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水工建筑物基础(第2版)
1.11.2.1 一、进口段
一、进口段

1.进口建筑物的形式

进口建筑物按其布置及结构形式不同,可分为竖井式、塔式、岸塔式和斜坡式等。

(1)竖井式。竖井式进口是在隧洞进口附近的岩体中开凿竖井,井壁用混凝土或钢筋混凝土加以衬砌,井底设置闸门,井顶布置启闭设备及操纵室(图8-1)。优点是结构比较简单,不需要工作桥,不受风浪和冰的影响,抗震性及稳定性好,运行比较可靠。缺点是竖井开凿比较困难,竖井前的隧洞段经常处于水下,检修不便。当隧洞进口段岩石坚固,岩体比较完整时,多采用这种形式。

无压隧洞设置弧形闸门的竖井,关闭闸门时井内无水,称为“干井”。压力隧洞设置平面闸门的竖井,关闸后井内仍充满水,称为“湿井”。

(2)塔式。塔式进口建筑物是独立于隧洞的进口处而不依靠山坡的塔。塔底设闸门,塔顶设操纵平台和启闭机,用工作桥与岸坡相连。这种进口建筑物的优点是布置比较紧凑,闸门开启比较方便可靠。其缺点是受风浪、冰、地震的影响大,稳定性相对较差,需要较长的工作桥。常用于岸坡岩石较差,覆盖层较薄,不宜修建靠岸进口建筑物的情况。

塔的结构形式有封闭式和框架式两种(图8-2)。封闭式塔的横断面形式为矩形和圆形。矩形断面结构简单、施工方便。圆形断面的受力条件较好,采用较多。封闭式塔身上在不同高程处设置进水口,可引取水库上层温度较高的清水,以满足灌溉农作物的需求。框架式结构具有结构轻便、受风浪影响小、节省材料、造价较低的优点,但只能在低水位时进行检修,不太方便,而且泄水时门槽进水,水流流态不好,容易产生空蚀,一般大型泄水隧洞较少采用。

图8-1 竖井式进口建筑物(单位:m)

(3)岸塔式。此种进口是靠在山体开挖后洞口岩坡上的进水塔。根据岸坡的稳定情况,塔身可以是直立的或倾斜的(图8-3)。岸塔式的稳定性较塔式的好,甚至可对岸坡有一定的支撑作用,施工安装也比较方便,不需工作桥,比较经济。适用于岸坡较陡、岩体比较坚固稳定的情况。

(4)斜坡式。斜坡式进水口是在较完整的岩坡上进行开挖、平整、衬砌而修建的一种进水口。闸门和拦污栅的轨道直接安装在斜坡的护砌上。这种布置的优点是结构简单,施工、安装方便,稳定性好,工程量小。缺点是由于闸门倾斜,闸门不易依靠自重下降,闸门面积加大。斜坡式进口一般只用于中、小型工程,或只用于安装检修闸门的进口。

以上是几种基本的进水口形式,在实际工程中常根据地形、地质、施工等具体条件采用。如半竖井半塔式进水口[图8-4(a)],下部靠岸的塔式进水口[图8-4(b)]等。

图8-2 塔式进口建筑物(单位:m)

(a)框架式;(b)封闭式

2.进口段的组成及构造

进口段的组成包括进水喇叭口、闸门室、通气孔、平压管和渐变段等几部分。

(1)进水喇叭口。进水口是隧洞的首部,其体形应与孔口水流的流态相适应,避免产生不利的负压和空蚀破坏,同时还应尽量减小局部水头损失,以提高泄流能力。

隧洞进口常采用顶板和两侧边墙顺水流方向三向逐渐收缩的平底矩形断面,形成喇叭口状。

深式无压隧洞的进水口是一短管型压力段,为了增加压力段的压力,改善其压力分布,常在进口段顶部设置倾斜压坡(图8-5)。

图8-3 岸塔式进水口(高程单位:m;尺寸单位:cm)

1—清污台;2—拦污格栅;3—通气孔;4—闸门轨道;5—锚筋

(2)通气孔。当闸门部分开启时,孔口处的水流流速很大,门后的空气会被水流带走,形成负压区,可能会引起空蚀破坏使闸门振动,危及工程的安全运行。因此,对设在泄水隧洞进口或中部的闸门之后应设通气孔,其作用是:①在工作闸门各级开度下承担补气任务,补气可以缓解门后负压,稳定流态,避免建筑物发生振动和空蚀破坏,同时可减小由于负压而引起作用在闸门上的下拖力和附加水压力;②检修时,在下放检修闸门之后,放空洞内水流时给予补气;

图8-4 组合式进水口(单位:m)

(a)三门峡泄洪洞进水口;(b)沙特麦加放水隧洞进口
1—叠梁门平台;2—事故检修闸门井;3—平压管;4—事故闸门;5—空气进口;6—通气井;7—工作闸门

(3)平压管。检修门设在工作闸门之前,仅在隧洞或工作闸门检修时才使用,由于使用的机会较少,启闭设备尽可能简单些。为了减小启门力,往往要求检修门在静水中开启。为此,常在闸墙内设置绕过检修门槽的平压管(图8-6)。当检修工作结束后,在开启检修门之前,首先打开平压管的阀门,将水放进检修门与工作门之间的空间,使检修门两侧的水位相同,水压平衡,此时再开启检修门,由于是在静水中开启,可以大大减小启门力。

图8-5 进口段洞顶压坡段布置

图8-6 平压管布置(单位:cm)

(4)拦污栅。进口处的拦污栅是为了防止水库中的漂浮物进入隧洞而设置的。泄水隧洞一般不设拦污栅。当需要拦截水库中的较大浮沉物时,可在进口设置固定的栅梁或粗格拦污栅。引水发电的有压隧洞进口应设置较密的细格栅,以防污物阻塞和破坏阀门及水轮机叶片。

(5)渐变段、闸门室。渐变段及闸门室等,可参见第四章第四节等有关内容。