專利名稱：盲谷建庫(kù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
盲谷建庫(kù)是指利用"盲谷"地形修建"人工水庫(kù)"的工程項(xiàng)目。因此，它應(yīng)屬工程 建筑類，水利水庫(kù)工程技術(shù)領(lǐng)域。"盲谷"是一種碳酸鹽類巖石地層區(qū)域的獨(dú)特河谷地形周 高中低，如同盲人"眼眶"，故稱"盲谷"。碳酸鹽類巖層因有溶于水的性質(zhì)，此類巖層地表景 觀，如盲谷、石林、溶洞、出水/落水洞……等等，到處可見(jiàn)，地質(zhì)學(xué)上統(tǒng)稱為"巖溶"或"喀 斯特"地貌。"盲谷"庫(kù)區(qū)，大都位于其谷區(qū)低處，枯水期有一處或數(shù)處溶洞消泄地面來(lái)水， 地下水位低下，其最低深度難測(cè)；豐水期，地面、地下四周來(lái)水匯集，有些"盲谷"洪水消泄不 及，谷區(qū)部份洼地，或成季節(jié)湖，這時(shí)，谷區(qū)地下水位上升，有的落水溶洞，反"落"為"冒"，其 地下最大來(lái)水源頭在那？亦難以估測(cè)。所以，谷區(qū)地下水文地質(zhì)情況特別復(fù)雜。對(duì)其基礎(chǔ) 防漏、防滲處理的"建庫(kù)"受力水力外界條件，很難以準(zhǔn)確界定，此乃本發(fā)明課題應(yīng)解決的獨(dú) 特難點(diǎn)。
背景技術(shù)：
"人工水庫(kù)"在正常情況下，它是必須修建在不透水地層上的，所以，在透水地層上 建庫(kù)，就必須使用"防滲層"。我們知道，由不透水材料組成的"防滲層"本身，是具有"雙向" 阻水的"不可逆性"。此類"防滲層"必然難應(yīng)對(duì)上述復(fù)雜水文地質(zhì)情況，所以，國(guó)內(nèi)、外，至 今尚無(wú)《盲谷建庫(kù)》的成功經(jīng)驗(yàn)。我國(guó)在上世紀(jì)60 70文化大革命年代，搞了不少盲谷建 庫(kù)項(xiàng)目，敗多成少。2004年8月，中國(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì)，在湖北恩施，召開(kāi)了一個(gè)《西部水利水電開(kāi) 發(fā)與巖溶水文地質(zhì)學(xué)術(shù)研討會(huì)》，有會(huì)議論文集匯編。代表了國(guó)內(nèi)(乃至國(guó)外)，當(dāng)今水平最 高，知識(shí)最新；對(duì)巖溶透水地區(qū)，解決蓄水問(wèn)題的、最權(quán)威的技術(shù)總結(jié)資料。會(huì)議雖涉及了盲 谷建庫(kù)問(wèn)題，但其中并未見(jiàn)有、或類似本發(fā)明以《單向防滲層》為關(guān)鍵的盲谷建庫(kù)方案技術(shù) 資料。 在地質(zhì)條件復(fù)雜的地層上作水庫(kù)，為防止庫(kù)水從深埋藏于地下、不可預(yù)測(cè)的漏水 通道流失，從理論上說(shuō)有三種方法"躲、截、補(bǔ)"。我國(guó)在解放以后，在三種方法中的"躲"和 "截"都很成功，尤其如三峽水庫(kù)的建成，堪稱"躲"法運(yùn)用之世界之冠。但"補(bǔ)法"卻不理想。 如上面說(shuō)的那些"盲谷建庫(kù)"工程，大都是采用"補(bǔ)"法措施的，也就是如"舊面盆"的打"補(bǔ) 巴"，那里漏水補(bǔ)那里?？此坪?jiǎn)單，卻很難成功。發(fā)明人周尚文曾研究過(guò)那些"雙向"防滲層 性能所以頻遭破壞的原因，估計(jì)是豐水期高地下水位對(duì)《防滲層》的"浮壓頂托"造成。