專利名稱：引水隧洞集石坑結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種引水隧洞集石坑結(jié)構(gòu)，主要適用于各種水利水電工程中的引
水隧洞中。
背景技術(shù)：
對水利水電工程中的長引水隧洞，在地質(zhì)條件許可的情況下，常采用不襯砌或噴 錨作為永久支護形式，具有加快建設(shè)速度，減少工程投資等優(yōu)點。但是，在長期運行中受內(nèi) 水壓力及水流沖刷的影響，隧洞出現(xiàn)底板淘刷破壞、洞周圍巖松動掉塊、混凝土噴層剝落等 現(xiàn)象，掀起或掉落石渣均會堆積在隧洞底板上，其中水流沖不動的較大石塊將增加局部阻 力，而被水流沖動的石塊，則順水流而下，進入水輪機內(nèi)，造成事故危害。對西部多泥沙河 道，雖在隧洞進口處設(shè)有防沙設(shè)施，但少量的中小礫石仍有可能進入洞內(nèi)，順水流進入水輪 機而造成設(shè)備損傷。為避免事故危害，常在引水隧洞末端和中間適當位置設(shè)置集石坑，攔截 石渣，然后根據(jù)集石情況不定期放空隧洞，進行檢修和清理。集石坑設(shè)計主要包括位置選 擇、結(jié)構(gòu)形式、集石容積、清渣方式與交通通道以及集石預(yù)報等，總的要求是集石效果好，局 部水頭損失小、集石穩(wěn)定以及清理方便等。集石坑一般設(shè)置在距離引水隧洞永久檢修進人 通道最近處，以便于檢修清理；全洞線最后一個集石坑應(yīng)設(shè)在最后一個不襯砌或噴混凝土 襯砌洞段的末端。以往工程通常在引水隧洞底部槽挖成矩形集石坑，攔截順水流而來的石 渣。早期的集石坑上部布置成開敞式，但運行實踐表明水流狀態(tài)不佳，集石效果差；后期經(jīng) 研究改進，在集石坑上部增設(shè)一定高度的橫梁，限制水流在集石坑內(nèi)的旋滾，改善水流條件 和集石穩(wěn)定效果。 目前國內(nèi)集石坑容積設(shè)計通常按每1000m2不襯砌隧洞表面積取1. 0m3并乘以一定 安全系數(shù)考慮，且一般分為多室，坑室間設(shè)置混凝土隔墻。集石坑一側(cè)(或兩側(cè))設(shè)置交通 便道，以便工作人員及清渣車輛設(shè)備通行。集石坑清渣一般考慮機械清理為主，人工清理為 輔，但從眾多已建工程來看，由于工程規(guī)模不大，隧洞斷面較小，采用機械清理存在一定困 難，因此多采用人工清理。 從目前多數(shù)已建或在建的工程來看，集石坑的設(shè)計還存在以下一些不足之處 1 、集石坑結(jié)構(gòu)形式基本相似，均為洞底矩形坑式，每5 7m設(shè)為一室，通過混凝土 隔墻完全分隔，隔墻上布設(shè)排水孔。集石坑上部架設(shè)混凝土或鋼結(jié)構(gòu)橫梁，但對橫梁間距的 設(shè)計，各工程間存在較大差異。對各工程不襯砌引水隧洞而言，流速一般均控制在2. 0m 3. 0m之間，通過石塊起動流速計算分析，能被水流帶動的石塊粒徑應(yīng)相差不大，因此橫梁間 距設(shè)計也應(yīng)相似。對已建或在建的這些工程，由于工程規(guī)模較小等因素，缺乏水工模型試驗 支撐，差異較大的橫梁間距設(shè)計必然存在相對的不合理性，無論是集石效果，還是水流條件 都存在不利影響。 2、集石坑設(shè)計存在確保集石效果與隧洞檢修交通通行之間的矛盾。為了保證隧洞 不因設(shè)置集石坑而中斷隧洞檢修交通，一般是在集石坑一側(cè)(或兩側(cè))預(yù)留一定寬度的通 道，寬度則根據(jù)人員或車輛設(shè)備的交通要求而定。由于設(shè)置了交通通道，使得集石坑無法沿整個隧洞底寬布置，因而不能完全攔截上游的全部石渣，且部分石渣很有可能通過預(yù)留的 交通通道進入水輪機而引起安全事故，此時常常不得不大幅縮小交通寬度、降低交通能力 要求，確保集石效果，因此造成長隧洞檢修交通非常不便。另在清渣時，對于矩形坑式集石 坑，無論是機械清理還是人工清理，都必須對每個室內(nèi)的石渣進行從上而下的垂直人工搬 運清理，在實際操作過程中費時費力，清理十分不便。

