本发明公开了一种水工隧洞结构，以及开启所述水工隧洞结构的开启方法，属于水工建筑物设计制造技术领域。提供一种结构简单，工程造价极低的水工隧洞结构，以及开启所述水工隧洞结构的开启方法。所述水工隧洞结构包括水工隧洞本体，所述的水工隧洞结构还包括封堵段混凝土和沿所述水工隧洞本体过流方向布置在所述封堵段混凝土内的过流装置；所述的水工隧洞本体通过所述的封堵段混凝土封闭，封闭后的所述的水工隧洞本体通过开启布置在所述封堵段混凝土内的过流装置过流。所述开启方法包括确定连接螺栓的破断力、根据破断力确定并制作爆破切割药包、将爆破切割药包放置到两个连接法兰之间的连接螺栓处并启动所述的爆破切割药包爆开所述的封头等步骤。
1.一种水工隧洞结构，包括水工隧洞本体(1)，其特征在于：所述的水工隧洞结构还包括封堵段混凝土(3)和沿所述水工隧洞本体(1)过流方向布置在所述封堵段混凝土(3)内的过流装置(4)；所述的水工隧洞本体(1)通过所述的封堵段混凝土(3)封闭，封闭后的所述水工隧洞本体(1)通过开启布置在所述封堵段混凝土(3)内的所述过流装置(4)过流，所述的过流装置(4)包括过流管道(5)和封头(6)，所述过流管道(5)的末端沿过流方向伸出所述封堵段混凝土(3)的末端，所述的封头(6)可拆卸的安装在所述过流管道(5)的末端，并将所述过流管道(5)的末端封闭。
2.根据权利要求1所述的水工隧洞结构，其特征在于：在所述过流管道(5)的末端以及所述的封头(6)上分别设置连接法兰(7)，在所述的连接法兰(7)上均设置有连接螺栓孔(8)，所述的封头(6)通过所述的连接法兰(7)和布置在所述连接螺栓孔(8)中的连接螺栓可拆卸的安装在所述过流管道(5)的末端。
3.根据权利要求1所述的水工隧洞结构，其特征在于：所述的水工隧洞结构还包括混凝土支撑墩(9)，沿过流方向伸出所述封堵段混凝土(3)末端的过流管道(5)的长度不低于
4m；伸出所述封堵段混凝土(3)末端的所述过流管道(5)的末端通过所述的混凝土支撑墩(9)支撑。
4.根据权利要求1、2或3所述的水工隧洞结构，其特征在于：在所述封堵段混凝土(3)末端的轴向内侧壁上设置有柔性防护垫环(10)，与该柔性防护垫环(10)相对应的那一段过流管道(5)通过所述的柔性防护垫环(10)布置在所述的封堵段混凝土(3)内。
5.根据权利要求4所述的水工隧洞结构，其特征在于：位于所述封堵段混凝土(3)内未设置柔性防护垫环(10)的那一部分过流管道(5)的轴向外侧壁上还设置有加强连接结构(11)，所述的加强连接结构(11)镶嵌在对应部位的封堵段混凝土(3)中。
6.根据权利要求5所述的水工隧洞结构，其特征在于：所述的加强连接结构(11)为沿所述过流管道(5)纵向和环向设置在所述过流管道(5)轴向外侧壁上的加强钢筋。
7.根据权利要求4所述的水工隧洞结构，其特征在于：所述封头(6)沿过流方向在垂直面内的为半椭圆形，所述半椭圆形封头的长短轴之比为2：1。
8.用于权利要求2所述水工隧洞结构的开启方法，其特征在于：包括以下步骤，
1)确定连接螺栓的破断力，根据布置在所述各连接螺栓孔(8)中的连接螺栓的数量以及连接螺栓的直径，计算确定采用爆破开启所述过流装置的封头(6)需要的最大破断力；
2)确定并制作爆破切割药包，根据步骤1)确定的最大破断力研制爆破切割药包(12)和对应的高精度微秒引爆雷管(13)，所述爆破切割药包(12)的个数按不低于固定所述封头(6)所需要的连接螺栓的件数确定；
3)放置切割药包，将步骤2)制作的爆破切割药包(12)和对应的高精度微秒引爆雷管(13)沿周向均布到所述两个连接法兰(7)之间的连接螺栓的靠近排水管道(5)的一侧，并保证每一件所述的连接螺栓处至少具有一个所述的爆破切割药包(12)；
4)起动爆破切割药包爆开所述封头，利用所述高精度微秒引爆雷管(13)起动爆破切割药包(12)，通过爆破切割药包(12)的定向破坏作用力爆断所述的连接螺栓开启所述的封头(6)，这样便完成了一次在紧急情况下需要打开的所述封头的开启工作。
9.用于权利要求8所述的开启方法，其特征在于：步骤2)中制作的爆破切割药包(12)为没有外壳的光药柱药包，并在制作前先根据连接螺栓的直径和用材进行具有针对性的专门性试验。
