CN104912091B - 一种岩溶水导水装置及导水方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种岩溶水导水装置及导水方法，导水装置包括集水机构、导水机构和排水机构，集水机构设置在地下建筑物的一侧，导水机构的一端与集水机构相连通，另一端与排水机构相连通，导水机构设置在地下建筑物的下方，排水机构设置在岩溶水通道下游。本发明的有益效果是：本发明创造设计简单，施工控制方便，充分利用了地形和岩溶水天然通道，易于大面积推广应用；本发明创造可以有效解决地下建筑物开挖期间岩溶地质问题，降低运营期间岩溶水对地下建筑物侧壁冲击、侵蚀作用；保证岩溶水上下游之间联系，经济效益和社会效益明显。

Description

一种岩溶水导水装置及导水方法

技术领域

本发明涉及一种建筑工程产业化技术，具体涉及一种岩溶水导水装置及导水方法。

背景技术

大型地下溶洞在工业、农业、军事上有广泛用途。岩溶区，地表径流少，而地下水十分丰富，是理想的供水水源。华北的许多地区，岩溶水已成为工农业生产的重要水源。

我国石灰岩分布广泛，岩溶区的奇峰异洞与大泉，是宝贵的旅游资源。济南泉城世界著名，孕育滋养了文明与发展；山西自北向南沿太行山脉的名泉有晋祠泉，娘关泉，洪山泉等，是山西盆地的工农业发展的主要支柱；广西桂林山水甲天下，奇特岩溶景观；云南的路南石林，壮观与气势，让游人流连忘返。

岩溶威胁采矿安全、增大采矿成本，水量大，分布不均匀，蓄水、饮水工程的渗漏给修建水利工程带来复杂的问题。岩溶区的漏斗、落水洞、溶洞、溶蚀裂隙等，常可导致地基塌陷、水库渗漏、岩溶涌水等危害，在基本建设中，地下施工、隧道施工困难重重，国内各工程实例中为保证地下工程的施工质量，使得结构的承载力和变形能满足要求，对于岩溶工程地质问题的处理主要有清除填堵法、梁跨越法、强夯法、灌注法、深基础法、旋喷加固法等等。这些方法的目的是对周围的岩溶硐室进行封闭、加固处理，降低建成后运营风险，结果不仅造成了工程材料的大量浪费，而且阻碍了溶洞、土洞进一步发展，隔断岩溶水上下游之间联系，还给岩溶水本身造成了一定的破坏和污染。

进入21世纪，建筑工业化是建筑业发展的必然趋势，地上建筑产业化发展已经取得了很大进步；地下建筑产业化由于岩土体地层差异性较大，受力机理不明确等因素，发展进度缓慢。

因此，在推动地下建筑产业化发展的基础上，解决地下工程岩溶地质问题，保证其利用价值和优势发挥，是目前建筑业亟需解决的一个难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种预制组装的岩溶水导水装置及导水方法。

为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种岩溶水导水装置，包括集水机构、导水机构和排水机构，集水机构设置在地下建筑物的一侧，导水机构的一端与集水机构相连通，另一端与排水机构相连通，导水机构设置在地下建筑物的下方，排水机构设置在岩溶水通道下游。

进一步地，集水机构竖直设置在地下建筑物的一侧，集水机构顶端设置在岩溶水包气带和季节变化带之间，其底端与所述导水机构的底端相平齐。

进一步地，导水机构水平设置在地下建筑物的下方。

进一步地，排水机构竖直设置在地下建筑物另一侧的下方，排水机构设置在岩溶水季节变化带和饱水带之间。

进一步地，排水机构的顶端与所述导水机构的顶端相平齐。

进一步地，集水机构的顶端设有开口，侧壁上开设有集水孔，底端封闭，内部填充有石灰岩块。

进一步地，排水机构的顶端设有开口，侧壁上开设有排水孔，底端封闭，内部填充有石灰岩块。

进一步地，导水机构包括多个混凝土管单元，多个混凝土管单元依次串联组装，每个混凝土管单元的左右两端开口，一端有凹形企口，另一端有凸形企口，其侧壁上开设进水孔，在导水机构内部填充有石灰岩块。

