CN109826301A - 一种预制装配式折板型深隧排水竖井结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种预制装配式折板型深隧排水竖井结构,包括进水管井圈、若干预制竖井标准节段、出水管井圈;所述预制竖井标准节段包括竖井井圈、中隔板和折板构件;中隔板沿竖井井圈纵轴设置于竖井井圈内,将竖井井圈内腔纵向分割为两个独立空腔;折板构件设置于其中一独立空腔内;所述进水管井圈内沿纵轴方向设置有中隔板;若干预制竖井标准节段顺次相连构成竖井主体,所构成的竖井主体内中隔板对应连接;进水管井圈、竖井主体、出水管井圈顺次连接,进水管井圈和竖井主体内中隔板对应连接。本发明既能满足最大泄流量又能达到最佳消能效果,竖井所有构件均采用工厂预制完成,具有结构最优、质量可靠、投资最少、环境影响最小的特点。
Description
技术领域
本发明属于深层隧道排水工程领域,具体涉及一种预制装配式折板型深隧排水竖井结构。
背景技术
随着我国城市建设规模的不断扩大,“热岛效应”凸显,导致暴雨等极端天气频繁发生,其次,大量土地逐渐被建筑物、路面等不透水区域所覆盖,流域下垫面条件发生改变,引起雨水下渗量、截留量减小,产流时间缩短,汇流速度加快,洪峰流量增大,进而加大了城市的内涝灾害风险,还能引发交通瘫痪、水体溢流污染等次生灾害。
目前,北京、广州、上海、武汉、香港、成都等多地均在建或规划有深隧排水工程,通过具有海绵城市建设理念的深隧排水***来解决城市内涝问题、消除溢流污染、根本改善水质已成为现代城市可持续发展的重要方向。
竖井作为深隧排水***的重要组成部分,用于将雨水或污水从高处输送到低处,通常由进水管、竖井主体和出水管组成,通常竖井主体深度可高达十几米甚至几十米,如此高的落差下,为防止过快水流流速对竖井结构产生冲刷破坏,往往要采取不同的消能措施,不同的消能方式又会影响竖井的泄流能力。因此,对于深隧排水***的竖井结构而言,最优的方案就是既要满足最大的泄流量又要满足最佳的跌水消能率。
竖井目前通常采用支架现浇法施工,但是该方法施工工期长、工程质量难以保证,并且施工过程存在资源浪费、环境污染等问题,不符合国家大力发展的装配式结构。
发明内容
本发明的目的是提供一种预制装配式折板型深隧排水竖井结构,本发明在既能满足最大泄流量又能达到最佳跌水消能效果的同时,还具有施工工期短,且可保证工程质量的优点。
本发明提供的一种预制装配式折板型深隧排水竖井结构,包括:
进水管井圈、若干预制竖井标准节段、出水管井圈;
所述预制竖井标准节段包括竖井井圈、中隔板和折板构件;
中隔板沿竖井井圈纵轴设置于竖井井圈内,将竖井井圈内腔纵向分割为两个独立空腔;折板构件设置于其中一独立空腔内;
所述折板构件包括若干横梁和相对的上下两折板,两折板设于竖井井圈内壁上且折板边缘向下倾斜;若干横梁设置于中隔板和竖井井圈内壁之间,用来分别支撑两折板;
当水体流至上折板时,沿上折板边缘正好流至下折板上;
所述进水管井圈内沿纵轴方向设置有中隔板;
若干预制竖井标准节段顺次相连构成竖井主体,所构成的竖井主体内中隔板对应连接;进水管井圈、竖井主体、出水管井圈顺次连接,进水管井圈和竖井主体内中隔板对应连接。
作为优选,中隔板上设通气孔;所述通气孔数量为2,分别设于中隔板两端,并分别紧邻位于同一端的折板的高位端。
进一步的,折板倾角为10度。
作为优选,折板为圆心角为90度的扇形板,其弧边与竖井井圈内壁连接,其一侧边连接中隔板。
作为优选,折板尺寸存在关系:B=2h,其中,B为折板宽度,即折板侧边投影到水平面上的长度;h为相邻折板间距,即相邻折板最底端的距离。
作为优选,进水管井圈顶部还设有盖板,盖板上设于孔径不小于1米的排气孔。
作为优选,竖井井圈、中隔板、折板及横梁的边缘处均设有凹式吊环。
