放空洞或非常泄洪洞布置系统及其开启和关闭的方法

摘要

本发明公开了一种放空洞或非常泄洪洞布置系统及其开启和关闭的方法，属于水工建筑物设计制造技术领域。提供一种能有效降低水电站工程造价的放空洞或非常泄洪洞布置系统以及开启所述放空洞或非常泄洪洞布置系统的开启方法和再次关闭的方法。所述放空洞或非常泄洪洞布置系统包括导流洞、非常泄洪洞或放空洞和含有过流装置的封堵结构，所述非常泄洪洞或放空洞的进口段末端与封堵体之后的所述导流洞连通，所述封堵结构布置在所述非常泄洪洞或放空洞进口段末端之后的导流洞内。所述开启方法包括确定连接螺栓的破断力、根据破断力确定并制作爆破切割药包、将爆破切割药包放置到两个连接法兰之间的连接螺栓处并启动所述的爆破切割药包爆开可拆卸式封头等步骤。

说明书

技术领域

本发明涉及一种布置系统，尤其是涉及一种放空洞或非常泄洪洞的布置系统，属于水工 建筑物设计制造技术领域。本发明还涉及一种用于开启所述布置系统的开启方法和关闭已开 启的所述布置系统的关闭方法。

背景技术

水电站一般由大坝、引水或泄洪建筑物、发电厂房等三部分组成。其中大坝的作用是将 水位抬高，形成水库，结合河道的天然落差人为制造出可以用于水力发电的水头势能。按筑 坝材料来分，一般可分为心墙堆石坝、面板堆石坝、混凝土坝等各种类型。由于大坝直接与 水库水体接触，因而在上游水位较高的情况下，大坝一般不具备检修施工的条件。如果大坝 特别是面板堆石坝及心墙堆石坝在建成运行期间，由于坝体不均匀沉降、严重渗漏和坝面维 修等原因，需放空水库进行维修和处理时，通常需保留有专门的放空洞以供放空水库之用。

随着水电站规模的不断扩大，工程设计标准也相应提高，泄洪设施规模也随之提高，以 确保大坝安全。如果不考虑使用频率，把所有的泄洪设施都按同一标准进行设计是不经济的。 在确保大坝安全的前提下，根据使用频率的高低把泄洪设施分为正常泄洪设施和非常泄洪设 施，以不同的设计标准进行修建是十分必要的。在常遇洪水的情况下，启用正常泄洪设施即 可确保大坝安全，而在遇到重现概率较低的特大洪水时，启用正常泄洪设施和非常泄洪设施， 并允许非常泄洪建筑物的自身部分破坏来确保大坝的安全，这样可降低非常建筑物的设计标 准，降低工程造价。非常泄洪洞的特点是使用频率较低，平时基本不使用。

目前，满足前述要求的放空洞或非常泄洪洞的布置方式一般是在两岸山体内专门修建一 条进口高程较低的能够满足水库放空要求或宣泄非常洪水要求的水工隧洞；或者直接在混凝 土坝的坝体上增设放空底孔或泄洪深孔；或者采取各种方法，利用水电站施工期间的导流洞 改建出一条使用频率较低的放空洞或非常泄洪洞。

由于水电站的放空洞一般仅在需要对大坝坝体或上游坝面等平时浸泡在水库内的建筑物 进行检修时，用于放空水库之用；而水电站的非常泄洪洞仅仅在遇到特大洪水导致常规泄洪 洞无法满足泄洪需求时使用，所以这两种水工隧洞的共同特点是使用频率非常低，平时基本 不使用。但是为了维持水电站的功能需要或者作为安全储备又是必须设置的。目前，这类水 工隧洞正常情况下需要布置两道钢闸门，即一扇工作闸门加一扇事故检修闸门。而深水钢闸 门本身的造价比较高，而且每扇钢闸门都需要布置启闭机、配电房、启闭机排架等配套的机 电设备与混凝土建筑物。虽然这类水工隧洞使用频率很低，但为了确保在需要开启时能够正 常使用，平日需对两扇钢闸门及其附属设施进行维护与保养。

由于水工钢闸门普遍造价较高，尤其是放空洞或非常泄洪洞这类工作水头很高的深水钢 闸门更是造价昂贵，钢闸门运行所需的附属建筑物造价更大，且平时维护成本较高。对于放 空洞或非常泄洪洞这类使用频率较低的水工隧洞而言，两扇高水头钢闸门及其附属建筑物的 成本投入太大，但又是不可或缺的。而且深水闸门长期挡水，其止水维修困难，闸门等钢构 件长期泡于水下，使用机会很少，启闭设施长期闲置，由于锈蚀等原因，当水库需要放空或 启用非常泄洪洞时，往往难以真正发挥其作用，反而容易引起挡水期水库的渗漏。

