變斷面調(diào)壓室的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種變斷面調(diào)壓室，其洞身沿高度方向依次包括第一調(diào)壓室段、斷面面積漸變段和第二調(diào)壓室段，斷面面積漸變段連接第一調(diào)壓室段和第二調(diào)壓室段，其中，第一調(diào)壓室段斷面面積為下游低水位對應(yīng)的調(diào)壓室穩(wěn)定斷面面積，第二調(diào)壓室段斷面面積為滿流時(shí)對應(yīng)的調(diào)壓室穩(wěn)定斷面面積，特殊情況下可不設(shè)斷面面積漸變段。本發(fā)明適用于明滿流尾水系統(tǒng)，可減小下游調(diào)壓室的規(guī)模，有利于地下洞室群的穩(wěn)定，減小洞室開挖和支護(hù)工程量，降低工程造價(jià)。
【專利說明】變斷面調(diào)壓室

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水電站調(diào)壓室結(jié)構(gòu)型式，尤其涉及一種適用于明滿流尾水系統(tǒng)的變斷面調(diào)壓室。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國西南水力資源的開發(fā)，許多正在規(guī)劃、設(shè)計(jì)和施工的巨型、大型水電站所處河段地形陡峻，河谷狹窄，河床僅能用于布置擋水和泄洪建筑物，而輸水發(fā)電建筑物、導(dǎo)流和部分泄洪建筑物須布置在兩岸山體中，這是較為典型的一種樞紐總體布置格局。
[0003]當(dāng)電站采用首部式和中部式開發(fā)方式時(shí)尾水隧洞較長，一般需設(shè)置下游調(diào)壓室
[3]來滿足水電站尾水管進(jìn)口斷面(4)最小絕對壓強(qiáng)滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)的要求。工程實(shí)際中為了減少尾水隧洞和尾水出口邊坡的工程量，避免人工高陡邊坡的開挖支護(hù)和穩(wěn)定問題，減輕對地表植被和環(huán)境的破壞影響，往往需要考慮“永臨結(jié)合”，即充分利用施工期的臨時(shí)建筑物與永久建筑物相結(jié)合，進(jìn)行統(tǒng)一的布置和設(shè)計(jì)，將電站尾水洞與導(dǎo)流洞相結(jié)合，可能就成為一種比較有優(yōu)勢的布置方案。
[0004]電站尾水洞與導(dǎo)流洞結(jié)合洞段(9)應(yīng)盡量選用平坡型式，來兼顧和適應(yīng)電站尾水洞和導(dǎo)流洞的出流要求，在具有這種下游調(diào)壓室和明滿流尾水洞的輸水系統(tǒng)中，當(dāng)下游尾水位從低水位變化到高水位，尾水洞中呈現(xiàn)出明流、明滿流和滿流的水流狀態(tài)，尾水有壓段的長度相應(yīng)地由最低尾水位時(shí)的最小長度達(dá)到滿流時(shí)的整個(gè)尾水洞長度。根據(jù)尾水洞的水流狀態(tài)和水力特點(diǎn)，下游調(diào)壓室(3)洞身斷面可以突破常規(guī)的等斷面型式，采用不同面積和形狀的變斷面型式，以期減小下游調(diào)壓室規(guī)模，有利于地下洞室群的穩(wěn)定，減小洞室開挖和支護(hù)工程量，降低工程造價(jià)。
[0005]根據(jù)《水電站調(diào)壓室設(shè)計(jì)規(guī)范》，下游調(diào)壓室的穩(wěn)定斷面面積F為:
[0006]F = KFlh(I)

Lf
[0007]廠"，= ^~77；~-V,~V
2ga(/i0-kM-jh)
[0008]式(I)?⑵中:
[0009]Flh為托馬臨界穩(wěn)定斷面面積，單位:m2 ；
[0010]L為壓力尾水道長度，單位:m;所述的壓力尾水道為下游調(diào)壓室至明滿流交界面或尾水出口間的壓力水道；
[0011]f為壓力尾水道斷面面積，單位:m2 ；
[0012]H0為發(fā)電最小毛水頭，單位:m ；
[0013]α為下游調(diào)壓室至下游河道或水庫水頭的損失系數(shù)，包括局部水頭損失與沿程水頭損失，ct = hw0/V2 ；
[0014]V為壓力尾水道平均流速，單位:m/s ；
[0015]hw0為壓力尾水道水頭損失，單位:m ；
[0016]h_為下游調(diào)壓室上游管道總水頭損失，包括壓力管道和尾水管延伸段水頭損失，單位:m ；