發(fā)明內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題是針對上述存在的問題提供一種結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計 合理的引水隧洞集石坑結(jié)構(gòu)，以有效抑制集石坑內(nèi)水流旋滾，改善水流條件、減少水頭損 失，提高集石穩(wěn)定性，同時能實現(xiàn)方便集石坑施工期的開挖與混凝土澆筑施工，運行期集石 坑檢修的機械化交通及清渣運輸。 本實用新型所采用的技術(shù)方案是引水隧洞集石坑結(jié)構(gòu)，具有一組沿水流方向 布置在引水隧洞底部的集石坑室，各集石坑室之間通過隔墻隔開，且集石坑室頂部設(shè)置一 組橫梁，其特征在于所述集石坑室共有4-6個，其中上游段3-4個集石坑室上部各橫梁 之間的凈間距為30-40cm，下游段余下最后l-2個集石坑室上部各橫梁之間的凈間距為 70-80cm。 為了方便工作人員通行，在集石坑室頂部至少一側(cè)設(shè)置人行通道。 所述人行通道上設(shè)置順水流方向的斜向?qū)г?，以保證隧洞底部的石渣全部掉入
集石坑室內(nèi)。 為了方便隧洞檢修期機械化清渣設(shè)備通行，最上游集石坑室上游側(cè)設(shè)置順水流方 向且與之連成一體的斜坡，同時各集石坑室之間的隔墻上均開設(shè)一扇門孔，相鄰兩門孔錯 開布置，在保證各集石坑室的集石率的同時，方便工作人員和清渣設(shè)備進入集石坑室內(nèi)實 施作業(yè)。 所述橫梁為一長方體，其兩端面固定于集石坑室頂部，余下四個面則與水平面成 45度夾角，不僅減小了上游來水對橫梁的沖擊力，而且能夠有效保證進入集石坑室內(nèi)石塊 的穩(wěn)定。 在最下游集石坑室內(nèi)并排布置兩個集石觀測箱，對集石坑室內(nèi)的集石量進行監(jiān) 控。 當集石坑位于施工支洞上游側(cè)時，在集石坑洞段的側(cè)壁巖體內(nèi)開設(shè)一條旁通洞， 其兩端分別與引水隧洞集石坑洞段上下游聯(lián)通，且在旁通洞的上游洞口處設(shè)置擋渣設(shè)施， 以滿足車輛繞行集石坑的通行要求。 本實用新型的有益效果是本實用新型將集石坑的上游段3 4個坑室頂部順水 流方向斜45°橫梁間距調(diào)小為30-40cm，使其分布密集，同時將下游段余下的最后1 2個 坑室頂部順水流方向斜45。橫梁間距調(diào)大為70-80cm，對不同粒徑的石塊分別予以攔截， 不僅有效抑制了坑內(nèi)水流的旋滾、改善了水流條件、減少了水頭損失，同時也有效控制了集 石坑內(nèi)沉積石渣的再次起動，提高了集石穩(wěn)定性。集石坑上游設(shè)置交通兼集石斜坡道為實 現(xiàn)方便施工期開挖、澆筑以及運行檢修期的機械清渣提供了便捷的交通，不但可實現(xiàn)完全 機械化清渣、降低了清渣難度、提高了工作效率，而且斜坡道本身的容積也將成為集石坑容 積的一部分，提高了集石體量，實現(xiàn)了一坡多用的目的，同時也使得集石坑可盡量的沿整個隧洞底寬布置，保證對上游來渣的完全攔截。