而在水电站在建设的时候，为了修筑大坝，需要先期建筑挡水的上下围堰，所以在截流 以前，就得预先安排河水的出路。这种安排有两种方法，即导流明渠和导流洞。在不具备条 件建设导流明渠的大坝施工中，如处在峡谷地带的二滩水电站，就只能在山体内开挖大断面 的导流隧洞，在截流的时候，河水通过隧洞从上游围堰前导向下游围堰后。在工程竣工后， 所述的导流隧洞通常被封堵。这样既造成的资源的浪费，又增加了建设成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种能有效降低水电站工程造价的放空洞或非常泄 洪洞布置系统。本发明还提供了一种用于开启所述放空洞或非常泄洪洞布置系统的开启方法 和关闭已开启的所述布置系统的关闭方法。

为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种放空洞或非常泄洪洞布置系统，包括导 流洞和非常泄洪洞或放空洞，在所述非常泄洪洞或放空洞上布置有事故检修闸门，所述布置 结构还包括含有过流装置的封堵结构，所述非常泄洪洞或放空洞进口段末端的高程高于所述 导流洞进口段的高程，在所述导流洞的进口段内设置有封堵体，所述非常泄洪洞或放空洞的 进口段末端与封堵体之后的所述导流洞连通，所述封堵结构布置在所述非常泄洪洞或放空洞 进口段末端之后的导流洞内，并将该导流洞封堵。

进一步的是，所述封堵结构由封堵混凝土构成，所述过流装置包括过流管道和封头；所 述过流管道沿所述导流洞的过流方向布置在所述的封堵混凝土中，其末端沿所述的过流方向 向后伸出所述封堵混凝土末端至少4m；所述封头可拆卸的安装在伸出所述封堵混凝土末端的 过流管道的末端。

上述方案的优选方式是，在伸出所述封堵混凝土末端的过流管道的末端上以及所述的封 头上分别设置连接法兰，在所述连接法兰上设置有连接螺栓孔，所述的封头通过所述的连接 法兰和布置在所述连接螺栓孔中的连接螺栓可拆卸的安装在所述过流管道的末端。

进一步的是，在所述封堵混凝土末端的轴向内侧壁上设置有柔性防护垫环，与该柔性防 护垫环对应的那一段过流管道通过所述的柔性防护垫环布置在所述的封堵段混凝土内。

进一步的是，在所述封堵混凝土的轴向外侧壁与所述导流洞的轴向内侧壁之间设置有接 触灌浆层。

进一步的是，位于所述封堵段混凝土内未设置柔性防护垫环的那一部分过流管道的轴向 外侧壁上还设置有加强连接结构，所述的加强连接结构镶嵌在对应部位的封堵段混凝土中。

进一步的是，与所述导流洞连通后的所述非常泄洪洞或放空洞的进口段沿纵向在垂直面 内的投影呈圆滑过渡的龙抬头结构或者呈折线过渡的之字形结构

上述方案的优选方式是，所述的封堵结构布置在所述导流洞的纵向中部或尾部。

用于所述放空洞或非常泄洪洞布置结构的开启方法，包括以下步骤，

1)确定连接螺栓的破断力，根据布置在所述各连接螺栓孔中的连接螺栓的数量以及连 接螺栓的直径，计算确定采用爆破方式开启所述封堵结构的封头需要的最大破断力；

2)确定并制作爆破切割药包，根据步骤1)确定的最大破断力研制爆破切割药包和对应 的高精度微秒引爆雷管，并且使所述爆破切割药包的个数不低于固定所述封头所需要的连接 螺栓的件数；

3)放置切割药包，将步骤2)制作的爆破切割药包沿周向均布到所述两个连接法兰之间 的各连接螺栓的靠近过流管道的一侧，并保证每一件所述的连接螺栓处至少具有一个所述的 爆破切割药包；

4)爆破开启所述可拆卸式封头，利用所述高精度微秒引爆雷管起动所述爆破切割药包， 通过爆破切割药包的定向破坏作用力爆断所述的各件连接螺栓开启所述的封头，这样便完成 了一次在紧急情况下需要打开的所述可拆卸式封头的开启工作。

用于所述放空洞或非常泄洪洞布置结构被开启后的关闭方法，包括以下步骤，先按所述 封头及连接螺栓现有的设计图纸重新制作所述的封头及连接螺栓，然后放下所述的事故检修 闸门截断从所述非常泄洪洞或放空洞通过的水流，排出洞内积水，待所述的非常泄洪洞或放 空洞内的水流排空后，检修人员从导流洞出口进入将新制作的所述封头通过所述的连接螺栓 安装到伸出所述封堵段混凝土的过流管道的末端，最后再将所述的爆破切割药包和对应的高 精度微秒引爆雷管安装到所述连接螺栓的相应位置，这样，便完成了一次所述布置系统的再 次关闭工作。