[0017]K為系數(shù)，一般在1.0?1.1內(nèi)選取，選用K < 1.0時(shí)應(yīng)有可靠論證；
[0018]g為重力加速度，單位:m/s2。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]本發(fā)明的目的在于提供一種適用于明滿流尾水系統(tǒng)的變斷面調(diào)壓室，可減小明滿流尾水系統(tǒng)中下游調(diào)壓室規(guī)模，有利于地下洞室群的穩(wěn)定，減小洞室開挖和支護(hù)工程量，降低工程造價(jià)。
[0020]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0021]一種變斷面調(diào)壓室，其洞身沿高度方向從下至上依次包括第一調(diào)壓室段、斷面面積漸變段和第二調(diào)壓室段，斷面面積漸變段連接第一調(diào)壓室段和第二調(diào)壓室段，其中，第一調(diào)壓室段斷面面積為下游低水位對應(yīng)的調(diào)壓室穩(wěn)定斷面面積，第二調(diào)壓室段斷面面積為滿流時(shí)對應(yīng)的調(diào)壓室穩(wěn)定斷面面積；第一調(diào)壓室段和第二調(diào)壓室段的斷面形狀相同或不相同，斷面形狀根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)；斷面面積漸變段底部和頂部高程根據(jù)實(shí)際工程的下游低水位和尾水出口流道頂部高程來設(shè)定，并確保各種工況下水電站調(diào)節(jié)保證參數(shù)滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)的要求。
[0022]上述第一調(diào)壓室段、斷面面積漸變段和第二調(diào)壓室段的斷面形狀為矩形、圓形、橢圓形或半橢圓形。
[0023]另一種變斷面調(diào)壓室，其洞身沿高度方向從下至上依次包括第一調(diào)壓室段和第二調(diào)壓室段，第一調(diào)壓室段斷面面積為采用調(diào)壓室至明滿流尾水洞中斜段出口的流道長度為壓力尾水道長度計(jì)算的調(diào)壓室穩(wěn)定斷面面積，第二調(diào)壓室段斷面面積為滿流時(shí)對應(yīng)的調(diào)壓室穩(wěn)定斷面面積；第一調(diào)壓室段和第二調(diào)壓室段的斷面形狀相同或不相同，斷面形狀根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)；第一調(diào)壓室段頂部高程根據(jù)實(shí)際工程的斜洞接平洞型式的明滿流尾水洞中連接段進(jìn)口高程來設(shè)定，并確保各種工況下水電站調(diào)節(jié)保證參數(shù)滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)的要求。
[0024]當(dāng)斜洞接平洞型式的明滿流尾水洞不包括連接段時(shí)，第一調(diào)壓室段頂部高程根據(jù)實(shí)際工程尾水出口流道頂部高程設(shè)定，并確保各種工況下水電站調(diào)節(jié)保證參數(shù)滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)的要求。
[0025]上述第一調(diào)壓室段和第二調(diào)壓室段的斷面形狀為矩形、圓形、橢圓形或半橢圓形。
[0026]明滿流尾水系統(tǒng)指由依次相連的尾水管、下游調(diào)壓室、明滿流尾水洞和尾水出口等建筑物構(gòu)成的一種水電站尾水輸水系統(tǒng)。當(dāng)水電站采用明滿流尾水系統(tǒng)，尤其是明滿流尾水洞部分洞段為平洞時(shí)，可突破常規(guī)的等斷面型式調(diào)壓室，采用變斷面型式的調(diào)壓室，即調(diào)壓室沿高度方向采用不同的斷面面積和斷面形狀，以期減小下游調(diào)壓室的規(guī)模，有利于地下洞室群的穩(wěn)定，減小洞室開挖和支護(hù)工程量，降低工程造價(jià)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為斜洞型式的明滿流尾水系統(tǒng)縱剖面示意圖；
[0028]圖2為斜洞接平洞型式的明滿流尾水系統(tǒng)縱剖面示意圖；
