一種變頂高尾水隧洞的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于水利水電工程領(lǐng)域，具體涉及一種變頂高尾水隧洞。
【背景技術(shù)】
[0002]通常情況下，若地下水電站工程的尾水隧洞較長，并且調(diào)節(jié)保證計算中尾水管的真空度不滿足規(guī)范要求的情況下，需設(shè)置尾水調(diào)壓室。采用變頂高尾水隧洞取代傳統(tǒng)的尾水調(diào)壓室，是近幾年才發(fā)展起來的一項水電工程新技術(shù)。變頂高尾水洞是一種新型的尾水流道體形，其特點是利用洞頂斜面使下游水位與洞頂在任意處銜接，將尾水流道分成有壓滿流段和無壓明流段。其工作原理就是利用下游水位的變化，即水輪機的淹沒水深來確定尾水洞有壓滿流段的極限長度，使之始終滿足過渡過程中尾水管進口斷面真空度的要求，從而達到取代尾水調(diào)壓室的作用。
[0003]目前，國內(nèi)已有三座大型水電站采用了這項技術(shù)。由于不需建造規(guī)模龐大的尾水調(diào)壓室，可以節(jié)省工程量、避免大型地下隧洞的開挖、減小施工風險，在我國西部水電開發(fā)的過程中，變頂高尾水隧洞這項水電站新技術(shù)擁有很大的使用空間。
[0004]然而，在研宄和使用這項新技術(shù)的過程中，當電站去掉全負荷時(即關(guān)機工況，或者水電站過渡過程中的大波動工況等)，變頂高尾水隧洞內(nèi)的水流變化復雜，特別是下游水位接近洞口頂部時，尾水隧洞必將產(chǎn)生水流的明流、滿流交替變化，水流夾帶壓縮空氣往復運動，相應(yīng)的氣流壓力變換也很明顯，回水波在拍擊尾水隧洞起始端洞頂時發(fā)出相當大的轟鳴聲。變頂高尾水隧洞內(nèi)這種復雜的明、滿流交替變化帶來了壓力變化，特別是在洞頂產(chǎn)生快速而頻繁的正、負壓力轉(zhuǎn)換，對于變頂高尾水隧洞的安全運行是有害的。然而由于變頂高尾水隧洞的工作特性，這種水流變化導致的壓力變化無法避免。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)的變頂高尾水隧洞的設(shè)計方案對此沒有采取專門的處理措施，而是將洞內(nèi)水位波動產(chǎn)生的水壓力以及氣流壓力看作荷載作用在尾水隧洞襯砌上，通過加強襯砌結(jié)構(gòu)強度予以承擔。上述處理方式存在以下不足:
[0006]I)沒有從根本上改善或解決變頂高尾水隧洞內(nèi)明、滿水流交替變化帶來的壓力變化問題；
[0007]2)雖然通過加強變頂高尾水隧洞的襯砌結(jié)構(gòu)可以承擔壓力變化帶來的附加荷載，但由于水電站設(shè)計工作壽命長達50年以上，開、關(guān)機是電站常規(guī)而頻繁的操作，長期而頻繁的荷載變化對襯砌結(jié)構(gòu)壽命的影響很大。
【實用新型內(nèi)容】
[0008]針對上述技術(shù)問題，本實用新型旨在提供一種能從根本上解決洞內(nèi)明、滿水流交替變化帶來的壓力變化問題的變頂高尾水隧洞。
[0009]本實用新型解決問題的技術(shù)方案是:一種變頂高尾水隧洞，包括頂部高度不斷增加的尾水隧洞主體，尾水隧洞主體頂部沿程設(shè)有至少一條與外界連通的通氣孔。
[0010]作為上述技術(shù)方案的進一步改進，通氣孔頂端設(shè)有至少一條與外界連通的通氣洞，所述通氣孔通過通氣洞與外界連通，所述通氣洞設(shè)置于尾水隧洞主體頂部上方高于設(shè)計尾水位高程的位置，且該通氣洞與尾水隧洞主體同向。通氣洞的設(shè)計使得在山體中引出了一條可以與外界相通的通道，將通氣孔中的氣體經(jīng)過通氣洞排出，而不必將每條通氣孔均開挖至與外界連通，減小了工程量和施工難度。
