CN106679740B - 一种洞壁涌水集水器及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种洞壁涌水集水器及应用，属于地下工程洞壁涌水量测量领域。该洞壁涌水集水器包括集水本体，集水本体呈倒置的三棱锥结构，包括：两个呈相同倒置三角形结构且对称设置的前侧板和后侧板、呈倒置三角形结构的右开口、呈三角形结构的上开口。集水本体的底部连通有出水管，右开口的两个侧边上设置有弹性条。该洞壁涌水集水器的结构简单，方便收集洞壁单点的涌水，且单点涌水的漏失量少，便于后期精确地测量洞壁单点涌水量。

Description

一种洞壁涌水集水器及应用

技术领域

本发明涉及地下工程洞壁涌水量测量领域，特别涉及一种洞壁涌水集水器及应用。

背景技术

地下隧道或洞室一般设置在山体或较深的地下层中，但山体或地下层中蕴藏着丰富的地下水，这使在开挖隧道或洞室及其后期运行过程中，大量地下水沿着岩石裂缝向洞室内涌出。地下水涌出不但会冲击地下隧道或洞室周边的岩石，增加隧道或洞室垮塌的风险，还会淹没隧道或洞室的工作面，导致其无法继续作业。但是，为了使地下水处于稳定的状态，在不影响隧道或洞室开挖及正常作业的前提下，需要使洞壁具有适宜的渗透性。举例来说，地下水封洞室可使原油被封存在岩壁和裂缝水组成的封闭空间内，在开挖前需要监测洞壁的涌水量，并采取相应的措施使岩壁的渗透性适中，以保证适量的地下水涌入洞室将原油封存。目前可通过监测隧道或洞室洞壁的单点或一段洞壁的出水量来判断是否需要对隧道或洞室进行注浆封止水等措施，以保证隧道或洞室的顺利开挖及后期运行。然而隧道或洞室的洞壁多为岩石材质，涌水多以面状、线状、柱状或不规则状由岩石缝涌出，不易收集测量，因此提供一种能够收集洞壁涌水量的装置进而精确地测量涌水量是十分必要的。

现有技术主要通过人工目测估计法或三角围堰测量法测量洞壁的涌水量。其中，人工目测法估计法主要通过工作人员的经验观察洞壁单点涌水，并估计相应的涌水量；三角围堰测量法为在待测洞壁一侧开挖排水沟，在排水沟内设置三角围堰，洞壁的涌水可汇集至排水沟及三角围堰，在预定时间内测量三角围堰内水面的高度，并换算为涌水量，即得到某一段洞壁的涌水量。

发明人发现现有技术至少存在以下问题：

现有技术提供的人工目测估计法的误差大，三角围堰测量法在测量前需要挖排水沟并设置三角围堰，涌水渗漏影响测量的精确度，不易得出洞壁单点的涌水量。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供了一种能够收集洞壁单点涌水，以精确测量涌水量的洞壁涌水集水器及应用。具体技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种洞壁涌水集水器，所述洞壁涌水集水器包括集水本体，所述集水本体呈倒置的三棱锥结构，包括：两个呈相同倒置三角形结构且对称设置的前侧板和后侧板、呈倒置三角形结构的右开口、呈三角形结构的上开口；所述集水本体的底部连通有出水管；所述右开口的两个侧边上设置有弹性条。