进一步地，在所述导水机构、集水机构和排水机构的外围设置有反滤层。

本发明的工作原理是：在地下建筑物临近岩溶水通道上游，其侧壁外设定距离设置集水机构，通过集水机构汇聚岩溶水，并将其引入到距离地下建筑物底部设定距离的导水机构内导流，最后汇聚到地下建筑物临近岩溶水通道下游、从地下建筑物另一侧下方的排水机构内排出，有效地将岩溶水避开了地下建筑物。

岩溶水导水装置的导水方法，具体步骤如下：

1)工厂预制顶端开口，侧壁上设有集水孔的集水机构，工厂预制顶端开口，侧壁上设有排水孔的排水机构；工厂预制多个侧壁上设有进水孔的混凝土管单元；

2)在地下建筑物施工之前，根据地下建筑物的设置位置，在其一侧的下方在岩溶水季节变化带和饱水带之间设置排水机构；

3)排水机构的顶端一侧连接混凝土管单元，多个混凝土管单元依次连接，最后一个混凝土管单元的末端设置在地下建筑物的另一侧壁下方；

4)在最后一个混凝土管单元的末端连接集水机构，集水机构的顶部设置在岩溶水包气带和季节变化带之间。

本发明的有益效果是：

1)本发明创造设计简单，施工控制方便，充分利用了地形和岩溶水天然通道，易于大面积推广应用；

2)本发明创造可以有效解决地下建筑物开挖期间岩溶地质问题，降低运营期间岩溶水对地下建筑物侧壁冲击、侵蚀作用；保证岩溶水上下游之间联系，经济效益和社会效益明显；

3)通过将集水机构设置在地下建筑物的一侧，有效地拦截岩溶水上游的水，通过与集水机构相连通的导水机构进行导水，排水机构将导水机构内的水成功导入到岩溶水下游，节省了抽取这个水的能源，实现高效导水；

4)集水机构、导水机构及排水机构采用预制钢筋混凝土结构，均为工厂预制，现场组装，制作尺寸标准化、精确化，质量易于保证；内部填充石灰岩块，取材方便。整体装置利于推动地下工程产业化模式发展；

5)通过整个装置的设计，不需要将岩溶水提升到地面，不会破坏岩溶水通道结构，将对岩溶水的污染降到了最低。

附图说明

图1为本发明创造实施横剖面示意图；

图2为预制组装式岩溶水导水装置示意图；

图3为预制混凝土管单元示意图。

其中，1—集水机构；2—导水机构；3—排水机构；4—集水孔；5—进水孔；6—排水孔；7—凹形企口；8—凸形企口，9—地下建筑物，10—包气带，11—季节变化带，12—饱水带。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

实施例1

如图1-3所示，一种岩溶水导水装置，包括集水机构1、导水机构2和排水机构3，集水机构1竖直设置在地下建筑物9的一侧，或者，集水机构相对水平方向向远离地下建筑物方向倾斜0°～15°，其顶端设置在岩溶水包气带10和季节变化带11之间，其底端与所述导水机构的底端相平齐，导水机构的一端与集水机构相连通，另一端与排水机构相连通，导水机构2水平设置在地下建筑物的下方，排水机构竖直设置在岩溶水通道下游，或者，排水机构相对水平方向倾斜向远离导水机构方向倾斜0°～15°；排水机构3竖直设置在地下建筑物9另一侧的下方，其设置在岩溶水季节变化带11和饱水带12之间。

排水机构3的顶端与所述导水机构2的顶端相平齐。

集水机构1的顶端设有开口，侧壁上开设有集水孔4，底端封闭，内部填充有石灰岩块，包气带内岩溶水垂直向下运动，渗入集水机构，季节变化带11内岩溶水水平运动，渗入集水机构；岩溶水垂直和水平运动向集水装置底部汇聚。

导水机构2距离地下建筑物底部设定的距离，与地下建筑物平行布置，其包括多个混凝土管单元，多个混凝土管单元依次串联组装，每个混凝土管单元的左右两端开口，一端有凹形企口7，另一端有凸形企口8，凹凸企口的尺寸相匹配，其侧壁上开设进水孔5，进水孔沿着混凝土管单元的轴方向设置，进水孔为长方形。在导水机构内部填充有石灰岩块，集水机构内汇聚岩溶水进入导水机构导流，饱水带内承压岩溶水向上渗入导水机构导流。