[0011]上述技術(shù)方案中，所述通氣洞斷面為城門洞型，便于開挖。
[0012]上述技術(shù)方案中，為使得通氣孔內(nèi)平滑，便于氣體進出，所述通氣孔內(nèi)壁嵌套有鋼管。
[0013]上述技術(shù)方案中，為保證通氣效果，當隧洞長度小于300m時，靠近尾水隧洞主體的起始端設(shè)置有第一條通氣孔，與第一條通氣孔間隔20m設(shè)置有第二個通氣孔，其余沿程間隔30m?40m依次設(shè)置有一排通氣孔直至尾水隧洞主體出口 ；當隧洞長度大于300m時，靠近尾水隧洞主體的起始端設(shè)置有第一條通氣孔，與第一條通氣孔每間隔1m依次布置第二個和第三個通氣孔，其余沿程間距30m?40m依次設(shè)置有一排通氣孔直至尾水隧洞主體出口。
[0014]該變頂高尾水隧洞在使用時，當變頂高尾水隧洞在下游水位波動或明、滿流交替時，回水波所夾帶的壓縮空氣能夠通過通氣孔迅速排走；當回水波遇到尾水隧洞起始端退水時，會產(chǎn)生一定的負壓，此時，通氣孔中的空氣回流，及時補氣消除洞頂負壓。
[0015]本實用新型的有益效果是:
[0016]1.通氣孔的設(shè)計能夠?qū)⒒厮ㄋ鶌A帶的壓縮氣體通過通氣孔沿程排除，大大減小了由于壓縮空氣突然釋放而對洞頂產(chǎn)生的沖擊力度；并且通氣孔又能對回水波退水時產(chǎn)生的負壓及時補氣，從根本上解決了變頂高尾水隧洞內(nèi)明、滿水流交替變化帶來的壓力變化，消除了水流對尾水隧洞襯砌的交變壓力，從而有效保證了變頂高尾水隧洞的結(jié)構(gòu)安全。
[0017]2.設(shè)計了通氣洞結(jié)構(gòu)，在山體中引出了一條可以與外界相通的通道，將通氣孔中的氣體經(jīng)過通氣洞排出，而不必將每條通氣孔均開挖至與外界連通，使得工程量和施工難度均大大減??；并且通氣洞的設(shè)置還使得地下水更容易排出。
【附圖說明】
[0018]圖1是本實用新型實施例1的變頂高尾水隧洞布置方案縱剖面圖。
[0019]圖2是本實用新型實施例2的變頂高尾水隧洞布置方案縱剖面圖。
[0020]圖中，1-尾水隧洞主體，2-通氣洞，3-通氣孔，4-起始端，5-出口。
【具體實施方式】
[0021]實施例1
[0022]如圖1所示，一種變頂高尾水隧洞，包括頂部高度不斷增加的尾水隧洞主體1，尾水隧洞主體I頂部上方高于設(shè)計尾水位高程的位置設(shè)有一條通氣洞2，該通氣洞2與外界連通，且與尾水隧洞主體I方向相同；在尾水隧洞I與通氣洞2之間設(shè)有將二者連通的多條通氣孔3。
[0023]所述通氣洞2斷面為城門洞型，其尺寸需滿足施工開挖的最小斷面要求。
[0024]在靠近尾水隧洞主體I的起始端4首先布置第一條通氣孔3，若隧洞長度小于300m，緊接著第一條通氣孔間隔20m布置第二個通氣孔，其余沿程間距30m?40m布置一排通氣孔直至尾水隧洞主體出口 5 ;若隧洞長度大于300m，緊接著第一條通氣孔每間隔1m依次布置第二個和第三個通氣孔，其余沿程間距30m?40m布置一排通氣孔直至尾水隧洞主體出口 5。
[0025]所述通氣孔3內(nèi)壁嵌套有鋼管，以保證通氣孔運行可靠。
[0026]經(jīng)過帶機組的水力模型試驗研宄，本實用新型的變頂高尾水隧洞在中、高水位關(guān)機過程中，回水波所夾帶的壓縮空氣能夠通過通氣孔3被沿程排除，大大減小了由于壓縮空氣突然釋放而對洞頂產(chǎn)生的沖擊力度，與現(xiàn)有技術(shù)情況相比，水流的振蕩幅度削減約1.2m，振蕩次數(shù)也削減多次；產(chǎn)生負壓時，變頂高尾水隧洞滿流段的洞頂在通氣孔3部位迅速出現(xiàn)若干個孤立的氣囊或氣泡，但氣囊、氣泡隨水流運動均排向下游，不存在滯氣現(xiàn)象，有效削減了尾水隧洞洞頂?shù)呢搲?，消除了隧洞頂部正負壓力的不斷轉(zhuǎn)換。
