CN103939142A - 水压可控式隧道排水系统及其水压控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水压可控式隧道排水系统及其水压控制装置，该水压控制装置包括：进水管，贯穿隧道侧壁，其出水口在隧道内且垂直水平面向上，其入水口与隧道外的地下水水源连通；管状的引导部，其出水端敞口，入水端封闭；进水管的出水口贯穿引导部入水端的端面延伸到引导部内；单向阀包括盖板和设置于盖板下表面的配重部；盖板位于引导部内并覆盖于进水管的出水口处，配重部悬挂于进水管中。进水管的出水口的高度低于地下水水源的阈值水位；单向阀的重力值不小于第一压力值；第一压力值等于因进水管的出水口与阈值水位之间高度差而产生的水压的值。本发明的技术方案中，水压控制装置利用该水压控制其排水或者停止排水，从而避免地下水过度排放。

Description

水压可控式隧道排水系统及其水压控制装置

技术领域

本发明涉及隧道工程领域，尤其涉及一种水压可控式隧道排水系统及其水压控制装置。

背景技术

随着我国基础建设的发展，大量的隧道被修建并投入使用。为了避免隧道支护结构受到隧道外侧的地下水的压力而变形破坏，通常需要将隧道外侧的地下水排除。

目前，通常在隧道内设置一种隧道排水系统来排除隧道外侧地下水，该隧道排水系统在隧道横截面内的剖面示意图如图1所示，包括：多个贯穿隧道侧壁的隧道排水管101、隧道内的隧道排水沟102；隧道排水管101的入水口与隧道侧壁的外表面齐平并与隧道外的地下水连通，出水口位于隧道内部并正对隧道排水沟102的向上的敞口；且隧道排水管101的入水口高于其出水口。隧道外侧的地下水从隧道排水管101的入水口流入，经过隧道排水管101，从隧道排水管101的出水口流入隧道内的隧道排水沟102，经隧道排水沟102排出隧道外。

然而，在实际应用中，本发明的发明人发现，现有的隧道排水系统有可能会导致隧道附近的地下水过度排放而破坏了当地的自然环境。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种水压可控式隧道排水系统及其水压控制装置，避免因附近地下水的过度排放而破坏当地自然环境。可以控制隧道途径地区的地下水的水位。

本发明的技术方案根据一个方面，提供了一种水压可控式隧道排水系统的水压控制装置，包括：

进水管，贯穿隧道侧壁，其出水口位于所述隧道内且垂直于水平面向上，其入水口位于所述隧道外并与所述隧道外的地下水水源连通；

管状的引导部，其出水端为敞口，其入水端为封闭的；所述进水管的出水口由所述引导部之外贯穿所述引导部的入水端封闭的端面延伸到所述引导部内；

单向阀，其包括盖板和设置于所述盖板下表面的配重部；所述盖板位于所述引导部内并覆盖于所述进水管的出水口处，所述配重部悬挂于所述进水管中；

其中，所述进水管的出水口的高度低于所述地下水水源中预先设置的阈值水位；所述单向阀的重力值大于或等于第一压力值；第一压力值等于因所述进水管的出水口与所述阈值水位之间高度差而产生的水压的值。

较佳地，所述预先设置的阈值水位具体等于所述地下水水源的最低允许水位。

较佳地，所述单向阀的重力值小于第二压力值；其中，

第二压力值等于因所述进水管的出水口与所述地下水水源的最高允许水位之间高度差而产生的水压的值。

进一步，所述水压控制装置，还包括：至少两个弹簧；所述弹簧的两端分别固定在所述单向阀的盖板边缘处、所述进水管的出水口管壁的外表面上；

当所述单向阀的盖板覆盖于所述进水管的出水口时，所述弹簧均处于松弛状态。

进一步，所述水压控制装置，还包括：设置在所述进水管的入水口处的过滤器。

本发明的技术方案根据另一个方面，提供了一种水压可控式隧道排水系统，包括：隧道排水沟；其还包括：多个分位于隧道两侧的水压控制装置，位于所述隧道一侧的各水压控制装置沿所述隧道延伸方向排列；