[0029]圖3為下游側(cè)斷面漸變的調(diào)壓室結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖(a)為調(diào)壓室順?biāo)飨蚱拭鎴D，圖(b)為圖(a)中調(diào)壓室A-A剖面圖，圖(C)為圖(a)中調(diào)壓室B_B剖面圖，圖(d)為圖(a)中調(diào)壓室C-C剖面圖；
[0030]圖4為兩側(cè)斷面漸變的調(diào)壓室結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖(a)為調(diào)壓室順?biāo)飨蚱拭鎴D，圖(b)為圖(a)中調(diào)壓室D-D剖面圖，圖(C)為圖(a)中調(diào)壓室E_E剖面圖，圖(d)為圖(a)中調(diào)壓室F-F剖面圖；
[0031]圖5為下游側(cè)斷面突變的調(diào)壓室結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖(a)為調(diào)壓室順?biāo)飨蚱拭鎴D，圖(b)為圖(a)中調(diào)壓室G-G剖面圖，圖(C)為圖(a)中調(diào)壓室H_H剖面圖，圖(d)為圖(a)中調(diào)壓室1-1剖面圖；
[0032]圖6為兩側(cè)斷面突變的調(diào)壓室結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖(a)為調(diào)壓室順?biāo)飨蚱拭鎴D，圖(b)為圖(a)中調(diào)壓室J-J剖面圖，圖(C)為圖(a)中調(diào)壓室K-K剖面圖，圖(d)為圖(a)中調(diào)壓室L-L剖面圖。
[0033]其中，1-地下廠房，2-主變洞，3-下游調(diào)壓室，4-尾水管進(jìn)口斷面，5-尾水管，6-岔管段，7-明滿流尾水洞斜段，8-連接段，9-明滿流尾水洞平段，10-尾水出口，11-下游低水位，12-下游中水位，13-下游高水位，14-明滿流交界面，15-壓力尾水道段長度LI，16-無壓明流段長度L2，17-明滿流尾水洞長度L，18-第一調(diào)壓室段，19-第二調(diào)壓室段。

【具體實(shí)施方式】
[0034]下面將結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明技術(shù)方案。
[0035]圖1為斜洞型式的明滿流尾水系統(tǒng)縱剖面示意圖，明滿流尾水系統(tǒng)包括依次相連的尾水管(5)、下游調(diào)壓室(3)、明滿流尾水洞(7)和尾水出口(10)，下游調(diào)壓室(3)下游側(cè)的明滿流尾水洞為斜洞，即明滿流尾水洞斜段(7)。當(dāng)尾水位從下游低水位(11)上升至接近尾水出口(10)洞頂高程的下游中水位(12)、再至下游高水位(13)的過程中，壓力尾水道段長度LI (15)逐漸增長至明滿流尾水洞總長度L。由公式(I)和公式(2)可知，下游調(diào)壓室的穩(wěn)定斷面面積由Fl增至F2再增加到F，F(xiàn)1為下游低水位(11)對應(yīng)的下游調(diào)壓室穩(wěn)定斷面面積，F(xiàn)2為下游中水位(12)對應(yīng)的下游調(diào)壓室穩(wěn)定斷面面積，F(xiàn)為滿流時(shí)對應(yīng)的下游調(diào)壓室穩(wěn)定斷面面積。計(jì)算下游調(diào)壓室穩(wěn)定斷面面積時(shí)，公式(I)?(2)中各變量均根據(jù)實(shí)際情況取值或計(jì)算。
[0036]針對圖1中所示的斜洞型式明滿流尾水系統(tǒng)，在下游低水位和下游中水位對應(yīng)的調(diào)壓室穩(wěn)定斷面面積Fl和F2的計(jì)算中，壓力尾水道長度為下游調(diào)壓室(3)至相應(yīng)尾水位對應(yīng)的明滿流交界面(14)間的明滿流尾水洞長度；滿流時(shí)對應(yīng)的調(diào)壓室穩(wěn)定斷面面積F的計(jì)算中，壓力尾水道長度為明滿流尾水洞總長L，即下游調(diào)壓室(3)至尾水出口(10)間的明滿流尾水洞長度。
