CN110792474B - 一种长隧道排水系统 - Google Patents
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Abstract
隧道排水主要措施是通过隧道的排水设施和构造措施，衬砌背部、路面结构层下的积水排入隧道的侧沟，积水再从侧沟中流出隧道外，以此达到降低隧道围岩区地下水位的目的，减小衬砌背部的积水压力。本发明提供一种长隧道排水系统，在隧道的围岩钻探形成下倾的钻孔，在钻孔中放置排水管，排水管的进水口处于钻孔的底部，排水管的出水口与启动装置连接，启动装置放置在边沟中，启动装置与边沟底部固定，球阀室A、球阀室B与上腔室连接，排水管与球阀室A连接，出水管A的一端与排水管连接，出水管A的另一端置入边沟，转轴安装在下腔室，连杆连接在转轮和塞体之间。
Description
技术领域
本发明属于隧道工程领域，具体涉及一种长隧道排水系统及方法，特别适用于山体隧道围岩的排水。
背景技术
铁路、公路建设在复杂地形地质条件下会穿越隧道，隧道的渗漏水病害就是一个困扰隧道运营和养护的难题。隧道长期渗漏水会对隧道衬砌产生侵蚀破坏，渗漏水对隧道围岩也会产生软化作用，降低了围岩的强度，致使围岩失稳破坏。隧道渗漏水滴落到路面会造成路面积水或结冰，影响交通运行。目前的排水措施对衬砌整体性破坏较大，排水范围较小，长期的效果不佳，用于养护的成本较高。
隧道排水主要措施是通过隧道的排水设施和构造措施，衬砌背部、路面结构层下的积水排入隧道的侧沟，积水再从侧沟中流出隧道外，以此达到降低隧道围岩区地下水位的目的，减小衬砌背部的积水压力。目前隧道排水主要通过在衬砌和防水层间布设纵向排水盲管和环向导水管实现。一旦排水管出现堵塞的状况，就会导致排水不顺畅，甚至断流，加之排水管设置在衬砌内部，很难对其进行修复。所以，隧道排水系统在隧道运营一段时间后便会失效。
虹吸排水技术在水利工程领域有着普遍的应用，如边坡排水、隧道排水、泥石流水石分离、软土地基排水等，隧道虹吸排水技术，其具有排水孔布置方便、集水能力强、截排水效果好、工程建设速度快等优点，然而在使用隧道虹吸排水方法的工程中，虹吸管顶部需要保持一定的真空度，但是由于溶解在水中的气泡负压下会析出、外界空气渗入虹吸管等原因，部分虹吸管常常因为空气在管内累积而导致真空度下降，部分虹吸管会暂时处于停止工作状态，如果虹吸管长时间处于停流状态，会导致虹吸排水维护困难甚至整个虹吸排水系统中断，虹吸启动变得异常困难。另外，隧道虹吸排水技术一般使用直径4mm以下的虹吸管，虹吸管管径较小，容易出现泥沙淤堵状况，同样会造成虹吸中断，中断后难以再启动。
发明内容
本发明针对现有技术中使用虹吸排水方法为隧道排水时，因隧道围岩地下水位下降虹吸作用暂停，虹吸管内真空度降低，虹吸作用很难自行恢复的缺陷。提出一种隧道排水系统及方法，利用隧道边沟的水动力，在虹吸作用停止后可以抽走累积在虹吸管内的空气，增加虹吸管的真空度，恢复虹吸作用来重新启动排水过程。
本发明的技术方案是：一种长隧道排水系统，包括钻孔、虹吸管、启动装置，在隧道的围岩钻探形成下倾的钻孔，在钻孔中放置虹吸管，虹吸管的进水口处于钻孔的底部，虹吸管的出水口与启动装置连接，虹吸管的直径为4mm，启动装置放置在边沟中，启动装置与边沟底部固定，启动装置包括球阀室A、球阀室B、球阀A、球阀B、出水管A、出水管B、上腔室、下腔室、桨叶、转轴、转轮、连杆、塞体，球阀室A、球阀室B与上腔室连接，球阀A、球阀B分别置于球阀室A、球阀室B中，虹吸管与球阀室A连接，出水管A的一端与虹吸管连接，出水管A的另一端置入边沟，出水管B与球阀室B连接，球阀A、球阀B的密度大于水，转轴安装在下腔室，转轴的一端与转轮连接，转轴的另一端伸出外壳与桨叶连接，连杆连接在转轮和塞体之间，连杆与转轮的连接位置在转轮的偏心位置，塞体将上腔室和下腔室隔开。
