隧道排水设施水力特性研究.pdf

第3規(总第173期)
中國平威王袈
No.3 (Serial No 173)
2014年6月
CHINA MUNCPA ENGINEERN(
Jun.2014
DO:10.3969/ilsn.1004-4655.2014-.03.015
隧道排水设施水力特性研究
官超12,李曦淳2,宋启元2,李鹏2,杨敏,王铁军
[1.重庆康达环保产业(集团)有限公司,重庆401121;2.天津市市政工程设计研究院,天津300051
3.天津大学建统工程学院,天津300072;4.哈尔滨工业大学,黑龙江哈尔滨1500?
摘要:通过水工模型试验研究水篦子的水力特性,分析在不同上游来水流量以及不同纵坡条件下的收水量。研究
成果为隧道进口排水设痖的设计提供依据
关键词:市政工程;雨水篦子;水力特性;模型试验
中图分类号:U453.6文献标志码:A
文章编号:1004-4655(2014)03-0040-03
雨水篦子是常用的排水构筑物,起截流并泄除1模型试验
雨水的作用。其泄水能力直接影响雨水的排除效果.1.1研究目的、内容以及参数
也间接影响道路交通安全。由于雨水径流进入雨水
本试验以天津市海河隧道工程为背景,结合道
篦子的状况比较复杂,尤其在隧道内设置雨水筐子路设计和排水设计,确定以下实验参数:道路纵坡
排除雨水,尚没有比较成熟的理论研究。早在20世分别为3%、3.5%、4%;流量为0.55m's;雨水篦
纪40、50年代,前苏联、美国及我国都曾做过雨子材质为球墨铸铁,尺寸1.0m×0.5m(长×宽),
水口泄水量试验,得倒一些试验结果,但存在ー开孔卒为(0.48(篦子加工参考国标雨水口尺寸);
定的局限性,没有提出比较系统的计算理论
路面材料沥青混合料路面;粗糙系数为0.015。
随着地下交通、地下空间、地下车库等大量兴
本文主要研究雨水篦子的水力特性,包括雨水
起,国内也经常有下穿式隧道因积水而影响交通的篦子上水流爬行长度与篦前行近水深、流量、隧道
事故发生,雨水篦子的收水能力目前尚没有可借鉴纵坡的关系。即:在0°栅条角度下的雨水笆子收
的研究成果。因此,研究雨水篦子的水力特性对于水效果及水力特性、不同纵坡水篦子的收水效果以
实际工程具有重要的理论意义和应用价值。隧道雨及隧道纵坡对收水效果的影响。
水篦子实景图见图1。
1.2模型布置
试验模型布置示意图见图2。断面模型采用实
际道路的雨水篦子进行试验,长度比例为1:1
完全反映实际道路的水流情况。因为単宽流量不存
在横坡的概念,故断而模型不设1.5%的横歧。
水库
水篦子
水
水笆子
水库
可调纵向坡度
图1隧道雨水篦子实景图
试验段长6m,宽1m
量水堰
图2模型试验示意图
收稿日期:2014-01
1.3模型制作
第一作者简介:官超(1981-),男,工程师,本科,主要
试验段长6m,宽1m。路面水槽采用10mm
从事给排水领城设计工作。
中平x
官超、李曦淳,宋启元,等:隧道排水设施水力特性研究
2014年第3期
有机玻璃制作,考虑到实际路山的粗糙度,试验中3水舌长度、收水流量及过篦流量关系分析
铺细粒沙模拟路面,粗糙度与实际路面基本相似。3.1水舌长度
整个模型路面用50×50角钢支撑。试验雨水篦子
篦上水舌长度随单宽流量的増加而増加,在单
模型图见图3
宽流量达到47m/(s?m)时,水舌长度为20cm
1000
单宽流量继续増大后,篦上水舌演变成水翅,此时
无法判別水舌长度。所以,在爬行意义上的水舌长
度仅限于单宽流量<47m/(s?m)的情况。水舌
长度与收水流量的关系图见图5。
图3试验雨水篦子模型图
篦子的平而形状为矩形,选用100m×.597mm
平也兰
l11
栅条厚度为20mm,肋梁厚度为30mm,栅条浄问距
为25mm,棚条高为40mmn4。
整个试验通过变换3种不同纵坡(横坡固定),
162024283236404448
按照5种来流情況进行研究。这5种来流情况分别
收水流量qLs-mr
为:100a一遇暴雨(Q=0.54m/s)、80a一遇暴雨
图5收水流量与水舌长度的关系图
(Q=0.49mk)、50a一遇暴雨(2=0.38m%)、3.2收水流量
5a一遇暴雨(Q=0.32ms)及1a一遇暴雨
收水流量即为通过雨水篦子而流出的雨水量,
(Q=0.20m3/s)
这部分流量直接反映篦子的收水能力。篦前水深与
2篦上水流流态的演变过程
単宽收水流量q(等于总流量q1减去过篦流量q)
丽水篦上的水流流态的演变过程见图4。单基本上旱线性关系,且随者纵坡的增大而减小。本
宽流量<40L/(s?m)时,米流全部收入篦子第研究纵坡从3.0%变到4.0%,其变化幅度相对较小
道横格以内。单宽流量约551/(s?m)时,由尽管模型实测结果表明不同的纵坡其水深有所不
于水流撞击第一道横格而激起水翅,开始有流量同,但在相同栅条情况下,区分度不大。篦前水深
越过篦子。当单宽流量约601(s?m)时,水翅与收水流量的关系图见图6
达到最高。随着单宽流量的蛛续増大,由于来流
水舌的水深增大,压迫水翅逐渐减小,当流量>
120L/(s?m)以后,篦上基本不存在水翅,而
将其推入下游。可以推测,当流量继续加大,水
翅消失。
そ
水舌
40080100120
收水流量qLs"-mr
图6篦前水深与收水流量的关系图
3.3过篦流量
过流量最大
过韶流量最
过篦流量是指来流除通过篦子排除之外而跃过
图4水流流态的演变过程图
篦子的流量,即是米流量诚去收水流量'的