[发明专利]一种环形多级自由跌落式消能竖井

说明书

本发明公开了一种环形多级自由跌落式消能竖井，所述内井与外井之间沿垂向交错布置有多个水平跌落层，构成环形多级交错式下泄通道，除顶层而外的其他各水平跌落层均设置有两个弧形跌落板，且沿消能竖井轴线呈旋转中心对称分布，弧形跌落板两侧出水端设有尾坎，在弧形跌落板下部内井壁上开有通气孔；本发明所提出的消能竖井实现了对流入深层隧道排水系统的水流进行有效的分流和逐级消能，提高了消能竖井的过流能力和底部出流的稳定性，同时消能竖井具备良好的防空化和排气效果。本发明结构简单、施工方便，消能效果显著，流量工况适应范围广，可在深层隧道排水系统工程中推广应用。

技术领域

本发明属于市政排水工程技术领域，具体涉及一种环形多级自由跌落式消能竖井。

背景技术

近年来，内涝及其引发的水体溢流污染等灾害问题愈发突出，成为制约城市化发展建设进程的重要阻碍。深层隧道排水系统能够充分利用城市地下空间进而显著提高城市的排洪能力，可有效解决上述难题；同时深层隧道排水系统还具有占地面积小、主体部分埋深大、几乎不会影响地面建设等优点，目前越来越受到重视，特别是在我国城市排水系统工程的建设中拥有十分巨大的推广应用潜力。竖井是深层隧道排水系统中的重要组成部分，地面浅层的涝水主要通过竖井流入到深层隧道管路中。但由于竖井较深(深则可超过40m)，若水流直接跌入竖井底部，会产生强烈的振动、噪声甚至空化空蚀，同时流入深隧管道系统的水流容易掺入大量气体，进而影响深层隧道系统的运行稳定性和安全性。因此，竖井在起到消能作用的同时，还需具备良好的防空化和排气效果；另外，随着城市防洪要求的逐步提高，竖井设计时对流量适应范围广的要求也相应提高。

为了对流入深层隧道排水系统的水流实现消能、防空化和排气作用效果，已有部分专利提出了相应的竖井结构形式。授权实用新型专利201620104789.X提出了一种台阶旋转泄水道竖井，通过在环形泄水道内设有环绕排气通道的泄水台阶，利用台阶之间的三角区漩涡旋滚、漩涡掺气和水流表面的自掺气，以进行消能和防止空化空蚀破坏。但是该专利所提的台阶旋转泄水道竖井对于流量适应能力较低，尤其是在流量较大时，容易造成下泄水流集中于竖井外侧，降低了有效过流断面面积而影响竖井的过流能力，并且水流流速分布不均将影响消能效果。授权实用新型专利201520263296.6提出了一种竖井消能结构，采用的是折板式结构体型，其对水流的下泄流量适应性较好且消能效果较优。但是折板式消能对于竖井直径和挡板间距有较高要求，结构参数偏差过大会导致折板式消能效率降低，能量累加，流速逐渐加大，跌落点外移进而形成贴壁流，消能效果无法满足设计要求。因此，目前急需一种具有良好的消能、排气、防空化特性，以及流量适应范围广、结构形式简单的竖井，以更好地满足深层隧道排水系统使用的要求。

发明内容

本发明的目的是针对现有竖井存在的不足，提出一种环形多级自由跌落式消能竖井，不仅起到良好的消能、排气效果，同时可以更好的分流，降低下泄水流流速以预防空化的发生以及满足流量适应范围广的使用要求。

为实现本发明的目的，采用如下技术方案：

一种环形多级自由跌落式消能竖井，包括同轴设置的内井和外井，外井、内井均为圆筒形结构，外井设置于内井外部，内井的上端与外井的上端齐平，内井的下端与外井的下端齐平；外井的顶部连接有进水管涵，贯穿底部的外井和内井设置有两个深层隧道排水管道；其特征是：内井底部井壁上对称开设有两个进水孔，两个进水孔垂直于深层隧道排水管道，进水孔高度h6为(0.2～1)h，在内井壁圆周方向的开度为45°～90°；所述外井的口径为D，所述内井的口径d为(0.3～0.8)D；

所述内井与外井之间沿垂向交错布置有N个水平跌落层，N≥2，构成环形多级交错式下泄通道，除顶层而外的其他各水平跌落层均设置有两个弧形跌落板，且沿消能竖井轴线呈旋转中心对称分布，相邻两层弧形跌落板之间的间距为h，且满足h＜10米，相邻两层弧形跌落板呈垂直交错布置，所述弧形跌落板厚度h3为(0.03～0.15)h；