一种泄洪雾化区岸边厂房防护系统及方法

技术领域

本发明涉及一种泄洪雾化区岸边厂房防护系统及方法，属于水电站厂房建设技术领域。

背景技术

泄洪雾化，是指水利水电工程等泄水建筑物泄水时引起的水雾弥漫现象和非自然强降雨过程。根据实测和数值分析，水利水电工程泄洪时，雾化影响核心区的最大降雨强度可达40mm/h以上，超过了特大暴雨250mm/d的降雨标准。泄洪雾化及其带来的强降雨严重影响雾化区内地质结构的稳定性和建筑物的安全性。

为避免泄洪雾化对水电站厂房及设备的影响，水利水电工程通常将厂房建在泄洪雾化区外，或将厂房建在地下。将厂房建在泄洪雾化区外，会相应地增加引水流道的建设长度；而将厂房建在地下，会比地面厂房增加投资约30％-50％，这两种厂房建设方式均存在投资大，成本高的缺陷。因此，在泄洪河道两岸建设背靠边坡的岸边式厂房因其投资小、成本低，成为替代上述两种方式的更佳方式。

但在实际中，建设岸边式厂房不仅要减轻雾化带来的强降雨对厂房的冲击，还要防止边坡在雾化影响下失稳进而威胁厂房安全，使得岸边式厂房的建设难度较高，目前罕有成功案例。因此，如何在泄洪雾化区内建设具备防护能力的岸边式厂房，成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种泄洪雾化区岸边厂房防护系统和方法，能够解决现有技术中泄洪雾化区岸边厂房的防护能力较弱，而采用其他防护方式成本过高的问题。

