CN113338353A - 一种防堵塞地下洞室排水系统 - Google Patents

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刘贤才
姚晓敏
年夫喜
陈雷
张兵
张祥菊
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Abstract

本发明涉及地下排水技术领域，具体涉及一种防堵塞地下洞室排水系统。可以实现地下洞室周围设置多个排水管，并创新性的引入变向导水半球和双向导水线进行配合，在低排水量的状态下由双向导水线主动吸收土壤中的渗透水并转移至排水管内进行收集，在高排水量的状态下变向导水半球可以自动感知并触发变向导水动作，利用对双伸变向导水内球的导向膨胀，一方面迫使其向水中深度延伸扩大吸水速率，另一方面迫使其向上侧延伸与双向导水线实现导水连接开始反向转移水，将排水管内过多的水部分直接转移至地表上的蓄水垫，然后基于物理挤压动作进行脱水回收，从而可以显著降低排水管的排水压力，有效保障地下洞室的排水安全性。

Description

一种防堵塞地下洞室排水系统
技术领域
本发明涉及地下排水技术领域，具体涉及一种防堵塞地下洞室排水系统。
背景技术
地下洞室不仅仅为交通、水电、矿等使用，而且现代已为地下城市建设、冷藏、储油、储水、环境工程及国防工程等广泛使用。洞室可分为过水的(如引水隧洞)和不过水的(如交通隧洞)两大类。前者又有无压和有压之分，后者均属无压的。有压洞室的内水压力作用到衬砌和周围岩体上，对其稳定性将增加新的影响。洞室的横断面一般有矩形、方形、圆形和马蹄形等。方形、矩形隧洞施工方便，而其他带拱形洞壁的洞室对周围岩土体的稳定有利。
地下工程的排水采用疏导的方法将地下水有组织地通过排水系统排走，以削弱水对地下结构的压力，减小水对结构的渗透作用，从而辅助地下工程达到防水目的。常用的排水方法为渗排水，即将水层渗出的水，通过集水管流入集水井内，然后采用专用水泵进行机械排水。然而这种渗排的方式只能将岩体水层中的渗水集中疏导排出，无法及时排出存在于洞室内的大量积水。
尤其是在暴雨天气中，现有的排水系统自身排水压力过大，且土壤中渗透的雨水也显著变多，导致地下洞室附近的土层结构稳定性变差，而依靠水层渗出的水被动通过集水管收集的方式过于低效。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种防堵塞地下洞室排水系统，能够显著降低排水管的排水压力，有效保障地下洞室的排水安全性。
本发明技术方案为：包括地下洞室，还包括排水管、变向导水半球、双向导水线、蓄水垫和可调夹紧装置，所述排水管埋设于地下洞室外部土壤内，且环绕地下洞室周向均匀分布，所述蓄水垫设置于地下洞室上方地表处，且位于所述可调夹紧装置的夹紧空间内，所述变向导水半球包括下部开口的中空集水半球和设置于中空集水半球内的双伸变向导水内球，所述双向导水线一端延伸至蓄水垫，另一端穿过排水管内的中空集水半球延伸至双伸变向导水内球上方。在高排水量的状态下，变向导水半球可以自动感知并触发变向导水动作，利用对双伸变向导水内球的导向膨胀，一方面迫使其向水中深度延伸扩大吸水速率，另一方面迫使其向上侧延伸与双向导水线实现导水连接开始反向转移水，将排水管内过多的水部分直接转移至地表上的蓄水垫，然后基于物理挤压动作进行脱水回收，从而可以显著降低排水管的排水压力，有效保障地下洞室的排水安全性。
较为优选的，所述双向导水线包括正向导水纤维杆和逆向导水纤维杆，所述正向导水纤维杆上设有延伸至双向导水线四周土壤的吸水构件，所述双向导水线一端的正向导水纤维杆和逆向导水纤维杆均延伸至蓄水垫，另一端的正向导水纤维杆延伸至中空集水半球，逆向导水纤维杆穿过所述中空集水半球延伸至双伸变向导水内球上方。双向导水线采用正向导水纤维杆和逆向导水纤维杆形式，并分别延伸至中空集水半球和双伸变向导水内球上方，在高排水量时，保证将排水管内过多的水部分直接转移至地表的前提下，还可在低排水量的状态下由吸水构件经正向导水纤维杆主动吸收土壤中的渗透水并转移至排水管内进行收集。