与现有技术相比,本发明具有如下优点和有益效果:
(1)竖井主体通过若干预制竖井标准节段拼装而成,避免了传统施工方法带来的环境污染,资源浪费,施工周期和质量无保障等问题,具有结构最优、质量可靠、投资最少、环境影响最小等优点。
(2)设置10°倾角的折板,不仅有利于竖井结构的泄流消能,并且有利于折板上的淤泥可以随水流一并带入井底,达到折板自行清淤的效果,降低后期运行维护的难度和成本。
(3)确定了最大泄流量与折板尺寸之间的关系,从而寻求到了同时满足最大泄流量和最佳消能率的结构,在满足泄流的条件下使得结构尺寸最优,减少工程投资。
总的来说,本发明既能满足最大泄流量又能达到最佳消能效果,竖井所有构件均采用工厂预制完成,有效节约资源、减少环境污染、加快施工进度、提高工程质量,具有结构最优、质量可靠、投资最少、环境影响最小等特点。
附图说明
图1是实施例中折板构件尺寸示意图;
图2是实施例中竖井结构的剖面图;
图3是实施例中预制竖井标准节段的俯视图;
图4是竖井的最大泄流量Qm与折板尺寸的拟合关系示意图;
图5是实施例中预制竖井标准节段的剖面图;
图6是实施例中中隔板的剖面图;
图7是实施例中预制竖井标准节段的折板构件的俯视图;
图8是实施例中预制竖井标准节段的横梁俯视图;
图9是实施例中竖井井圈与竖井井圈之间接口的断面图,即图3中Ⅲ-Ⅲ剖面图;
图10是实施例中竖井井圈与竖井井圈之间套筒灌浆连接的断面图,也即图3中Ⅲ-Ⅲ剖面图;
图11是实施例中竖井井圈与中隔板之间套筒灌浆连接的断面图;
图12是实施例中凹式吊环的剖面图;
图13是竖井结构的Ⅰ-Ⅰ剖面图;
图14是竖井结构的Ⅱ-Ⅱ剖面图。
图中,1-竖井井圈,2-中隔板,3-折板,4-横梁,5-套筒灌浆连接,6-螺栓连接,7-凹式吊环,8-中隔板预留槽,9a-中隔板横梁预留孔,9b-竖井井壁横梁预留孔,10-通气孔,11-进水管接入口,12-出水管接入口,13-预制竖井标准节段,14-进水管井圈,15-出水管井圈,16-盖板,17-预埋螺栓,18-螺栓预留孔,19-弹性密封垫材,20-嵌缝槽,21-套筒,22-预埋钢筋,23-灌浆孔,24-排浆孔,25-企口,26-预制构件。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例
参见图1~14,本实施例预制装配式折板型深隧排水竖井结构主要包括进水管井圈14、若干预制竖井标准节段13、出水管井圈15;若干预制竖井标准节段13顺次相连构成竖井主体,进水管井圈14、竖井主体、出水管井圈15顺次连接构成本发明竖井结构,参见图13和图14。进水管井圈14上设置有进水管接入口11,同样的,出水管井圈15上设置有出水管接入口12。进水管井圈14用于连接浅层管网,出水管井圈15用来连接深隧排水***主隧结构,竖井主体用来将浅层管网的雨水(污水)输送至深隧排水***主隧结构,并起到消减水体机械能的作用。
所述预制竖井标准节段13包括竖井井圈1、中隔板2和折板构件;中隔板2沿竖井井圈1纵轴设置于竖井井圈1内,将竖井井圈1内腔纵向分割为两个独立空腔。若干预制竖井标准节段13顺次相连时,需要确保中隔板2对应连接。折板构件设置于其中一独立空腔内,用来对流下的水体进行缓冲。所述折板构件包括若干横梁4和相对的上下两折板3,两折板3设于竖井井圈1内壁和中隔板2之间且边缘向下倾斜,向下倾斜的结构有利于竖井结构的泄流消能,以及有利于将折板3上的淤泥随水流一并带入井底,达到折板3自行清淤的效果。作为优选,折板3为圆心角为90度的扇形板,其弧边与竖井井圈1内壁连接。若干横梁4设置于中隔板2和竖井井圈1内壁之间,用来分别支撑两折板3。具体来说,横梁4一端固定于中隔板2上,另一端固定于竖井井圈1内壁上,折板3固定于横梁4上,从而实现横梁4对折板3的支撑。本实施例中,每一个竖井井圈1中均设置两组横梁,每组横梁包括2根横梁,一组横梁支撑一折板,折板3倾角为10度。