[0037]圖2為斜洞接平洞型式的明滿流尾水系統(tǒng)縱剖面示意圖，明滿流尾水系統(tǒng)包括依次相連的尾水管(5)、下游調(diào)壓室(3)、明滿流尾水洞和尾水出口，明滿流尾水洞包括明滿流尾水洞斜段(7)、連接段(8)和明滿流尾水洞平段(9)，明滿流尾水洞斜段(7)出口和明滿流尾水洞平段(9)進(jìn)口通過連接段(8)連接，下游調(diào)壓室(3)連接明滿流尾水洞斜段(7)入口，明滿流尾水洞平段(9)出口連接尾水出口和尾水渠。當(dāng)尾水位從下游低水位(11)上升至接近尾水出口(10)洞頂高程的下游中水位(12)、再至下游高水位(13)的過程中，壓力尾水道長度由LI (15)逐漸增長至明滿流尾水洞總長度L。采用公式(I)?(2)計(jì)算下游低水位對應(yīng)的調(diào)壓室穩(wěn)定斷面面積F1、下游中水位對應(yīng)的調(diào)壓室穩(wěn)定斷面面積F2和滿流時(shí)對應(yīng)的調(diào)壓室穩(wěn)定斷面面積F?？紤]到明滿流尾水洞斜段(7)長度相對較短，而明滿流尾水洞平段(9)長度較長，下游調(diào)壓室斷面面積在明滿流尾水洞平段(9)洞頂高程時(shí)有一個(gè)突變，為了簡化設(shè)計(jì)和減小施工難度，以連接段(8)進(jìn)口高程為界將下游調(diào)壓室分為上下兩段:第一調(diào)壓室段和第二調(diào)壓室段。當(dāng)不設(shè)連接段時(shí)，第一調(diào)壓室段頂部高程可選取為略低于明滿流尾水洞平段(9)洞頂高程。以連接段(8)進(jìn)口高程的中水位對應(yīng)的下游調(diào)壓室穩(wěn)定斷面面積F2作為第一調(diào)壓室段斷面面積，計(jì)算下游調(diào)壓室穩(wěn)定斷面面積F2時(shí)，以連接段(8)進(jìn)口上游側(cè)的明滿流尾水洞長度為壓力尾水道長度，公式(I)?(2)中其它變量根據(jù)實(shí)際情況取值或計(jì)算。
[0038]本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】如下:
[0039]根據(jù)水電站輸水系統(tǒng)的實(shí)際布置情況，采用公式(I)和(2)分別計(jì)算下游低水位、下游中水位、滿流時(shí)對應(yīng)的調(diào)壓室穩(wěn)定斷面面積。針對圖1和圖2中所示的明滿流尾水系統(tǒng)布置型式，可分別采用調(diào)壓室斷面面積沿高度方向漸變(見圖3和圖4)和調(diào)壓室斷面面積沿高度方向突變(見圖5和圖6)的兩種調(diào)壓室型式。
[0040]見圖3?4，第一種調(diào)壓室型式，其洞身沿高度方向依次包括第一調(diào)壓室段、斷面面積漸變段和第二調(diào)壓室段，斷面面積漸變段連接第一調(diào)壓室段和第二調(diào)壓室段。該調(diào)壓室型式適用于圖1所示的明滿流尾水系統(tǒng)，第一調(diào)壓室段斷面面積為下游低水位對應(yīng)的調(diào)壓室穩(wěn)定斷面面積，第二調(diào)壓室段斷面面積為滿流時(shí)對應(yīng)的調(diào)壓室穩(wěn)定斷面面積。斷面面積漸變段底部高程可選取略低于下游低水位，其頂部高程可選取略低于尾水出口頂部高程。第一調(diào)壓室段、斷面面積漸變段和第二調(diào)壓室段的斷面形狀根據(jù)實(shí)際工程需要進(jìn)行選擇，斷面形狀盡量選擇方便施工、可改善和降低圍巖應(yīng)力集中、有利于洞室圍巖穩(wěn)定的形狀。圖3和圖4分別給出了下游側(cè)漸變和兩側(cè)漸變的調(diào)壓室結(jié)構(gòu)。
[0041]見圖5?6，第二種調(diào)壓室型式，其洞身沿高度方向依次包括第一調(diào)壓室段和第二調(diào)壓室段，該調(diào)壓室型式適用于圖2所示的明滿流尾水系統(tǒng)。第一調(diào)壓室段斷面面積的計(jì)算中，以調(diào)壓室至明滿流尾水洞斜段(7)出口的明滿流尾水洞長度為壓力尾水道長度計(jì)算對應(yīng)的調(diào)壓室穩(wěn)定斷面面積，并以該調(diào)壓室穩(wěn)定斷面面積為第一調(diào)壓室斷面面積。第二調(diào)壓室段斷面面積為滿流時(shí)對應(yīng)的調(diào)壓室穩(wěn)定斷面面積F，壓力尾水道長度為下游調(diào)壓室
(3)至尾水出口(10)間的明滿流尾水洞長度。第一調(diào)壓室段頂部高程初值以連接段(8)進(jìn)口高程或者尾水出口流道頂部高程來設(shè)定，然后根據(jù)實(shí)際工程水力過渡過程計(jì)算的需要進(jìn)行調(diào)整，確保各種工況下水電站調(diào)節(jié)保證參數(shù)滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)的要求。