所述水压控制装置包括：

进水管，贯穿隧道侧壁，其出水口位于所述隧道内且垂直于水平面向上，其入水口位于所述隧道外并与所述隧道外的地下水连通；

管状的引导部，其出水端为敞口，其入水端为封闭的；所述进水管的出水口由所述引导部之外贯穿所述引导部的入水端封闭的端面；所述引导部的出水端位于所述隧道排水沟的上方，且对准所述隧道排水沟的向上的敞口；

单向阀，其包括盖板和设置于所述盖板下表面的配重部；所述盖板位于所述引导部内并覆盖于所述进水管的出水口处，所述配重部悬挂于所述进水管中；

所述进水管的出水口的高度低于所述地下水水源中预先设置的阈值水位；

所述单向阀的重力值大于或等于第一压力值；第一压力值等于因所述进水管的出水口与所述阈值水位之间高度差而产生的水压的值。

较佳地，所述预先设置的阈值水位具体等于所述地下水水源的最低允许水位。

较佳地，所述单向阀的重力值小于第二压力值；其中，

第二压力值等于因所述进水管的出水口与所述地下水水源的最高允许水位之间高度差而产生的水压的值。

进一步，所述水压控制装置，还包括：至少两个弹簧；所述弹簧的两端分别固定在所述单向阀的盖板边缘处、所述进水管的出水口管壁的外表面上；

当所述单向阀的盖板覆盖于所述进水管的出水口时，所述弹簧均处于松弛状态。

进一步，所述水压控制装置，还包括：设置在所述进水管的入水口处的过滤器。

本发明的技术方案中，水压控制装置，利用与其连通的地下水水源的水位跟该水压控制装置的部件之间高度差所引起的水压力，使得该水压控制装置连通、排水，或者使得该水压控制装置闭合、停止排水。从而可以保证隧道途径的地下水水源的水位不低于最低允许水位；既可以避免隧道承受过大的水压，保证隧道安全；又可以避免地下水的过度排放，防止对当地自然环境造成破坏。

而且，隧道途径的各地下水水源对隧道支护结构产生的水压，被水压控制装置控制为固定水压；根据最大的固定水压可以合理地确定隧道支护结构的参数，可以避免隧道支护结构被地下水压垮，也可以避免盲目地将隧道支护结构修筑的过厚而导致资源浪费和投资过大。

附图说明

图1为现有的隧道排水系统在隧道横截面内的剖面示意图；

图2为本发明实施例的水压可控式隧道排水系统在隧道横截面内的剖面示意图；

图3为本发明实施例的水压控制装置的剖面示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

本发明的发明人考虑到，若在排放地下水时，保证地下水的水位不低于设定水位，从而可以避免地下水的过度排放，也就可以防止对当地自然环境造成破坏。

由此，本发明的技术方案中，可以在建造隧道之前，确定出隧道中水压控制装置的深度，并从有关部门或相关文件等处获得隧道途径地区的地下水水源的最低允许水位（即设定水位）；确定出水压控制装置的深度与地下水水源的最低允许水位之间的深度差，进而确定出具有该深度差的水的压力；当水压可控式隧道排水系统中的水压控制装置处的地下水的压力超过确定出的水的压力时，该水压控制装置连通、进行排水；否则，该水压控制装置关闭、停止排水。从而既可以避免隧道承受过大的水压，保证隧道安全；又可以避免地下水的过度排放，防止对当地自然环境造成破坏。

下面结合附图具体介绍本发明实施例的技术方案。

本发明实施例提供的一种水压可控式隧道排水系统在隧道横截面内的剖面示意图如图2所示，包括：多个贯穿隧道侧壁的水压控制装置201、沿隧道延伸方向的隧道排水沟202。

多个水压控制装置201分别位于隧道两侧；位于隧道一侧的各水压控制装置201沿隧道延伸方向排列，相邻两个水压控制装置201之间间隔设定距离（例如50米）。

水压控制装置201的剖面示意图如图3所示，包括：进水管301、引导部302和单向阀303。

进水管301贯穿隧道侧壁；进水管301的出水口位于隧道内且垂直水平面向上，进水管301的入水口位于隧道外并与隧道外的地下水水源连通。

引导部302的形状可以是管状；引导部302的出水端为敞口，其入水端为封闭的；引导部302的出水端低于引导部302的入水端；进水管301的出水口由引导部302之外贯穿引导部302的入水端封闭的端面，延伸到引导部302内部。引导部302的出水端位于隧道排水沟202的上方，且对准隧道排水沟202的向上的敞口。