一方面，本发明提供了一种泄洪雾化区岸边厂房防护系统，所述厂房位于泄洪雾化区且具有临河侧边坡，所述系统包括：

厂区排水模块，设于所述厂房所在的厂区内，用于将所述厂区内的水引排至厂区外；

边坡排水模块，设于所述边坡上，且位于所述厂区排水模块的上游，用于将所述边坡上的水引排至所述厂区排水模块；

出线防护模块，其一端设于所述厂房内，另一端从地下延伸至所述泄洪雾化区外，所述厂房的出线线缆设于所述出线防护模块内。

可选地，所述系统还包括：

边坡加固模块，设于所述边坡上，用于将所述边坡的表层岩体固定在深层岩体上；

相应地，所述边坡排水模块设于所述边坡和所述边坡加固模块上。

可选地，所述边坡加固模块包括浅层加固结构，所述浅层加固结构设于所述边坡上，用于固定所述边坡的表层岩体。

可选地，所述浅层加固结构包括：

固脚结构，固设于所述边坡的坡脚处，用于阻挡所述坡脚的岩体发生位移；

喷锚支护，固设于所述边坡的坡面上，用于固定所述边坡的表层岩体。

可选地，所述边坡加固模块还包括深层加固结构，所述深层加固结构设于所述边坡上，用于将所述边坡上的表层岩体与深层岩体连接。

可选地，所述深层加固结构包括：

格构梁锚筋桩、锚索支护，固设于所述边坡的中段，用于将边坡中段的表层岩体固定在所述深层岩体上；

被动防护网，固设于所述边坡的上段，用于拦截从边坡上段滑落的岩体。

可选地，所述边坡排水模块包括浅层排水结构，所述浅层排水结构设于所述边坡加固模块上，用于将所述边坡加固模块和/或浅层岩体上的水引排至所述厂区排水模块。

可选地，所述浅层排水结构包括：

多条排水沟，分布于所述边坡加固模块的不同高程处，用于将所述边坡加固模块上的水引排至所述厂区排水模块；

多个浅层排水孔，每个浅层排水孔均贯通所述边坡加固模块，且延伸至所述浅层岩体内，用于将所述浅层岩体上的水引排至所述厂区排水模块。

可选地，所述边坡排水模块还包括深层排水结构，所述深层排水结构设于所述边坡的坡体内，用于将所述坡体内的水引排至所述边坡外。

可选地，所述深层排水结构包括：

排水廊道，穿设于所述坡体内，用于将所述坡体内的水引排至所述坡体外；

多个深层排水孔，竖向设于所述排水廊道的上方，且与所述排水廊道连通，用于将所述坡体内的水引流至所述排水廊道内。

可选地，所述排水廊道为多条，多条排水廊道分布于所述坡体内的不同高程处，每条排水廊道的上方均设有所述多个深层排水孔。

可选地，所述出线防护模块包括：

竖井，其一端设于所述厂房的地面上，另一端位于地下；

管廊，设于地下，其一端与所述竖井远离所述地面的一端连通，另一端位于所述泄洪雾化区外；所述出线线缆设于所述竖井和所述管廊内。

可选地，所述厂房上设有封闭结构，所述封闭结构用于泄洪时封闭所述厂房。

另一方面，本发明提供了一种基于上述任一种所述的泄洪雾化区岸边厂房防护系统的防护方法，所述方法包括：

S1、获取待防护的厂房所处位置的降雨信息以及边坡的坡高和地质信息；

S2、根据所述降雨信息、所述坡高和所述地质信息，确定所述厂房采取的排水措施等级；并根据所述降雨信息和所述坡高，确定所述厂房采取的加固措施等级。

可选地，所述降雨信息包括降雨强度；所述根据所述降雨信息、所述坡高和所述地质信息，确定所述厂房采取的排水措施等级具体包括：

当所述降雨强度大于或等于预设强度，且所述坡高不满足预设坡高条件或所述地质信息不满足预设地质条件时，所述厂房采取一级排水措施；所述一级排水措施包括设置厂区排水模块、出线防护模块和浅层排水结构；

当所述降雨强度大于或等于预设强度，且所述坡高满足预设坡高条件，且所述地质信息满足预设地质条件时，所述厂房采取二级排水措施；所述二级排水措施包括设置厂区排水模块、出线防护模块、浅层排水结构和深层排水结构。

可选地，所述根据所述降雨信息和所述坡高，确定所述厂房采取的加固措施等级具体包括：

当所述降雨强度大于或等于预设强度，且所述坡高不满足预设坡高条件时，所述厂房采取一级加固措施；所述一级加固措施为设置浅层加固结构；

当所述降雨强度大于或等于预设强度，且所述坡高满足预设坡高条件时，所述厂房采取二级加固措施；所述二级加固措施包括设置浅层加固结构和深层加固结构。

可选地，所述预设强度为40mm/h；所述预设坡高条件为高于50m；所述预设地质条件为所述边坡的岩体为Ⅱ、Ⅲ类岩体，且所述岩体的渗透系数大于3×10

本发明能产生的有益效果包括：

本发明通过设置厂区排水模块和边坡排水模块，并通过厂区排水模块和边坡排水模块配合，实现厂房及其周边在泄洪雾化过程中快速排水，保障厂房安全；通过设置边坡加固模块，将边坡的表层岩体与深层岩体连接固定，增强边坡的稳定性，避免表层岩体滑落威胁厂房安全；通过设置出线防护模块，避免厂房的出线线缆暴露在泄洪雾化区内，保障出线线缆的安全。

本发明根据泄洪雾化区内的降雨信息，以及厂房旁边坡的坡高和地质信息，对厂房采取相应等级的排水措施和加固措施，明确了在泄洪雾化区内建设岸边式厂房的方法，使岸边式厂房的建设更具可行性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的泄洪雾化区岸边厂房防护系统的整体示意图；

图2为本发明实施例提供的泄洪雾化区岸边厂房防护系统的平面示意图；

图3为本发明实施例提供的泄洪雾化区岸边厂房防护系统的剖面示意图。

部件和附图标记列表：

1、大坝；2、泄洪河道；3、泄洪雾化区；4、边坡；5、厂房；6、道路排水沟；7、排水槽；8、喷锚支护；9、格构梁锚筋桩；10、被动防护网；11、排水沟；12、浅层排水孔；13、排水廊道；14、深层排水孔；15、管廊；16、出线线缆；17、半开放式变压器室。

具体实施方式

下面结合实施例详述本发明，但本发明并不局限于这些实施例。

本发明提供了一种泄洪雾化区岸边厂房防护系统，厂房5位于泄洪雾化区且具有临河侧边坡4。在本实施例中，参考图1至图3，厂房5位于大坝1下游，厂房5远离泄洪河道2的一侧具有边坡4。该系统包括：

厂区排水模块，设于厂房5所在的厂区内，用于将厂区内的水引排至厂区外。本发明对厂区内的水的具体来源不做限定，示例地，可以是泄洪雾化导致的强降雨在地表形成的地表水。针对泄洪雾化，设置厂区排水模块可以避免泄洪雾化带来的强降雨在厂区内形成积水和内涝，威胁人员和设备安全。

具体地，厂区排水模块可以包括地面排水、沟渠排水、道路排水等排水方式。在本实施例中，参考图1至图3，厂区设有地面排水槽7、道路排水沟6、主干排水通道等排水通道，流经厂区的雨水被引流至地面排水槽7、道路排水沟6等排水通道，最终汇入主干排水通道，并由主干排水通道引排至厂外。同时，厂房5外观设计应适配厂区排水模块，厂房5的屋顶结构，屋面结构充分考虑防水和排水相结合的原则，与厂区排水模块有效衔接，保障排水畅通。