[0042]當(dāng)采用長廊型調(diào)壓室時(shí)可選取圖3?6中的變斷面調(diào)壓室結(jié)構(gòu)；當(dāng)采用圓筒型或半圓筒型調(diào)壓室時(shí)，可視實(shí)際情況通過改變調(diào)壓室洞身第一調(diào)壓室段的斷面半徑或斷面形狀(如橢圓或半橢圓等形狀)，來滿足第一調(diào)壓室段的面積要求，并通過漸變段和突變與第二調(diào)壓室段相接。當(dāng)應(yīng)用于多機(jī)一洞一室尾水系統(tǒng)時(shí)，岔管段(6)可視具體情況布置在調(diào)壓室下游側(cè)(見圖3和圖5)或調(diào)壓室底部(見圖4和圖6)。
[0043]本發(fā)明不但適用于多機(jī)一洞一室的水力單元，也適用于一機(jī)一洞一室的水力單
J Li ο
[0044]本發(fā)明提供的兩種明滿流尾水系統(tǒng)布置型式中，下游調(diào)壓室穩(wěn)定斷面面積計(jì)算方法同常規(guī)的有壓尾水洞布置型式中調(diào)壓室穩(wěn)定斷面積相同，計(jì)算中需注意其它參數(shù)取值時(shí)保持正確的對應(yīng)關(guān)系。
【權(quán)利要求】
1.變斷面調(diào)壓室，其特征在于: 變斷面調(diào)壓室洞身沿高度方向從下至上依次包括第一調(diào)壓室段、斷面面積漸變段和第二調(diào)壓室段，斷面面積漸變段連接第一調(diào)壓室段和第二調(diào)壓室段，其中，第一調(diào)壓室段斷面面積為下游低水位對應(yīng)的調(diào)壓室穩(wěn)定斷面面積，第二調(diào)壓室段斷面面積為滿流時(shí)對應(yīng)的調(diào)壓室穩(wěn)定斷面面積；第一調(diào)壓室段和第二調(diào)壓室段的斷面形狀相同或不相同，斷面形狀根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)；斷面面積漸變段底部和頂部高程根據(jù)實(shí)際工程的下游低水位和尾水出口流道頂部高程來設(shè)定，并確保各種工況下水電站調(diào)節(jié)保證參數(shù)滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)的要求。
2.如權(quán)利要求1所述的變斷面調(diào)壓室，其特征在于: 所述的第一調(diào)壓室段、斷面面積漸變段和第二調(diào)壓室段的斷面形狀為矩形、圓形、橢圓形或半橢圓形。
3.變斷面調(diào)壓室，其特征在于: 變斷面調(diào)壓室洞身沿高度方向從下至上依次包括第一調(diào)壓室段和第二調(diào)壓室段，第一調(diào)壓室段斷面面積為采用調(diào)壓室至明滿流尾水洞中斜段出口的流道長度為壓力尾水道長度計(jì)算的調(diào)壓室穩(wěn)定斷面面積，第二調(diào)壓室段斷面面積為滿流時(shí)對應(yīng)的調(diào)壓室穩(wěn)定斷面面積；第一調(diào)壓室段和第二調(diào)壓室段的斷面形狀相同或不相同，斷面形狀根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)；第一調(diào)壓室段頂部高程根據(jù)實(shí)際工程的斜洞接平洞型式的明滿流尾水洞中連接段進(jìn)口高程來設(shè)定，并確保各種工況下水電站調(diào)節(jié)保證參數(shù)滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)的要求。
4.如權(quán)利要求3所述的變斷面調(diào)壓室，其特征在于: 當(dāng)斜洞接平洞型式的明滿流尾水洞不包括連接段時(shí)，第一調(diào)壓室段頂部高程根據(jù)實(shí)際工程尾水出口流道頂部高程設(shè)定，并確保各種工況下水電站調(diào)節(jié)保證參數(shù)滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)的要求。
5.如權(quán)利要求3所述的變斷面調(diào)壓室，其特征在于: 所述的第一調(diào)壓室段和第二調(diào)壓室段的斷面形狀為矩形、圓形、橢圓形或半橢圓形。
【文檔編號】E02B9/06GK104234019SQ201410525960
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月30日
【發(fā)明者】楊建東, 王 煌, 王慧, 李玲, 王超 申請人:武漢大學(xué)