CN111335946A - 隧道排水系统及排水方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种隧道排水系统,包括虹吸管、排气装置,虹吸管连接有分支管,排气装置包括排气箱、外活塞筒和内活塞筒,内活塞筒位于排气箱内并将排气箱分隔为互不相通的进气腔和排气腔,虹吸管与进气腔相连,排气腔连接有排气管;外活塞筒固定在排气箱的外壁,内活塞筒由第一活塞分隔为第一抽气腔和第二抽气腔,外活塞筒内设置有第二活塞,第二活塞和第一活塞相连;第二活塞连接有传动杆,传动杆连接有迎风板;第二活塞与排气箱之间的外活塞筒上设置有气孔,所述第一活塞与排气箱侧壁之间设置有复位弹簧。还提供了上述隧道排水系统的排水方法。本发明利用车辆带来的活塞风作为动力,清洁环保,节约能源,降低运行成本。

Description

隧道排水系统及排水方法
技术领域
本发明涉及排水技术领域,尤其是一种隧道排水系统及排水方法。
背景技术
山岭隧道往往地处偏远地区,隧道盲管阻塞失效后,隧道围岩地下水难以排出,会对隧道结构安全产生很大的影响,偏远地区交通不便,维修困难,普通排水措施效果不佳,现有技术中,虹吸排水具有免动力排水优势,可自动排水。然而,排水过程中断后,虹吸管内容易累积空气,逐渐丧失真空度,导致虹吸作用失效。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种隧道排水系统及排水方法,利用虹吸原理排水,且避免虹吸管内因空气不断积累而丧失真空度,保证排水系统能够长时间正常运行。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:隧道排水系统,包括虹吸管,虹吸管连接有分支管,还包括排气装置,所述排气装置包括排气箱、同轴设置的外活塞筒和内活塞筒,所述内活塞筒位于排气箱内并将排气箱分隔为互不相通的进气腔和排气腔,所述虹吸管与进气腔相连,排气腔连接有排气管;所述外活塞筒固定在排气箱的外壁,所述内活塞筒由第一活塞分隔为第一抽气腔和第二抽气腔,所述外活塞筒内设置有第二活塞,第二活塞和第一活塞之间通过连杆相连;所述第一抽气腔通过第一单向机构与进气腔相连,通过第二单向机构与排气腔相连;所述第二抽气腔通过第三单向机构与进气腔相连,通过第四单向机构与排气腔相连,第一单向机构和第三单向机构的导通方向为由进气腔通向内活塞筒内,第二单向机构和第四单向机构的导通方向为由内活塞筒内通向排气腔;第二活塞连接有传动杆,所述传动杆连接有迎风板;第二活塞与排气箱之间的外活塞筒上设置有气孔,所述第一活塞与排气箱侧壁之间设置有复位弹簧。
进一步地,所述内活塞筒和外活塞筒为矩形筒体,所述进气腔位于内活塞筒的下方,排气腔位于内活塞筒的上方。
进一步地,所述第一单向机构、第二单向机构、第三单向机构和第四单向机构均包括T形的堵头,所述第一抽气腔和第二抽气腔的顶板和底板上均设置有通孔,所述堵头的小端位于通孔内,大端覆盖通孔。
进一步地,所述虹吸管连接有分支管。
上述隧道排水系统的排水方法,包括
在隧道围岩需要进行排水的位置钻积水孔;
安装排气装置,将虹吸管的一端伸入积水孔的底部,另一端同时连接到分支管和排气箱的进气腔,将排气管连接到排气箱的排气腔;
将分支管和虹吸管中灌满水,虹吸管的进水端和分支管的出水端均位于水面之下,即可在虹吸作用下排水;
有车辆经过时产生活塞风,活塞风吹向迎风板,风力通过迎风板和传动杆传递至第二活塞,推动第二活塞朝着排气箱的方向运动,第二活塞则通过连杆带动第一活塞滑动,复位弹簧被压缩,此时,第一抽气腔内的压强增加,第二抽气腔内的压强减小,从而将第一抽气腔内的空气或者水压入排气腔,排气腔中的空气或者水进入排气管排出,同时将进气腔中的水或者空气吸入第二抽气腔,虹吸管内的空气或者水进入进气腔;
