CN110984197A - 一种增压启动虹吸排水的装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种增压启动虹吸排水的装置方法，所述装置包括：气囊(4)，所述气囊(4)为柔性可充气膨胀部件，以紧密接触周围边界形成气密性空间；钻孔输气管(2)，所述钻孔输气管(2)穿过/绕过所述气囊(4)，以进入所述气密性空间；排水管(5)，所述排水管(5)穿过/绕过所述气囊(4)；通过所述钻孔输气管(2)增大所述气密性空间内的气压，使所述气密性空间内的气压增量所对应的水柱高度大于地下水位线与钻孔孔口的高差、小于钻孔孔底与钻孔孔口的高差，所述排水管(5)将所述气密性空间内的水排出至所述气密性空间外。

Description

一种增压启动虹吸排水的装置及方法

技术领域

本发明涉及地下水防灾处理的加速领域，特别涉及一种增压启动虹吸排水的装置及方法。

背景技术

在边坡、隧道等环境中，大量滑坡是因为降雨入渗引起坡体内地下水位上升而诱发的。坡体内地下水位上升是一个降雨入渗的积累过程，采取持续有效的排水措施，实时排出入渗坡体的地下水，可以减少大量滑坡灾害的发生。

为了排出地下水，在边坡环境中，传统的排水措施有地表排水沟和排水盲沟、集水井抽水、水平排水孔、地下排水洞等。地表排水沟和排水盲沟等地表排水措施，其排水的有效性难以保证；集水井抽水需要动力和经常性管理，能源消耗大，使用成本高；水平排水孔因倾角小，自然排水过程中容易发生堵塞，影响排水措施的长期有效性；地下排水洞施工周期长、工艺复杂、费用高。

申请人团队在长期的滑坡灾害防治研究中，发现并提出了虹吸排水方法，并将其应用于边坡、隧道等的钻孔的地下水排出(参见申请人较早之前提出的一系列专利申请CN201110147021.2，CN201410470099.1，CN201610307632.1，CN201710522908.2以及CN201810427412.1)。

虹吸排水方法具有免动力实现水体的高效跨越输送和流动过程由液位变化自动控制的特性，且具有布孔位置选择方便和经济性好的优势，非常适合坡体地下水位控制的需要。

虹吸管初始状态为充满空气的空管，虹吸启动的基本条件是管内充满水。目前边坡虹吸启动方法主要有：出水口逆向压水启动虹吸和出水口抽吸启动虹吸两种方法。启动斜坡虹吸最常用的方法就是在出水口逆向压水，在虹吸管的出水口连接高压注水设备，通过人力或动力等产生高压，迫使外界水流进入虹吸管，通过虹吸管反向流入坡体，使虹吸管充满水后，移除出水口连接的高压注水设备，实现虹吸启动。由于斜坡虹吸排水的出水口位置可能很低，与虹吸管顶点的高差可能远大于10m，除高差外，虹吸管长度可能达到200～300m，管壁粘滞阻力等影响也需要克服，因此逆向压水设备的压力必须可以快速有效地抬升数十米水柱高度，另一问题是逆向压水常常因缺乏必要的水源而使虹吸启动面临困难。在虹吸管出水口连接真空泵进行抽吸，抽气启动虹吸也是可行的方法，但边坡虹吸扬程高，虹吸管出水口抽吸启动的难度较大，一般需要大功率真空泵。另外，受各种因素影响，施工期启动虹吸后，有些虹吸孔可能发生断流，需要重复进行虹吸启动。

但边坡虹吸排水具有高扬程和长管路的特点，虹吸启动有许多制约因素。因而，为保证排水装置的长期稳定可靠工作，如何高效启动虹吸排水成为研究工作中长期要解决和改善的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种增压启动虹吸排水的装置及方法。

本发明提供一种增压启动虹吸排水的装置，所述装置包括：气囊，所述气囊为柔性可充气膨胀部件，以紧密接触周围边界形成气密性空间；钻孔输气管，所述钻孔输气管穿过/绕过所述气囊，以进入所述气密性空间；排水管，所述排水管穿过/绕过所述气囊；通过所述钻孔输气管增大所述气密性空间内的气压，使所述气密性空间内的气压增量所对应的水柱高度大于地下水位线与钻孔孔口的高差、小于钻孔孔底与钻孔孔口的高差，所述排水管将所述气密性空间内的水排出至所述气密性空间外。

在一个实施方式中，所述气密性空间为边坡和/或隧道内的钻孔，所述钻孔从水平面向下倾斜。

在一个实施方式中，所述排水管一端延伸至所述钻孔的底部，另一端延伸通过所述钻孔孔口的边坡下部。

在一个实施方式中，所述钻孔输气管在所述钻孔内的延伸长度小于所述排水管。

在一个实施方式中，所述气囊通过气囊输气管与高压空气源连通以进行充气。

在一个实施方式中，钻孔输气管与高压空气源连通。

本发明还提供一种增压启动虹吸排水的方法，包括前述任一项所述的增压启动虹吸排水的装置，其中：将所述装置放置在钻孔的靠近出口的位置，启动高压空气源为所述气囊充气，使得所述气囊充气膨胀，以紧密接触钻孔的周围边界在钻孔内部形成气密性空间；启动高压空气源，为所述气密性空间内增压，使得所述气密性空间内的气压增增量所对应的水柱高度大于地下水位线与钻孔孔口的高差、小于钻孔孔底与钻孔孔口的高差，通过所述排水管将所述气密性空间内的水排出至所述气密性空间外。

