CN111852557A - 一种应用于非断流排水深隧工程的淤积清理方法 - Google Patents

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闵红平
阮超
彭冠平
黄文海
张延军
李家健
李胡爽
胡刚
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Abstract

本发明提供一种应用于非断流排水深隧工程的淤积清理方法，包括以下步骤：1)控制进水水质，过滤颗粒粒径大于0.2mm的杂质，并控制污水水流流速，保证污水水流流速大于0.65m/s；若隧道内淤积物仍发生沉积，则进入下一步骤；2)通过外部补水，增加隧道内水流流速，冲刷淤积物；若隧道内淤积物仍发生沉积，则进入下一步骤；3)放置水下机器人进行隧道清淤。本方法从排水隧道设计层面、隧道运营层面两部分综合考虑，通过合理有效的工序衔接，能保持排水深隧工程在长时间运行中，隧道内部不会出现大范围淤积物，保证隧道正常运营。相较于传统排水管道淤积清理具有不用断水排空、清淤效率高、安全系数高特点。

Description

一种应用于非断流排水深隧工程的淤积清理方法
技术领域
本发明涉及隧道清淤技术领域，具体为一种应用于非断流排水深隧工程的淤积清理方法。
背景技术
排水深隧工程在运营期间，由于污水中富含污泥杂质、污水不能保持恒定的流速，在长时间运行中，特别是长距离隧道中，污泥杂质会富集形成淤积。隧道中的淤积部位会影响污水流速，进一步导致淤积物积累增多，在隧道中形成堵塞，影响隧道安全运营，因此对排水深隧工程的淤积清理尤为重要。
传统的排水隧道在断水后，排出隧道内污水，采用人工或者机械设备清理淤积物。而对于非断流排水深隧工程而言，该方法需要人工或设备进入隧道内进行工作，因排水深隧工程具有高水压、满水运行等特点，人工清理安全风险极高，类似于绞车、高压水枪等传统的机械设备在进入隧道前，亦需要人工下放操作，且因排水深隧中满水带压，高压水枪的清淤效果在具有流速的污水中会被削弱，无法达到预期效果。因此需在保证人员安全，具有良好的清淤效果前提下，研究一种方法能应对在非断流、高水压、长距离等工况下清除排水深隧工程中的淤积物。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种应用于非断流排水深隧工程的淤积清理方法。该方法能应对在非断流、高水压、长距离等工况下清除排水深隧工程中的淤积物
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：
一种应用于非断流排水深隧工程的淤积清理方法，包括以下步骤：
1)控制进水水质，过滤颗粒粒径大于0.2mm的杂质，并控制污水水流流速，保证污水水流流速大于0.65m/s；若隧道内淤积物仍发生沉积，则进入下一步骤；
2)通过外部补水，增加隧道内水流流速，冲刷淤积物；若隧道内淤积物仍发生沉积，则进入下一步骤；
3)放置水下机器人进行隧道清淤。
优选地，步骤1)中水流流速和颗粒粒径的关系为：
Figure BDA0002571216810000011
Figure BDA0002571216810000012
Figure BDA0002571216810000021
Figure BDA0002571216810000022
Figure BDA0002571216810000023
Figure BDA0002571216810000024
D＝εD1
其中，VC：不淤临界流速(m/s)；CV:颗粒物浓度(mg/L)；CD:颗粒阻力系数；d：颗粒物粒径(mm)；ρf：颗粒物密度(kg/m3)；s:颗粒密度与介质密度比；w：颗粒物沉速(m/s)；μf：液体粘度(Pa·s)；
Figure BDA0002571216810000025
雷诺系数；ρy:污水密度(kg/m3)；g：重力加速度(m/s2)；D:缩比管道模型直径(m)；D1：排水深隧隧道直径(m)；ε：隧道模型与实际直径比例系数。
优选地，所述D1的范围为3～5m。
优选地，步骤1)中通过格栅设备过滤杂质。
优选地，步骤2)中隧道内水流流速为1.2m/s以上。
优选地，步骤2)中外部补水的水源为外部湖泊或河流。
优选地，步骤3)中水下机器人设置有清洗刷盘，所述清洗刷盘上设置有钢丝。
本发明的有益效果在于：本方法从排水隧道设计层面、隧道运营层面两部分综合考虑，通过合理有效的工序衔接，能保持排水深隧工程在长时间运行中，隧道内部不会出现大范围淤积物，保证隧道正常运营。相较于传统排水管道淤积清理具有不用断水排空、清淤效率高、安全系数高特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。
图1为非断流工况下排水深隧淤积清理流程图；
图2为格栅设备示意图；
图3为水下机器人示意图。
图4为不淤流速与颗粒粒径的关系图。
图中：1-格栅设备；2-过滤孔筛；3-水下机器人；4-冲洗刷盘。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图和实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
如图1至图3所示，其为本发明实施例提供的应用于非断流排水深隧工程的淤积清理方法，包括以下步骤：
1)控制进水水质，过滤粒径大于0.2mm的杂质，并控制污水水流流速，保证污水水流流速大于0.65m/s；若隧道内淤积物仍发生沉积，则进入下一步骤；
由于传统排水管道直径都较小，一般在1m左右，排水深隧工程中隧道直径一般在3m及以上，由于管道断面直径影响整体粗糙率，进而影响水流流速与淤积物对应关系，常规不淤流速计算公式不再适用，针对排水深隧工程不淤流速公式需要进行修正处理，在隧道直径在3～5m范围内，对隧道直径的修正系数取值ε为0.225。排水深隧工程不淤流速模型公式如下：
