水利立交地下涵洞输水输沙特性研究(徐金环)

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水利立交地下涵洞输水输沙特性研究水利论文/y3^H)T3t#art TM

徐金环

a0ox d"d&y5S|0

(河海大学航运及海洋工程系 )水利论文 O0Zvt6A,_g4P8a

摘 要依据物理模型试验,探讨了立交地下涵洞泄流和输沙能力及防止泥沙淤积措施,并提出了判别涵洞内不淤流速的计算公式,其结果与试验成果较为一致。水利论文(W]'m0h&aDE cQ

关键词立交地涵 不淤流速 防淤措施水利论文 sY?W NEj']

1 前言

B0LNl9O0

  废黄河是一条多泥沙河流,在江苏省北部自西向东流入黄海。目前,正在建设的通榆河,南起南通、北至赣榆,纵贯江苏东部沿海地区,是实现送水北上,解决苏北工农业用水,发展水运事业,振兴苏北经济的大型水利水运骨干运河。因而,在通榆河与废黄河相交处,将建设水利立交工程,分别满足废黄河输水排沙和通榆河引水通航的需要。本文以设计三种水利立交工程方案的模型试验为基础,论述水利立交工程中地下涵洞输送水沙能力及工程防淤措施,并给出了判别涵洞内不淤流速的计算公式,成功地解决了水利立交工程中泥沙淤积的关键问题。水利论文r j`/TU_f pM

2 立交工程布置型式与输水能力

Qz0AWg)R ].B~"M0

2.1 水利立交地下工程布置型式

6^&F)fdAfu0

  通榆河引水流量100m3/s,设计河道底宽50m,而从通榆河底穿越的废黄河,设计排洪流量500m3/s,要求控制立交工程上下游水位差0.5m。为此,江苏省水利勘测设计院先后提出了三种立交工程设计方案,进行优化筛选。图1为倒虹吸型立交地涵设计方案,纵向水平涵洞洞身长50m,两端按1∶6的斜坡向外延伸,其进出口闸室底板与渠道平底连接,横向不改变通榆河过水断面。水利论文*gX2A$J'fh"p

990106t1.gif (2961 bytes)

v/n,AS\]Y1m n0

图1 倒虹吸型长涵洞剖面(单位:cm)

a+q%q!X0g:P-A j0

Long culvert profile of inverted siphon

xZ,Evrp/O g#a0

990106t2.gif (2754 bytes)水利论文'tW)Ep0?Y1z:[^2]

图2 上槽下洞型短涵洞剖面(单位:cm)水利论文\O.i-@*\'j

Short culvert section with up-flume and down-hole水利论文f!mUb!DI

图2是上槽下洞型立交地涵设计方案,上层为渡槽型式,满足通榆河引水通航,下层设地下涵洞,输送废黄河来水来沙。涵洞上下游分别设计1∶6和1∶9的斜坡过渡段,与引水河道相连。

}o:?F7o6d(ZH o$J0

  第三种竖井型立交地下涵洞设计方案,其进口段竖井型式设置,出口段则以逆向斜坡与渠道相连。涵洞洞身段分上下两层输水,布置形式见图3。三种设计方案的主要特征见表1。水利论文,vw|Ect L

990106t3.gif (2809 bytes)水利论文 oF!z#y+b'r

图3 竖井型双层涵洞剖面(单位:cm)水利论文V @xmB)e!OW$g

Double culvert section of shaft

fDS*dx-{-Qn0

表1 废黄河水利立交地下涵洞主要尺度及特征水利论文lz/hKyt

Main sizes and characters of underground culverts crossing underthe abandoned Yellow River

E!DwDI:`/P5GP1E0

特征值水利论文 ?],~D*V3b

总长水利论文W#m:MIsMwK

总宽

0cn Ji ?7Ug0

总闸

Z H)x_5M0

总过水水利论文t#Ai+c0R#kI5[

单孔尺度(m)

