[发明专利]输水工程中的分段保水自动控制输水方法

说明书

技术领域

本发明所属领域为水利及市政工程技术领域，具体地说是适用于山区长距离输水工程中的分段保水自动控制输水方法。

背景技术

对于远距离城市引水供水工程，除了有保证长期安全可靠地供水的基本要求外，还应满足城市供水的快速启动、灵活调节等特殊要求，即事故或检修停水后应能迅速再供水，避免因长距离输水管道再次充水的时间过长而给市民生活和生产带来不利影响。

为节省工程投资，引水供水工程输水线路采用单线设计时，在只有一条输水线的情况下，如何保证长距离引水管线建成后能长期安全可靠地供水成为了整个引水工程系统中的关键，其中输水方法及水力设计在此显得尤为重要。

为缩短输水距离，便于输水管理，少占耕地林地，保护自然环境及降低工程造价，输水建筑物以隧洞为主，再配以倒虹吸和沟埋管作为过沟连接建筑物。输水隧洞沿线地质情况复杂，地质条件较差，为保证隧洞的安全运行并降低工程造价，输水隧洞应在低承压状态下输水。同时，为缩短工期降低工程投资，部分长隧洞采用了掘进机开挖配预制钢筋混凝土管片衬砌的施工方法(TBM)，而拼装的管片结构本身不能承担内水压荷载，内压荷载通过管片的变形外传给围岩承担。经研究在HD(水头×内径)≤110m²、围岩上覆厚度≥20m时，围岩能够承担此内压，因此，在进行输水工艺设计时需对隧洞承压加以限制。根据隧洞结构计算，参考其他工程，为做到既经济又安全，宜将输水隧洞的内水压力控制在0.37MPa以内。

在常规的无压输水工艺设计中存在着事故或检修停水时需要放空整个输水道，再供水时又需要一次充水过程，对于长输水道而言这将不能满足城市供水的快速、灵活等要求，而全有压输水工艺存在隧洞内压过高，运行不安全的隐患，对这些技术难题的研究和突破是保证整个输水线路安全运行的关键，也是降低施工难度、工程投资和加快施工进度的必要条件。

发明内容

本发明的目的是提供一种在引水供水工程中能满足输水能力要求，既降低了隧洞内压，又达到了输水道保水的目的分段保水自动控制输水方法。

本发明通过对多种输水工艺及其水力学的研究，在行业内首次创新地应用分段保水自动控压输水工艺，即在线路中分段设置结合井，分段长度以内水压力控制在0.2MPa～0.3MPa及地形等条件确定。结合井为混凝土竖井结构，平面尺寸稍大于隧洞内径，在不同高度上连接上下游隧洞，在下游隧洞进口处设挡水堰及陡坡段，在竖井侧面高于挡水堰适当高度处设事故泄水口。其作用如下：在输水线路停止运行时，结合井内挡水堰可保留结合井间输水道内约95％的水体，低流量运行时水流翻堰后利用斜段水体消除多余水头(能量)，正常运行时该水头较小；如结合井下游输水道发生堵塞事故时，部分水体通过结合井事故泄水道泄放，从而降低了隧洞的事故压力并将事故影响范围限制在结合井间的段内。

本发明成功地解决了长距离有压输水工艺会造成隧洞压力过高而带来的结构和渗漏等难题，该工艺在满足输水能力要求的基础上，既降低了隧洞内压，又达到了输水道保水的目的，隧洞内压由0.6MPa降为0.2MPa，从而实现了对整个引水线路进行控压设计的要求，隧洞每延米节约投资5.5％，特别是基本上解决了高压隧洞难以避免的渗漏问题。为工程的安全可靠性及运行操作的灵活性提供了保证。

附图说明

图1为本发明的分段保水自动控压输水方法中的结合井的结构示意图。

图2为本发明的分段保水自动控压输水方法中结合井的布置示意图。

图中，1—上隧洞，2—下隧洞，3—挡水堰，4—进水池，5—输水管系，6—水厂水库。

具体实施方式

如图2所示，分段保水自动控压输水方法是在线路中分段设置结合井，分段长度以内水压力控制在0.2～0.3MPa及地形等条件(若遇山沟等情况)确定。输水工程主要包括的建筑物有隧洞、结合井、输水管道等。运行方式采用首端闸(阀)控制，操作非常简单。结合井为混凝土竖井结构，平面尺寸稍大于隧洞内径，在不同高度上连接上下游隧洞1、2，在下游隧洞进口处设挡水堰3，在竖井侧面高于挡水堰适当高度处设事故泄水口，如图1所示。为达到保水的目的，且不使隧洞压力过高，隧洞的布置原则为：隧洞洞顶最高点高程低于堰顶高程0.5m，使隧洞最终压力控制在0.2MPa～0.3Mpa为宜。

昆明掌鸠河引水供水工程中采用本发明的方法，现已投入运行近一年，达到了预期的效果。其中输水工程线路全长约97.3km，包括隧洞16座，总长约86km，沟埋管12座，总长约2.3km；倒虹吸4座，总长约8.0km。工程建成后，具有每天向昆明市供应60×10⁴m³水的供水能力。最小可利用水头为96.87m，最大可利用水头为121.87m；设计输水流量为8m³/s，最大输水流量为10m³/s。