基于螺旋流道的深层竖井调蓄池消能分析

深层竖井调蓄池是一种布置于深层地下的蓄水设施,具有调蓄峰值雨水径流或控制初雨污染的作用。由于深层竖井调蓄池的埋深在50～60m,调蓄池进水具有落差高、流量较大等特征,处理不当,将对池底结构造成严重破坏。本研究采用湍流RNG k-ε模型及水-气两相VOF(Volume Of Fluid)模型对螺旋流道输水进行水力模拟分析,得出螺旋流道具有较好的消能效果,消能率在77.5%～96.3%之间。同时螺旋流道及调蓄池底最小空化数不低于0.3,并采用增大池底立柱及喷涂抗冲刷材料等优化措施,进一步保障了调蓄池主体结构的安全稳定,为调蓄池应用于碎片化的城市用地场景提供了强力的理论支撑,对深层竖井调蓄池工程的设计与运行提供了重要的参考价值。     

城市深隧排水系统关键水力学问题研究进展

深隧排水系统作为一种灰色海绵技术措施,在解决大城市内涝灾害和水资源短缺、防止外溢污染等方面具有显著的效果。但在前期结构设计及后期调度运行过程中,存在一系列关键水力学技术难题亟待解决,包括不同类型竖井的泄流能力计算、主隧道内的瞬变流与涌浪问题以及系统快速充水过程中的气爆现象。在归纳分析国内外深隧排水系统典型案例的基础上,对相关水科学技术问题进行全面回顾和评述,并结合研究现状做出展望,为城市深隧排水系统结构的科学设计和合理应用提供科学依据和参考。     

兼有深水孔的旋流喇叭形竖井泄洪洞设计原理

基于旋流防蚀、消能、避免产生雾化和保护生态环境的理念,研究一种在高水头旋流喇叭形竖井下设置深水孔的新型泄水结构物,其特点是泄洪和放空水库(或排沙和引水)共用同一个竖井和导流洞,结构简洁、运行安全和经济。文中系统地介绍了旋流喇叭形竖井及深孔引水道同涡井连接结构的设计原理,并给出深孔不参与和参与泄洪时的工程案例设计。本文通过以往的研究成果优化组合,创造出带有双层进水口的一条泄洪洞,用以取代传统的两条泄洪洞,故可以节省大量工程投资。由于喇叭形进水口及深层引水道都有起旋设施,使竖井产生空腔通气的旋转流运动,可以消减井、洞内的负压,防止结构物空蚀和提高消能率,因此,出口流速低,可以避免发生雾化现象。故本研究成果具有学术价值和广泛的应用前景。     

新型旋流环形堰竖井泄洪洞数值模拟和特性分析

生态环境友好型的洞内旋流消能工是当前泄洪消能领域一个重要的研究热点和方向。为克服以螺旋型经典涡室或传统喇叭形堰构成的旋流竖井泄洪洞易出现的漩涡、气爆、振动、防空蚀设施复杂等难题,改变一般的防漩、消涡观念,提出一种新的由自调流潜水起旋墩为核心构成的旋流环形堰竖井泄洪洞,虽脱胎于常规喇叭形竖井泄洪洞,但在泄洪流态和消能防蚀方面又另辟蹊径。作为一种新型的旋流布置体型,已有研究缺乏系统性,其复杂的水流特性并不是十分明了。依托广东清远抽水蓄能电站泄洪洞工程,对新型环形堰竖井泄洪洞进水口、旋流泄洪洞、出口的复杂水流运动进行了三维数值模拟,并对部分水力参数的特性进行了解析计算,获得了该新体型旋流空腔流态、自由水面、合成流速、压力等水力要素的分布规律。结果显示:计算得到的上述水力学要素分布规律与模型测量值吻合较好,模拟值与初步建立的新体型水力特性理论解析值较为接近,表明解析计算方法具有一定的实用价值。模拟计算结果为进一步明晰新型环形堰竖井泄洪洞各部分水流特性和揭示自调节潜水起旋墩的旋流运动机理提供依据。     

