CN111379590B - 隧道运营期排水系统及排水方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及隧道排水技术领域，提供了一种隧道运营期排水系统，包括虹吸管、集气箱和风动力机构；所述集气箱的底部通过连接管与虹吸管的最高处连通；所述风动力机构包括排气箱、隔膜、扇叶、第一单向连通机构和第二单向连通机构。提供了一种隧道运营期排水方法，通过虹吸管将隧道围岩内的水排至隧道内的排水沟中，当列车进入隧道后，列车产生的活塞风吹向扇叶并带动扇叶转动，扇叶通过传动机构带动隔膜来回鼓动，进而将虹吸管内的空气排走。本发明实施例的隧道运营期排水系统及排水方法，通过集气箱收集虹吸管顶部聚集的空气，并通过风动力机构将集气箱内的空气排走，进而避免虹吸管顶部的真空度失效，保证虹吸排水长时间正常运行。

Description

隧道运营期排水系统及排水方法

技术领域

本发明涉及隧道排水技术领域，尤其是一种隧道运营期排水系统及排水方法。

背景技术

在隧道运营期间，隧道漏水不仅影响隧道运营，而且会破坏隧道的结构，对隧道造成危害。因此，为了解决隧道漏水的问题，目前通常在隧道围岩内斜向下钻集水井，将虹吸管的进水端插入集水井的底部，将虹吸管的出水端放置在隧道内的排水沟中，虹吸管内最高点的水在重力作用下往虹吸管出口处流动，并在虹吸管的顶部产生负压，导致虹吸管进口处的水被吸入管内并流向最高点，从而使水源源不断地从隧道围岩内流至隧道内的排水沟中。因此，保持虹吸管顶部的真空度是确保虹吸排水正常工作的基础。

隧道内通过虹吸排水的过程中，溶解于水中的空气会因虹吸管内压力降低而析出形成气泡，但是由于隧道内虹吸管的长度较长，则会造成在虹吸过程中从水中析出的气泡不能随水排出，进而造成虹吸管顶部不断积聚空气，使虹吸管顶部的真空度逐渐下降，严重时会造成虹吸过程中断，进而造成隧道围岩内的水无法排出。而在隧道运营过程中，隧道内一般无值守人员，因此，当虹吸管失效后，这就会造成无法将隧道围岩内的水排走，长时间就会造成隧道漏水，影响隧道的安全。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种隧道运营期排水系统及排水方法，避免虹吸管顶部的真空度失效，保证虹吸排水正常运行。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：隧道运营期排水系统，包括虹吸管；还包括集气箱和风动力机构；所述集气箱的底部通过连接管与虹吸管的最高处连通；

所述风动力机构包括排气箱、隔膜、扇叶、第一单向连通机构和第二单向连通机构；所述隔膜设置在排气箱内、且隔膜的边沿与排气箱的内壁密封连接，并将排气箱的内腔分隔为排气室和驱动室；

所述集气箱的顶部通过第一单向连通机构与排气室连通，使集气箱内的气体向排气室单向流动；所述排气室还与第二单向连通机构连通，使排气室内的气体向排气箱外单向流动；所述驱动室内设置有传动机构，所述扇叶设置在排气箱的外部、并通过传动机构与隔膜传动连接，用于驱动隔膜来回鼓动。

进一步的，所述集气箱内设置有随液面上下浮动的浮球，且当该浮球向上移动至极限位置时，所述浮球与集气箱的顶部出口密封配合。

进一步的，所述传动机构包括活塞、连杆和曲拐轴；

所述驱动室内具有一活塞通道；所述活塞滑动连接在该活塞通道内，且该活塞将驱动室分隔为工作介质室和传动室；所述工作介质室位于隔膜与活塞之间、且该工作介质室内设置有工作介质；

所述曲拐轴转动安装在传动室内，且曲拐轴的一端伸至排气箱的外部、并与扇叶固定连接；所述连杆的两端分别与活塞和曲拐轴活动连接。

进一步的，所述排气室位于驱动室的上方；所述活塞通道竖向设置、且活塞在该活塞通道内可上下滑动。

进一步的，所述传动室的底部设置有排气口。

进一步的，所述工作介质为液压油。

进一步的，所述第一单向连通机构包括第一壳体，以及设置在第一壳体内部的第一球形阀芯；所述第一壳体的底部设置有上端大下端小的圆锥形的第一进气口，该第一进气口的内表面与第一球形阀芯的外表面密封配合；所述第一进气口通过管道与集气箱连通；所述第一壳体的上部还设置有第一出气口，所述第一出气口与排气室连通。