水工隧洞结构及其开启方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种水工隧洞结构，属于水工建筑物设计制造技术领域。本发明还提供了一种在紧急情况下开启所述水工隧洞结构的开启方法。
背景技术
[0002] 使用频率低，长期处于封闭状态，在紧急情况下又要能顺利开启的隧洞结构，作为工程建设和运行必不可少的一个组成部分，在各种建设工程中大量存在。水电站的放空洞和非常泄洪洞就属于这一类的隧洞结构。放空洞一般仅在需要对大坝坝体或上游坝面等平时浸泡在水库内的建筑物进行检修时，用于放空水库之用。而水电站的非常泄洪洞仅仅在遇到特大洪水导致常规泄洪洞无法满足泄洪需求时使用。这两种水工隧洞的共同特点是使用频率非常低，平时基本不使用，但是为了维持水电站的功能需要或者作为安全储备又是必须设置的。为了保证在正常运行时关闭挡水，而在紧急情况下能顺利开启以放空或泄洪，这类隧洞结构还应布置相应的封闭及放空装置。比如放空洞和非常泄洪洞一般都需要布置两道钢闸门，即一扇工作闸门加一扇检修闸门。而深水钢闸门本身的造价比较高，而且每扇钢闸门都需要布置启闭机、配电房、启闭机排架等配套的机电设备与混凝土建筑物。虽然这类水工隧洞使用频率很低，但为了确保在需要开启时能够正常使用，平日需对两扇钢闸门及其附属设施进行维护与保养。又比如城市过流排洪工程中的廊洞结构也属于这类隧洞结构。
[0003] 以水工钢闸门为例，水利水电建设中的钢闸门普遍造价较高，尤其是放空洞或非常泄洪洞这类工作水头很高的深水钢闸门更是造价昂贵，钢闸门运行所需的附属建筑物造价更大，且平时维护成本较高。对于放空洞或非常泄洪洞这类使用频率较低的水工隧洞而言，两扇高水头钢闸门及其附属建筑物的成本投入太大，但又是不可或缺的。而且深水闸门长期挡水，其止水维修困难，闸门等钢构件长期泡于水下，使用机会很少，启闭设施长期闲置，由于锈蚀等原因，当水库需要放空或启用非常泄洪洞时，往往又难以真正发挥其作用。所以设计一种免于维护或尽量少维护，使用时又能顺利快速开启进行放空的隧洞结构便成为了工程建设技术领域技术人员急需考虑的问题。
发明内容
[0004] 本发明所要解决的技术问题是：提供一种结构简单，工程造价极低的水工隧洞结构。本发明还提供了一种用于开启所述水工隧洞结构的开启方法。
[0005] 为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种水工隧洞结构，包括水工隧洞本体，所述的水工隧洞结构还包括封堵段混凝土和沿所述水工隧洞本体过流方向布置在所述封堵段混凝土内的过流装置；所述的水工隧洞本体通过所述的封堵段混凝土封闭，封闭后的所述水工隧洞本体通过开启布置在所述封堵段混凝土内的所述过流装置过流，所述的过流装置包括过流管道和封头，所述过流管道的末端沿过流方向伸出所述封堵段混凝土的末端，所述的封头可拆卸的安装在所述过流管道的末端，并将所述过流管道的末端封闭。
[0006] 上述方案的优选方式是，在所述过流管道的末端以及所述的封头上分别设置连接法兰，在所述的连接法兰上均设置有连接螺栓孔，所述的封头通过所述的连接法兰和布置在所述连接螺栓孔中的连接螺栓可拆卸的安装在所述过流管道的末端。
[0007] 进一步的是，所述的水工隧洞结构还包括混凝土支撑墩，沿过流方向伸出所述封堵段混凝土末端的过流管道的长度不低于4m；伸出所述封堵段混凝土末端的所述过流管道的末端通过所述的混凝土支撑墩支撑。
[0008] 进一步的是，在所述封堵段混凝土末端的轴向内侧壁上设置有柔性防护垫环，与该柔性防护垫环相对应的那一段过流管道通过所述的柔性防护垫环布置在所述的封堵段混凝土内。
[0009] 进一步的是，位于所述封堵段混凝土内未设置柔性防护垫环的那一部分过流管道的轴向外侧壁上还设置有加强连接结构，所述的加强连接结构镶嵌在对应部位的封堵段混凝土中。
[0010] 上述方案的优选方式是，所述的加强连接结构为沿所述过流管道纵向和环向设置在所述过流管道轴向外侧壁上的加强钢筋。