$Lt Q2|E/TC:B)in0

主要特征

"c U+SOI+o y0

型式

?)Chm"ds}0

(m)水利论文4C \6~&J%I!w

(m)

t)F9ZB@CP3_2t-^0

孔数水利论文"p0D*]L'kv'E

面积(m2)

@CN O9oy*f"W0cQ0

$?&RDC:Lw;Bh0

水利论文/Pr"v I2S Z6u s


倒虹吸型水利论文2M ]@9OWBz v

168.5水利论文IaE6_ j3vy&Qj#u

76

1W*Ca7`~@3xy0

15

eK-GB8_ EHLaJ0

187.8

Mq@+| xh3w'@0

3.2

SO!h6jIU0

4.0

;Es%lUF,]%a0
优点:不影响通榆河过水断面
缺点:泄流能力较小

上槽下洞型

}g AhOQ`p0

80.4水利论文X.mOS RU

55.5

%lwKh)iRH0

12水利论文.z,kA Q6T0yV

162.24水利论文5rsqk6L:A ug#M

3.45

$k f8s5`&jD6Sj$@4l0

4.0水利论文m G k4U3`6l%wr@ V5`

优点:泄流能力较大
缺点:进口斜坡段泥沙易淤积

竖井双层型水利论文PwXwSD/j&C8g+?/@.s

71.8水利论文KCI^a`[

41.1

/K+G|t7R7`usy0
上层9
下层9

209.5

Z yvq@M4e8j0

4.6水利论文5pq*K5p^

1.8水利论文~5ho ~ ^)UX V:W

3.7

.NTx/XEt*g0

3.7

$Luk \nv&Em0
优点:涵洞宽度小,引河工程投资省
缺点:闸门多,运行操作不便

2.2 立交地下涵洞水头损失水利论文 aK8P Ms

  立交地下涵洞恒淹没水下,泄流状态属有压流。为比较涵洞的泄流能力,三种立交工程布置方案的试验研究均设计成正态模型,几何比尺统一取1∶40。在全部开启闸门敞泄设计洪水时,测得倒虹吸型涵洞沿程水头损失40cm,约占总水头损失的1/2;上槽下洞型涵洞和竖井型涵洞沿程水头损失较小,分别为22.4cm和16cm,占各自总水头损失的1/3左右,局部水头损失约占2/3。其中上槽下洞型涵洞水流与涵洞四周边壁不发生分离,若加大进口闸室胸墙圆弧半径,改善进口水流条件,进口段局部水头损失略有减小,但相应增加沿程水头损失,涵洞水流内部发生自动调整,从而维持总水头损失基本不变,胸墙两种圆弧半径布置方案沿程水头变化见表2,测点位置见图4,可见上槽下洞型立交地涵泄流已达较佳状态。水利论文:F?8m(}]&O.{

①南京水利科学研究院。废黄河地涵工程泥沙模型试验报告,1990年。
②河海大学航运及海洋工程系。废黄河地涵整体模型试验研究(短涵洞方案和竖井方案),1994年。

表2 上槽下洞型立交地下涵洞沿程水头损失变化(流量500m3/s)

8^+A2nE+^)a0

Head loss variation of a crossing underground culvert with up-flume and down-hole水利论文'F1oF!KuA9j


测点位置

8g d P6I'OC~8Z0

H1水利论文N2}!oVa `

H4

(jc Q1K'q1n3r E7[+zU{0

H5水利论文!_3F#QQh

H6水利论文*_6y(ei(IT4E

H8

+`;Gi2Igfr4l0

H9

l*` P5g/GW0

H10水利论文r j8K!@WKw*VU

H13水利论文Doa$s K8jv B

备注水利论文tQ J%j.?0r7s


沿程水头(m)