进一步地，所述的虹吸管设置一根或多根，所述的启动装置设置一个或者多个。
进一步地，所述的启动装置采用耐腐蚀材料制成。
进一步地，所述的虹吸管采用PU管或PA管。
一种长隧道排水方法，包括如下步骤：
（1）将虹吸管的一端放入钻孔中，虹吸管的另一端放在边沟中，向虹吸管逆向灌水，排出虹吸管中的气体后，停止逆向灌水，再将虹吸管的另一端与启动装置连接，然后将启动装置与边沟固定连接，围岩地下水流经虹吸管、出水管A排到边沟中；
（2）发生降雨后，边沟水位线上升，桨叶受到水流冲击而转动，带动转轴、塞体运动，塞体向下运动，上腔室形成负压，球阀A向上运动，球阀B向下运动，虹吸管内的气体被吸入上腔室中；塞体向上运动，上腔室压力增大，球阀A向下运动，球阀B向上运动，上腔室内的气体从出水管B排出，塞体循环运动，虹吸管中累积的空气不断被排出，虹吸管真空度增加，虹吸作用恢复，隧道正常进行虹吸排水；
（3）边沟水位线上升并淹没桨叶，塞体停止运动，围岩地下水流经虹吸管、出水管A排到边沟中；
（4）降雨再次发生，边沟水位线上升，重复上述过程。
本发明的优点如下：
1、本发明利用桨叶将水流动能转化为塞体运动动能，抽走累积在虹吸管内的空气，增加虹吸管内的真空度，给虹吸作用提供动力，为虹吸作用的自行恢复提供保障。
2、本发明利用水动力启动虹吸作用，不需要借助外力，不需要人工操作。
3、本发明发挥作用可以随着降雨发生，边沟水位上涨同步进行。
4、本发明利用水流动力制造的压强差，可以提供较大的吸力，能够经常性地清除虹吸管内的泥沙，防止虹吸管淤堵。
附图说明
图1为本发明的整体示意图；
图2为本发明的启动装置的塞体向下运动的示意图；
图3为本发明的启动装置的塞体向上运动的示意图；
图4为本发明的停止工作状态的示意图；
图中：隧道1、钻孔2、虹吸管3、边沟4、启动装置5、球阀室A 51、球阀室B 52、球阀A53、球阀B 54、出水管A 55、出水管B 56、上腔室57、桨叶58、转轴59、转轮60、连杆61、塞体62、外壳63、下腔室64、边沟水位线7。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应该理解，实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
如图1-图3所示，一种长隧道排水系统，包括钻孔2、虹吸管3、启动装置5，在隧道1围岩钻探形成下倾的钻孔2，在钻孔2中放置虹吸管3，虹吸管3的进水口处于钻孔2的底部，虹吸管3的出水口与启动装置5连接，虹吸管3的直径为4mm，启动装置5放置在边沟4中，启动装置5与边沟4底部固定，启动装置5包括球阀室A 51、球阀室B 52、球阀A 53、球阀B 54、出水管A 55、出水管B 56、上腔室57、下腔室64、桨叶58、转轴59、转轮60、连杆61、塞体62，球阀室A 51、球阀室B 52与上腔室57连接，球阀A 53、球阀B 54分别置于球阀室A 51、球阀室B52中，虹吸管3与球阀室A 51连接，出水管A 55的一端与虹吸管3连接，出水管A 55的另一端置入边沟4，出水管B 56与球阀室B 52连接，球阀A 53、球阀B 54的密度大于水，转轴59安装在下腔室64，转轴59的一端与转轮60连接，转轴59的另一端伸出外壳63与桨叶58连接，连杆61连接在转轮60和塞体62之间，连杆61与转轮60的连接位置在转轮60的偏心位置，塞体62将上腔室57和下腔室64隔开。钻孔2的孔口与孔底之间的垂直距离比当地大气压力对应的水柱高度高2m以上，钻孔2的直径大于75mm。虹吸管3设置一根或多根，启动装置5设置一个或者多个。启动装置5采用耐腐蚀材料制成。虹吸管3采用PU管或者PA管。
