[發(fā)明專(zhuān)利]一種變頂高尾水隧洞

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410831485.9
• 申請(qǐng)日: 2014-12-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104499466A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-04-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 辜曉原;覃玉蘭
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)電建集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): E02B9/06
• 分類(lèi)號(hào): E02B9/06
• 代理公司: 長(zhǎng)沙正奇專(zhuān)利事務(wù)所有限責(zé)任公司 43113
• 代理人: 盧宏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明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)

通常情況下，若地下水電站工程的尾水隧洞較長(zhǎng)，并且調(diào)節(jié)保證計(jì)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(lái)的一項(xiàng)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(diǎn)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(wú)壓明流段。其工作原理就是利用下游水位的變化，即水輪機(jī)的淹沒(méi)水深來(lái)確定尾水洞有壓滿流段的極限長(zhǎng)度，使之始終滿足過(guò)渡過(guò)程中尾水管進(jìn)口斷面真空度的要求，從而達(dá)到取代尾水調(diào)壓室的作用。

目前，國(guó)內(nèi)已有三座大型水電站采用了這項(xiàng)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(kāi)挖、減小施工風(fēng)險(xiǎn)，在我國(guó)西部水電開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，變頂高尾水隧洞這項(xiàng)水電站新技術(shù)擁有很大的使用空間。

然而，在研究和使用這項(xiàng)新技術(shù)的過(guò)程中，當(dāng)電站去掉全負(fù)荷時(shí)（即關(guān)機(jī)工況，或者水電站過(guò)渡過(guò)程中的大波動(dòng)工況等），變頂高尾水隧洞內(nèi)的水流變化復(fù)雜，特別是下游水位接近洞口頂部時(shí)，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(fù)運(yùn)動(dòng)，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(shí)發(fā)出相當(dāng)大的轟鳴聲。變頂高尾水隧洞內(nèi)這種復(fù)雜的明、滿流交替變化帶來(lái)了壓力變化，特別是在洞頂產(chǎn)生快速而頻繁的正、負(fù)壓力轉(zhuǎn)換，對(duì)于變頂高尾水隧洞的安全運(yùn)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(dǎo)致的壓力變化無(wú)法避免。

現(xiàn)有技術(shù)的變頂高尾水隧洞的設(shè)計(jì)方案對(duì)此沒(méi)有采取專(zhuān)門(mén)的處理措施，而是將洞內(nèi)水位波動(dòng)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(guò)加強(qiáng)襯砌結(jié)構(gòu)強(qiáng)度予以承擔(dān)。上述處理方式存在以下不足：

1）沒(méi)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(lái)的壓力變化問(wèn)題；

2）雖然通過(guò)加強(qiáng)變頂高尾水隧洞的襯砌結(jié)構(gòu)可以承擔(dān)壓力變化帶來(lái)的附加荷載，但由于水電站設(shè)計(jì)工作壽命長(zhǎng)達(dá)50年以上，開(kāi)、關(guān)機(jī)是電站常規(guī)而頻繁的操作，長(zhǎng)期而頻繁的荷載變化對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)壽命的影響很大。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明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(lái)的壓力變化問(wèn)題的變頂高尾水隧洞。

本發(fā)明解決問(wèn)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。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，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(guò)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(jì)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(jì)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(guò)通氣洞排出，而不必將每條通氣孔均開(kāi)挖至與外界連通，減小了工程量和施工難度。

上述技術(shù)方案中，所述通氣洞斷面為城門(mén)洞型，便于開(kāi)挖。

上述技術(shù)方案中，為使得通氣孔內(nèi)平滑，便于氣體進(jìn)出，所述通氣孔內(nèi)壁嵌套有鋼管。

上述技術(shù)方案中，為保證通氣效果，當(dāng)隧洞長(zhǎng)度小于300m時(shí)，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(gè)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(dāng)隧洞長(zhǎng)度大于300m時(shí)，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10m依次布置第二個(gè)和第三個(gè)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。

該變頂高尾水隧洞在使用時(shí)，當(dāng)變頂高尾水隧洞在下游水位波動(dòng)或明、滿流交替時(shí)，回水波所夾帶的壓縮空氣能夠通過(guò)通氣孔迅速排走；當(dāng)回水波遇到尾水隧洞起始端退水時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一定的負(fù)壓，此時(shí)，通氣孔中的空氣回流，及時(shí)補(bǔ)氣消除洞頂負(fù)壓。

本發(fā)明的有益效果是：

1.通氣孔的設(shè)計(jì)能夠?qū)⒒厮ㄋ鶌A帶的壓縮氣體通過(guò)通氣孔沿程排除，大大減小了由于壓縮空氣突然釋放而對(duì)洞頂產(chǎn)生的沖擊力度；并且通氣孔又能對(duì)回水波退水時(shí)產(chǎn)生的負(fù)壓及時(shí)補(bǔ)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(lái)的壓力變化，消除了水流對(duì)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。

2.設(shè)計(jì)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(guò)通氣洞排出，而不必將每條通氣孔均開(kāi)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(shuō)明