Figure BDA0002571216810000031
Figure BDA0002571216810000032
Figure BDA0002571216810000033
Figure BDA0002571216810000034
Figure BDA0002571216810000035
Figure BDA0002571216810000036
D＝εD1
其中，VC：不淤临界流速(m/s)；CV:颗粒物浓度(mg/L)；CD:颗粒阻力系数；d：颗粒物粒径(mm)；ρf：颗粒物密度(kg/m3)；s:颗粒密度与介质密度比；w：颗粒物沉速(m/s)；μf：液体粘度(Pa·s)；
Figure BDA0002571216810000037
雷诺系数；ρy:污水密度(kg/m3)；g：重力加速度(m/s2)；D:缩比管道模型直径(m)；D1：排水深隧隧道直径(m)；ε：隧道模型与实际直径比例系数。
图4为根据上述公式计算的不淤流速与一定范围颗粒粒径的关系图。在本实施例中，颗粒物浓度Cv为200mg/L，ρf：2240kg/m3，s：2.24；ρy＝1000kg/m3，μf：1.2×10pa·s，ε＝0.225，D1＝3m。因此，从图4可以看出，综合考虑粒径设备造价与污水流速调度，在颗粒物粒径值设置为0.2mm，流速设置为0.65m/s。
本实施例是通过在深隧进水端设置格栅设备1，过滤粒径大于0.2mm的颗粒物，保证隧道内污水中淤泥杂质重量轻，粒径小，能随着污水流动，降低沉积概率。同时，控制污水流速，为保证污水杂质能随污水流动，不仅要控制杂质粒径，污水流速也会影响杂质沉积效果，通过建立上述的水力模型分析研究后，得出在排水深隧工程中，污水运行流速最低为0.65m/s。
2)通过外部补水，增加隧道内水流流速，冲刷淤积物；若隧道内淤积物仍发生沉积，则进入下一步骤；
在排水深隧运营中，需要考虑在设计阶段提供的步骤1)的防淤措施均失效的情况下，保证隧道内淤积物不沉积，或即使发生沉积，有相应措施进行处理。在运营时期，应对深隧进水端格栅设备1、污水流速进行检查，保证隧道内污水中杂质粒径、污水流速满足设计要求。
当通过相关设备对隧道内淤积情况进行检查后，发现有淤积物时，可通过从外部补水，增加隧道内水流流量，进而增加污水流速，达到冲刷淤积物的效果，污水流速大于1.2m/s时，能将淤积物冲离隧道内壁，随污水流动至下游集中处理。
3)放置水下机器人进行隧道清淤。
若通过外部补水的方式，淤积物仍然无法清理，则需要放置水下机器人3，进入隧道对淤积进行针对性清理，水下机器人3主要通过电机带动冲洗刷盘4高速旋转将淤积物与隧道内壁剥离，随污水流动至下游集中处理。
应用于非断流工况下排水深隧工程淤积清理的方法具体如下：
未处理的生活污水中含有各种杂质，在生活污水进入排水深隧工程前，需要先进行预处理工艺，预处理工艺包括格栅过滤，沉砂等工作，先通过沉砂工艺，去除污水中的粗砂，后通过格栅设备1中的过滤孔筛2，祛除悬浮在污水中粒径大于0.2mm杂质。污水进入排水深隧工程中后，保持污水流速大于0.65m/s，保证经过滤后的细微杂质能随污水流动，不在隧道内形成淤积。若在运营阶段，发生了淤积情况，则通过外部湖泊、河流引水至深隧工程中，调节隧道内污水流速至1.2m/s以上，对淤积物进行冲刷。若补水措施不能清理淤积物，则通过下放水下机器人3进入隧道内部，对隧道淤积物进行针对性清理。水下机器人清淤工作主要是通过机器人自带电机高速转动，带动清洗刷盘4旋转，通过清洗刷盘上的钢丝刷对淤积物进行清理。
需要说明的是，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种应用于非断流排水深隧工程的淤积清理方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)控制进水水质，过滤颗粒粒径大于0.2mm的杂质，并控制污水水流流速，保证污水水流流速大于0.65m/s；若隧道内淤积物仍发生沉积，则进入下一步骤；
2)通过外部补水，增加隧道内水流流速，冲刷淤积物；若隧道内淤积物仍发生沉积，则进入下一步骤；
3)放置水下机器人进行隧道清淤。
2.如权利要求1所述的淤积清理方法，其特征在于，步骤1)中水流流速和颗粒粒径的关系为：
Figure FDA0002571216800000011
Figure FDA0002571216800000012
Figure FDA0002571216800000013
Figure FDA0002571216800000014
Figure FDA0002571216800000015
Figure FDA0002571216800000016
CD＝0.44
D＝εD1
其中，VC：不淤临界流速；CV:颗粒物浓度；CD:颗粒阻力系数；d：颗粒物粒径；ρf：颗粒物密度；s:颗粒密度与介质密度比；w：颗粒物沉速；μf：液体粘度；
Figure FDA0002571216800000017
雷诺系数；ρy:污水密度；g：重力加速度；D:缩比管道模型直径；D1：排水深隧隧道直径；ε：隧道模型与实际直径比例系数。
3.如权利要求1所述的淤积清理方法，其特征在于，所述D1的范围为3～5m。
4.如权利要求1所述的淤积清理方法，其特征在于，步骤1)中通过格栅设备过滤杂质。
5.如权利要求1所述的淤积清理方法，其特征在于，步骤2)中隧道内水流流速为1.2m/s以上。
6.如权利要求1所述的淤积清理方法，其特征在于，步骤2)中外部补水的水源为外部湖泊或河流。
7.如权利要求1所述的淤积清理方法，其特征在于，步骤3)中水下机器人设置有清洗刷盘，所述清洗刷盘上设置有钢丝。
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