一种长隧道排水方法，包括如下步骤：
（1）将虹吸管3的一端放入钻孔2中，虹吸管3的另一端放在边沟4中，向虹吸管3逆向灌水，排出虹吸管3中的气体后，停止逆向灌水，再将虹吸管3的另一端与启动装置5连接，然后将启动装置5与边沟4固定连接，围岩地下水流经虹吸管3、出水管A 55排到边沟4中；
（2）发生降雨后，边沟水位线7上升，桨叶58受到水流冲击而转动，带动转轴59、塞体62运动，塞体62向下运动，上腔室57形成负压，球阀A 53向上运动，球阀B 54向下运动，虹吸管3内的气体被吸入上腔室57中；塞体62向上运动，上腔室57压力增大，球阀A 53向下运动，球阀B 54向上运动，上腔室57内的气体从出水管B 56排出，塞体62循环运动，虹吸管3中累积的空气不断被排出，虹吸管3真空度增加，虹吸作用恢复，隧道正常进行虹吸排水；
（3）如图4所示，边沟水位线7上升并淹没桨叶58，塞体62停止运动，围岩地下水流经虹吸管3、出水管A 55排到边沟4中；
（4）降雨再次发生，边沟水位线7上升，重复上述过程。
Claims (4)
1.一种长隧道排水系统，其特征在于，包括钻孔（2）、虹吸管（3）、启动装置（5），在隧道的围岩钻探形成下倾的钻孔（2），在钻孔（2）中放置虹吸管（3），虹吸管的进水口处于钻孔的底部，虹吸管的出水口与启动装置连接，虹吸管的直径为4mm，启动装置放置在边沟中，启动装置与边沟底部固定，启动装置包括球阀室A、球阀室B、球阀A、球阀B、出水管A、出水管B、上腔室、下腔室、桨叶、转轴、转轮、连杆、塞体，球阀室A、球阀室B与上腔室连接，球阀A、球阀B分别置于球阀室A、球阀室B中，虹吸管与球阀室A连接，出水管A的一端与虹吸管连接，出水管A的另一端置入边沟，出水管B与球阀室B连接，球阀A、球阀B的密度大于水，转轴安装在下腔室，转轴的一端与转轮连接，转轴的另一端伸出外壳与桨叶连接，连杆连接在转轮和塞体之间，连杆与转轮的连接位置在转轮的偏心位置，塞体将上腔室和下腔室隔开；其排水步骤包括：1）将虹吸管的一端放入钻孔中，虹吸管的另一端放在边沟中，向虹吸管逆向灌水，排出虹吸管中的气体后，停止逆向灌水，再将虹吸管的另一端与启动装置连接，然后将启动装置与边沟固定连接，围岩地下水流经虹吸管、出水管A排到边沟中；2）发生降雨后，边沟水位线上升，桨叶受到水流冲击而转动，带动转轴、塞体运动，塞体向下运动，上腔室形成负压，球阀A向上运动，球阀B向下运动，虹吸管内的气体被吸入上腔室中；塞体向上运动，上腔室压力增大，球阀A向下运动，球阀B向上运动，上腔室内的气体从出水管B排出，塞体循环运动，虹吸管中累积的空气不断被排出，虹吸管真空度增加，虹吸作用恢复，隧道正常进行虹吸排水；3）边沟水位线上升并淹没桨叶，塞体停止运动，围岩地下水流经虹吸管、出水管A排到边沟中；4）降雨再次发生，边沟水位线上升，重复上述过程。
2.根据权利要求1所述的一种长隧道排水系统，其特征在于，所述的虹吸管设置一根或多根，所述的启动装置设置一个或者多个。
3.根据权利要求1所述的一种长隧道排水系统，其特征在于，所述的启动装置采用耐腐蚀材料制成。
4.根据权利要求1所述的一种长隧道排水系统，其特征在于，所述的虹吸管采用PU管或PA管。
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