Lt;d(z KXe?h*YH0

7.480水利论文{d,X.IH,U$Wglo

7.384水利论文KO7o@[-|8m

7.016水利论文_ mB*gH9OO1W,O

6.948水利论文t/b@ { k6g gkY

6.792水利论文 b'_|PWeH_f

/

'a4K#Ve/]:rq3G0

6.840

3t'CLX2b3gQ~0

6.808水利论文3eI9c4v^TR

胸墙圆弧R=3m水利论文Jnx*C0]&x gy7Y F

7.472水利论文rJTO+Uku JV3D2T^

7.376

\I ^i7G ^o![*s0

7.200

?.@Gw c7U0

7.056水利论文P,J.CQ)m_^

/

;NV3yZ{)DS+xs8_0

6.824水利论文9D*z^.i}(P

6.856

G f:K BpMF0

6.808

X9{wsa1IX ]0

胸墙圆弧R=5m水利论文4_,_ D*^#HuVzdt~6J.P


水利论文2@R.d7JGP

图4 上槽下洞型地涵水头测点布置图水利论文4g^w2Ld$m

Survey points of water pressure for underground culvert with up-flume and down-hole

v dk`| f6{@+K0

  竖井型双层立交地下涵洞,原进口段布置方案竖井垂直,宣泄水流时形成2个回流区,减少了有效过水面积,局部水头损失大,泄流能力减小。当加大上下层竖井进口闸室断面圆弧半径,消除闸室内底部回流区,进口段局部水头损失由40cm减小到25.6cm,从而使竖井双层涵洞的总水头损失59.2cm减至44.8cm,显然竖井进口断面形态对泄流影响很大。竖井型地涵进口段修改布置见图5。

C3hysnh n,X%U0

990106t5.gif (4549 bytes)水利论文CNz!V2t R

图5 竖井型地涵进口段修改布置(单位:cm)

D P(lt9R@%k0

Revised inlet for underground culvert of shaft type

$y9X'ea7sT9mUA|0

  当改变调度管理方式、降低地涵下游水位运行时,竖井双层涵洞水头损失明显增大,泄流能力减小,倒虹吸型涵洞水头损失变化次之,上槽下洞型地涵在下游水位淹没出流条件下,水头损失变化十分微弱,表明上槽下洞型立交地下涵洞泄流条件优良。

)~7^!\j3BK g0

2.3 单、双层涵洞沿程阻力系数

uZ#[B:Hn1u.o0

  根据上述立交地下涵洞淹没出流的输水特性,由管道宣泄水流总水头损失公式

!},C2])Uf1_}kI0

hω=[λ·l/D+Σξ]U2/(2g)

Ci;O;WcWO7X0

式中λ为立交地涵沿程阻力系数;l为立交地涵长度;D为立交地涵当量直径,取D=4R;Σζ为各部位局部阻力系数之和;U为洞内平均流速;g为重力加速度。可得宣泄洪水流量时阻力系数见表3,表明上槽下洞型立交地下涵洞沿程阻力系数和局部阻力系数均较小,竖井型双层涵洞沿程阻力系数较大,约比单层涵洞增大50%。因此,上槽下洞型立交地下涵洞输水性能占优。水利论文!T1v]]nw

表3 立交地下涵洞水头损失与阻力系数

^ CH |xb[Qr0

Relations between head loss and resistance factor in crossing underground culverts

a^6?Gl[0

结构型式

I|ux`)cC-y)N0

洞内平均流速(m/s)

&Ey*Vw c/~R0

洞内平均

B |0vohZ2slE0

沿程阻力水利论文3V{ Z5^I^5V5z'G

局部阻力水利论文#tn+owi.c)a

流量水利论文 fq'k|$@J `K

总值

ti4CLWh e0

局部

]u9@6m*A0}%k0

沿程水利论文1xn9a2R7[/N,HiP.q

流速(m/s)