该系统还包括：

边坡加固模块，设于边坡4上，用于将边坡4的表层岩体固定在深层岩体上，进而加强边坡4的稳定性，使边坡4能够抵挡泄洪雾化区3强降雨的冲击，避免边坡4发生滑坡或坍塌而威胁厂房5的安全。

具体地，边坡加固模块包括浅层加固结构，浅层加固结构设于边坡4上，用于固定边坡4的表层岩体。在实际应用中，浅层加固结构可以包括：

固脚结构，固设于边坡4的坡脚处，用于阻挡坡脚的岩体发生位移。

喷锚支护8，固设于边坡4的坡面上，用于固定边坡4的表层岩体。

本发明对固脚结构的具体形式不做限定，示例地，可以是挡土墙支护、混凝土固脚、抛石固脚、石笼固脚等。实际中，可根据泄洪雾化区3的降雨强度和坡脚的高度、岩体类型、裂隙连通率等特征，灵活选择固脚形式，对坡脚形成有效的支挡加固；同时可将锚杆、锚索、抗滑桩等结构有针对性地应用于上述形式的结构上，以达到加强坡脚岩体强度的目的。本实施例中的固脚形式为建筑物回填混凝土固脚。

进一步地，边坡加固模块还可以包括深层加固结构，深层加固结构设于边坡4上，用于将边坡4的表层岩体与深层岩体连接。本发明对深层加固结构的具体形式不做限定，示例地，可以是锚杆支护、锚索支护、喷锚支护、格构梁支护等。实际中，可根据泄洪雾化区3的降雨强度，边坡4的高度，边坡4上岩体的类型、渗透系数、裂隙的走向倾角、裂隙连通率等特征灵活选择深层加固形式，对坡面形成有效的支挡加固；同时可将主动防护网防护、被动防护网防护、植被防护、衬砌防护等防护措施有针对性地应用于上述形式的结构上，以达到减少或阻止水流冲刷和下渗、减少水土流失、减缓坡体风化、稳固浅层岩体的目的。

参照图2和图3，在本实施例中，边坡4高度达70m，本实施例对边坡4进行了分段防护，将浅层加固结构中的喷锚支护8设置在边坡4的下段，用于将边坡4下段的表层岩体固定在深层岩体上。在边坡4的中段和上段设置深层加固结构。

具体地，深层加固结构包括：

格构梁锚筋桩9，固设于边坡4的中段，用于将边坡4中段的表层岩体固定在深层岩体上。本实施例具体采用了混凝土框格梁加锚索支护。

被动防护网10，固设于边坡4的上段，用于拦截从边坡4上段滑落的岩体。

该系统还包括：

边坡排水模块，参照图2和图3，设于边坡4和边坡加固模块上，且位于厂区排水模块的上游，用于将边坡4和边坡加固模块上的水引排至厂区排水模块并最终排至厂外，从而减缓水流对边坡4和边坡加固模块的冲刷侵蚀，减少雨水向坡体内渗透的速度和总量，避免坡体失稳对厂房5造成威胁。本发明对边坡4上的水的具体来源不做限定，可以是地表水，也可以是地下水，还可以是从地表渗入地下的水；本发明对边坡加固模块上的水的具体来源也不做限定，可以是边坡加固模块表层的水，也可以是边坡加固模块内部的水。

具体地，边坡排水模块包括浅层排水结构，浅层排水结构设于边坡加固模块上，用于将边坡加固模块和/或浅层岩体上的水引排至厂区排水模块。

在本实施例中，浅层排水结构包括：

多条排水沟11，参照图3，分布于边坡加固模块的不同高程处，用于将边坡加固模块上的水引排至厂区排水模块。实际中，排水沟11也可以为截水沟、边沟等形式。在本实施例中，边坡4的不同高程处开设有多条马道，排水沟11设置在马道和边坡4的交界处，可以同时为边坡4和马道排水。

多个浅层排水孔12，参照图3，每个浅层排水孔12均贯通边坡加固模块，且延伸至浅层岩体内，用于将浅层岩体上的水引排至边坡加固模块上，再经排水沟11引排至厂区排水模块。

作为对边坡排水模块的进一步改进，边坡排水模块还包括深层排水结构，深层排水结构设于边坡4的坡体内，用于将坡体内的水引排至边坡4外。本发明对坡体内的水的具体来源不做限定，可以是地下水，也可以是从地表渗入地下的水。