需要说明的是,进水管井圈14内沿纵轴方向设置有中隔板,但不设置折板构件;出水管井圈15内既不设置中隔板,也不设置折板构件。若干预制竖井标准节段13顺次相连构成竖井主体,所构成的竖井主体内中隔板2对应连接;进水管井圈14、竖井主体、出水管井圈15顺次连接,进水管井圈14和竖井主体内中隔板对应连接。
本发明通过中隔板2将竖井主体分割为“湿区”和“干区”两部分,“湿区”内有折板构件,用于泄流消能,“干区”内无折板构件,用于通气和机械吊装。在中隔板2上开设通气孔10,从而使“湿区”和“干区”大气相通,以加速竖井泄流过程,便于竖井后期维护过程中便于操作人员出入。本实施例中,通气孔10数量为2,为长0.8m、宽0.6m的长方形孔,分别设于中隔板2两端,并分别紧邻位于同一端的折板3的高位端。
本实施例中,每节竖井井圈的长度2~4米,内径8~12米,折板倾角10°。当竖井最大泄流量Qm与折板尺寸存在关系Qm=2.14(B×h)+11.15时,竖井的消能率为最佳,介于85.2%~96.4%之间。Qm的单位为m3/s,B和h的单位为m。具体来说,B=2h时为最优方案,其中,B为折板宽度,即折板侧边投影到水平面上的长度;h为相邻折板间距,即相邻折板最底端的距离。折板尺寸示意参见图1。竖井最大泄流量Qm为泄流过程中顶部首层相邻折板之间刚好被水体充满时的最大流量。Qm与折板尺寸的关系式通过大量试验数据模拟获得。将每一折板末端出射水流近似为矩形截面出流,根据水力最优断面、最大泄流量的定义和流量截面积之间的关系,可知最大泄流量Qm与折板间距h存在线性相关,因此,通过采集样本数据,拟合出10°折板倾角条件下,折板间距h与最大泄流量Qm的线性关系,见图4所示。
作为优选,进水管井圈14顶部还设有盖板16。为了不影响竖井的泄流过程,避免干区气压增大发生气爆危险,并保证竖井干区与大气相通,在盖板16上设置孔径不小于1米的排气孔。
本实施例中各部件的具体连接方式如下,显然各部件的连接方式并不限于下述:
竖井井圈1内壁预留中隔板预留槽8,中隔板2***中隔板预留槽8内,并通过套筒灌浆连接的方式固定。中隔板2上设有与横梁4对应的中隔板横梁预留孔9a,同时竖井井圈1内壁设有与中隔板横梁预留孔9a对应的竖井井壁横梁预留孔9b,横梁4一端固定于中隔板横梁预留孔9a内,另一端固定于竖井井壁横梁预留孔9b内。本实施例中,中隔板横梁预留孔9a、竖井井壁横梁预留孔9b与横梁4形状匹配,均为横向梯形,上边倾角为10°,其余,左右侧边为竖直方向,底边为水平方向。各横梁4上分别设有若干螺栓预留孔18,折板3通过预埋螺栓17和螺栓预留孔18,采用螺栓连接6的方式固定于横梁4上。
竖井井圈1之间通过企口25对接,并通过套筒灌浆连接5的方式固定。参见图9~10,上下对接的两竖井井圈1,两者的企口25处设置弹性密封垫材19,用来在竖井井圈1之间形成密封,防止竖井内水体进入土壤污染环境,本实施例中弹性密封垫材19选用遇水膨胀性材料。上端竖井井圈1的企口25处设有灌浆孔23、排浆孔24和套筒21,灌浆孔23、排浆孔24均于套筒21连通,通过灌浆孔23将高强灌浆料注入套筒21中,使得下端竖井井圈1上的预埋钢筋22与套筒21连接为整体,从而达到固定的目的。
同样的,中隔板2也通过套筒灌浆连接的方式与竖井井圈1固定。具体参见图11,竖井井圈1下端设置预埋钢筋22,预埋钢筋22***中隔板2下端所设的套筒21内,同设置于中隔板2上的灌浆孔23,将高强灌浆料注入套筒21中,从而使中隔板2和竖井井圈1固定。