多级侧坎式螺旋泄水道竖井水力特性研究

针对螺旋滑道式竖井入流条件要求低、排气稳定但消能不足的特点,该文提出了一种多级侧坎式螺旋泄水道竖井,即在竖井螺旋泄水道外壁沿程设置多级侧坎以达到消能效果。试验中可以观察到：在螺旋泄水道水流流动时,部分水流受侧坎作用形成折射水流,折向泄水道内侧,部分水流未受侧坎影响,在离心力作用下发展为贴壁流动;两股水流在侧坎后交汇,交汇处产生了强烈的紊动剪切,降低了水流动能。结果表明,侧坎螺旋滑道式竖井的消能率与螺旋阶梯式竖井的消能率相近,与传统螺旋滑道式竖井相比,其消能率可提高20%～30%。此外,还试验研究了不同侧坎宽度下的竖井水力特性,包括流态、压强、消能和水面线等,总结了侧坎宽度对竖井流动的影响规律。     

阶梯式溢流堰水力特性研究

阶梯式溢流堰的体型设计直接影响其水力特性及下游消能设施的规模。结合凯乐塔水电站工程的水力学模型试验,选用3D紊流模型,采用VOF法对其阶梯式溢流堰流场进行了三维数值模拟,分析不同水力工况条件下坝面下泄水流水力参数,并与水力学模型试验所测数据进行对比分析。研究结果表明,合理布置阶梯式溢流面能减少过流流速,提高消能效果,缩短消力池长度。     

高水头水电站 “三洞合一”布置的体型优化试验

针对某水电站坝址河道狭窄现状,采用放空洞、旋流竖井泄洪洞与导流洞"三洞合一"技术优化枢纽布置。通过模型试验,分析旋流竖井泄洪洞泄流能力及相关水力特性,评价了结构尺寸设计的合理性。提出在放空洞连接段采用曲线型阶梯消能工的措施,通过试验得到了优化体型。研究表明,采用曲线型阶梯消能工后,连接段流态平稳,水流掺气充分,并且消能效果显著,在单宽流量为54.3 m3/(s.m)时阶梯段的消能率达到了43%。在洞内连接段布置阶梯消能工可有效改善枢纽布置。     

上海地区特深圆形竖井开挖承压水控制技术及效果

苏州河段深层排水调蓄工程云岭综合设施和苗圃综合设施竖井基坑施工首次要求对上海地区第三层承压含水层水位进行控制。结合云岭综合设施特深圆形竖井开挖承压水控制工程实例,在分析承压含水层的分布特点和工程采取的降水措施的基础上,以工程实测数据为基础,分析软土地区深层承压水控制工艺和控制效果。结果表明：工程采取的竖井地墙和外侧防渗墙两层隔水措施,首次实现了上海地区第三层承压水降水,最大水位降深达到57.8 m,保证了基坑的稳定性。实测数据显示防渗墙外的水位降深小于防渗墙与围护结构之间的水位降深,水位降深速率具有相同的规律;各土层孔隙水压力变化与承压水降水相对应,承压水水位开始恢复后,迎土面深层孔隙水压力明显增大,且深度越深,孔隙水压力增大的趋势越明显,迎坑面水压力变化则较为平缓。所得结论可为今后上海地区类似工程施工和深层地下空间开发提供参考。     

溪古水电站竖井旋流溢洪洞设计与分析

溪古水电站泄洪建筑物布置受地形地质条件限制,采用了结构简单、进出流方向不受限制的竖井旋流消能方式,在充分利用下部泄洪排沙（放空）洞具有较大的泄洪能力基础上,结合导流洞开挖后良好的围岩地质条件,适当减少了上部竖井旋流溢洪洞泄洪规模,将溢洪洞下平段与导流洞结合,优化了泄洪建筑物布置格局,并通过初设和施工详图两阶段水工模型试验分析对比验证,竖井旋流消能,是一种便于枢纽灵活布置、具有较高消能率的内消能工型式。     

深层隧道排水系统在武汉污水传输工程中的应用

深层隧道有助于提高城市建设空间利用率,在市政排水系统中的应用日益广泛。结合深层隧道排水系统在武汉市大东湖核心区污水传输工程中的应用,介绍了预处理单元、入流竖井、传输隧道和末端提升泵站的设计以及传输隧道的施工方法。     

导流洞改建旋流式泄洪洞研究与应用

我国大多数导流洞为城门洞形断面，若改建旋流洞需要改成圆形断面，致使二期工程量大幅度增加，不经济。结合公伯峡水电站导流洞改建旋流式泄洪洞试验研究，采用收缩墩形成水垫塘的技术，大大缩短旋流洞的长度，同时增加消能力度，使泄洪洞的消能率达85%以上，流速降至15m/s以下，可防止洞内空蚀和下游冲刷，雾化现象，为导流洞改建旋流式泄洪洞的推广应用开辟了新的途径。     