圖1是本實用新型的平面圖。 圖2是圖1的A-A向剖面圖。
具體實施方式如圖1、圖2所示，本實施例在引水隧洞1底部沿水流方向布置四個集石坑室2，各 集石坑室2之間通過隔墻3隔開，整個集石坑容積計算采用國內(nèi)通用設(shè)計方法，即每1000m2 不襯砌隧洞(含噴錨洞段)表面積設(shè)置1. 0!113容積，再考慮一定安全裕量的放大系數(shù)。集石 坑總體結(jié)構(gòu)仍為矩形坑室，并盡量沿引水隧洞1整個底寬布置。每個集石坑室2上部設(shè)置 橫梁4，以加強集石效果和改善水流條件。本例中，橫梁4為一長方體，其兩端面固定于集石 坑室2頂部，余下四個面則與水平面成45度夾角，不僅減小了上游來水對橫梁4的沖擊力， 而且能夠有效保證進入集石坑室2內(nèi)石塊的穩(wěn)定。 一般，引水隧洞1內(nèi)粒徑較小的石塊容 易在水流作用下首先起動并向下游輸移，因而集石坑的上游大部分集石坑室2也首先被小 粒徑石渣集滿；對引水隧洞1內(nèi)粒徑較大的石塊，由于其形狀特征等因素，在水流的不斷作 用下也可能會起動并緩慢移向下游，但到達集石坑的時間遠滯后于小粒徑石塊，因此集石 坑最下游側(cè)的集石坑室2應(yīng)最終被大粒徑石塊所集滿。根據(jù)以上分析并結(jié)合相關(guān)工程的集 石坑模型試驗，本例中，將集石坑中上游段三個集石坑室2頂部各橫梁4之間的間距調(diào)小， 按30 40cm凈間距設(shè)置，保證引水隧洞1內(nèi)流速可先起動的細小石渣能掉落坑內(nèi)即可。 由于橫梁間距的縮小，不僅使得水力條件得到改善，同時坑內(nèi)沉積的石渣穩(wěn)定性也相應(yīng)得 到提高。對集石坑中最下游段的一個集石坑室2，其上部各橫梁4之間的凈間距則按70 80cm進行設(shè)置，確保滯后可能的大粒徑石塊可掉落下游側(cè)坑內(nèi)，充分發(fā)揮集石效應(yīng)。 考慮到引水隧洞1需要定期進行檢修，在集石坑一側(cè)設(shè)置人行通道9，但是同時為 了保證引水隧洞l底部的石渣全部掉入集石坑室2內(nèi)，在人行通道9上設(shè)置順水流方向的 斜向混凝土導渣坎5，坎高以對流態(tài)不產(chǎn)生大的影響為宜。 為適應(yīng)現(xiàn)代水電工程建設(shè)與運行管理要求，集石坑應(yīng)重點考慮避免人力搬運清 渣，而采用機械化清渣，并為清渣車輛的運行操作提供合適與合理的交通結(jié)構(gòu)布置。在集石 坑上游側(cè)按車輛交通坡比要求設(shè)置較緩的斜坡6，最上游側(cè)的集石坑室2與斜坡6之間直接 連通形成一個整體，可很好解決清渣車輛進入集石坑的交通問題，人員與清渣、出渣車輛均 可方便的從隧洞底部通過斜坡6進入集石坑內(nèi)實施清渣作業(yè)，為實現(xiàn)方便施工期開挖、澆 筑以及運行檢修期的機械清渣提供了便捷的交通，此外，斜坡6本身的容積也將成為集石 坑容積的一部分，提高了集石體量，實現(xiàn)了一坡多用的目的，同時也使得集石坑可盡量的沿 整個隧洞底寬布置，保證對上游來渣的完全攔截。集石坑室2內(nèi)的凈高應(yīng)滿足小型清渣設(shè) 備的機械化操作空間要求，一般不小于2. Om，同時各集石坑室混凝土隔墻3上均開設(shè)一扇 門孔10，為了最大限度保證各集石坑室2的集石率，相鄰兩門孔10前后錯開布置，車輛設(shè)備 及人員能在各集石坑室2間通過門孔10自由通行，為實現(xiàn)機械清渣提供了便捷的交通，不 但可實現(xiàn)完全機械化，而且降低了清渣難度、提高了檢修工作效率。 