為 此，他當(dāng)時(shí)就產(chǎn)生了防滲層"防滲"(對(duì)庫(kù)水)、不能"妨冒"(對(duì)地下水)的"單向防滲"的 設(shè)想，并在宣恩縣(湖北省境內(nèi))李家河區(qū)二虎寨的一個(gè)叫"消水沱"的小盲谷，安裝一"逆 止水閥"聯(lián)通地下水與庫(kù)水作試驗(yàn)，就初步取得了蓄水的成功。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要內(nèi)容有三
—、單向防滲 設(shè)置理由在堵塞"落水洞"防止庫(kù)水外漏同時(shí)，考慮適應(yīng)豐水期地下水、氣必定上
3升規(guī)律"防滲"，"不妨冒"，可以調(diào)減因地下水上漲所帶來(lái)的、對(duì)防滲層不斷增大的、"頂托、 浮壓"。是保證盲谷建庫(kù)成功的關(guān)鍵性技術(shù)措施。也是本發(fā)明的核心內(nèi)容。
發(fā)明人認(rèn)為一切地下巖溶洞隙，從根源上看，它們是大地構(gòu)造和地殼地質(zhì)活動(dòng)變 遷的各種構(gòu)造應(yīng)力，如拉張、扭曲、剪切等力，所孕育產(chǎn)生的一系列張口裂隙，為水、氣的侵 入、流動(dòng)，提供了"有縫可鉆"的客觀條件。以后又在歷史的長(zhǎng)河中，受水、氣的沖洗、淘刷、 溶濾、凝聚……等等變化。使這些封閉的地下空間，得到擴(kuò)展、延伸。同時(shí)，也與周圍的地面 空間，建立了密不可分的"緊密聯(lián)系"。地球的自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)，形成了地面四季氣象水文的循環(huán) 變化，構(gòu)成了地面、地下雨水的"冬枯、夏豐"循環(huán)，在這種循環(huán)變化中，也已形成了一種穩(wěn)定 的平衡，這也就是"地下水、氣活動(dòng)的客觀規(guī)律"。歷史上有那么多的"盲庫(kù)"工程失敗，就在 于實(shí)施堵洞、防滲的同時(shí)，也把那些通向庫(kù)區(qū)的"歷史通道"全都堵塞了。當(dāng)巖溶洞穴的地 下水(氣)，到豐水季節(jié)時(shí)，豐富的地下來(lái)水，就只能以提高地下水位，補(bǔ)償其被侵占了的地 下的有限的空間，這種高地下水位，便對(duì)防滲層產(chǎn)生了更高的"浮壓、頂托"反壓，地下水在 失去"歷史通道"后，造成了"流態(tài)失衡"，就繼續(xù)不斷地提高其水位，使地下水沿各種裂隙和 薄弱部位，到處亂鉆、四處亂串，直到達(dá)到新的"流態(tài)平衡"然后止。但今天有了《單向防滲 層》，若以其堵漏防滲，情況就大變了 舊的漏水通道被堵住了，但舊的水、氣入庫(kù)通道卻仍 然完全被保存。往日地下水(氣)入庫(kù)的舊有通道仍然存在，舊有平衡"平安無(wú)事"不受干 擾，因此，這種"防滲層"也就可能安然無(wú)恙地進(jìn)行工作！
[具體組件]:它是由四種不同功能件組合的。 其一，防滲件。它是防漏、防滲的主要構(gòu)件，根據(jù)材料、和工程部位不同，可有"剛 性"和"柔性"兩種，用砼或鋼筋砼的，為剛性，適宜于陡坡或巖石絕壁漏水區(qū)帶。用土、土石 混合料、無(wú)毒防水材料或化纖土工布的，為柔性，適宜于30。以下平緩地面。其中，最重要 的是設(shè)計(jì)層厚，是依據(jù)防滲層允許的最大地、庫(kù)頂托水位差A(yù)Hmax，及防滲層浮重(Y申-l) 以確定防滲層的設(shè)計(jì)層厚H申。其關(guān)系以式表示為 AHmax = ( Y申-1) H單，此式為本發(fā)明初次論證所提出，這樣作，只需知道了《防滲