[0027]根據(jù)實際監(jiān)測結(jié)果顯示:在機組關(guān)閉工況中，變頂高尾水隧洞頂拱各測點壓力從起始端4至出口 5的壓力分布呈逐漸減小的趨勢，靠近尾水位高程的通氣孔3風速較大；靠近出口 5位置的水流為明流狀態(tài)，通氣孔3風速基本為零。說明通氣孔及通氣洞結(jié)構(gòu)的設(shè)置，對改善變頂高尾水隧洞過渡過程、增加隧洞運行的安全度是十分有效的。
[0028]實施例2
[0029]如圖2所示:一種變頂高尾水隧洞，包括頂部高度不斷增加的尾水隧洞主體1，從靠近尾水隧洞主體I的起始端4開始，在尾水隧洞主體I頂部沿程每隔30m?40m依次設(shè)置一排直接與外界連通的通氣孔3，直至尾水隧洞主體出口 5。
【主權(quán)項】
1.一種變頂高尾水隧洞，包括頂部高度不斷增加的尾水隧洞主體，其特征在于:尾水隧洞主體頂部沿程設(shè)有至少一條與外界連通的通氣孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變頂高尾水隧洞，其特征在于:通氣孔頂端設(shè)有至少一條與外界連通的通氣洞，所述通氣孔通過通氣洞與外界連通，所述通氣洞設(shè)置于尾水隧洞主體頂部上方高于設(shè)計尾水位高程的位置，且該通氣洞與尾水隧洞主體同向。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變頂高尾水隧洞，其特征在于:所述通氣洞斷面為城門洞型。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的變頂高尾水隧洞，其特征在于:當隧洞長度小于300m時，靠近尾水隧洞主體的起始端設(shè)置有第一條通氣孔，與第一條通氣孔間隔20m設(shè)置有第二個通氣孔，其余沿程間隔30m?40m依次設(shè)置有一排通氣孔直至尾水隧洞主體出口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的變頂高尾水隧洞，其特征在于:當隧洞長度大于300m時，靠近尾水隧洞主體的起始端設(shè)置有第一條通氣孔，與第一條通氣孔每間隔1m依次布置第二個和第三個通氣孔，其余沿程間距30m?40m依次設(shè)置有一排通氣孔直至尾水隧洞主體出口。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的變頂高尾水隧洞，其特征在于:所述通氣孔內(nèi)壁嵌套有鋼管。
【專利摘要】本實用新型公開了一種變頂高尾水隧洞，包括頂部高度不斷增加的尾水隧洞主體，尾水隧洞主體頂部沿程設(shè)有至少一條與外界連通的通氣孔。本實用新型從根本上解決了洞內(nèi)明、滿水流交替變化帶來的壓力變化問題，消除了水流對尾水隧洞襯砌的交變壓力，從而有效保證了變頂高尾水隧洞的結(jié)構(gòu)安全。
【IPC分類】E02B9-06
【公開號】CN204385704
【申請?zhí)枴緾N201420847500
【發(fā)明人】辜曉原, 覃玉蘭
【申請人】中國電建集團中南勘測設(shè)計研究院有限公司
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2014年12月29日