具体地，作为优选，所述上开口所在平面与所述右开口所在平面垂直；所述出水管的中轴线与所述右开口所在平面垂直。

具体地，作为优选，所述前侧板和所述后侧板铰链连接。

具体地，作为优选，所述前侧板和所述后侧板的用于所述铰链连接的侧边上均设置有密封条。

具体地，作为优选，所述前侧板和所述后侧板的内壁上均涂覆有疏水涂层。

具体地，作为优选，所述弹性条通过粘结的方式固定在所述右开口的侧边上。

具体地，作为优选，所述洞壁涌水集水器还包括杆状手柄，所述杆状手柄的上端与所述集水本体的上部连接，所述杆状手柄的下端与所述出水管垂直连接。

第二方面，本发明实施例还提供了上述洞壁涌水集水器在测量洞壁单点涌水量中的应用。

具体地，作为优选，通过如下方法测量洞壁单点涌水量：

步骤a、使集水本体的右开口紧密贴合待测单点涌水处的洞壁，收集洞壁单点的涌水，所述涌水由与所述集水本体的底部连通的出水管流出。

步骤b、对由所述出水管流出的所述涌水进行测量，得到所述洞壁单点涌水量。

具体地，作为优选，在所述出水管的出水口处设置测量水量的仪器，直接对由所述出水管流出的涌水进行测量，得到所述洞壁单点涌水量。

或者，所述步骤b中，将所述出水管与储水容器相连，所述涌水进入所述储水容器中，记录收集所述单点涌水的时间，测量所述储水容器中所述涌水的体积，计算得到所述洞壁单点涌水量。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明实施例提供的洞壁涌水集水器，通过将集水本体设置成三棱锥结构，便于洞壁单点涌水汇集至集水本体的底部，以从出水管流出，减少了集水本体内壁附着的涌水量。通过在集水本体上设置右开口和上开口，便于收集不同形式的涌水，还便于观察集水本体中汇集的涌水的水位。通过在集水本体的右开口的两个侧边上设置弹性条，便于集水本体的右开口与待测洞壁处的无缝隙接触，以使洞壁单点的涌水全部进入集水本体内，减少了洞壁单点涌水的漏失量。可见，本分发明实施例提供的洞壁涌水集水器的结构简单，方便收集洞壁单点的涌水，且单点涌水的漏失量少，便于后期精确地测量洞壁单点涌水量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的洞壁涌水集水器的结构示意图。

其中，附图标记分别表示：

1 集水本体，

101 右开口，

102 上开口，

2 出水管，

3 弹性条，

4 杆状手柄。

具体实施方式

除非另有定义，本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

第一方面，本发明实施例提供了一种洞壁涌水集水器，如附图1所示，该洞壁涌水集水器包括集水本体1，集水本体1呈倒置的三棱锥结构，包括：两个呈相同倒置三角形结构且对称设置的前侧板和后侧板、呈倒置三角形结构的右开口101、呈三角形结构的上开口102；集水本体1的底部连通有出水管2；右开口101的两个侧边上设置有弹性条3。

以下就本发明实施例提供的洞壁涌水集水器收集洞壁单点涌水的方法给予描述：

首先选择待测洞壁上的单点涌水处，然后将该洞壁涌水集水器的集水本体1的右开口101处的弹性条3紧密贴合单点涌水处周围的洞壁，使单点涌水处的涌水全部进入集水本体1内。在收集洞壁涌水的过程中，可通过集水本体1的上开口102观察集水本体1内腔中涌水的水位，以估计收集涌水的时间，从上开口102还可观察涌水的形状，判断岩石裂缝的情况。洞壁的涌水进入集水本体1后，可顺着三棱锥结构的集水本体1的前侧板和后侧板的内壁汇集至集水本体1的底部，然后由出水管2流出，以便于后期对洞壁单点涌水量的测量。

在本发明实施例中，“洞壁单点涌水量”可以定义为在单位时间内，洞壁单点的出水量，其单位为L/min。

基于上述可知，本发明实施例提供的洞壁涌水集水器，通过将集水本体1设置成三棱锥结构，便于洞壁单点涌水汇集至集水本体1的底部，以从出水管1流出，减少了集水本体1内壁附着的涌水量。通过在集水本体1上设置右开口101和上开口102，便于收集不同形式的涌水，还便于观察集水本体1中汇集的涌水的水位。通过在集水本体1的右开口101的两个侧边上设置弹性条3，便于集水本体1的右开口101与待测洞壁处的无缝隙接触，以使洞壁单点的涌水全部进入集水本体1内，减少了洞壁单点涌水的漏失量。可见，本分发明实施例提供的洞壁涌水集水器的结构简单，方便收集洞壁单点的涌水，且单点涌水的漏失量少，便于后期精确地测量洞壁单点涌水量。

具体地，如附图1所示，在本发明实施例中，集水本体1通过呈相同倒置三角形结构且对称设置的前侧板和后侧板以一定的角度连接而形成，即集水本体1的前侧板和后侧板的一个侧边相连，并且前侧板和后侧板之间有一定的角度，前侧板和后侧板的另一个侧边形成右开口101，前侧板和后侧板的底边形成上开口102，前侧板、后侧板、右开口101、上开口102构成三棱锥结构(四面体结构)的集水本体1。该集水本体1的结构容易设置，能够将涌水快速汇集到集水本体1的底部，便于涌水由出水管2输出及后期测量，并且这种结构的集水本体1可适用于狭窄的洞壁单点涌水处的涌水的收集，例如可将前侧板(后侧板)的另一个侧边伸进狭缝中与待测单点处的洞壁相抵，后侧板(前侧板)的另一个侧边可与待测单点附近的洞壁相抵，以收集狭缝中单点的涌水，这扩大了本发明实施例提供的洞壁涌水集水器的适用范围。

其中，上开口102所在平面和右开口101所在平面之间可以设定为不同的角度，以适用于不同形式的涌水的收集。作为优选，集水本体1的上开口102所在平面与右开口101所在平面垂直，出水管2的中轴线与右开口101所在平面垂直，此种三棱锥结构的集水本体1容易设置，方便收集大量涌水，且出水管2不妨碍集水本体1收集涌水。