进一步的，所述第二单向连通机构包括第二壳体，以及设置在第二壳体内部的第二球形阀芯；所述第二壳体的底部设置有上端大下端小的圆锥形的第二进气口，该第二进气口的内表面与第二球形阀芯的外表面密封配合；所述第二进气口与排气室连通；所述第二壳体的上部还设置有第二出气口。

采用隧道运营期排水系统的排水方法，包括在隧道围岩需要排水的地方钻集水井，将虹吸管的进水端插入集水井的底部，将虹吸管的出水端放置在隧道内的排水沟中，通过虹吸管将隧道围岩内的水排至隧道内的排水沟中；

还包括在隧道内安装风动力机构，并使扇叶朝向列车驶来的方向；并将虹吸管的最高处通过集气箱与风动力机构连通；

当列车进入隧道后，列车产生的活塞风吹向扇叶并带动扇叶转动，扇叶通过传动机构带动隔膜来回鼓动，进而将虹吸管内的空气排走。

本发明的有益效果是：

1、本发明实施例的隧道运营期排水系统及排水方法，通过集气箱收集虹吸管顶部聚集的空气，并通过风动力机构将集气箱内的空气排走，进而避免虹吸管顶部的真空度失效，保证虹吸排水长时间正常运行。

2、利用列车在隧道内行驶产生的活塞风作为排气时的动力，不仅清洁环保、节约能源，而且可降低运行成本。

3、通过在集气箱内设置浮球，当集气箱内充满水后，通过该浮球封闭集气箱顶部的出口，防止集气箱内的水流至风动力机构内，避免水对风动力机构造成损坏，提高了该风动力机构的使用寿命。

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说，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是本发明实施例的隧道运营期排水系统的结构示意图；

图2是本发明实施例中的风动力机构的结构示意图；

图3、图4是本发明实施例中集气箱内的液面在不同高度时浮球的状态图；

图5、图6是本发明实施例中的风动力机构在运行过程中的状态图。

图中附图标记为：1-虹吸管，2-集气箱，3-风动力机构，4-隧道，5-集水井，21-浮球， 22-连接杆，31-排气箱，32-隔膜，33-扇叶，34-排气室，35-活塞，36-连杆，37-曲拐轴，38-工作介质室，39-传动室，40-排气口，51-第一壳体，52-第一球形阀芯，61-第二壳体，62-第二球形阀芯。

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。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。

如图1、图2所示，本发明实施例的隧道运营期排水系统，包括虹吸管1；还包括集气箱 2和风动力机构3；所述集气箱2的底部通过连接管与虹吸管1的最高处连通；

所述风动力机构3包括排气箱31、隔膜32、扇叶33、第一单向连通机构和第二单向连通机构；所述隔膜32设置在排气箱31内、且隔膜32的边沿与排气箱31的内壁密封连接，并将排气箱31的内腔分隔为排气室34和驱动室；

所述集气箱2的顶部通过第一单向连通机构与排气室34连通，使集气箱2内的气体向排气室34单向流动；所述排气室34还与第二单向连通机构连通，使排气室34内的气体向排气箱31外单向流动；所述驱动室内设置有传动机构，所述扇叶33设置在排气箱31的外部、并通过传动机构与隔膜32传动连接，用于驱动隔膜32来回鼓动。

如图1所示，本发明实施例的隧道运营期排水系统，包括虹吸管1，集气箱2和风动力机构3。在隧道围岩内斜向下钻有集水井5，所述虹吸管1的进口端斜向下插入隧道围岩内的集水井5的底部，虹吸管1的出口端设置在隧道4内的排水沟中。排水时，隧道围岩内的水先在集水井5内聚集，然后通过虹吸管1的虹吸原理将集水井5内的水排至隧道4内的排水沟中。

所述集气箱2设置在虹吸管1最高处的上方，且集气箱2的底部通过连接管与虹吸管1 的最高处连通，这样就可通过集气箱2收集虹吸管1内的空气，然后通过风动力机构3将集气箱2内的空气排走，以使虹吸管1的顶部具有较高的真空度，以保证虹吸管1可长时间持续虹吸排水。

采用隧道运营期排水系统的排水方法，包括在隧道围岩需要排水的地方钻集水井5，将虹吸管1的进水端插入集水井5的底部，将虹吸管1的出水端放置在隧道4内的排水沟中，通过虹吸管1将隧道围岩内的水排至隧道4内的排水沟中；