[0011] 进一步的是，所述封头沿过流方向在垂直面内的为半椭圆形，所述半椭圆形封头的长短轴之比为2：1。
[0012] 用于所述水工隧洞结构的开启方法，包括以下步骤，
[0013] 1)确定连接螺栓的破断力，根据布置在所述各连接螺栓孔中的连接螺栓的数量以及连接螺栓的直径，计算确定采用爆破开启所述过流装置的封头需要的最大破断力；
[0014] 2)确定并制作爆破切割药包，根据步骤1)确定的最大破断力研制爆破切割药包和对应的高精度微秒引爆雷管，所述爆破切割药包的个数按不低于固定所述封头所需要的连接螺栓的件数确定；
[0015] 3)放置切割药包，将步骤2)制作的爆破切割药包和对应的高精度微秒引爆雷管沿周向均布到所述两个连接法兰之间的连接螺栓的靠近过流管道的一侧，并保证每一件所述的连接螺栓处至少具有一个所述的爆破切割药包；
[0016] 4)起动爆破切割药包爆开所述封头，利用所述高精度微秒引爆雷管起动爆破切割药包，通过爆破切割药包的定向破坏作用力爆断所述的连接螺栓开启所述的封头，这样便完成了一次在紧急情况下需要打开的所述封头的开启工作。
[0017] 进一步的是，步骤2)中制作的爆破切割药包为没有外壳的光药柱药包，并在制作前先根据连接螺栓的直径和用材进行具有针对性的专门性试验。
[0018] 本发明的有益效果是：通过在所述的水工隧洞本体内设置一封堵段混凝土，并在该封堵段混凝土内沿所述水工隧洞本体过流方向布置一过流装置，使所述的水工隧洞本体通过所述的封堵段混凝土封闭，封闭后的所述的水工隧洞本体通过开启布置在所述封堵段混凝土内的所述过流装置过流。而在紧急情况下，需要开启所述的水工隧洞结构进行放空或泄洪时，需要根据设计时确定的连接螺栓的破断力研制出爆破切割药包和对应的高精度微秒引爆雷管，并即时将所述的爆破切割药包和对应的高精度微秒引爆雷管沿周向均布到所述两个连接法兰之间的连接螺栓的靠近过流管道的一侧，再利用所述高精度微秒引爆雷管起动爆破切割药包，通过爆破切割药包的定向破坏作用力爆断所述的连接螺栓开启所述的封头即可快速即时的打开所述的水工隧洞结构。这样，采用所述的过流装置取代理现有的建造、维护成本极高的放水装置，不仅显著降低了所述水工隧洞的投资、运行成本，降低工程造价，而且所述的过流装置仅由过流管道和封头构成，还使所述的水工隧洞结构的结构变得十分简单，开启变得十分方便。同时还可以有效的避免水工隧洞工作闸门在运行过程中出现的漏水、锈蚀后需要开启时无法正常运行的状况发生。而且，在放空后检修完成或非常泄洪完成，需要重新对所述的水工隧洞进行封堵时，只需要重新制作一个所述的封头，安装到所述过流管道的末端即可达到反复使用的目的。
附图说明
[0019] 图1为本发明一种水工隧洞结构的结构示意图；
[0020] 图2为图1的A-A剖视图。
[0021] 图中标记为：水工隧洞本体1、封堵段混凝土3、过流装置4、过流管道5、封头6、连接法兰7、连接螺栓孔8、混凝土支撑墩9、柔性防护垫环10、加强连接结构11、爆破切割药包12、高精度微秒引爆雷管13。
具体实施方式
[0022] 如图1、图2所示是本发明提供的一种结构简单，工程造价极低的水工隧洞结构，以及用于开启所述水工隧洞结构的开启方法。所述水工隧洞结构包括水工隧洞本体1，所述的水工隧洞结构还包括封堵段混凝土3和沿所述水工隧洞本体1过流方向布置在所述封堵段混凝土3内的过流装置4；所述的水工隧洞本体1通过所述的封堵段混凝土3封闭，封闭后的所述水工隧洞本体1通过布置在所述封堵段混凝土3内的过流装置4过流。为了方便后序对所述封堵结构的开启，本发明将所述过流装置4设置成包括过流管道5和封头6的结构，并将所述过流管道5的末端沿过流方向伸出所述封堵段混凝土3的末端，将所述的封头6可拆卸的安装在所述过流管道5的末端，并将所述过流管道5的末端封闭，同时，在所述过流管道5的末端以及所述的封头6上分别设置连接法兰7，在所述的连接法兰7上均设置有连接螺栓孔8，所述的封头6通过所述的连接法兰7和布置在所述连接螺栓孔8中的连接螺栓可拆卸的安装在所述过流管道5的末端。这样在开启所述水工隧洞结构时，并可以采用以下的步骤方便、简单、快捷的进行，