層》工作時(shí)，其上(庫(kù)水)下(地下水)兩面的水壓差即可，也就回避了水力受力條件絕對(duì)
極值"難以界定"的難題。AHmax作為設(shè)計(jì)值確定之后，同時(shí)也就是工程運(yùn)行是否安全的依
據(jù)，即以運(yùn)行時(shí)的AH與AHmax比較 1、 AH《0時(shí)，無(wú)地下水、氣頂壓，工程安全！ 2、 AH《AHmax時(shí)，處于設(shè)計(jì)安全運(yùn)轉(zhuǎn)范圍，工程安全！ 3、 AH^ AHmax時(shí)，處于設(shè)計(jì)安全范圍外的危急情況，工程不安全！應(yīng)取緊急除 患措施。 上述三種情況，就是工程運(yùn)行是否安全的判別式，(AH值的觀領(lǐng)U，在《壓差監(jiān)領(lǐng)0中 說(shuō)明)。 H申的構(gòu)造以柔性為例，一般為三層其上為保護(hù)層，利用塊石或預(yù)制塊件，有防 水流沖刷和清淤標(biāo)志作用；中為土、或利用基礎(chǔ)平整土、石廢料，以降低成本，為"防滲層"增 加自重的主體；底層為無(wú)毒防水材料或化纖土工布。以防水、無(wú)毒、抗裂(旱、凍、不勻沉陷) 性能好者為優(yōu)。 其二，逆止件。它是完成《防滲層》由"雙向"變成"單向"功能的關(guān)鍵。它的活動(dòng) 閥板，當(dāng)無(wú)地下水、或地下水壓小于庫(kù)水壓力時(shí)，處于"止"的關(guān)閉狀態(tài)；當(dāng)?shù)叵滤仙幱诳諑?kù)、或高于庫(kù)水位，"浮壓頂力"達(dá)到能克服板的自重和系統(tǒng)阻力時(shí)，則處于"開(kāi)"的入庫(kù)蓄 水狀態(tài)。地下水的"浮壓、頂托"力量逾大，閥板開(kāi)啟逾高，入庫(kù)的地下水量也就逾大，直到 達(dá)到設(shè)計(jì)的AHmax然后止。還有一種情況當(dāng)逆止件的出口被污物或泥沙封堵時(shí)，閥門(mén)不 能自由開(kāi)啟，為"事故"狀態(tài)。也都必須立即采取措施，消除隱患。 其三，球閥件。它主要是為消除逆止件事故而設(shè)置的，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，人工 開(kāi)啟，啟吊力小。兼有沖沙、空庫(kù)等性能，(后面另有介紹)。它是一件中間過(guò)渡件，其中心 主體，如同"十"字四通，上接逆止件，下承匯流件，左接球閥來(lái)水，右為人孔平段，為庫(kù)水伸 展消能。為了開(kāi)啟圓球，它必須外接圓球"起吊系統(tǒng)"。同時(shí)為了檢修人員出入，它又必須外 接"人孔系統(tǒng)"。 其四，消能匯流件。它具有匯流和消能的作用，是地下水與庫(kù)水交換通道整體結(jié)構(gòu) 的基礎(chǔ)，所以它必須建造在牢固可靠的巖基之上。同時(shí)，它又是地下水出入的集散中心，其 地下水的入口或出口，均必須暢通無(wú)阻，因此一切原來(lái)地下水去 來(lái)的舊洞切不可盲目封 堵！如原來(lái)洞口周圍，有多處落水洞穴，但相互距離較近，為節(jié)省造價(jià)，可使其地下部份，相 互連通，地表以上，則以《防滲層》統(tǒng)一處理。只要地下通道能保持暢通，漏水帶地面，經(jīng)平 整后，即可鋪設(shè)《防滲層》的底層材料。但如果原來(lái)地面有明顯的泉水、或有舊河遺跡，可以 暗溝形式，聯(lián)引其可能發(fā)生的地下水流入于匯流井內(nèi)。若一處盲谷，有多處落水洞，但相距 較遠(yuǎn)，不便互聯(lián)，可根據(jù)情況，或多作，或舍棄若干而少作，以達(dá)造價(jià)最低目的。