w@7|~Am ^0

系数λ

x ^~G*Lr~0P n0

系数Σζ

!Er+V-|3W j cpL6^0

系数μ水利论文V B@e2Qe


倒虹吸型

&@g.}c'p2H)|0

79.0

3x\|II E?'\2WM0

39.0水利论文|o0b vZ/E

40.0水利论文6Y8W!M"uVAB I

2.66

8I NN5v.OhL2|0

0.0242

5wm|\`e2@)^0

1.08水利论文.r c}/jh

0.676

8CP`_:^OI:K0

上槽下洞型

:rS)Uev7e0

67.2水利论文 U2Iq|vu#wz

44.8水利论文Gd!if)N;J`&^3| N9R

22.4

[t G3O R0

3.08水利论文N9L O&T@.@,d

0.0222

6^ d6P6rF0

0.93

7earQ_ Ig&?H0

0.848

`$|BAk1v)Gm0

竖井双层型(8组孔)水利论文#B.BC:~`%c)KJ

60.2

FI)I%I6u+r\Er0

41.0

X h(["k2xI6z'C-{#QL0

19.2

v;z t&O!i0

2.68

.W!@MF/C4q0

0.030水利论文6G`J XP$M)w6C&k J

1.12

,ITG fZ0

0.780水利论文2T!JLwyPP%lVb

竖井双层型(9组孔)

2I p6o3X{k2Q Wx0

44.8

{0z2?8m.kw)T~0

28.8水利论文.\-NEJl;Ds

16.0水利论文)b,T#Po A6n

2.39水利论文L;m GR [

0.031

#Pw Hwx0

0.99水利论文sKmcln](] }? f

0.807水利论文F Bq@^f)_A8x8_1b2u


注:表中竖井型双层涵洞为进口段断面修改后测量值。

(POAN"y+V zkS0

3 立交地下涵洞输沙与不淤流速水利论文L7b%hIo6l0XuUr

3.1 地下涵洞模型输沙特性

(O;V+n)C#z6U0

  废黄河枯水时雨水少,河道两岸不发生坍塌,高滩地上洪水时落淤的细颗粒泥沙很少被地面径流带入河道,水中挟沙多来自河床冲刷,颗粒较粗而含沙量较小。汛期时水位高,流量大,主流易发生摆动,造成河岸坍塌,再加之雨水多,滩地淤积细颗粒泥沙被冲刷搬移,导致河道来沙增大,而泥沙颗粒相对较细,60年代期间含沙量与流量变化关系见表4。近期废黄河含沙量有所减少,粒径相应趋向均匀变细,悬沙中值粒径0.02mm。在建造水利立交地下涵洞后,如何利用涵洞水流本身水力条件,将众多来沙输送下泄,为此,模型用水力筛选后的胶木粉为试验用沙,并从偏于地涵使用安全着想,按沉降相似设计,由泥沙粒径比尺λd=1.23,选用模型沙中值粒径0.0166mm,进行水力输沙试验。

0g$N$DpD0

表4 废黄河含沙量与流量变化关系

p!X-Hw']#F%_Cb+C0

Relation between silt content and discharge in the abandoned Yellow River

Kt+U'|?P0

流量(m3/s)

%i*XYr?*l.Pq#G0

50水利论文3gK[gk7gG

100水利论文 US h/rl E7`aN|-~ IS

200

5R1G Lm@8d`2K a0

300水利论文A.Vjz5W5FE

400水利论文s1{1TpG+Q\ n

500

6G|sJ9PJ}0

含沙量(kg/m3)水利论文"F uX9E/eo I

0.2水利论文R+Cn'V{P&T#C

0.5

#l*\r tAq A0

1.5水利论文;i$B Ua4Py D'wGu

2.3水利论文BeDp9Lcua'b$jl

3.0水利论文7q%y,m d,ElB|%p#g

4.0

x;c5M*g qP&N0

经过施放浑水试验,表明在全部开启闸门下泄中小流量时,三种立交地下涵洞内均有一定程度的泥沙淤积,其中以流量100m3/s、含沙量0.5kg/m3时淤积强度最大,月平均淤积厚度约13cm。小于该流量时,含沙量小,涵洞内泥沙淤积少。反之流量大时,含沙量相应增加,但洞内流速加大,输沙能力亦增大,涵洞内泥沙淤积也减少。在泄流量200m3/s时,洞内月平均淤积厚度减至3cm左右。当下泄流量超过300m3/s时,洞内平均流速约增至1.6m/s,尽管含沙量较大,但涵洞输沙能力更大,泥沙无法落淤,立交地下涵洞内可转变为无泥沙淤积状态。水利论文'k"S)zUT.Q${ }/a:D