较为优选的，所述中空集水半球还包括隔水内壳和一对控制导变套，所述隔水内壳贴合固定于中空集水半球内表面，一对所述控制导变套设置于双伸变向导水内球两侧，所述控制导变套外侧与所述隔水内壳内壁贴合固定，所述控制导变套内侧中部与所述双伸变向导水内球中部固定，所述控制导变套上部和下部向内侧收敛，所述隔水内壳在与双向导水线对应位置处设有全包透孔，所述逆向导水纤维杆穿过所述全包透孔延伸至双伸变向导水内球上方。控制导变套一方面起到对双伸变向导水内球的固定作用，避免其被水流冲走，另一方面可以控制双伸变向导水内球遇水膨胀的方向，迫使其沿上下方向进行伸展，向水中深度延伸扩大吸水速率，向上侧延伸与双向导水线实现导水连接开始反向转移水。
较为优选的，所述双伸变向导水内球下端固定连接有多个配重吸湿球，且双伸变向导水内球最下端低于控制导变套最下端。配重吸湿球可以吸水变重起到促进双伸变向导水内球向下伸展的作用，迫使双伸变向导水内球向水中深度延展，一方面可以提高吸水速率，另一方面通过提高双伸变向导水内球下端的重量来提高稳定性，避免其在高流量的水流中出现失稳现象，从而干扰到正常的吸水效率。
较为优选的，所述中空集水半球内镶嵌连接有定形压滤网，所述定形压滤网下端固定连接有多个环形阵列分布的下水沉摆杆，且下水沉摆杆延伸至排水管内底侧。定形压滤网一方面起到对中空集水半球的定形作用，避免因变向导水半球重量过大引起的拉扯变形，另一方面利用延伸至底侧的下水沉摆杆，在水流中会发生颤动动作，从而带动定形压滤网整体压迫中空集水半球释放出吸收的水分，并直接沿着定形压滤网和下水沉摆杆进入到水流中被收集。
较为优选的，所述双向导水线、蓄水垫和中空集水半球均采用吸水材料制成，所述双伸变向导水内球采用遇水膨胀的吸水材料制成，且双伸变向导水内球、双向导水线、蓄水垫和中空集水半球的吸水性依次增强。利用特殊的吸水特点设计，按照吸水性来控制导水方向，进而控制水的走向，避免出现导水中断或者相互干扰的现象发生。
较为优选的，所述双向导水线包括外包层，所述外包层内竖直镶嵌连接有多根均匀分布的逆向导水纤维杆，所述逆向导水纤维杆与外包层之间还设有多根均匀分布的正向导水纤维杆，所述正向导水纤维杆上还延伸有多根均匀分布的散点式导水纤维丝，且散点式导水纤维丝贯穿外包层并延伸至外侧，所述外包层采用隔水材料制成。散点式导水纤维丝贯穿外包层并延伸至外侧，通过逆向导水纤维杆和正向导水纤维杆将双向导水线分隔为两条导水线路，分别应对低排水量和高排水量两种模式。在低排水量的状态下由散点式导水纤维丝经正向导水纤维杆主动吸收土壤中的渗透水并转移至排水管内进行收集。
较为优选的，所述逆向导水纤维杆和正向导水纤维杆之间镶嵌连接有隔水层。有效保障逆向导水纤维杆和正向导水纤维杆之间的吸水连续性，避免相互干扰或者外界干扰，保证排水系统运行的有序性。
较为优选的，所述可调夹紧装置包括电磁铁、弹性伸缩杆和出水压板，所述蓄水垫外表面覆盖有防雨篷布，所述电磁铁均匀分布于所述防雨篷布内侧，所述弹性伸缩杆竖直穿过蓄水垫，与蓄水垫上表面的电磁铁和蓄水垫下表面的出水压板固定连接。基于磁铁控制弹性伸缩杆长度，从而通过出水压板的物理挤压动作对蓄水垫进行脱水并通过排水沟槽进行回收，可以显著降低排水管的排水压力。
较为优选的，所述地下洞室上方地表开设有多条排水沟槽，且铺设有塑料防水膜。塑料防水膜可以降低暴雨天气下地表水向地下的渗透。
本发明的有益效果为：