具体地，在本发明实施例中，前侧板和后侧板可以以多种方式连接，以构成集水本体1，例如铰链连接、焊接连接、粘结等。作为优选，前侧板和后侧板铰链连接，以使前侧板和后侧板之间的角度可以调整，以适用于不同狭缝或者其他情况的洞壁单点涌水处涌水的收集。其中，前侧板和后侧板的用于铰链连接的侧边上均设置有密封条，以密封前侧板和后侧板铰链连接处的缝隙，减少了洞壁单点涌水的漏失量。需要说明的是，前侧板、后侧板及密封条之间可通过摩擦力使前侧板和后侧板之间的角度保持不变，以在调整前侧板和后侧板之间的角度后使集水本体1稳定。

具体地，在本发明实施例中，前侧板、后侧板及出水管2均通过304不锈钢材料制备得到，该304不锈钢材料包括以下质量百分比的组分：C≤0.15％、Cr:17％-19％、Si≤1.5％、Mn≤2.0％、S/P≤0.05％，余量为Fe。不锈钢材质的集水本体1和出水管2均具有强度和耐腐蚀性，能够满足该洞壁涌水集水器的使用要求。而且，前侧板和后侧板的内壁上均涂覆有疏水涂层，以减少粘附在集水本体1内壁上的涌水量，使涌水快速汇集到集水本体1的锥形底部，提高了后期测量涌水量的精确度。其中，疏水涂层可以通过有机硅树脂、含氯树脂、含硅氟树脂中的一种或几种涂覆到前侧板和后侧板的内壁上得到，也可以通过被这几种树脂修饰后的无机材料粉末喷涂到前侧板和后侧板的内壁上得到，上述几种疏水树脂的疏水性好，容易获取。

具体地，在本发明实施例中，弹性条3设置在右开口101的两个侧边上，以使右开口101与洞壁无缝隙接触，避免了涌水从集水本体1的右开口101与洞壁接触处的缝隙流失，便于提高后期测量洞壁单点涌水量的准确度。其中，弹性条3为具有弹性的橡胶条(如三元乙丙橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶等)，弹性条3在右开口101及洞壁的挤压下，可处于压缩状态，但洞壁一般不是平整的，弹性条3在洞壁凹坑的部位(即弹性条3被挤压程度小的部位)发生舒张，以密封右开口101与洞壁之间的缝隙。其中，弹性条3通过粘结的方式固定在右开口101的侧边上，粘结的方式简单，便于橡胶材质的弹性条3牢固地固定在不锈钢材质的前侧板及后侧板的侧边上。

具体地，如附图1所示，本发明实施例提供的筒壁涌水集水器还包括杆状手柄4，以便于操作人员扶住杆状手柄4将集水本体1的右开口101紧密贴合在待测的单点涌水处的洞壁，其中，杆状手柄4的上端与集水本体1的上部连接，杆状手柄4的下端与出水管2垂直连接，如此设置杆状手柄4的连接方式，便于给予集水本体1稳定的压力，以使集水本体1的右开口101紧密贴合在待测的洞壁处收集涌水。其中，杆状手柄4与集水本体1、杆状手柄4与出水管2均通过焊接的方式连接，焊接的连接力强，防止发生集水本体1或者出水管2与杆状手柄4分离脱落的现象。进一步地，杆状手柄4上设置有与手指相匹配的弧形凹槽，增加了操作人员的手与杆状手柄4之间的摩擦力，防止在收集洞壁单点涌水的过程中，杆状手柄4在操作人员的手中脱落。

第二方面，本发明实施例提供了上述洞壁涌水集水器在测量洞壁单点涌水量中的应用。

现有技术中采用的测量洞壁单点涌水量的方法误差大，不能准确地描述洞壁单点的涌水情况，而采用本发明实施例提供的洞壁涌水集水器收集洞壁单点涌水的漏失量少，便于后期高精度地测量涌水量，以给予洞壁单点涌水情况准确地描述。

具体地，在本发明实施例中，可通过如下方法测量洞壁单点涌水量：

步骤101、使集水本体1的右开口101紧密贴合待测单点涌水处的洞壁，收集洞壁单点的涌水，涌水由与集水本体1的底部连通的出水管2流出。

步骤102、对由出水管2流出的涌水进行测量，得到洞壁单点涌水量。

上述收集并测量洞壁单点涌水量的方法简单，且采用本发明实施例提供的洞壁涌水集水器收集洞壁单点涌水的漏失量少，测量的准确度高。

具体地，在进行步骤101时，需要首先确定待测洞壁的单点涌水处，然后将集水本体1的右开口101紧密贴合单点涌水处的洞壁，使涌水可全部进入集水本体1内，此时弹性条3可密封集水本体1的右开口101与洞壁之间的缝隙，减少涌水的漏失量。待测洞壁单点的涌水由右开口101及上开口102进入该集水本体1内汇集，并由与集水本体1下端连通的出水管2流出，当涌水量大于由出水管2流出的出水量时，集水本体1内将出现富余的涌水，这时可通过集水本体1的上开口102观察集水本体1内腔的涌水的水位。