綜上所述，在四個(gè)構(gòu)件中，可以把逆止件、球閥件、匯水井件組合，統(tǒng)稱為"單向防 滲層控制總成"件，因此，《單向防滲層》也就是原來(lái)的《雙向防滲層》加"單向防滲層控制總 成"！只是在設(shè)計(jì)和構(gòu)思上，更科學(xué)、更可靠了。
二、壓差監(jiān)測(cè)； 為觀測(cè)AH、監(jiān)視地下水"浮托、頂壓"對(duì)《防滲層》工作過(guò)程，以保證工作中的最 大水頭差，不超過(guò)設(shè)計(jì)的最大值而設(shè)置。而地 庫(kù)"壓差"的變化，受地面、地下來(lái)水和逆止 件"活動(dòng)閥板"的自動(dòng)調(diào)控等因素影響。而這個(gè)"壓差"點(diǎn)的正確位置，一個(gè)點(diǎn)應(yīng)位于庫(kù)區(qū) 與"閥板"面等高(或略高)的位置，另一個(gè)點(diǎn)應(yīng)位于"閥板"面之下，可在"閥板"支座側(cè)壁 上開(kāi)孔。另外，這兩個(gè)點(diǎn)位的工作條件都在水下，很容易受污物或泥沙的堵塞，因此，在各自 以測(cè)壓管引出聯(lián)結(jié)"測(cè)壓表"時(shí)，兩管應(yīng)各自分聯(lián)雙閥控制，其中一個(gè)閥接表，另一個(gè)聯(lián)水壓 管，以備在事故或定期檢修時(shí)，用它清理污物堵塞或周圍的泥沙。
三、泥沙沖刷。 球閥為預(yù)防地下來(lái)水超設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)留進(jìn)水余地，和消除逆止閥事故險(xiǎn)情而設(shè)。此 外，它還有一個(gè)特別功能就是可以實(shí)施《防淤?zèng)_沙》?！秵蜗蚍罎B》堵漏，其關(guān)鍵設(shè)備"逆止 閥"的入庫(kù)口 ， 一般均設(shè)置于庫(kù)底最低處，因此，這就為其長(zhǎng)期安全運(yùn)轉(zhuǎn)帶來(lái)了一個(gè)不可避
免的難題——泥沙淤塞。有了"球閥"，就可以利用時(shí)差，當(dāng)庫(kù)水位大于地下水位時(shí)，啟動(dòng)"球 閥"，排泄渾水沖沙。此外，如有檢修或空庫(kù)要求，也可以安排在枯水季節(jié)實(shí)施。圓球閥抗泥 沙性能優(yōu)于逆止閥，安裝位置又低于逆止閥，因此對(duì)保護(hù)逆止閥進(jìn)口有益，必要時(shí)，也可用 水槍在空庫(kù)排水時(shí)，沖攪進(jìn)口處已沉積的泥沙，可能較吸泥清淤更好。 小結(jié)以AHmax確定防滲層厚；實(shí)施"單向防滲"堵洞、防漏。乃本發(fā)明——盲谷 建庫(kù)的突出特徵。