集石坑在條件許可的情況下應(yīng)盡量布置在施工支洞交叉口下游側(cè)隧洞段，機械設(shè)備經(jīng)支洞封堵段內(nèi)的永久檢修進入門孔進入引水隧洞后可直接通過集石坑上游側(cè)斜坡6 進入集石坑室2內(nèi)，并可以通過各隔墻3上開設(shè)的門孔IO直達集石坑最下游側(cè)邊墻。若集 石坑須布置在施工支洞上游或需穿越集石坑至引水隧洞1下游側(cè)時，則在集石坑洞段的側(cè) 壁巖體內(nèi)布置一條繞行旁通洞8，其斷面滿足車輛設(shè)備通行要求即可，且在旁通洞8上游洞 口處設(shè)置擋渣設(shè)施。 本例中，在最下游側(cè)集石坑室2內(nèi)并排布置兩個集石觀測箱7，以作備用及相互驗 證之用。集石觀測箱7采用雙層不銹鋼板材料的結(jié)構(gòu)布置型式，分為內(nèi)、外箱，內(nèi)箱作為集 石觀測用，外箱具有保護內(nèi)箱不受干擾的功能。每個觀測箱的內(nèi)箱通過四根焊有鋼筋計的 鋼筋吊裝在集石坑上部的橫梁4上。當箱內(nèi)集有石渣時，石渣在集石觀測箱內(nèi)產(chǎn)生的自重 傳遞給懸吊觀測箱的四根鋼筋計，使鋼筋計產(chǎn)生拉應(yīng)力，通過收集鋼筋計所顯示拉應(yīng)力傳 感數(shù)據(jù)值，電站運行管理人員就可以及時動態(tài)對觀測箱進行是否集滿的分析判斷。集石觀 測箱結(jié)構(gòu)申請人已經(jīng)于2009年7月2號向國家知識產(chǎn)權(quán)局提出實用新型專利申請，申請?zhí)?為200920123520. 6。本例中集石觀測箱7采用一種簡單直觀的應(yīng)力測量方式，解決了其他 復(fù)雜測量方式的照明或耐久性等問題，并可以通過引水隧洞1首次充水前的現(xiàn)場裝石試驗 進行鋼筋計拉應(yīng)力參數(shù)率定，不僅增加了集石觀測數(shù)據(jù)的可靠性，同時也提高了觀測數(shù)據(jù) 的準確性，在一定程度上完善了集石預(yù)報系統(tǒng)。 一旦確認集石坑內(nèi)的集石量即將達到集滿 的程度，就要有計劃停機并放空引水隧洞1進行檢查及清渣。為確保集石觀測箱7的靈敏 度及準確性，現(xiàn)場安裝完畢后可以進行模擬試驗，對相關(guān)觀測參數(shù)進行率定，為后期實際運 行觀測提供依據(jù)。
權(quán)利要求一種引水隧洞集石坑結(jié)構(gòu)，具有一組沿水流方向布置在引水隧洞(1)底部的集石坑室(2)，各集石坑室(2)之間通過隔墻(3)隔開，且集石坑室(2)頂部設(shè)置一組橫梁(4)，其特征在于所述集石坑室(2)共有4-6個，其中上游段3-4個集石坑室上部各橫梁(4)之間的凈間距為30-40cm，下游段余下最后1-2個集石坑室上部各橫梁(4)之間的凈間距為70-80cm。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的引水隧洞集石坑結(jié)構(gòu)，其特征在于所述集石坑室(2)至少 一側(cè)設(shè)置人行通道(9)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的引水隧洞集石坑結(jié)構(gòu)，其特征在于所述人行通道(9)上設(shè) 置順水流方向的斜向?qū)г?5)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的引水隧洞集石坑結(jié)構(gòu)，其特征在于最上游集石坑 室(2)上游側(cè)設(shè)置順水流方向且與之連成一體的斜坡(6)，同時各集石坑室(2)之間的隔墻 (3)上均開設(shè)一扇門孔(IO)，相鄰兩門孔(10)錯開布置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的引水隧洞集石坑結(jié)構(gòu)，其特征在于所述橫梁(4)為 一長方體，其兩端面固定于集石坑室(2)頂部，余下四個面則與水平面成45度夾角。