附图说明

图1为本发明的增压启动虹吸排水装置的示意图。

图中：高压空气源1、钻孔输气管2、气囊输气管3、气囊4、排水管5、钻孔6、地下水位7、坡面8。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特征细节仅仅是为了帮助全面理解本发明的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本发明的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，省略了对已知功能和构造的描述。

应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。

在本发明的各种实施例中，应理解，下述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

应理解，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本申请所提供的实施例中，应理解，“与A相应的B”表示B与A相关联，根据A可以确定B。但还应理解，根据A确定B并不意味着仅仅根据A确定B，还可以根据A和/或其它信息确定B。

实施例

本发明具体涉及一种增压启动虹吸排水的装置及方法。尽管本发明的实施方式以边坡的钻孔的应用为例进行说明，应当理解地是，隧道等其他具有相似应用场景、以及其他不脱离本发明原理和变形方式的应用场景中也当然适用本发明的装置及方法，这些应用也应当归属于本发明的保护范围。

以下，以边坡的钻孔为例详细描述本发明的方案。

如图1所示，边坡通常具有大致倾斜的坡面8，其通常从具有相对较高的位置处以平整/不平整的方式向水平面变化。在实际工程中，边坡坡面8上还会附着植被、临时和/或永久性建筑物等。

钻孔6通常从坡面8开始向边坡内部延伸。钻孔6相对于水平面而言可以具有各种角度。由于仰倾(在边坡内部向上延伸的钻孔)钻孔实质上是直接排出地下水的钻孔，因而不在本发明的研究范围之内。本发明所指的钻孔为俯倾孔(在边坡内部向下延伸的钻孔)。

进一步的，钻孔6在边坡内部向下延伸至边坡内部的土体的地下水位7以下。从而，在自然状态下，钻孔6内部会汇集地下水，并且该地下水在无法自行从钻孔6的出口端排出。

增压启动虹吸排水的装置具体包括：

柔性的气囊4，当放置在钻孔内部后，其可通过充气膨胀以与钻孔的侧壁紧密接触，保持钻孔内部的气密性。

进一步地，该气囊4可通过气囊输气管3连通至钻孔外部，以便于与高压空气源1连通。

排水管5，其穿过/绕过气囊4，一端延伸穿过气囊并伸入钻孔6底部，另一端则延伸通过钻孔6的出口至边坡外。

钻孔输气管2，其穿过/绕过气囊4，一端延伸穿过气囊伸入钻孔上部，另一端则延伸通过钻孔6的出口以与高压空气源1连通。

尽管本发明未详细示出排水管5、钻孔输气管2穿过/绕过气囊4的具体方式，应当理解的是，上述技术在充气技术领域已经广泛应用，因此在本发明中不再赘述。

为便于理解，以下进一步描述本发明的装置应用的方法。

在坡面钻探形成向下的钻孔6后，将排水管5的进水口一端置于钻孔6底部，将钻孔输气管2、气囊输气管3和气囊4置于钻孔6的孔口的内壁与排水管5之间，保持钻孔输气管2的出气口位于气囊下部不受气囊膨胀堵塞，连接气囊输气管3与高压空气源1，向气囊4充气，使气囊膨胀封闭钻孔6的孔口。

连接钻孔输气管2与高压空气源1，向钻孔充气，使钻孔内的气压增量所对应的水柱高度大于地下水位线与钻孔孔口的高差、小于钻孔孔底与钻孔孔口的高差，保持气囊4充气压力大于钻孔内充气压力，利用孔内高于坡面的气压驱使孔内地下水通过排水管5流出坡面，达到启动虹吸。

尽管图中未示出，应当理解的是，一旦水流从排水管5出口流出，虹吸条件就达成，因而高压空气源可以停止工作，而不会破坏虹吸水流。

最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前叙述实施对本发明进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神与范围。

Claims (7)

1.一种增压启动虹吸排水的装置，其特征在于，所述装置包括：

气囊(4)，所述气囊(4)为柔性可充气膨胀部件，以紧密接触周围边界形成气密性空间；

钻孔输气管(2)，所述钻孔输气管(2)穿过/绕过所述气囊(4)，以进入所述气密性空间；

排水管(5)，所述排水管(5)穿过/绕过所述气囊(4)；通过所述钻孔输气管(2)增大所述气密性空间内的气压，使所述气密性空间内的气压增量所对应的水柱高度大于地下水位线与钻孔孔口的高差、小于钻孔孔底与钻孔孔口的高差，所述排水管(5)将所述气密性空间内的水排出至所述气密性空间外。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于,所述气密性空间为边坡和/或隧道内的钻孔(6)，所述钻孔(6)从水平面向下倾斜。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于,所述排水管(5)一端延伸至所述钻孔(6)的底部，另一端延伸通过所述钻孔(6)的孔口的边坡下部。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于,所述钻孔输气管(2)在所述钻孔(6)内的延伸长度小于所述排水管(5)。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于,所述气囊(4)通过气囊输气管(3)与高压空气源(1)连通以进行充气。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于,钻孔输气管(2)与高压空气源连通。

7.一种增压启动虹吸排水的方法，包括权利要求1至6中任一项所述的增压启动虹吸排水的装置，其特征在于：

将所述装置放置在钻孔(6)的靠近出口的位置，启动高压空气源(1)为所述气囊(4)充气，使得所述气囊(4)充气膨胀，以紧密接触钻孔(6)的周围边界在钻孔(6)内部形成气密性空间；

启动高压空气源(1)为所述气密性空间内增压,使得所述气密性空间内的气压增量所对应的水柱高度大于地下水位线与钻孔孔口的高差、小于钻孔孔底与钻孔孔口的高差，通过所述排水管(5)将所述气密性空间内的水排出至所述气密性空间外。

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