实际中，当边坡4岩体为Ⅱ、Ⅲ类岩体，且岩体的渗透系数大于3×10

具体地，深层排水结构包括：

排水廊道13，参照图2和图3，穿设于坡体内，用于将坡体内的水引排至坡体外。本实施例对排水廊道13的截面形状不做限定，示例地，可以是圆形或其他形状，本实施例将排水廊道13的截面形状设置为城门洞形，顶部呈拱形，以使排水廊道13能够承受更大的压力，结构更加稳固。

多个深层排水孔14，参照图3，竖向设于排水廊道13的上方，且与排水廊道13连通，用于将坡体内的水引流至排水廊道13内。在本实施例中，多个深层排水孔14与排水廊道13的拱顶连通。

进一步地，排水廊道13可以为多条，多条排水廊道13分布于坡体内的不同高程处，每条排水廊道13的上方均设有多个深层排水孔14。本发明对排水廊道13的具体条数不做限定，实际中可以根据边坡4的高度和岩体含水情况具体设置。

在本实施例中，采取“高水自流，低水抽排”的原则，尽可能地将坡体内部的水引排至厂区排水模块再排出厂外。具体地，本实施例在高于厂区地面的坡体内部设置了位于上层和中层的排水廊道13，用于收集岩体内深层渗漏水或没有及时通过浅层排水孔12排走的水，使其自流至厂区排水模块，进而排出厂外；在厂区建基面以下设置了位于下层的排水廊道13，收集地下的渗漏水并引排至厂区外的集水井，再通过水泵抽排出去。

该系统还包括：

出线防护模块，其一端设于厂房5内，另一端从地下延伸至泄洪雾化区3外，厂房5的出线线缆16设于出线防护模块内。

水电站出线通常采用架空出线，为了避免泄洪雾化对出线的影响，本实施例开设了出线线缆16地下通道，使出线线缆16延伸至泄洪雾化区3外出线。

具体地，在本实施例中，出线防护模块包括：

竖井，其一端设于厂房5的地面上，另一端位于地下。

管廊15，参照图1和图2，设于地下，其一端与竖井远离地面的一端连通，另一端位于泄洪雾化区3外；出线线缆16设于竖井和管廊15内。

作为对厂房5的进一步改进，厂房5上可设置封闭结构，封闭结构用于泄洪时封闭厂房5。本实施例中的封闭结构为卷帘门。

为避免厂房5的电气设备受泄洪雾化的影响，本实施例采用在室内布置气体绝缘金属封闭开关设备(Gas Insulated Switchgear，简称“GIS”)，同时将变压器也置于室内。但封闭空间不利于变压器室的散热，若一直将变压器置于封闭空间，将影响变压器的性能。因此，本实施例在厂房5的变压器室设置了卷帘门，将变压器室布置为半开放式变压器室17，泄洪雾化时关闭卷闸门，避免影响变压器正常工作；其余时间打开卷帘门，便于变压器通风散热。

本发明另一实施例提供了一种基于上述任一种泄洪雾化区岸边厂房防护系统的防护方法，该方法包括：

S1、获取待防护的厂房5所处位置的降雨信息以及边坡的坡高和地质信息；

S2、根据降雨信息、坡高和地质信息，确定厂房5采取的排水措施等级；并根据降雨信息和所述坡高，确定厂房5采取的加固措施等级。

具体地，降雨信息可以包括降雨强度、降雨量等信息；地质信息可以包括岩体的类型、渗透系数、裂隙连通率等信息。

本发明对导致降雨的因素不做限定，示例地，可以是泄洪雾化导致的降雨；相应地，降雨信息也可以是泄洪雾化因素的降雨信息。

在本实施例中，S2中的根据降雨信息、坡高和地质信息，确定厂房5采取的排水措施等级具体包括：

当降雨强度大于或等于预设强度，且坡高不满足预设坡高条件或地质信息不满足预设地质条件时，厂房采取一级排水措施；一级排水措施包括设置厂区排水模块、出线防护模块和浅层排水结构；

其中，预设强度为预先设定的降雨强度，预设高度为预先设定的坡高，本领域技术人员可以根据实际情况进行设定。在本实施例中，预设强度为40mm/h；预设坡高条件为高于为50m；预设地质条件为边坡的岩体为Ⅱ、Ⅲ类岩体，且岩体的渗透系数大于3×10