车辆离开后,活塞风消失,复位弹簧推动第一活塞和第二活塞复位,此时,第一抽气腔内的压强减小,第二抽气腔内的压强增加,从而将进气腔中的水或者空气吸入第一抽气腔,虹吸管内的空气或者水进入进气腔;同时第二抽气腔内的空气或者水压入排气腔,排气腔中的空气或者水进入排气管排出。
进一步地,在隧道围岩底部挖排水沟,排气管和分支管通向排水沟。
本发明的有益效果是:1、利用车辆带来的活塞风作为动力,清洁环保,节约能源,降低运行成本。2、车辆源源不断地经过,保证动力充足,排水系统能够长时间稳定地运行。3、排气装置结构简单,造价低,且安装方便,施工成本低,后期维修方便。
附图说明
图1是排水系统的整体示意图;
图2是排气装置的示意图;
图3是车辆经过时排气装置的示意图;
图4是车辆经过之后排气装置复位的示意图;
附图标记:2—积水孔;3—虹吸管;31—分支管;4—排水沟;5—排气装置;51—外活塞筒;52—排气箱;53—进气腔;54—排气腔;55—传动杆;56—第一活塞;57—第一抽气腔;58—第二抽气腔;59—第二活塞;510—第一单向机构;511—第二单向机构;512—第三单向机构;513—第四单向机构;514—迎风板;515—复位弹簧;516—内活塞筒;517—气孔;6—排气管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1和图2所示,本发明的隧道排水系统,包括虹吸管3和排气装置5,虹吸管3同时连接分支管31和排气装置5,所述排气装置5包括排气箱52、同轴设置的外活塞筒51和内活塞筒516,所述内活塞筒516位于排气箱52内并将排气箱52分隔为互不相通的进气腔53和排气腔54,所述虹吸管3与进气腔53相连,排气腔54连接有排气管6;所述外活塞筒51固定在排气箱52的外壁,所述内活塞筒516由第一活塞56分隔为第一抽气腔57和第二抽气腔58,所述外活塞筒51内设置有第二活塞59,第二活塞59和第一活塞56之间通过连杆516相连;所述第一抽气腔57通过第一单向机构510与进气腔53相连,通过第二单向机构511与排气腔54相连;所述第二抽气腔58通过第三单向机构512与进气腔53相连,通过第四单向机构513与排气腔54相连,第一单向机构510和第三单向机构512的导通方向为由进气腔53通向内活塞筒516内,第二单向机构511和第四单向机构513的导通方向为由内活塞筒516内通向排气腔54;第二活塞59连接有传动杆55,所述传动杆55连接有迎风板514;第二活塞59与排气箱52之间的外活塞筒51上设置有气孔517,所述第一活塞56与排气箱52侧壁之间设置有复位弹簧515。
虹吸管3用于将隧道围岩中的水吸出,可采用塑料管道或者金属管道。分支管31用于将虹吸管3中的水排出,为了保证虹吸效应的持续性,虹吸管3的进口端应当位于水面之下,分支管31的出水端也位于水面之下,避免空气进入排水管线。
排气装置5则用于将虹吸管3中的空气排出,使得虹吸管3内具有较高的真空度,以实现长时间高效地排水。外活塞筒51和内活塞筒516采用金属筒体,第一活塞56与内活塞筒516之间滑动配合;第二活塞59与外活塞筒51滑动配合,确保第一活塞56和第二活塞59受到推力和拉力后能够轴向运动,且第一活塞56与内活塞筒516之间、第二活塞59与外活塞筒51具有良好的密封性,防止出现漏水漏气现象。第一活塞56、连杆516、第二活塞59、传动杆55和迎风板514连接为一个整体,可以同步运动。4个单向机构即只允许流体单向流动的机构,避免空气或水反向流动。
上述隧道排水系统的排水方法,包括
在隧道围岩需要进行排水的位置钻积水孔2。积水孔2倾斜向下,具体如图1所示,积水孔2周围的围岩中的地下水能够流入积水孔2,以便于集中排出。一般来说,在隧道的两侧围岩挖多个积水孔2才能满足排水要求,为了实现积水孔2中的水排出后再集中排放至隧道之外,可在隧道围岩底部挖排水沟4,或者安装一总排水管,该排水沟4或总排水管延伸至隧道之外。
