下，且在首级工作闸门检修的工况下水位频繁变动时，其具体挡水方法步骤如下:
[0059]第一步、为了避免首级检修闸门受反推力破坏，在库水位降到二级控制水位时，打开首级外部检修连通管；
[0060]第二步、当水位继续在二级控制水位以下下降时，二级检修闸门槽和二级工作闸门槽内的水体通过首级外部检修连通管和首级检修闸门槽排出多余水体到水库，使两级门槽内的水体始终保持在同一水位，首级检修闸门始终处于平压状态。
[0061]所述步骤⑴中采用同时关闭全部闸门进行蓄水的操作步骤如下:
[0062]第一步、在库水位低于末级控制水位的前提下，除末级闸门外，其余各级工作闸门和末级弧形闸门同时关闭，水库水位开始缓慢上升，洞室气体通过各级闸门槽排出，一级工作闸门开始挡水，水库开始蓄水；
[0063]第二步、同时打开各级闸门的外部连通管阀门和末级闸门下游的