还包括在隧道4内安装风动力机构3，并使扇叶33朝向列车驶来的方向；并将虹吸管1 的最高处通过集气箱2与风动力机构3连通；

当列车进入隧道4后，列车产生的活塞风吹向扇叶33并带动扇叶33转动，扇叶33通过传动机构带动隔膜32来回鼓动，进而将虹吸管1内的空气排走。

列车在隧道4内行驶时，产生的活塞风的流向与车辆的行驶方向一致，因此，将扇叶33 朝向列车驶来的方向设置，能够充分利用活塞风的动能，提高扇叶33的转速。本发明实施例中，通过集气箱2持续收集虹吸管1顶部聚集的空气；当有列车在隧道4内行驶时，列车产生的活塞风带动扇叶33转动，扇叶33在转动的过程中，通过传动机构驱动隔膜32来回鼓动，通过隔膜32的来回鼓动改变排气室34的容积，当排气室34的容积变大时，将集气箱2内的空气通过第一单向连通机构吸入排气室34中，当排气室34的容积变小时，将排气室34内的空气通过第二单向连通机构排至隧道4内；进而使虹吸管1的顶部保持较高的真空度，避免虹吸管1失效。

本发明实施例的隧道运营期排水系统及排水方法，通过集气箱2收集虹吸管1顶部聚集的空气，并通过风动力机构3将集气箱2内的空气排走，进而避免虹吸管1顶部的真空度失效，保证虹吸排水长时间正常运行。利用列车在隧道4内行驶产生的活塞风作为排气时的动力，不仅清洁环保、节约能源，而且可降低运行成本。

通过本发明实施例中的风动力机构3将集气箱2内的空气排走的过程中，应尽量避免集气箱2内的水通过管道进入风动力机构3内，以提高风动力机构3的使用寿命。作为一种优选的实施方式，所述集气箱2内设置有随液面上下浮动的浮球21，且当该浮球21向上移动至极限位置时，所述浮球21与集气箱2的顶部出口密封配合。所述浮球21的形状为球形，漂浮在水面上。为了提高浮球21随液面上下浮动的稳定性及可靠性，作为优选的实施方式，所述浮球21通过导向装置安装在集气箱2内。所述导向装置可以是竖向设置在集气箱2内的导向杆，所述浮球21与导向杆滑动连接，使浮球21可沿导向杆上下滑动；当浮球21随液面向上移动至极限位置时，所述浮球21与集气箱2的顶部出口密封配合，将集气箱2的顶部出口封闭。所述导向装置还可以是连接杆22，所述连接杆22的一端与集气箱2的内侧壁铰接，另一端与浮球21连接。连接杆22可绕铰接点在竖直面内转动，进而对浮球21进行导向，当浮球21随液面向上移动至极限位置时，所述浮球21与集气箱2的顶部出口密封配合，将集气箱2的顶部出口封闭。

如图3所示，当虹吸管1内的空气在集气箱2内聚集后，集气箱2内的真空度会下降，进而使集气箱2内的液面下降，使浮球21的高度降低，进而打开集气箱2的顶部出口；当风动力机构3运行时，会将集气箱2内的空气排至隧道4内，进而使集气箱2内的真空度升高，使集气箱2内的液面上升，进而浮球21的高度升高，当浮球21随液面向上移动至极限位置时，所述浮球21与集气箱2的顶部出口密封配合，将集气箱2的顶部出口封闭，如图4所示；此时，不仅避免了集气箱2内的水进入到风动力机构3内，而且保证了集气箱2内的真空度达到最大值，虹吸管1可持续虹吸排水。

所述传动机构的作用是将扇叶33的转动运动转化为隔膜32的来回鼓动运动，可采用现有任意一种能够实现该功能的传动结构。例如，可以包括安装在驱动室内的转轴，转轴的一端伸至排气箱31的外部，并与扇叶33固定连接，转轴的另一端固定有曲柄，曲柄与滑动安装在驱动室内的滑块连接，滑块与隔膜32连接。

作为优选的实施方式，所述传动机构包括活塞35、连杆36和曲拐轴37；所述驱动室内具有一活塞通道；所述活塞35滑动连接在该活塞通道内，且该活塞35将驱动室分隔为工作介质室38和传动室39；所述工作介质室38位于隔膜32与活塞35之间、且该工作介质室38内设置有工作介质；所述曲拐轴37转动安装在传动室39内，且曲拐轴37的一端伸至排气箱31的外部、并与扇叶33固定连接；所述连杆36的两端分别与活塞35和曲拐轴37活动连接。