  在立交地下涵洞进口段,倒虹吸型和竖井型双层地下涵洞闸室底板与渠道平底方式联接,涵洞口门附近均无泥沙淤积,有利涵洞安全输沙。但上槽下洞型地下涵洞进口段,由于明渠底坡斜向联接,上游过水断面沿程扩大,流速发生减小,水流挟带泥沙不断落淤。宣泄洪水流量500m3/s时,测得15天平均淤厚98.6cm,局部最大淤厚达176cm,进口斜坡段泥沙淤积多,对地涵安全运行威胁大。但下游出口斜坡段,主流紧贴斜坡面,底部流速大(1),输沙能力远大于上游斜坡段,因而下游逆向斜坡联接较上游有利输水输沙。

*JD1up!e.vj C+M0

3.2 原型沙水力冲刷试验水利论文?M5r3RK:wp

  立交地下涵洞内一旦发生泥沙淤积,不但影响安全泄洪,而且将给机械清淤带来很大困难。为解决立交地涵在全开闸门下泄中小流量时的泥沙淤积问题,维持地涵设计泄洪和排沙能力,采集原型沙,进行地涵水力冲刷试验,其原型底沙中值粒径D50=0.0456mm,最大粒径Dmax=0.125mm,小于0.05mm的粉沙和粘土约占沙样比重65%。

`YHV0|t?@0

  试验中通过控制进口流量、逐步加大涵洞内流速的方法,不断观察洞内淤积泥沙各种运动状态。当涵洞试验段内流速为0.3m/s时,各种淤积历时的床面泥沙表现处于静止状态,偶尔有个别微小沙粒下移,可认为涵洞水流未达到临界起动流速;当流速增至0.5m/s,对于各种淤积历时的床面泥沙,均可观察到少部分颗粒顺水下移滚动,河床表面呈细沟状轻微剥蚀,但未见泥沙扬动现象,水流流态介于起动流速与扬动流速之间;流速增至0.7m/s时,不论泥沙淤积历时长短,均有床面部分泥沙进入扬动状态,河床出现冲刷,其形式以条状剥蚀为主,冲刷起来的泥沙仅靠近涵洞底部以悬移方式运行,此时冲刷强度较小。只有当流速增至0.9m/s时,各种淤积历时泥沙均才出现大量扬动状态,河床冲刷强烈,床面随之下切,掀起的泥沙充满整个涵洞,呈云雾状随水流向下游悬移。少数因淤积床面被水流冲刷出现的粘性颗粒,被底部紊动水流跃起,也可迅速送出地下涵洞。水利论文J M~V@ u F a

  对于铺厚5cm的原型底沙,尽管淤积历时不同,但各种水力冲刷状态基本相近,仅有冲刷历时存在差异。淤积历时长,淤积泥沙冲刷干净的时间较长,床面冲刷率降低。反之,淤积泥沙则被迅速冲刷完毕,冲刷率增大。按照淤积历时分别为1天、1个月、2个月、4个月和6个月五组试验观察,表明淤积历时在两个月以下时,淤积泥沙冲刷迅速,冲刷率变化较快。超过两个月后,则冲刷率变化相对稳定,具体见图6。水利论文[WoK n~2^_

  另外,原型立交地下涵洞泄流时,由于水深较大,将与室内冲刷试验结果稍有不同,依据原型地涵与试验涵洞内同为天然底沙,淤积泥沙床面冲刷起动和扬动时床面切应力相等原理,换算到原型地下涵洞在各种运动状态下的临界水力条件,均比室内试验成果增大约30%,即立交地下涵洞内流速大于1.2m/s时,可满足淤积泥沙呈大量扬动状态。水利论文3iWJ4?mz+D