安装排气装置5,迎风板514最好朝向车辆驶来的方向,车辆经过时带来的活塞风的流向与车辆的行驶方向一致,因此,迎风板514朝向车辆驶来的方向时,能够充分利用活塞风的动能,保证迎风板514受到足够大的推力,提高排气或者排水效率。
将虹吸管3的一端伸入积水孔2的底部,另一端同时连接到分支管31和排气箱52的进气腔53,将排气管6连接到排气箱52的排气腔54。此外,排气管6和分支管31通向排水沟4。
将分支管31和虹吸管3中灌满水,虹吸管3的进水端和分支管31的出水端均位于水面之下,具体地,虹吸管3的进水端位于积水孔2内的水面之下,分支管31的出水端均位于排水沟4的水面之下,即可在虹吸作用下排水。
随着排水时间的增加,虹吸管3内逐渐出现空气,排气装置5可将空气抽出,具体地:有车辆经过时产生活塞风,如图3所示,活塞风吹向迎风板514,风力通过迎风板514和传动杆55传递至第二活塞59,推动第二活塞59朝着排气箱52的方向运动,第二活塞59则通过连杆516带动第一活塞56滑动,复位弹簧515被压缩,此时,第一抽气腔57内的压强增加,第二抽气腔58内的压强减小,从而将第一抽气腔57内的空气或者水压入排气腔54,排气腔54中的空气或者水进入排气管6排出,同时将进气腔53中的水或者空气吸入第二抽气腔58,虹吸管3内的空气或者水进入进气腔53;
车辆离开后,活塞风消失,如图4所示,复位弹簧515推动第一活塞56和第二活塞59复位,此时,第一抽气腔57内的压强减小,第二抽气腔58内的压强增加,从而将进气腔53中的水或者空气吸入第一抽气腔57,虹吸管3内的空气或者水进入进气腔53;同时第二抽气腔58内的空气或者水压入排气腔54,排气腔54中的空气或者水进入排气管6排出。
气孔517的作用在于将第二活塞59与排气箱52之间的空间连通外界气体,使得内外压力相同,避免第二活塞59运动时产生阻力。
由于车辆会源源不断地经过,不断地产生活塞风,因此可以保证排气装置5的运行频率,当虹吸管3内出现空气时可以及时排出,保证虹吸管3内的真空度,使得排水系统长时间正常运行。当虹吸管3中不存在空气时,排气装置5的运行可将虹吸管3中的水直接抽出,加快排水速度。
进气腔53和排气腔54可位于内活塞筒516的左右两侧,第一单向机构510、第二单向机构511、第三单向机构512和第四单向机构513可采用常规的单向阀,作为优选的实施方式:所述内活塞筒516和外活塞筒51为矩形筒体,所述进气腔53位于内活塞筒516的下方,排气腔54位于内活塞筒516的上方。所述第一单向机构510、第二单向机构511、第三单向机构512和第四单向机构513均包括T形的堵头,所述第一抽气腔57和第二抽气腔58的顶板和底板上均设置有通孔,所述堵头的小端位于通孔内,大端覆盖通孔。
排气装置5设置于虹吸管3的最高处。当虹吸管3中进入空气时,由于空气的密度远小于水,会在虹吸管3的最高处聚集,因此,将排气装置5设置于虹吸管3的最高处,可以高效地将空气抽出。
本发明利用车辆带来的活塞风作为动力,清洁环保,节约能源,降低运行成本。车辆源源不断地经过,保证动力充足,排水系统能够长时间稳定地运行。排气装置结构简单,造价低,且安装方便,施工成本低,后期维修方便。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。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 (6)