排水机构3的顶端设有开口，侧壁上开设有排水孔6，底端封闭，内部填充有石灰岩块，导水机构内岩溶水导流进入排水机构汇聚，最后排入季节变化带和饱水带。

在导水机构2、集水机构1和排水机构3的外围均设置有反滤层，反滤层首选反滤土工布，其作用是防止在渗透压力下细小颗粒流入导水机构。

考虑到地下建筑物底部地基承载问题，预制混凝土管单元应具有设定的承载能力。

集水机构1、导水机构2及排水机构3内填充石灰岩块受岩溶水化学溶蚀、机械侵蚀作用，石灰岩块间缝隙尺寸逐渐增大，满足包气带、季节变化带和饱水带内岩溶水流量和流速。

集水机构1、导水机构2及排水机构3采用预制钢筋混凝土结构，均为工厂预制，现场组装，将集水机构设置为圆形或者方形，排水机构的结构也如此，同时，将单个混凝土管单元做成圆管，制作尺寸标准化、精确化，质量易于保证；内部填充石灰岩块，取材方便。

岩溶水导水装置的导水方法，具体步骤如下：

1)工厂预制顶端开口，侧壁上设有集水孔的集水机构1，工厂预制顶端开口，侧壁上设有排水孔的排水机构3；工厂预制多个侧壁上设有进水孔5的混凝土管单元；

2)在地下建筑物9施工之前，根据地下建筑物的设置位置，在其一侧的下方在岩溶水季节变化带和饱水带之间竖直设置排水机构；

3)排水机构3的顶端一侧连接混凝土管单元，多个混凝土管单元依次水平连接，最后一个混凝土管单元的末端设置在地下建筑物9的另一侧下方；

4)在最后一个混凝土管单元的末端连接集水机构，集水机构的顶部设置在岩溶水包气带10和季节变化带11之间，集水机构竖直设置在地下建筑物的另一侧，其顶端设置在岩溶水包气带和季节变化带之间。

实施例2

一种岩溶水导水装置，包括集水机构1、导水机构2和排水机构3，集水机构竖直设置在地下建筑物的一侧，其顶端设置在岩溶水包气带和季节变化带之间，其底端与所述导水机构的底端相平齐，导水机构的一端与集水机构相连通，另一端与排水机构3相连通，导水机构2倾斜设置在地下建筑物的下方，导水机构的倾斜方向随着岩溶层内水的流动方向，即靠近集水机构处高，靠近排水机构处位置低，排水机构设置在岩溶水通道下游，排水机构的下方穿过饱水带；排水机构竖直设置在地下建筑物另一侧的的下方，其设置在岩溶水季节变化带和饱水带之间。

排水机构3的顶端与导水机构的顶端相平齐。

集水机构1的顶端设有开口，侧壁上开设有集水孔，底端封闭，内部填充有石灰岩块，包气带内岩溶水垂直向下运动，渗入集水机构，季节变化带内岩溶水水平运动，渗入集水机构；垂直和水平运动岩溶水向集水装置底部汇聚。

导水机构2距离地下建筑物底部设定的距离，与地下建筑物平行布置，其包括多个混凝土管单元，多个混凝土管单元依次串联组装，每个混凝土管单元的左右两端开口，一端有凹形企口，另一端有凸形企口，凹凸企口的尺寸相匹配，其侧壁上开设进水孔，在导水机构内部填充有石灰岩块，集水机构内汇聚岩溶水进入导水机构2导流，饱水带内承压岩溶水向上渗入导水机构导流。