3.3 涵洞内泥沙不淤流速分析

l1qT~Z0

990106t6.gif (1922 bytes)水利论文+^#vP2i$N,\d9L F.C

图6 泥沙冲刷率与淤积时间变化

R,E9| qv#DZ0

Relation between erosion rate and deposited time

0YB8j o.yRE0

  立交地下涵洞安全输沙时以悬沙形式为主,涵洞内悬沙垂向分布均匀程度将仍服从悬浮指标Z=ω/κU*,认为当Z≥5时,泥沙基本上以推移质运动,反之则开始出现悬移运动,即表示泥沙开始悬浮。当Z<0.25时,水流紊动扩散强烈,悬沙垂向分布趋于均匀,河床呈冲刷不淤积状态,此时临界水力条件下的平均流速,即为涵洞内泥沙不淤流速。水利论文D'm Q0y)e0c#o9|K:u

Z=ω/(KU*)<0.25水利论文&WN9Xo9m7X o

(1)水利论文,y.p g)b{GgYF

U*=ω/(0.25K) 或 UF>ω/(0.25K)·C/990106c2.gif (901 bytes)

y*I/yd#\ h:M Z0

(2)水利论文gm8R9ns?%SZ:UF

在立交地下涵洞内淤积泥沙被冲刷干净,不存在沙波运动时

W*b9Zo L:P1A}0[0

UF>ω/(0.25K)·R1/6/(n990106c2.gif (901 bytes))水利论文? bS:X(^)~"[6s] w

(3)

GzxY2n-{#z9C0

式中UF为涵洞内泥沙不淤流速;ω为泥沙沉速;U为摩阻流速;C为谢才系数;n为曼宁糙率系数;g为重力加速度;R为水力半径;κ为卡门常数,κ=0.15~0.4[2],清水时κ=0.4,浑水时随含沙量增加而减小,当悬沙冲刷充分,水中含沙量饱和,取极限状态k=0.15计算,可确保涵洞庭湖内不发生泥沙淤积。

)z X X{z [0

表5 不淤流速与全开闸门时涵洞平均流速比较

5Npa wfQk/Z%BsUU0

Comparisons between non-silting velocity and mean velocity in culverts when all gates opened水利论文0ObI4J*K6c S-eO+?


