一种气垫式沉沙池结构的制作方法

1.本实用新型涉及水利水电工程中沉沙池结构领域，尤其涉及一种水电站气垫式沉沙池结构。


背景技术：

2.水电站沉沙池的设置条件，主要根据过机含沙量与过机粗粒含沙量与水轮机额定水头的对应关系。对于径流式电站，由于库容有限，水库沉沙效果差，需单独设置沉沙池。常规沉沙池布置型式分为地面与洞内(地下)两种，通常均为无压型式。常规沉沙池除满足沉降率的要求外，还受到水库水位变幅的影响，即最低库水位应满足沉降率要求，最高库水位决定沉沙池结构高度。对于库水位变幅较大的沉沙池，由于采用无压型式，沉沙池需额外增加池身高度来满足水位变幅。国外，有的采用洞内有压满流沉沙池的布置型式，通过洞内有压满流的方式来降低沉沙池高度，从而节约工程成本，但洞内有压流，流态不如无压流，沉降率不易得到保障。
3.目前沉沙池体形结构设计，没有精确的计算方式方法，上述三种沉沙池型式均需要通过水力模型试检验沉沙效果并调整优化沉沙池结构。一方面，水力模型试验是修正结构设计的重要依据；另一方面水力模型试验存在偏差，一种模型只能对应一种流态，试验成果又只能在工程运行后才能得到最终的检验，并且很难采取工程进行措施纠偏处理。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种气垫式沉沙池结构，其有效解决沉沙池受库水位变化的影响，从而降低池身结构高度，节约工程成本。
5.本实用新型的技术方案为：一种气垫式沉沙池结构包括设置在上游有压引水道与下游有压引水道之间的沉沙池本体工作段与下游连接段；沉沙池本体工作段为混凝土管廊，底部为冲沙廊道；冲沙廊道起点与上游有压引水道衔接，末端与外部的排沙管衔接；下游连接段上游与与冲沙廊道连接，下游与下游有压引水道连接；沉沙池本体工作段内设置充排气管，充排气管的管口位于沉沙池的最高运行水位以上。
6.基于上述技术特征：沉沙池本体工作段包括上部池身、槽壁以及底部的冲沙廊道；槽壁位于上部池身的下部两侧。
7.基于上述技术特征：冲沙廊道断面尺寸满足冲沙流量下，流速大于沙子启动流速。
8.基于上述技术特征：槽壁构成上大下小的梯形截面。
9.基于上述技术特征：槽壁的倾角大于沙粒水下静摩擦角。
10.基于上述技术特征：下游连接段的底板高程高于冲沙廊道顶高程。
11.基于上述技术特征：上部池身设置密封材料。
12.基于上述技术特征：密封材料设于上部池身的结构内部或表面，且密封材料底部位于沉沙池的最低运行水位以下。
13.基于上述技术特征：冲沙廊道为起点高于末端的纵向坡道。
14.本实用新型的气垫式沉沙池结构可通过向充排气管充气或者排气，从而改变气压来调节池内流态，使得沉沙池的调节动态可控且避免了模型试验偏差带来的风险，使得沉沙效果最佳。此外，本实用新型可根据工程地质地形条件选取洞内布置或地面布置，当洞室围岩条件较好时，采用洞内布置能充分利用围岩承载作用，有效降低结构厚度，大幅节省投资。
15.本实用新型的有益之处在于，摆脱了库水位变幅对沉沙池结构的影响，能有效降低沉沙池高度，且对水力模型试验偏差进行修正。采用洞内沉沙池，能够充分利用围岩承受水压力，减少沉沙池结构厚度。采用气垫的方式可随时调控水深，进而调节过水断面，修正水力模型试验偏差，使沉沙效果达到最佳。
附图说明
16.图1为本实用新型一种气垫式沉沙池结构的俯视结构图，图中的箭头方向为水流方向。
17.图2为本实用新型一种气垫式沉沙池结构的立面结构图。
18.图3为本实用新型一种气垫式沉沙池结构的侧视结构图，图中的箭头方向为水流方向。
19.元件标号说明：
[0020]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
沉沙池本体工作段
[0021]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
下游连接段
[0022]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
冲沙廊道
[0023]4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
槽壁
[0024]5ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
上部池身
[0025]6ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
密封材料
[0026]7ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
上游有压引水道
[0027]8ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
下游有压引水道
[0028]9ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
排沙管
[0029]
10
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
充排气管
[0030]aꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
最低运行水位
[0031]bꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
最高运行水位
具体实施方式
[0032]
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制。
[0033]
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0034]
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0035]
此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0036]
如图1、图2、图3所示，本实用新型提供了一种气垫式沉沙池结构，包括设置在上游有压引水道7与下游有压引水道8中间的沉沙池本体工作段1与下游连接段2，形成一个封闭结构。沉沙池本体工作段1由上部池身5、中部的槽壁4以及底部的冲沙廊道3组成。上部池身5可采用城门洞型钢筋混凝土结构，冲沙廊道3的截面可采用矩形，冲沙廊道3起点与上游有压引水道7衔接，末端与外部的排沙管9衔接；冲沙廊道3从起点向下的纵坡坡度2％；槽壁4为梯形截面，槽壁4的倾角可为45
°
，槽壁的倾角大于沙粒水下静摩擦角为宜。密封材料6采用钢板，布置在上部池身5的混凝土结构内，钢板延伸至沉沙池的最低运行水位a以下形成闭气结构。沉沙池本体工作段1可以根据工程地质地形条件采用洞内布置或地面布置，当围岩条件较好时，采用洞内布置能充分利用围岩承载作用，有效降低结构厚度，大幅节省投资。
[0037]
沉沙池本体工作段1内设置充排气管10，充排气管10的管口位于沉沙池的最高运行水位b以上。可通过向充排气管10充气或排气来改变沉沙池内的气压，从而调节池内流态，当池内气压降低，池内水位上升，流速降低。反之，当气压升高时，池内水位下降，流速增大。
[0038]
下游连接段2底板高程高于冲沙廊道3顶高程，可防止冲沙廊道3内的泥沙翻入下游连接段2内；下游连接段2与下游有压引水道8相连接，即下游连接段2为沉沙池本体工作段1与下游有压引水道8的过渡段。冲沙廊道3末端与排沙管9连接；排沙管9、充排气管10均可利用前期的施工支洞进行布置，可减少开挖支护工程量。
[0039]
本实用新型采用封闭气垫结构，有效降低沉沙池结构高度，并且可通过改变气压来调节池内水深，改变流速与流态，使沉沙池效果达到最佳。图1至图3中所示的沉沙池本体工作段1的外轮廓形状仅为一种示意。
[0040]
常规沉沙池受库水位变幅影响明显，最高库水位决定沉沙池结构高度。国外有部分工程采用洞内有压满流的方式降低沉沙池高度，但满流流态差，沉沙效果明显降低。目前，对于沉沙池没有精确的计算方式方法，一般通过采用水力模型试验来初判沉沙效果并确定最终结构。无论采用哪种方式，沉沙池结构所对应的流态往往固定的，即实际投入运行后，沉沙池结构已确定，水流流态也固定，不能进行改变，模型试验的偏差很难再通过其他手段来修正。
[0041]
与现有常规沉沙池结构相比，本实用新型既可摆脱库水位变幅的限制，又可以通过改变气压动态调节池内流态，使得沉沙池的调节动态可控且避免了模型试验偏差带来的风险，使得沉沙效果最佳。
[0042]
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。