1.隧道排水系统,其特征在于:包括虹吸管(3),虹吸管(3)连接有分支管(31),还包括排气装置(5),所述排气装置(5)包括排气箱(52)、同轴设置的外活塞筒(51)和内活塞筒(516),所述内活塞筒(516)位于排气箱(52)内并将排气箱(52)分隔为互不相通的进气腔(53)和排气腔(54),所述虹吸管(3)与进气腔(53)相连,排气腔(54)连接有排气管(6);所述外活塞筒(51)固定在排气箱(52)的外壁,所述内活塞筒(516)由第一活塞(56)分隔为第一抽气腔(57)和第二抽气腔(58),所述外活塞筒(51)内设置有第二活塞(59),第二活塞(59)和第一活塞(56)之间通过连杆(516)相连;所述第一抽气腔(57)通过第一单向机构(510)与进气腔(53)相连,通过第二单向机构(511)与排气腔(54)相连;所述第二抽气腔(58)通过第三单向机构(512)与进气腔(53)相连,通过第四单向机构(513)与排气腔(54)相连,第一单向机构(510)和第三单向机构(512)的导通方向为由进气腔(53)通向内活塞筒(516)内,第二单向机构(511)和第四单向机构(513)的导通方向为由内活塞筒(516)内通向排气腔(54);第二活塞(59)连接有传动杆(55),所述传动杆(55)连接有迎风板(514);第二活塞(59)与排气箱(52)之间的外活塞筒(51)上设置有气孔(517),所述第一活塞(56)与排气箱(52)侧壁之间设置有复位弹簧(515)。
2.如权利要求1所述的隧道排水系统,其特征在于:所述内活塞筒(516)和外活塞筒(51)为矩形筒体,所述进气腔(53)位于内活塞筒(516)的下方,排气腔(54)位于内活塞筒(516)的上方。
3.如权利要求2所述的隧道排水系统,其特征在于:所述第一单向机构(510)、第二单向机构(511)、第三单向机构(512)和第四单向机构(513)均包括T形的堵头,所述第一抽气腔(57)和第二抽气腔(58)的顶板和底板上均设置有通孔,所述堵头的小端位于通孔内,大端覆盖通孔。
4.如权利要求1所述的隧道排水系统,其特征在于:排气装置(5)设置于虹吸管(3)的最高处。
5.采用如权利要求1、2、3或4所述隧道排水系统的排水方法,其特征在于:包括
在隧道围岩需要进行排水的位置钻积水孔(2);
安装排气装置(5),将虹吸管(3)的一端伸入积水孔(2)的底部,另一端同时连接到分支管(31)和排气箱(52)的进气腔(53),将排气管(6)连接到排气箱(52)的排气腔(54);
将分支管(31)和虹吸管(3)中灌满水,虹吸管(3)的进水端和分支管(31)的出水端均位于水面之下,即可在虹吸作用下排水;
有车辆经过时产生活塞风,活塞风吹向迎风板(514),风力通过迎风板(514)和传动杆(55)传递至第二活塞(59),推动第二活塞(59)朝着排气箱(52)的方向运动,第二活塞(59)则通过连杆(516)带动第一活塞(56)滑动,复位弹簧(515)被压缩,此时,第一抽气腔(57)内的压强增加,第二抽气腔(58)内的压强减小,从而将第一抽气腔(57)内的空气或者水压入排气腔(54),排气腔(54)中的空气或者水进入排气管(6)排出,同时将进气腔(53)中的水或者空气吸入第二抽气腔(58),虹吸管(3)内的空气或者水进入进气腔(53);
车辆离开后,活塞风消失,复位弹簧(515)推动第一活塞(56)和第二活塞(59)复位,此时,第一抽气腔(57)内的压强减小,第二抽气腔(58)内的压强增加,从而将进气腔(53)中的水或者空气吸入第一抽气腔(57),虹吸管(3)内的空气或者水进入进气腔(53);同时第二抽气腔(58)内的空气或者水压入排气腔(54),排气腔(54)中的空气或者水进入排气管(6)排出。
6.采用如权利要求5所述的隧道排水方法,其特征在于:在隧道围岩底部挖排水沟(4),排气管(6)和分支管(31)通向排水沟(4)。
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