立交结构型式

\#^-f:W+l0

不淤流速水利论文H.h0s!C|tj.I"F

涵洞内平均流速(m/s)水利论文0][nr2ke9s7}%\W3V

UF(m/s)水利论文%g0k(C2S9P \6[+c

100

l8wdt!Iy%^H%m6]0

200

-HKq3UE1s'wgQ|0

300

;H7rEIfgSo oV1@0

400水利论文}Ur+}(I[eU]-c

500

[1Am p2e l3W_wU0

倒虹吸型水利论文 b-B[3r1Y\ X

1.60水利论文.SL1]!d[3?4Gm i

0.53水利论文#U C{u1bfm

1.06水利论文&m*\ sb j#Z#s

1.60水利论文M$u2v+gD"EF

2.13水利论文/b Tnc D+@d@/xT&F

2.66水利论文3gW-l#\i)p3{

上槽下洞型

*\K5tMl0hi0y0

1.61

8Q%dUK1I,CF N:R0

0.62

1T%A{@-wrf0

1.23水利论文3x L a3E5v

1.85

cgF'Ed(Z1d B OK0

2.47

9W'S6lv}3aJ0

3.08水利论文\ E)JflB7O

竖井双层型(8组孔)水利论文rZz:O$F we

1.59水利论文k^}$V/_K

0.54

a's z9B#cB0

1.07

Fw?UL3`4C G0

1.61水利论文8@ ^ z/dB0J2t2]G

2.15

#B,Ci6TB_y}f0

2.68水利论文*q1S/n:?'` f

竖井双层型(9组孔)水利论文w3Xb8DKR|JU

1.59水利论文 [I+uuA-w(x

0.48水利论文OfA\2cG^c-\

0.95水利论文U v&Zw#j

1.43水利论文:BSL ?,yI-LD;b E

1.91

2]jWDd X(ky0

2.39

q L8\,Q5o^0

  作为粗略验算,取废黄河悬沙中径0.02mm,其相应细颗粒泥沙絮凝团粒沉速2.67mm/s,涵洞糙率系数0.014,由三种不同立交地下涵洞结构,分别计算涵洞内泥沙不淤流速见表5。并进一步与全部开启闸门时涵洞内平均流速相比较,可见在宣泄流量大于300m3/s时,其水力条件强于原型泥沙不淤流速,涵洞内将不会出现泥沙淤积,这一结果与模型试验吻合良好。所以,可用不淤流速UF=ω/0.0375·R1/6/(n)作为涵洞安全运行的计算参数,控制开启立交地下涵洞闸门运行管理。水利论文 RpM.}:qT+`z

4 工程防淤措施水利论文`Bi5xk(R$u~

4.1 调度开启部分闸门

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  立交地下涵洞全开闸门下泄中小流量,涵洞内发生泥沙淤积,随着淤积历时延长,淤积厚度逐渐增加,甚至形成板结,最终将危及地涵泄洪安全。模型中经多次探索,开启部分涵洞闸门,加大局部涵洞内流速,束水攻沙,当洞内流速大于不淤流速时,涵洞内将不发生泥沙淤积。因此,采取调控开启闸门措施,轮换冲刷涵洞淤积泥沙,是解决中小流量时涵洞内泥沙淤积的有效办法。对于竖井型双层涵洞,还可开启部分下层涵洞小型闸孔,增强输沙效果。这样,在立交地下涵洞运行管理上,采用下泄大流量开启全部闸门与下泄中小流量轮换开启部分闸门相结合,是达到地下涵洞安全运行的可靠保证。水利论文@_IZQ-y

4.2 斜坡段增设导流墙

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  上槽下洞型立交地涵输水能力强,但涵洞进口斜坡段泥沙淤积严重,直接威胁地下涵洞的安全。为完善设计,试验中将进口斜坡段沿闸门隔墩增设导流墙,其长度与斜坡段相等,墙顶高程达+4m(相当于下泄100m3/s流量时与水位平齐)。下泄大流量时,水位高,导流墙作用减弱,但在水位下降、通过中小流量时,通过轮换开启闸门的调度管理,可增加斜坡段导流墙间流速,提高导流墙间输沙能力。一般除地涵进口两侧边墩处受上游翼墙布置影响、稍有泥沙淤积外,其余导流墙间均可达到无泥沙淤积状态,进口斜坡段防淤导流墙布置见图7。

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5 结束语水利论文]*c/@e fC

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图7 进口斜坡段防淤导流墙布置

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Layout of diversion wall preventing from deposition in slope inlet section水利论文os/w-G,a

  1.上槽下洞型立交地涵沿程水头损失和局部水头损失较小,泄流能力大,并且适应降低下游水位运行管理,在三种水利立交地下涵洞的输水能力方面明显占优。水利论文 I1oQr6^C6i

  2.立交地下涵洞在宣泄大流量时开启全部闸门,下泄中小流量时开启部分闸门、束水攻沙,可成功解决涵洞内泥沙淤积问题。在上槽下洞型地下涵洞上游斜坡联接段,通过增设低导流墙,也能达到水力清除淤积泥沙的目的。

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  3.经分析研究,用涵洞内不淤流速作为控制开启闸门的计算参数,与试验结果较一致,可满足水利立交工程运行管理需要。作为理论研究,不淤流速有待进一步探讨和论证水利论文:u zj?j{4l~T6|"u

  4.优选水利立交地下涵洞型式,应根据当地上下游衔接条件、工程投资等多方面综合论证,最佳结构设计宜通过模型试验深入研究确定。

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参考文献

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1 周名德。立交地涵泥沙问题实例研究。水利水运科学研究,1996年3期210~219页。水利论文U/e"w2c L&zg[/b-F

2 中国水利学会泥沙专业委员会。泥沙手册。北京:中国环境科学出版社,1992年.

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