单向阀303包括盖板和设置于盖板下表面的配重部；单向阀303的盖板位于引导部302内并覆盖于进水管301的出水口处；单向阀303的配重部悬挂于进水管301中。

本发明实施例的水压控制装置201中，进水管301的出水口的高度低于与进水管301的入水口相连通的地下水水源中预先设定的阈值水位；单向阀303的重力值大于或者等于第一压力值；第一压力值可以等于因该地下水水源的阈值水位与进水管301的出水口之间高度差所产生的水压的值。

本发明实施例的水压可控式隧道排水系统的工作原理为：隧道外的地下水水源中的地下水从水压控制装置201中进水管301的入水口进入，通过进水管301，与覆盖在进水管301的出水口处的单向阀303的下表面相接触。当单向阀303的下表面受到的水压力大于单向阀303的重力时，地下水将单向阀303顶起，并从单向阀303的盖板与进水管301的出水口之间的缝隙流入到引导部302内部，通过引导部302出水端的敞口流入到隧道排水沟202后，经由隧道排水沟202排出隧道外。随着隧道外的地下水水源的水位逐渐下降，隧道支护结构承受的地下水水源的水压也逐渐减小；当单向阀303的下表面受到的水压力小于单向阀303的重力时，单向阀303回落并覆盖于进水管301的出水口处，此时地下水无法通过进水管301流入到引导部302内部，防止了地下水的过渡排放，并且隧道支护结构承受的地下水水源的水压减小至一个固定水压。根据隧道支护结构需要承受的各地下水水源的固定水压中的最大者，可以合理地确定出隧道支护结构的各种参数；根据这些参数修筑的隧道支护结构，可以避免被地下水压垮；同时，也可以避免盲目地将隧道支护结构修筑的过厚而导致资源浪费和投资过大。

更优的，与进水管301的入水口相连通的地下水水源的阈值水位具体可以等于该地下水水源的最低允许水位。水压控制装置201所属隧道途径地区的地下水水源的最低允许水位可以从有关部门或相关文件等处获得，不再赘述。

更优的，水压控制装置201中单向阀303的重力值还可以小于第二压力值。对于与进水管301的入水口相连通的地下水水源，第二压力值可以等于因该地下水水源的最高允许水位与进水管301的出水口之间高度差所产生的水压的值。水压控制装置201所属隧道途径地区的地下水水源的最高允许水位可以从有关部门或相关文件等处获得，不再赘述。

进水管301具体包括贯穿隧道侧壁的直管和位于隧道内部的L形管；进水管301中的直管的入水口、出水口分别与隧道侧壁的外表面、内表面齐平；进水管301中的直管与L形管的横截面相同；进水管301中的直管、L形管的横截面形状均可以是封闭图形，例如圆形或椭圆形等；直管的出水口与L形管的入水口刚性对接（例如焊接）。更优的，进水管301中的直管与L形管可以是一体成型的；作为进水管301的出水口的L型管的出水口，其深度与直管的入水口的上管壁的深度相等。

更优的，引导部302出水端的敞口可以开设在引导部302的底面。

更优的，配重部可以是底面与单向阀303的盖板下表面相连的圆锥体；单向阀303的盖板和配重部可以是一体成型的。

为了防止单向阀303的配重部被地下水顶出进水管301，造成单向阀303回落时其盖板无法再覆盖进水管301的出水口，水压控制装置201还可以包括：至少两个弹簧（或者锁链）；弹簧（或者锁链）的两端分别固定在单向阀303的盖板边缘处、进水管301的出水口处管壁的外表面上；各弹簧（或者锁链）沿单向阀303的盖板边缘一周呈均匀分布，且沿进水管301的出水口管壁一周呈均匀分布。当单向阀303的盖板覆盖于进水管301的出水口时，各弹簧（或者锁链）处于松弛的状态。

为了增强单向阀303与进水管301之间的密封性，水压控制装置201还包括设置在单向阀303的盖板下表面的密封环。密封环具体为橡胶密封环。当单向阀303的盖板覆盖进水管301的出水口时，进水管301的出水口处的外管壁与单向阀303的盖板下表面的密封环的内侧面之间紧密贴合。