本发明的有益效果是：通过将所述导流洞的进口段封堵后，再将非常泄洪洞或放空洞的 进口段末端与封堵体之后的该导流洞连通，构成具有非常泄洪洞或放空洞功能的非常泄洪洞 或放空洞布置结构，这样既显著的缩短了所述非常泄洪洞或放空洞的建造长度，废弃导流洞 又得到了充分的利用，从而有效的降低了水电站的工程造价。同时，由于在所述非常泄洪洞 或放空洞上减少了造价相当高昂的工作闸门及其附属设施，仅用一个含有过流装置的封堵结 构代替，进一步的降低了所述放空洞或非常泄洪洞的工程造价。采用上述结构的非常泄洪洞 或放空洞后，当需要对水库进行放空或出现非常情况需要进行非常泄洪时，结合所述的过流 装置仅包括过流管道和封头构成，所述过流管道与所述的封头之间，通过分别设置的连接法 兰连接的结构特点，只需要计算出采用爆破方式开启所述封堵结构的封头需要的最大破断力， 并根据该最大破断力研制爆破切割药包和对应的高精度微秒引爆雷管，然后再将所述的爆破 切割药包和对应的高精度微秒引爆雷管布置到所述两个连接法兰之间的连接螺栓下面，并通 过所述的高精度微秒引爆雷管引爆所述的爆破切割药包爆断所述的连接螺栓即可快速、安全、 方便的开启所述封堵结构的封头，实现放空过流或非常泄洪过流。本发明提供的开启所述放 空洞或非常泄洪洞布置结构的封头的开启方法简单、安全、投资成本低，平常没有维护和保 养工作，而且在放空后检修完成或非常泄洪完成，需要重新对所述的放空洞或非常泄洪洞进 行封堵时，只需要重新制作一个所述的封头，再放下所述的事故检修闸门，使所述放空洞或 非常泄洪洞断水后，安装到所述过流管道的末端即可达到再次封闭的目的。

附图说明

图1为本发明放空洞或非常泄洪洞布置系统的结构示意图；

图2为本发明放空洞或非常泄洪洞布置系统的另一种结构示意图；

图3为本发明涉及到的封堵结构的结构示意图；

图4为图3的A-A视图。

图中标记为：非常泄洪洞或放空洞1、事故检修闸门2、封堵混凝土3、过流装置4、过 流管道5、封头6、连接法兰7、连接螺栓8、接触灌浆层9、柔性防护垫环10、加强连接结 构11、爆破切割药包12、高精度微秒引爆雷管13、导流洞14、封堵结构15、封堵体16。

具体实施方式

如图1、图2、图3以及图4所示是本发明提供的一种能有效降低水电站工程造价的放空 洞或非常泄洪洞布置系统。本发明还提供了一种用于开启所述放空洞或非常泄洪洞布置系统 的开启方法。所述放空洞或非常泄洪洞布置系统包括导流洞14和非常泄洪洞或放空洞1，在 所述非常泄洪洞或放空洞1上布置有事故检修闸门2，所述布置结构还包括含有过流装置4 的封堵结构15，所述非常泄洪洞或放空洞1进口段末端的高程高于所述导流洞14进口段的 高程，在所述导流洞14的进口段内设置有封堵体16，所述非常泄洪洞或放空洞1的进口段 末端与封堵体16之后的所述导流洞14连通，所述封堵结构15布置在所述非常泄洪洞或放空 洞1进口段末端之后的导流洞14内，并将该导流洞14封堵。为了方便后序对所述封堵结构 的开启，所述封堵结构15由封堵混凝土3构成，所述过流装置4包括过流管道5和封头6； 所述过流管道5沿所述导流洞14的过流方向布置在所述的封堵混凝土3中，其末端沿所述的 过流方向向后伸出所述封堵混凝土3末端至少4m；所述封头6可拆卸的安装在伸出所述封堵 混凝土3末端的过流管道5的末端。同时为了简化该过水装置4的结构，在伸出所述封堵混 凝土3末端的过流管道5的末端上以及所述的封头6上分别设置连接法兰7，在所述连接法 兰7上设置有连接螺栓孔，所述的封头6通过所述的连接法兰7和布置在所述连接螺栓孔中 的连接螺栓8可拆卸的安装在所述过流管道5的末端。这样在开启所述封堵结构时，并可以 采用以下的步骤方便、简单、快捷的进行，