1、圖1為盲谷建庫(kù)布局與工作原理示意圖，也是摘要附圖。 圖中顯示了盲谷透水地層及防滲層與其它構(gòu)件間的相互位置和關(guān)系，還標(biāo)繪出了 庫(kù)水、地下水各自的兩種水位線(地下水位高于庫(kù)水位，正處于《防滲層》受地下水浮托、頂 托情況)，以及《防滲層》水力受力條件與方向。圖中顯示地下水除向溶洞下游宣泄外，來(lái) 不及下泄的地下水，經(jīng)過(guò)逆止閥同時(shí)也向庫(kù)內(nèi)宣泄的情況。發(fā)明人周尚文認(rèn)為天然的巖溶 落水洞形成的"落水漏斗"，分多水、豐水、少水三種類型；圖中所示為多水型，其特點(diǎn)為少量 枯水期地下來(lái)水，少于其向下游的泄水，大多時(shí)間，其地下來(lái)水，多于向下游的泄水。因此其 盲谷庫(kù)區(qū)，呈季節(jié)性有水狀態(tài)。如周所試驗(yàn)治理的"消水沱"即是。豐水型特點(diǎn)，為枯水期 其地下來(lái)水，也仍多于向下游的泄水，因此在地面表現(xiàn)為四季湖，但可能出現(xiàn)最低水位。在 豐水季節(jié)(或年)，其地下來(lái)水則可達(dá)到歷史最高水平，如有名的敦煌"月牙泉"，就是，只是 其面積很小，稱"泉"而不稱"湖"。少(或虧)水型特點(diǎn)，則為任何時(shí)候，其地下高水位，也 沒(méi)有超越過(guò)落水洞口水平面，其地下枯水位，可能在洞口以下數(shù)十或百米以上，盲谷庫(kù)區(qū)， 從未出現(xiàn)過(guò)淹水現(xiàn)象。因此此類庫(kù)區(qū)所示圖中的地下高水位，在實(shí)際上只是虛設(shè)的"虛擬" 地下高水位。意思是地下的低、 高各種水位，還應(yīng)各加上最低水位時(shí)，由低水位至洞口的 這段垂直距離(由流體——空氣充填的，因系虛擬，故不計(jì)壓縮)。才是圖中所示地下高水 位線。
"圖l":圖例說(shuō)明 ①防滲層 ⑤園球起吊系統(tǒng) ⑦工作橋 ⑨:圓球
(Qh地下水流溶洞
Pi :庫(kù)水壓力
P2 :地下水頂托、浮壓力
Hs :水庫(kù)不同蓄水深
H申防滲層設(shè)計(jì)厚
②、③、④其它單向防滲漏層控制總成
:人孔檢修系統(tǒng)
⑧操控室
:透水地層基礎(chǔ)
-地下水匯流暗溝系統(tǒng) W:防滲層自重 AH :地下水與庫(kù)水位相對(duì)差 H' S、H' ffi :不同地下水與起始水位差 V:地下水頂托，浮壓起始面
▽ 、 Vffi、不同庫(kù)水位水位線
個(gè)地下水分子流向示意 2、圖2為盲谷建庫(kù)各組成件大樣示意，圖2a :防滲件。圖2b :逆止件。圖2c :球閥 件。圖2d:消能匯流件。其中件-2 件-4組合，統(tǒng)稱為《單向防滲控制總成》。各大樣件 中，包括了外接件，在圖中有說(shuō)明，但只示意(或說(shuō)明)繪出。此外，在進(jìn)出閥水口周圍和上 部，應(yīng)有攔污格柵，未能繪出， 一并在此說(shuō)明。
具體實(shí)施例方式
發(fā)明人李蘭靜在葛洲壩水電勘察設(shè)計(jì)院工作，對(duì)具體實(shí)施本發(fā)明具備一定的有利 條件，發(fā)明人希望有機(jī)會(huì)與建設(shè)單位及一切有機(jī)會(huì)協(xié)作的單位和個(gè)人搞好協(xié)作，并共同作 好以下幾點(diǎn) 1、講究方法，認(rèn)真工作以本發(fā)明應(yīng)用于《盲谷建庫(kù)》，不僅將使"補(bǔ)"法技術(shù)在巖溶復(fù)雜地層上建庫(kù)，可能出現(xiàn)了一片"柳暗花明"的遠(yuǎn)景，而且和"躲、截、"兩法結(jié)合，綜合 運(yùn)用，在巖溶干旱山區(qū)，在其深谷或各級(jí)階臺(tái)臺(tái)地，可以按照自然地理?xiàng)l件，"就高、就近、就 地"選取一些"盲谷"或"類盲谷(如一些老大難漏水庫(kù)、天然季節(jié)湖等)"，按最佳選址方案 開(kāi)發(fā)建庫(kù)。