具体地，厂区排水模块可以包括地面排水、沟渠排水、道路排水等排水方式，将面排水、沟渠排水、道路排水相结合，最终由主干排水通道将水排出厂外。出线防护模块可以在室内布置气体绝缘金属封闭开关设备(Gas Insulated Switchgear，简称“GIS”)，并在厂房5内设置使电缆通往地下的竖井通道，同时布置管廊15将出线线缆16引出泄洪雾化区3之外，再接入配送电网络。浅层排水结构可以包括边坡马道分层排水、排水沟排水、浅层排水孔排水等，将边坡及厂区里的水引排至厂区主干排水通道。

当降雨强度大于或等于预设强度，且坡高满足预设坡高条件，且地质信息满足预设地质条件时，厂房采取二级排水措施；二级排水措施包括设置厂区排水模块、出线防护模块、浅层排水结构和深层排水结构。

二级排水措施比一级排水措施多设置了深层排水结构。

深层排水结构设置在浅层排水结构的基础上，通过在边坡内开挖多条排水廊道13，在排水廊道的拱顶布置多个深层排水孔14形成排水孔幕等措施，建成深层排水结构，有效地将雾化水、渗透水等排出边坡外，确保边坡4及厂房5的安全。在实际应用中，深层排水结构可以采用“高水自流，低水抽排”原则，具体地，可以将排水廊道13分层设置，在高于厂区地面的坡体内部设置位于上层和中层的排水廊道13，用于收集岩体内深层渗漏水或没有及时通过浅层排水孔12排走的水，使其自流至厂区排水模块进而排出厂外；而最下层的排水廊道13则尽可能设在厂房5的建基面以下，用以收集地下的渗漏水并引排至厂区外的集水井，再通过水泵抽排出去。

在本实施例中，S2中的根据降雨信息和坡高，确定厂房采取的加固措施等级具体包括：

当降雨强度大于或等于预设强度，且坡高不满足预设坡高条件时，厂房采取一级加固措施；一级加固措施为设置浅层加固结构；

浅层加固结构是针对不满足预设坡高条件的边坡，在边坡基础支护的基础上，进行相应的加强支护。具体地，基础支护是在雨强小于预设强度时，根据边坡的地质条件等信息综合判断的对边坡应采取的支护措施；加强支护是在基础支护的基础上，为防护雨强大于或等于预设强度的降雨对边坡的影响，采取的更进一步地加固措施。

示例地，当边坡浅层的基础支护是喷锚厚度为100mm，系统锚杆长度为3至4.5米的喷锚支护时，浅层加固结构是喷锚厚度为150mm，系统锚杆长度为4.5至6米的喷锚支护；当边坡浅层的基础支护为挡土墙时，浅层加固结构为强度更高的挡土墙；当边坡浅层未设置贴坡混凝土时，浅层加固结构可以设置贴坡混凝土，防止雾化水渗入边坡，示例地，贴坡混凝土的厚度可以为500mm。

当降雨强度大于或等于预设强度，且坡高满足预设坡高条件时，厂房采取二级加固措施；二级加固措施包括设置浅层加固结构和深层加固结构。

二级加固措施比一级加固措施多设置了深层加固结构。

深层加固结构是针对满足预设坡高条件的边坡，在边坡基础支护的基础上，进行相应的加强支护。具体地，基础支护是在雨强小于预设强度时，根据边坡的地质条件等信息综合判断的对边坡应采取的支护措施；加强支护是在基础支护的基础上，为防护雨强大于或等于预设强度的降雨对边坡的影响，采取的更进一步地加固措施。

示例地，当边坡深层的基础支护为预应力锚杆时，深层加固结构为预应力锚杆与框格梁锚筋桩的结合；当边坡深层的基础支护为预应力锚杆与框格梁锚筋桩的结合时，深层加固结构为预应力锚杆、框格梁锚筋桩和锚索的结合；当边坡深层的基础支护为预应力锚杆、框格梁锚筋桩和锚索的结合时，深层加固结构为预应力锚杆、框格梁锚筋桩、锚索和局部加密锚索的结合。

本发明通过设置厂区排水模块和边坡排水模块，并通过厂区排水模块和边坡排水模块配合，实现厂房5及其周边在泄洪雾化过程中快速排水，保障厂房5安全；通过设置边坡加固模块，将边坡4的表层岩体与深层岩体连接固定，增强边坡4的稳定性，避免表层岩体滑落威胁厂房5的安全；通过设置出线防护模块，避免厂房5的出线线缆16暴露在泄洪雾化区3内，保障出线线缆16的安全。本发明根据泄洪雾化区3内的降雨信息，以及厂房5旁边坡的坡高和地质信息，对厂房5采取相应等级的排水措施和加固措施，明确了在泄洪雾化区内建设岸边式厂房5的方法，使岸边式厂房5的建设更具可行性。

以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的区内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案区内。