作为优选,为便于施工过程中的吊装,在竖井井圈、中隔板、折板及横梁等预制构件的边缘处均设有凹式吊环7,凹式吊环7采用HPB300钢筋。参见图12,凹式吊环7预埋于预制构件26的浅槽内。
综合来说,在本实施例中,各竖井井圈1上顶面均匀分布设置3个凹式吊环7,以及7个预埋钢筋22,其中5个预埋钢筋22用来于上端的竖井井圈1进行套筒灌浆连接,2个预埋钢筋22用来与中隔板2进行套筒灌浆连接。横梁4两端分别设置凹式吊环7。扇形折板3的三端分别设置凹式吊环7。
本发明预制装配式折板型深隧排水竖井结构的施工步骤如下:
S1,施工场地整平,根据设计放线,确定竖井结构中心位置;
S2,施工现场拼装出水管井圈并下沉至设计标高;
S3,安装竖井井圈,对嵌缝槽20进行勾缝之后下沉,直至竖井井圈下沉至设计标高;勾缝是为了防止竖井内污水外漏,从而污染环境;
S4,所有竖井井圈逐一下沉至设计标高,进行封底施工;
S5,将横梁一端穿过中隔板的中隔板横梁预留孔,与中隔板一同吊装至竖井内设计标高处,并将横梁另一端***竖井井圈内壁的竖井井壁横梁预留孔,采用套筒灌浆连接方法固定中隔板与竖井井圈;
S6,将折板吊装至竖井内,并通过螺栓与横梁固定;
S7,重复步骤S5至S6,直至最上层折板安装至设计标高;
S8,下沉进水管井圈至对应的设计标高处,安装中隔板,采用套筒灌浆连接方式固定中隔板与进水管井圈,安装盖板,完成所有预制结构拼装。
本发明不局限于上述实施方式,任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品,但不论在其形状或结构上作任何变化,凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案,均落在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种预制装配式折板型深隧排水竖井结构,其特征是,包括:
进水管井圈、若干预制竖井标准节段、出水管井圈;
所述预制竖井标准节段包括竖井井圈、中隔板和折板构件;
中隔板沿竖井井圈纵轴设置于竖井井圈内,将竖井井圈内腔纵向分割为两个独立空腔;折板构件设置于其中一独立空腔内;
所述折板构件包括若干横梁和相对的上下两折板,两折板设于竖井井圈内壁上且折板边缘向下倾斜;若干横梁设置于中隔板和竖井井圈内壁之间,用来分别支撑两折板;
当水体流至上折板时,沿上折板边缘正好流至下折板上;
所述进水管井圈内沿纵轴方向设置有中隔板;
若干预制竖井标准节段顺次相连构成竖井主体,所构成的竖井主体内中隔板对应连接;进水管井圈、竖井主体、出水管井圈顺次连接,进水管井圈和竖井主体内中隔板对应连接。
2.如权利要求1所述的预制装配式折板型深隧排水竖井结构,其特征是:
所述中隔板上设通气孔;所述通气孔数量为2,分别设于中隔板两端,并分别紧邻位于同一端的折板的高位端。
3.如权利要求1所述的预制装配式折板型深隧排水竖井结构,其特征是:
所述折板倾角为10度。
4.如权利要求1所述的预制装配式折板型深隧排水竖井结构,其特征是:
所述折板为圆心角为90度的扇形板,其弧边与竖井井圈内壁连接,其一侧边连接中隔板。
5.如权利要求1所述的预制装配式折板型深隧排水竖井结构,其特征是:
所述折板尺寸存在关系:B=2h,其中,B为折板宽度,即折板侧边投影到水平面上的长度;h为相邻折板间距,即相邻折板最底端的距离。
6.如权利要求1所述的预制装配式折板型深隧排水竖井结构,其特征是:
所述进水管井圈顶部还设有盖板,盖板上设于孔径不小于1米的排气孔。
7.如权利要求1所述的预制装配式折板型深隧排水竖井结构,其特征是:
竖井井圈、中隔板、折板及横梁的边缘处均设有凹式吊环。
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