然而，影響一處工程成敗的決定因素很多；而且，盲谷建庫(kù)又是一項(xiàng)地質(zhì)條件有 時(shí)可能會(huì)迂到很復(fù)雜情況的問(wèn)題，如果又缺乏巖溶地區(qū)的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，缺乏深入細(xì)致求 實(shí)的態(tài)度，還是可能走彎路甚至于失敗的，因此，應(yīng)當(dāng)"先小后大，由易到難、由簡(jiǎn)到繁，穩(wěn)扎 穩(wěn)打，"逐步識(shí)累經(jīng)驗(yàn)，以避免出現(xiàn)重大捐失。以后逐漸經(jīng)驗(yàn)多了，發(fā)現(xiàn)和處理問(wèn)題辦法也更 多了，情況就可能大不相同。 2、把握好勘察、選點(diǎn)關(guān)。把一些地質(zhì)整體條件不穩(wěn)、水資源缺乏、環(huán)保有隱患、防漏 防護(hù)面過(guò)大、造價(jià)過(guò)高、……等等不適宜的庫(kù)址，排除在選點(diǎn)初期工作中。保證盲谷建庫(kù)既 要成功，又要價(jià)低！ 3、把設(shè)計(jì)、施工、管理、養(yǎng)護(hù)等工作，從一開(kāi)始就共同注意、共同努力，積累經(jīng)驗(yàn)，改 進(jìn)技術(shù)，爭(zhēng)取更多的創(chuàng)新。 雖然盲谷建庫(kù)是一項(xiàng)既古老而又"全新"工程項(xiàng)目，相信今后到適當(dāng)?shù)臅r(shí)候，在透 水地層上，原來(lái)認(rèn)為不可能蓄住水的地方， 一批造價(jià)便宜、工程簡(jiǎn)便的"人工水庫(kù)"，將會(huì)應(yīng) 運(yùn)而生。
權(quán)利要求
本發(fā)明以“ΔHmax確定防滲層厚；實(shí)施單向防滲堵洞、防滲?！睘槠涮蒯??！睹す冉◣?kù)》的水文地質(zhì)問(wèn)題比較復(fù)雜，而且歷史上也曾因《盲谷建庫(kù)》問(wèn)題造成過(guò)巨大損失的情況。
全文摘要
盲谷建庫(kù)是指利用“盲谷”地形，通過(guò)其特有的水道渠地，建成一座周高中低的人工水庫(kù)之工程項(xiàng)目，簡(jiǎn)稱“盲谷建庫(kù)”，適用于干旱缺水石灰?guī)r山區(qū)、碳酸鹽類巖層地區(qū)的水資源利用方面，屬于工程建筑技術(shù)領(lǐng)域。該水利水庫(kù)建筑中的基礎(chǔ)堵漏、防滲漏技術(shù)，目前國(guó)外尚無(wú)成功記載，我國(guó)也是缺乏成功經(jīng)驗(yàn)。本項(xiàng)發(fā)明申請(qǐng)人當(dāng)時(shí)對(duì)一小盲庫(kù)堵洞、防滲，試裝“逆止閥”獲得成功，之后進(jìn)行了完善。本發(fā)明主要技術(shù)核心為逆止閥的設(shè)計(jì)使用及防堵防滲措施。1、單向防滲漏設(shè)施的安裝及其組成部件的設(shè)計(jì)，并將其整合為“單向防滲控制總承”；2、觀測(cè)監(jiān)測(cè)溶洞地下水；3、沖砂防淤措施等。
文檔編號(hào)E02B3/16GK101775786SQ20081009682
公開(kāi)日2010年7月14日 申請(qǐng)日期2008年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月3日
發(fā)明者周尚文, 李蘭靜 申請(qǐng)人:李蘭靜;周尚文