[0023] 1)确定连接螺栓的破断力，根据布置在所述各连接螺栓孔8中的连接螺栓的数量以及连接螺栓的直径，计算确定采用爆破开启所述过流装置的封头6需要的最大破断力；
[0024] 2)确定并制作爆破切割药包，根据步骤1)确定的最大破断力研制爆破切割药包12和对应的高精度微秒引爆雷管13，所述爆破切割药包12的个数按不低于固定所述封头
6所需要的连接螺栓的件数确定；
[0025] 3)放置切割药包，将步骤2)制作的爆破切割药包12和对应的高精度微秒引爆雷管13沿周向均布到所述两个连接法兰7之间的连接螺栓的靠近过流管道5的一侧，并保证每一件所述的连接螺栓处至少具有一个所述的爆破切割药包12；
[0026] 4)起动爆破切割药包爆开所述封头，利用所述高精度微秒引爆雷管13起动爆破切割药包(12)，通过爆破切割药包12的定向破坏作用力爆断所述的连接螺栓开启所述的封头6，这样便完成了一次在紧急情况下需要打开的所述封头的开启工作。
[0027] 通过在所述的水工隧洞本体1内设置一封堵段混凝土3，并在该封堵段混凝土3内沿所述水工隧洞本体过流方向布置一过流装置4，使所述的水工隧洞本体1通过所述的封堵段混凝土3封闭，封闭后的所述的水工隧洞本体1通过开启布置在所述封堵段混凝土3内的过流装置4过流。而在紧急情况下，需要开启所述的水工隧洞结构进行放空或泄洪时，只需要根据设计时确定的连接螺栓的破断力研制出爆破切割药包12和对应的高精度微秒引爆雷管13，并即时将所述的爆破切割药包12和对应的高精度微秒引爆雷管13沿周向均布到所述两个连接法兰7之间的连接螺栓的靠近过流管道5的一侧，再利用所述高精度微秒引爆雷管13起动爆破切割药包12，通过爆破切割药包12的定向破坏作用力爆断所述的连接螺栓开启所述的封头即可快速即时的打开所述的水工隧洞结构。这样，采用所述的过流装置4取代理现有的建造、维护成本极高的放水装置，不仅显著降低了所述水工隧洞的投资、运行成本，降低工程造价，而且所述的过流装置4仅由过流管道5和封头6构成，还使所述的水工隧洞结构的结构变得十分简单，开启变得十分方便。同时还可以有效的避免水工隧洞工作闸门在运行过程中出现的漏水、锈蚀后需要开启时无法正常运行的状况发生。而且，在放空后检修完成或非常泄洪完成，需要重新对所述的水工隧洞进行封堵时，只需要重新制作一个所述的封头6，安装到所述过流管道5的末端即可达到反复使用的目的。
[0028] 上述实施方式中，为了避免爆炸时产生飞片对输水管道5造成影响，在上述步骤2)中制作的爆破切割药包12为没有外壳的光药柱药包，并在制作前先根据连接螺栓的直径和用材进行具有针对性的专门性试验。
[0029] 上述实施方式中，为了避免在爆破开启所述水工隧洞结构的封头6时，影响过流管道5在所述封堵段混凝土3中的连接，在所述封堵段混凝土3末端的轴向内侧壁上设置有柔性防护垫环10，与该柔性防护垫环10相对应的那一段过流管道5通过所述的柔性防护垫环10布置在所述的封堵段混凝土3内。进一步的，为了避免所述水工隧洞结构在使用过程和输水过程中水的重力以及振动对过流管道5造成影响，同时又能方便所述封头6的安装以及后序爆破拆卸操作的施工，本申请所述的水工隧洞结构还包括混凝土支撑墩9，并将沿过流方向伸出所述封堵段混凝土3末端的过流管道5的长度不低于4m；伸出所述封堵段混凝土3末端的所述过流管道5的末端通过所述的混凝土支撑墩9支撑。
[0030] 进一步的，为了提高所述过流管道5与所述封堵段混凝土3的连接效果，避免所述过流管道5在水库高压水头的作用下被破坏，位于所述封堵段混凝土3内未设置柔性防护垫环10的那一部分过流管道5的轴向外侧壁上还设置有加强连接结构11，所述的加强连接结构11镶嵌在对应部位的封堵段混凝土3中。而为了简化所述加强连接结构11的结构，降低生产成本，同时又便于制作安装，将所述的加强连接结构11设置为沿所述过流管道5纵向和环向设置在所述过流管道5轴向外侧壁上的加强钢筋。再接结合封头的通用结构，为了便于厂家制造，将所述封头6设置为沿过流方向在垂直面内的投影为半椭圆形结构，并且将所述半椭圆形封头的长短轴之比设置为2：1。