1)确定连接螺栓的破断力，根据布置在所述各连接螺栓孔中的连接螺栓8的数量以及 连接螺栓8的直径，计算确定采用爆破方式开启所述封堵结构15的封头6需要的最大破断力；

2)确定并制作爆破切割药包，根据步骤1)确定的最大破断力研制爆破切割药包12和 对应的高精度微秒引爆雷管13，并且使所述爆破切割药包12的个数不低于固定所述封头6 所需要的连接螺栓8的件数；

3)放置切割药包，将步骤2)制作的爆破切割药包12沿周向均布到所述两个连接法兰 7之间的各连接螺栓8的靠近过流管道5的一侧，并保证每一件所述的连接螺栓8处至少具 有一个所述的爆破切割药包12；

4)爆破开启所述可拆卸式封头，利用所述高精度微秒引爆雷管13起动所述爆破切割药 包12，通过爆破切割药包12的定向破坏作用力爆断所述的各件连接螺栓8开启所述的封头6， 这样便完成了一次在紧急情况下需要打开的所述可拆卸式封头6的开启工作。。

上述通过将所述导流洞14的进口段封堵后，再将放空洞或非常泄洪洞1的出口端与封堵 体16之后的该导流洞14连通，构成具有放空或非常泄洪功能的放空洞或非常泄洪洞布置结 构，这样既显著的缩短了所述放空洞或非常泄洪洞1的建造长度，废弃导流洞14又得到了充 分的利用，从而有效的降低了水电站的工程造价。同时，由于在所述放空洞或非常泄洪洞1 上减少了造价相当高昂的工作闸门及其附属设施，仅用一个含有过流装置4的封堵结构15代 替，进一步的降低了所述放空洞或非常泄洪洞1的建设成本。采用上述结构的放空洞或非常 泄洪洞后，当需要对水库进行放空或出现非常情况需要进行非常泄洪过流时，结合所述的过 流装置4仅包括过流管道5和封头6构成，所述过流管道5与所述的封头6之间，通过分别 设置的连接法兰7连接的结构特点，只需要计算出采用爆破方式开启所述封堵结构15的可拆 卸式封头6需要的最大破断力，并根据该最大破断力研制爆破切割药包12和对应的高精度微 秒引爆雷管13，然后再将所述的爆破切割药包12和对应的高精度微秒引爆雷管13布置到所 述两个连接法兰7之间的连接螺栓8下面，并通过所述的高精度微秒引爆雷管13引爆所述的 爆破切割药包12爆断所述的连接螺栓8即可快速、安全、方便的开启所述封堵结构15的可 拆卸式封头6，实现放空过流或非常泄洪过流。本申请提供的开启所述放空洞或非常泄洪洞 布置结构的封头的开启方法简单、安全、投资成本低，平常没有维护和保养工作，而且，在 放空后检修完成或非常泄洪完成，需要重新对所述的放空洞或非常泄洪洞1进行封堵时，只 需要重新制作一个所述的封头6，在放下所述的事故检修闸门2，使所述放空洞或非常泄洪洞 1断水后，安装到所述过流管道5的末端即可达到反复使用的目的。

上述实施方式中，为了避免爆炸时产生飞片对过流管道5造成影响，在上述步骤2)中 制作的爆破切割药包12为没有外壳的光药柱药包，并在制作前先根据连接螺栓的直径和用材 进行具有针对性的专门性试验。

上述实施方式中，为了避免在爆破开启所述封堵结构的封头6时，影响过流管道5在所 述封堵段混凝土3中的连接，以及影响所述封堵段混凝土3与导流洞14的连接，在所述封堵 混凝土3末端的轴向内侧壁上设置有柔性防护垫环10，与该柔性防护垫环10对应的那一段 过流管道5通过所述的柔性防护垫环10布置在所述的封堵段混凝土3内；在所述封堵混凝土 3的轴向外侧壁与所述导流洞14的轴向内侧壁之间设置有接触灌浆层9；位于所述封堵段混 凝土3内未设置柔性防护垫环10的那一部分过流管道5的轴向外侧壁上还设置有加强连接结 构11，所述的加强连接结构11镶嵌在对应部位的封堵段混凝土3中。

同时，为了便于高速水流能顺利的从所述放空洞或非常泄洪洞1中过渡到所述导流洞14 中，如图1、图2所示，与所述导流洞14连通后的所述非常泄洪洞或放空洞1的进口段沿纵 向在垂直面内的投影呈圆滑过渡的龙抬头结构或者呈折线过渡的之字形结构。同时，将所述 的封堵结构15布置在所述导流洞的纵向中部或尾部。