排水机构3的顶端设有开口，侧壁上开设有排水孔，底端封闭，内部填充有石灰岩块，导水机构内岩溶水导流进入排水机构汇聚，最后排入季节变化带和饱水带。

在导水机构、集水机构和排水机构的外围均设置有反滤层。

考虑到地下建筑物底部地基承载问题，预制混凝土管单元应具有设定的承载能力。

集水机构1、导水机构2及排水机构3内填充石灰岩块受岩溶水化学溶蚀、机械侵蚀作用，石灰岩块间缝隙尺寸逐渐增大，满足包气带、季节变化带和饱水带内岩溶水流量和流速。

集水机构、导水机构及排水机构采用预制钢筋混凝土结构，均为工厂预制，现场组装，制作尺寸标准化、精确化，质量易于保证；内部填充石灰岩块，取材方便。

岩溶水导水装置的导水方法，具体步骤如下：

1)工厂预制顶端开口，侧壁上设有集水孔的集水机构，工厂预制顶端开口，侧壁上设有排水孔的排水机构；工厂预制多个侧壁上设有进水孔的混凝土管单元；

2)在地下建筑物施工之前，根据地下建筑物的设置位置，在其一侧的下方在岩溶水季节变化带和饱水带之间竖直设置排水机构；

3)排水机构的顶端一侧连接混凝土管单元，多个混凝土管单元依次倾斜连接，倾斜方向沿着季节变化带的流动方向，最后一个混凝土管单元的末端设置在地下建筑物的另一侧下方；

4)在最后一个混凝土管单元的末端连接集水机构，集水机构的顶部设置在岩溶水包气带和季节变化带之间，集水机构竖直设置在地下建筑物的另一侧，其顶端设置在岩溶水包气带和季节变化带之间。

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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种岩溶水导水装置，其特征在于，包括集水机构、导水机构和排水机构，集水机构设置在地下建筑物的一侧，导水机构的一端与集水机构相连通，另一端与排水机构相连通，导水机构设置在地下建筑物的下方，排水机构设置在岩溶水通道下游；

通过集水机构汇聚岩溶水，并将其引入到距离地下建筑物底部设定距离的导水机构内导流，最后汇聚到地下建筑物临近岩溶水通道下游、从地下建筑物另一侧下方的排水机构内排出。

2.如权利要求1所述的一种岩溶水导水装置，其特征在于，所述集水机构竖直设置在地下建筑物的一侧，集水机构的顶端设置在岩溶水包气带和季节变化带之间，其底端与所述导水机构的底端相平齐。

3.如权利要求1所述的一种岩溶水导水装置，其特征在于，所述导水机构水平设置在地下建筑物的下方。

4.如权利要求2所述的一种岩溶水导水装置，其特征在于，所述排水机构竖直设置在地下建筑物另一侧的下方，排水机构设置在岩溶水季节变化带和饱水带之间。

5.如权利要求1或4所述的一种岩溶水导水装置，其特征在于，所述排水机构的顶端与所述导水机构的顶端相平齐。

6.如权利要求1所述的一种岩溶水导水装置，其特征在于，所述集水机构的顶端设有开口，侧壁上开设有集水孔，底端封闭，内部填充有石灰岩块。

7.如权利要求1所述的一种岩溶水导水装置，其特征在于，所述排水机构的顶端设有开口，侧壁上开设有排水孔，底端封闭，内部填充有石灰岩块。

8.如权利要求1所述的一种岩溶水导水装置，其特征在于，所述导水机构包括多个混凝土管单元，多个混凝土管单元依次串联组装，每个混凝土管单元的左右两端开口，一端有凹形企口，另一端有凸形企口，其侧壁上开设进水孔，在导水机构内部填充有石灰岩块。

9.如权利要求1所述的一种岩溶水导水装置，其特征在于，在所述导水机构、集水机构和排水机构的外围设置有反滤层。

10.如上述任一权利要求所述的岩溶水导水装置的导水方法，其特征在于，具体步骤如下：

1）工厂预制顶端开口，侧壁上设有集水孔的集水机构，工厂预制顶端开口，侧壁上设有排水孔的排水机构；工厂预制多个侧壁上设有进水孔的混凝土管单元；

2）在地下建筑物施工之前，根据地下建筑物的设置位置，在其一侧壁的下方在岩溶水季节变化带和饱水带之间设置排水机构；

3）排水机构的顶端一侧连接混凝土管单元，多个混凝土管单元依次连接，最后一个混凝土管单元的末端设置在地下建筑物的另一侧下方；

4）在最后一个混凝土管单元的末端连接集水机构，集水机构的顶部设置在岩溶水包气带和季节变化带之间。