1.一种用于运营期防突涌砂的凹槽式斜井的设计方法,所述凹槽式斜井包括斜井通道(2),所述斜井通道(2)的下游端设置有封堵结构(8),其特征在于,所述斜井通道(2)包括沿其长度方向依次设置的涌砂段(5)、凹槽段(4)和排水段(3),所述排水段(3)位于所述斜井通道(2)的下游端,所述封堵结构(8)位于所述排水段(3)内,所述凹槽段(4)的井壁下部设置有用于容纳涌砂的凹槽(41),所述凹槽(41)顶部覆盖有钢丝网(42);该设计方法包含以下步骤:S1:基于所述凹槽式斜井建立斜井设计模型,并使所述斜井设计模型满足:输入排水段(3)流量b 1 和涌砂段(5)流量b 3 得到凹槽段(4)的长度C 2 和凹槽(41)的宽度s之间的运算关系;S2:根据所述斜井通道(2)的横截面底部最大横向尺寸A拟定凹槽(41)的宽度s,s≤A,基于凹槽(41)的宽度s和凹槽段(4)的长度C 2 和凹槽(41)的宽度s之间的运算关系,得到凹槽段(4)的长度C 2 ;其中,所述斜井设计模型具体为:式中,C 1 为排水段(3)的长度,单位m;C 2 为凹槽段(4)的长度,单位m;C 3 为涌砂段(5)的长度,单位m;a为斜井通道(2)坡率;k为斜井通道(2)断面流量系数;b 1 为排水段(3)流量,单位:m 3 /s;b 2 为凹槽段(4)单位长度砂石下沉流量,单位:m 3 /s;b 3 为涌砂段(5)流量,单位:m 3 /s;z 沙 为砂石重度,单位:kN/m 3 ;z 水 为水的重度,单位:kN/m 3 ;g为重力加速度,单位:9.8m/s 2 ;d为涌砂砂石平均直径,单位:mm;s为凹槽(41)的宽度,单位:m。
2.根据权利要求1所述的一种用于运营期防突涌砂的凹槽式斜井的设计方法,其特征在于,所述步骤S1具体为;S11:基于所述凹槽式斜井、输入排水段(3)流量b 1 和涌砂段(5)流量b 3 建立凹槽段(4)的长度C 2 和凹槽段(4)单位长度砂石下沉流量b 2 之间的关系模型,而且,基于涌砂砂石平均直径d建立凹槽段(4)单位长度砂石下沉流量b 2 与凹槽(41)的宽度s之间的关系模型;S12:基于凹槽段(4)的长度C 2 和凹槽段(4)单位长度砂石下沉流量b 2 之间的关系模型,以及凹槽段(4)单位长度砂石下沉流量b 2 与凹槽(41)的宽度s之间的关系模型得到所述斜井设计模型。
3.根据权利要求2所述的一种用于运营期防突涌砂的凹槽式斜井的设计方法,其特征在于,所述步骤S11中,建立凹槽段(4)的长度C 2 和凹槽段(4)单位长度砂石下沉流量b 2 之间的关系模型具体为:S111.基于现场地质勘察资料得到涌砂段(5)流量b 3 ,并且基于所述凹槽式斜井的结构尺寸确定排水段(3)流量b 1 和斜井通道(2)断面流量系数k;S112.基于所述排水段(3)流量b 1 、涌砂段(5)流量b 3 和斜井通道(2)断面流量系数k建立斜井通道(2)中总势能转化模型和凹槽段(4)范围之内的涌砂摩擦损失能量计算模型;S113.基于斜井通道(2)中总势能转化模型和凹槽段(4)范围之内的涌砂摩擦损失能量计算模型得到凹槽段(4)的长度C 2 和凹槽段(4)单位长度砂石下沉流量b 2 之间的关系模型。
4.根据权利要求3所述的一种用于运营期防突涌砂的凹槽式斜井的设计方法,其特征在于,凹槽段(4)范围之内的涌砂摩擦损失能量计算模型具体为:式中,h 槽 为凹槽段(4)范围之内摩擦能量损失值;C 2 为凹槽段(4)的长度,单位m;k为斜井通道(2)断面流量系数;b 1 为排水段(3)流量,单位:m 3 /s;b 2 为凹槽段(4)单位长度砂石下沉流量,单位:m 3 /s。
5.根据权利要求1所述的一种用于运营期防突涌砂的凹槽式斜井的设计方法,其特征在于,所述凹槽(41)呈沿斜井通道(2)纵向的波浪形。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种用于运营期防突涌砂的凹槽式斜井的设计方法,其特征在于,斜井通道(2)内设置有预警装置,在斜井通道(2)内发生涌水时,所述预警装置能够发出预警。
7.一种隧道结构,其特征在于,包括正洞(1)和基于权利要求1-6任意一项所述的用于运营期防突涌砂的凹槽式斜井的设计方法设计而成的凹槽式斜井,所述封堵结构(8)设置于所述斜井通道(2)靠近所述正洞(1)的端部,所述封堵结构(8)底部设有排水通道(9),所述排水通道(9)连通所述斜井通道(2)与所述正洞(1)。
8.根据权利要求7所述的一种隧道结构,其特征在于,所述正洞(1)内设置有排水沟,所述排水通道(9)与所述排水沟相连通。