如图2所示，所述活塞35滑动安装在活塞通道内，且活塞35与活塞通道之间具有良好的密封性，防止出现泄漏现象。所述工作介质可以为空气、液体等，作为优选，所述工作介质为液压油。所述曲拐轴37包括两个同轴设置的主轴颈，分别与每个主轴颈连接的曲柄臂，以及与两个曲柄臂连接的连杆轴颈。为了尽可能降低曲拐轴37在转动过程中的摩擦阻力，作为优选，所述曲拐轴37的两个主轴颈分别通过轴承结构与排气箱31的侧壁连接。所述连杆 36的一端与活塞35铰接，另一端与套在曲拐轴37的连杆轴颈上的套筒连接，该套筒可在曲拐轴37的连杆轴颈上转动。

在工作时，列车行驶时产生的活塞风带动扇叶33转动，扇叶33带动曲拐轴37转动，进而通过连杆36带动活塞35在活塞通道内往复运动，活塞35的运动通过工作介质室38内的工作介质而传到隔膜32，使隔膜32来回鼓动。

所述活塞通道可以水平设置，也可以竖向设置，在此不做具体的限定。如图2所示，所述排气室34位于驱动室的上方；所述活塞通道竖向设置、且活塞35在该活塞通道内可上下滑动。随着活塞35的往复运动，为了避免传动室39内的气压发生变化，作为优选的实施方式，所述传动室39的底部设置有排气口40。

所述隔膜32应具有良好的柔韧性，还要有较好的耐腐蚀性能，通常采用聚四氟乙烯、橡胶等材质制成。当然，隔膜32还可以采用其他材质制作而成，在此不做具体的限定。隔膜 32的边沿可以直接与排气箱31的内壁密封连接。为了方便安装隔膜32，作为优选的实施方式，所述排气箱31包括相互扣合的上箱体和下箱体；所述上箱体和下箱体均具有环形扣合面、并通过两环形扣合面相对扣合连接，所述隔膜32的边沿设置在两环形扣合面之间以实现与排气箱31内壁的密封连接。

所述第一单向连通机构和第二单向连通机构即只允许流体单向流动的机构；在第一单向连通机构的作用下，集气箱2内的空气只能进入到风动力机构3的排气室34内，而不能反向流动；在第二单向连通机构的作用下，排气室34内的空气只能排至隧道4内，而不能反向流动。所述第一单向连通机构和第二单向连通机构均可以采用现有的使气体单向流动的结构，例如单向阀等。

作为优选的实施方式，所述第一单向连通机构包括第一壳体51，以及设置在第一壳体51 内部的第一球形阀芯52；所述第一壳体51的底部设置有上端大下端小的圆锥形的第一进气口，该第一进气口的内表面与第一球形阀芯52的外表面密封配合；所述第一进气口通过管道与集气箱2连通；所述第一壳体51的上部还设置有第一出气口，所述第一出气口与排气室34连通。所述第二单向连通机构包括第二壳体61，以及设置在第二壳体61内部的第二球形阀芯62；所述第二壳体61的底部设置有上端大下端小的圆锥形的第二进气口，该第二进气口的内表面与第二球形阀芯62的外表面密封配合；所述第二进气口与排气室34连通；所述第二壳体61的上部还设置有第二出气口。所述第一球形阀芯52和第二球形阀芯62可以采用塑料、金属等制成；优选的，所述第一球形阀芯52和第二球形阀芯62采用不锈钢制成。

下面结合图2、图5、图6对第一单向连通机构和第二单向连通机构的工作过程进行说明。

图2所示为扇叶33停止转动时的状态，此时，所述第一球形阀芯52位于第一进气口处、并将第一进气口堵死，所述第二球形阀芯62位于第二进气口处、并将第二进气口堵死。

图5、图6所示为扇叶33在转动时的状态。如图5所示，扇叶33转动，带动活塞35向上运动，通过工作介质室38内的液压油使隔膜32向上鼓动，进而使排气室34的容积减小、气压升高，当排气室34内的气压大于隧道4内的气压时，通过排气室34内的空气将第二球形阀芯62顶起，第二进气口打开，排气室34内的空气排至隧道4内；当活塞35向上运动至上极限位置时，且排气室34内的气压与隧道4内的气压平衡后，第二球形阀芯62在重力的作用下落在第二进气口处，并将第二进气口堵死。如图6所示，扇叶33继续转动，带动活塞 35向下运动，通过工作介质室38内的液压油使隔膜32向下鼓动，进而使排气室34的容积增大、气压降低，当集气箱2内的气压高于排气室34内的气压时，集气箱2内的空气将第一球形阀芯52顶起，第一进气口打开，集气箱2内的空气流至排气室34内；当活塞35向下运动至下极限位置时、且集气箱2内的气压与排气室34内的气压平衡后，第一球形阀芯52在重力的作用下落在第一进气口处，并将第一进气口堵死。然后随着扇叶33的持续转动，进而达到将集气箱2内的空气排走，并使虹吸管1顶部保持较高的真空度，进而持续虹吸排水。