具体地，在步骤102中，可通过两种实施方式对洞壁单点涌水量进行测量。其中一种实施方式为：在出水管2的出水口处设置测量水量的仪器，直接对由出水管2流出的涌水进行测量，得到洞壁单点涌水量，其中，测量水量的仪器为上海皖科电子科技有限公司销售的WK-LWGY型液体涡轮流量计。该测量方法简单，直接通过测量水量的仪器便可轻松获取洞壁单点的瞬时涌水量，并且测量的精确度高。

另一种实施方式为：将出水管2与储水容器相连，经出水管2流出的涌水进入储水容器中，记录收集洞壁单点涌水的时间，测量储水容器中涌水的体积，计算得到洞壁单点涌水量。该测量洞壁单点涌水量的方法简单，成本低廉。

其中，在获取收集洞壁单点涌水的时间和储水容器中涌水的体积后，可通过如下公式计算得到洞壁单点涌水量。

其中，q为洞壁单点涌水量，单位为L/min；v为收集的洞壁单点涌水的体积，单位为L；t为收集洞壁单点涌水的时间，单位为min。

工程岩体分级标准(GB/T 50218)、铁路隧道设计规范(TB 10003)、水工隧洞设计规范(DL/T 5195)、水利水电工程地质勘察规范(GB 50487)等现有规范对洞室洞壁涌水状态描述时，一般以10m长的洞壁的涌水量(涌水量符号为Q，单位为L/(min·10m))为统计量。分级定量描述时，涌水量数值大小一般分为Q≤25、25＜Q≤125、Q＞125三个等级。

而本发明实施例提供的洞壁涌水集水器为测量洞壁单点的涌水量，其涌水量(涌水量符号为q，单位为L/min)分为三个等级：q≤2.5、2.5＜q≤12.5、q＞12.5，相应的涌水量大小分级描述与上述规范中的三个等级对应的涌水量大小分级描述相同。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种洞壁涌水集水器，其特征在于，所述洞壁涌水集水器包括集水本体(1)，所述集水本体(1)呈倒置的三棱锥结构，包括：两个呈相同倒置三角形结构且对称设置的前侧板和后侧板、呈倒置三角形结构的右开口(101)、呈三角形结构的上开口(102)；

所述集水本体(1)的底部连通有出水管(2)；

所述右开口(101)的两个侧边上设置有弹性条(3)。

2.根据权利要求1所述的洞壁涌水集水器，其特征在于，所述上开口(102)所在平面与所述右开口(101)所在平面垂直；

所述出水管(2)的中轴线与所述右开口(101)所在平面垂直。

3.根据权利要求1所述的洞壁涌水集水器，其特征在于，所述前侧板和所述后侧板铰链连接。

4.根据权利要求3所述的洞壁涌水集水器，其特征在于，所述前侧板和所述后侧板的用于所述铰链连接的侧边上均设置有密封条。

5.根据权利要求1所述的洞壁涌水集水器，其特征在于，所述前侧板和所述后侧板的内壁上均涂覆有疏水涂层。

6.根据权利要求1所述的洞壁涌水集水器，其特征在于，所述弹性条(3)通过粘结的方式固定在所述右开口(101)的侧边上。

7.根据权利要求1所述的洞壁涌水集水器，其特征在于，所述洞壁涌水集水器还包括杆状手柄(4)，

所述杆状手柄(4)的上端与所述集水本体(1)的上部连接，所述杆状手柄(4)的下端与所述出水管(2)垂直连接。

8.权利要求1-7任一项所述洞壁涌水集水器在测量洞壁单点涌水量中的应用。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，通过如下方法测量洞壁单点涌水量：

步骤a、使集水本体(1)的右开口(101)紧密贴合待测单点涌水处的洞壁，收集洞壁单点的涌水，所述涌水由与所述集水本体(1)的底部连通的出水管(2)流出；

步骤b、对由所述出水管(2)流出的所述涌水进行测量，得到所述洞壁单点涌水量。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述步骤b中，在所述出水管(2)的出水口处设置测量水量的仪器，直接对由所述出水管(2)流出的涌水进行测量，得到所述洞壁单点涌水量；

或者，所述步骤b中，将所述出水管(2)与储水容器相连，所述涌水进入所述储水容器中，记录收集所述单点涌水的时间，测量所述储水容器中所述涌水的体积，计算得到所述洞壁单点涌水量。