珊溪水电站引水隧洞下平段施工支洞二期封堵设计初探

珊溪水电站引水隧洞在建设期为了后期布置小机组,在施工支洞预埋了一段引水钢管,端头用闷头封堵,洞内常年积满水,现长期处于水下,极有可能会因为环境潮湿而锈蚀等原因发生渗漏甚至涌水等事故,严重威胁到开关站和发电厂房的运行安全。为了消除原封堵体预埋钢管运行期间的安全隐患,开展该封堵段的二期封堵处理设计探讨。     

小湾水电站大型导流洞改建泄洪洞研究

针对小湾水电站高水头、大流量的泄洪特点，通过大量的优化试验研究，将旋流竖井式泄洪洞技术应用于小湾水电站导流改建工程，并提出适合工程特点的体形布置形式，解决了下游高水位淹没泄洪洞出口的技术难题。研究表明，这种旋流竖井式泄洪的消能效率可达90％左右，涡室与竖井的水流流态比较平顺，压力分布分理，导流洞内水流速度低于20m/s，不失为高水头、大流量条件下导流洞改建为泄洪洞的有效方式之一。     

公伯峡水电站导流洞改建为旋流泄洪洞方案研究

为减小公伯峡水电站右岸泄洪洞改建施工风险，从技术，经济，地质、施工以及公伯峡水电站目前的实际出发，对原龙抬头泄洪洞方案，竖井旋流方案，水平旋流泄漏洞方案等进行了对比试验，并重点研究了水平旋流泄洪洞方案在公伯峡水电站应用的可行性，研究结果表明，采用水平旋流泄洪洞方案消能率高，运行工程投资较省，技术经济上具有较明显的优势。     

新建高速公路隧道下穿既有供水隧洞的有限元分析

应用ANSYS有限元软件,建立三维有限元模型,通过计算主要分析高速公路隧道开挖引起的围岩位移场和应力场的变化情况和其对供水隧洞的影响程度,对供水隧洞衬砌结构的位移及内力变化进行分析,进而评估对供水隧洞的安全影响。     

导流洞采用“龙翘尾式”改建为泄洪洞技术的探讨

介绍一种导流洞采用＂龙翘尾式＂改建为泄洪洞的技术,即在导流洞尾部设竖井段、水平转弯段和下游消能段。该技术要求导流洞按照运行工况一次建成有压圆形,这样洞内高速水流带来的气蚀问题基本不存在。经过竖井段后,上游水位与出口底板水头差降低,水力学、闸门受力等结构问题的处理难度均相应降低。下游消能工即使存在气蚀,由于在洞外检修条件好,问题也容易解决。     

泄洪洞洞顶余幅与补气洞通气平衡特性分析

为了系统分析泄洪洞通风补气系统特性,研究洞顶余幅与补气洞横截面积间的平衡关系,采用泄洪洞多洞供气理论分析模型,系统地讨论了泄洪水流拖气能力、洞顶余幅过气能力以及补气洞补气能力之间的平衡制约关系,绘制了洞顶余幅内的气压变化曲线及泄洪洞总通风量随洞顶余幅变化的曲线以及洞顶余幅与补气洞平衡优化关系曲线簇,总结了3个分区和2个极值点,阐明了洞顶余幅与补气洞的平衡特性。工程设计中,可绘制相应的平衡优化曲线簇,并在分区Ⅱ内进行设计,可保证通风特性优化的同时兼顾洞顶余幅和补气洞横截面积的经济性,实现洞顶余幅和补气洞联合优化设计。     

百色水利枢纽施工导流隧洞设计

百色水利枢纽导流隧洞地质条件复杂 ,不稳定～极不稳定的Ⅳ、Ⅴ类围岩占 5 4 % ,开挖洞径达 15m ,为了探讨在复杂的地质条件下大型地下洞室的成洞条件 ,设计中对洞轴线、隧洞的断面型式、洞型及支护型式进行了研究 ,其成果在工程施工中验证 :该设计方案合理 ,符合实际 ,效果好     

高坝施工导流洞改为永久竖井泄洪洞水力学研究

本文通过模型试验研究涡室－竖井内消能系统，用内设阻涡坎的涡室连接泄洪洞和竖井，带盲洞的消力并连接竖井和导流洞。探讨了涡室－竖井内消能系统中的流态、边壁时均压力、脉动压力、消能率、消力井尺寸与消能率之间的关系和消能机制等水力学问题。