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的引水隧洞集石坑結(jié)構(gòu)，其特征在于在最下游集石 坑室(2)內(nèi)并排布置兩個集石觀測箱(7)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的引水隧洞集石坑結(jié)構(gòu)，其特征在于在最下游集石坑室(2) 內(nèi)并排布置兩個集石觀測箱(7)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的引水隧洞集石坑結(jié)構(gòu)，其特征在于在集石坑洞段 的側(cè)壁巖體內(nèi)開設(shè)一條旁通洞(8)，其兩端分別與引水隧洞集石坑洞段上下游聯(lián)通，且在旁 通洞(8)的上游洞口處設(shè)置擋渣設(shè)施。
9. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的引水隧洞集石坑結(jié)構(gòu)，其特征在于在集石坑洞段的側(cè)壁巖 體內(nèi)開設(shè)一條旁通洞(8)，其兩端分別與引水隧洞集石坑洞段上下游聯(lián)通，且在旁通洞(8) 的上游洞口處設(shè)置擋渣設(shè)施。
10. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的引水隧洞集石坑結(jié)構(gòu)，其特征在于在集石坑洞段的側(cè)壁巖 體內(nèi)開設(shè)一條旁通洞(8)，其兩端分別與引水隧洞集石坑洞段上下游聯(lián)通，且在旁通洞(8) 的上游洞口處設(shè)置擋渣設(shè)施。
專利摘要本實用新型涉及一種引水隧洞集石坑結(jié)構(gòu)。本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理的引水隧洞集石坑結(jié)構(gòu)，以抑制集石坑內(nèi)水流旋滾，改善水流條件、減少水頭損失，提高集石穩(wěn)定性，方便集石坑施工期的開挖與混凝土澆筑施工，運行期集石坑檢修的機械化交通及清渣運輸。解決該問題的技術(shù)方案是引水隧洞集石坑結(jié)構(gòu)，具有一組沿水流方向布置在引水隧洞底部的集石坑室，各集石坑室之間通過隔墻隔開，集石坑室頂部設(shè)置一組橫梁，其特點是所述集石坑室共有4-6個，其中上游段3-4個集石坑室上部各橫梁之間的凈間距為30-40cm，下游段余下最后1-2個集石坑室上部各橫梁之間的凈間距為70-80cm。本實用新型主要用于水利水電工程中的引水隧洞中。
文檔編號E02B9/02GK201473935SQ20092019270
公開日2010年5月19日 申請日期2009年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月19日
發(fā)明者侯靖, 王東鋒, 陳念輝, 高悅, 鮑世虎 申請人:中國水電顧問集團華東勘測設(shè)計研究院