为了防止水压控制装置201被地下水中的固体杂质阻塞，如图3所示，还可以在水压控制装置201中进水管301的入水口处设置过滤器304。过滤器304的外壳的材质可以是钢质。为了方面更换过滤器304及其滤芯，还可以将过滤器304设置在隧道内部、进水管301的直管与L形管之间。

本发明的技术方案中，水压控制装置，利用与其连通的地下水水源的水位跟该水压控制装置的部件之间高度差所引起的水压力，使得该水压控制装置连通、排水，或者使得该水压控制装置闭合、停止排水。从而可以保证隧道途径的地下水水源的水位不低于最低允许水位；既可以避免隧道承受过大的水压，保证隧道安全；又可以避免地下水的过度排放，防止对当地自然环境造成破坏。

而且，隧道途径的各地下水水源对隧道支护结构产生的水压，被水压控制装置控制为固定水压；根据最大的固定水压可以合理地确定隧道支护结构的参数，可以避免隧道支护结构被地下水压垮，也可以避免盲目地将隧道支护结构修筑的过厚而导致资源浪费和投资过大。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种水压可控式隧道排水系统的水压控制装置，其特征在于，包括：

进水管，贯穿隧道侧壁，其出水口位于所述隧道内且垂直于水平面向上，其入水口位于所述隧道外并与所述隧道外的地下水水源连通；

管状的引导部，其出水端为敞口，其入水端为封闭的；所述进水管的出水口由所述引导部之外贯穿所述引导部的入水端封闭的端面延伸到所述引导部内；

单向阀，其包括盖板和设置于所述盖板下表面的配重部；所述盖板位于所述引导部内并覆盖于所述进水管的出水口处，所述配重部悬挂于所述进水管中；

其中，所述进水管的出水口的高度低于所述地下水水源中预先设置的阈值水位；所述单向阀的重力值大于或等于第一压力值；第一压力值等于因所述进水管的出水口与所述阈值水位之间高度差而产生的水压的值。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述预先设置的阈值水位具体等于所述地下水水源的最低允许水位。

3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述单向阀的重力值小于第二压力值；其中，

第二压力值等于因所述进水管的出水口与所述地下水水源的最高允许水位之间高度差而产生的水压的值。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，还包括：至少两个弹簧；所述弹簧的两端分别固定在所述单向阀的盖板边缘处、所述进水管的出水口管壁的外表面上；

当所述单向阀的盖板覆盖于所述进水管的出水口时，所述弹簧均处于松弛状态。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，还包括：设置在所述进水管的入水口处的过滤器。

6.一种水压可控式隧道排水系统，包括：隧道排水沟；其特征在于，还包括：多个分位于隧道两侧的水压控制装置，位于所述隧道一侧的各水压控制装置沿所述隧道延伸方向排列；

所述水压控制装置包括：

进水管，贯穿隧道侧壁，其出水口位于所述隧道内且垂直于水平面向上，其入水口位于所述隧道外并与所述隧道外的地下水水源连通；

管状的引导部，其出水端为敞口，其入水端为封闭的；所述进水管的出水口由所述引导部之外贯穿所述引导部的入水端封闭的端面；所述引导部的出水端位于所述隧道排水沟的上方，且对准所述隧道排水沟的向上的敞口；

单向阀，其包括盖板和设置于所述盖板下表面的配重部；所述盖板位于所述引导部内并覆盖于所述进水管的出水口处，所述配重部悬挂于所述进水管中；

所述进水管的出水口的高度低于所述地下水水源中预先设置的阈值水位；

所述单向阀的重力值大于或等于第一压力值；第一压力值等于因所述进水管的出水口与所述阈值水位之间高度差而产生的水压的值。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述预先设置的阈值水位具体等于所述地下水水源的最低允许水位。

8.如权利要求6或7所述的系统，其特征在于，所述单向阀的重力值小于第二压力值；其中，

第二压力值等于因所述进水管的出水口与所述地下水水源的最高允许水位之间高度差而产生的水压的值。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述水压控制装置，还包括：至少两个弹簧；所述弹簧的两端分别固定在所述单向阀的盖板边缘处、所述进水管的出水口管壁的外表面上；

当所述单向阀的盖板覆盖于所述进水管的出水口时，所述弹簧均处于松弛状态。

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述水压控制装置，还包括：设置在所述进水管的入水口处的过滤器。