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 (8)

1.隧道运营期排水系统，包括虹吸管(1)；其特征在于，还包括集气箱(2)和风动力机构(3)；所述集气箱(2)的底部通过连接管与虹吸管(1)的最高处连通；

所述风动力机构(3)包括排气箱(31)、隔膜(32)、扇叶(33)、第一单向连通机构和第二单向连通机构；所述隔膜(32)设置在排气箱(31)内、且隔膜(32)的边沿与排气箱(31)的内壁密封连接，并将排气箱(31)的内腔分隔为排气室(34)和驱动室；

所述集气箱(2)的顶部通过第一单向连通机构与排气室(34)连通，使集气箱(2)内的气体向排气室(34)单向流动；所述排气室(34)还与第二单向连通机构连通，使排气室(34)内的气体向排气箱(31)外单向流动；所述驱动室内设置有传动机构，所述扇叶(33)设置在排气箱(31)的外部、并通过传动机构与隔膜(32)传动连接，用于驱动隔膜(32)来回鼓动；

所述集气箱(2)内设置有随液面上下浮动的浮球(21)，且当该浮球(21)向上移动至极限位置时，所述浮球(21)与集气箱(2)的顶部出口密封配合。

2.根据权利要求1所述的隧道运营期排水系统，其特征在于，所述传动机构包括活塞(35)、连杆(36)和曲拐轴(37)；

所述驱动室内具有一活塞通道；所述活塞(35)滑动连接在该活塞通道内，且该活塞(35)将驱动室分隔为工作介质室(38)和传动室(39)；所述工作介质室(38)位于隔膜(32)与活塞(35)之间、且该工作介质室(38)内设置有工作介质；

所述曲拐轴(37)转动安装在传动室(39)内，且曲拐轴(37)的一端伸至排气箱(31)的外部、并与扇叶(33)固定连接；所述连杆(36)的两端分别与活塞(35)和曲拐轴(37)活动连接。

3.根据权利要求2所述的隧道运营期排水系统，其特征在于，所述排气室(34)位于驱动室的上方；所述活塞通道竖向设置、且活塞(35)在该活塞通道内可上下滑动。

4.根据权利要求3所述的隧道运营期排水系统，其特征在于，所述传动室(39)的底部设置有排气口(40)。

5.根据权利要求2、3或4所述的隧道运营期排水系统，其特征在于，所述工作介质为液压油。

6.根据权利要求1所述的隧道运营期排水系统，其特征在于，所述第一单向连通机构包括第一壳体(51)，以及设置在第一壳体(51)内部的第一球形阀芯(52)；所述第一壳体(51)的底部设置有上端大下端小的圆锥形的第一进气口，该第一进气口的内表面与第一球形阀芯(52)的外表面密封配合；所述第一进气口通过管道与集气箱(2)连通；所述第一壳体(51)的上部还设置有第一出气口(2)，所述第一出气口(2)与排气室(34)连通。

7.根据权利要求1或6所述的隧道运营期排水系统，其特征在于，所述第二单向连通机构包括第二壳体(61)，以及设置在第二壳体(61)内部的第二球形阀芯(62)；所述第二壳体(61)的底部设置有上端大下端小的圆锥形的第二进气口，该第二进气口的内表面与第二球形阀芯(62)的外表面密封配合；所述第二进气口与排气室(34)连通；所述第二壳体(61)的上部还设置有第二出气口。

8.采用如权利要求1-7中的隧道运营期排水系统的排水方法，包括在隧道围岩需要排水的地方钻集水井(5)，将虹吸管(1)的进水端插入集水井(5)的底部，将虹吸管(1)的出水端放置在隧道(4)内的排水沟中，通过虹吸管(1)将隧道围岩内的水排至隧道(4)内的排水沟中；

其特征在于，还包括在隧道(4)内安装风动力机构(3)，并使扇叶(33)朝向列车驶来的方向；并将虹吸管(1)的最高处通过集气箱(2)与风动力机构(3)连通；

当列车进入隧道(4)后，列车产生的活塞风吹向扇叶(33)并带动扇叶(33)转动，扇叶(33)通过传动机构带动隔膜(32)来回鼓动，进而将虹吸管(1)内的空气排走。

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