1、地下洞室周围设置多个排水管，并创新性的引入变向导水半球和双向导水线进行配合，在高排水量的状态下变向导水半球可以自动感知并触发变向导水动作，利用对双伸变向导水内球的导向膨胀，一方面迫使其向水中深度延伸扩大吸水速率，另一方面迫使其向上侧延伸与双向导水线实现导水连接开始反向转移水，将排水管内过多的水部分直接转移至地表上的蓄水垫，然后基于物理挤压动作进行脱水回收，从而可以显著降低排水管的排水压力，有效保障地下洞室的排水安全性。
2、在低排水量的状态下，可由散点式导水纤维丝经正向导水纤维杆主动吸收土壤中的渗透水并转移至排水管内进行收集，加强了在低排水量状况下的排水能力。
3、控制导变套一方面起到对双伸变向导水内球的固定作用，避免其被水流冲走，另一方面可以控制双伸变向导水内球遇水膨胀的方向，迫使其沿上下方向进行伸展，向水中深度延伸扩大吸水速率，向上侧延伸与双向导水线实现导水连接开始反向转移水。
4、双伸变向导水内球下端固定连接有多个配重吸湿球，且双伸变向导水内球最下端低于控制导变套最下端，配重吸湿球可以吸水变重起到促进双伸变向导水内球向下伸展的作用，迫使双伸变向导水内球向水中深度延展，一方面可以提高吸水速率，另一方面通过提高双伸变向导水内球下端的重量来提高稳定性，避免其在高流量的水流中出现失稳现象，从而干扰到正常的吸水效率。
5、中空集水半球内镶嵌连接有定形压滤网，定形压滤网下端固定连接有多个环形阵列分布的下水沉摆杆，且下水沉摆杆延伸至排水管内底侧，定形压滤网一方面起到对中空集水半球的定形作用，避免因变向导水半球重量过大引起的拉扯变形，另一方面利用延伸至底侧的下水沉摆杆，在水流中会发生颤动动作，从而带动定形压滤网整体压迫中空集水半球释放出吸收的水分，并直接沿着定形压滤网和下水沉摆杆进入到水流中被收集。
6、双向导水线、蓄水垫和中空集水半球均采用吸水材料制成，双伸变向导水内球采用遇水膨胀的吸水材料制成，且双伸变向导水内球、双向导水线、蓄水垫和中空集水半球的吸水性依次增强，利用特殊的吸水特点设计，按照吸水性来控制导水方向，进而控制水的走向，避免出现导水中断或者相互干扰的现象发生。
7、散点式导水纤维丝贯穿外包层并延伸至外侧，通过逆向导水纤维杆和正向导水纤维杆将双向导水线分隔为两条导水线路，分别应对低排水量和高排水量两种模式。
8、外包层采用隔水材料制成，逆向导水纤维杆和正向导水纤维杆之间镶嵌连接有隔水层，有效保障逆向导水纤维杆和正向导水纤维杆之间的吸水连续性，避免相互干扰或者外界干扰，保证排水系统运行的有序性。
9、逆向导水纤维杆和正向导水纤维杆分别与双伸变向导水内球和中空集水半球建立深度的导水连接，既可以避免互相干扰，同时可以提高导水效率。
10、基于磁铁控制弹性伸缩杆长度，从而通过出水压板的物理挤压动作对蓄水垫进行脱水并通过排水沟槽进行回收，可以显著降低排水管的排水压力。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明排水管正向导水状态下的结构示意图；
图3为图2中A处的结构示意图；
图4为本发明排水管逆向导水状态下的结构示意图；
图5为本发明双向导水线的结构示意图。
图中标号说明：
1排水管、2双向导水线、201外包层、202逆向导水纤维杆、203正向导水纤维杆、204散点式导水纤维丝、3蓄水垫、4防雨篷布、5电磁铁、6弹性伸缩杆、7出水压板、8排水沟槽、9中空集水半球、10隔水内壳、11控制导变套、12双伸变向导水内球、13下水沉摆杆、14定形压滤网、15配重吸湿球。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
请参阅图1，一种防堵塞地下洞室排水系统，包括地下洞室，地下洞室周围设置有多个沿其走向分布的排水管1，且排水管1在水平方向和竖直方向上均保持均匀分布，排水管1内沿走向设置有多个均匀分布的变向导水半球，变向导水半球上端固定连接有双向导水线2，且双向导水线2贯穿排水管1并延伸至地表上，多个双向导水线2共同连接有蓄水垫3，蓄水垫3外表面覆盖有防雨篷布4，防雨篷布4内镶嵌连接有多个均匀分布的电磁铁5，电磁铁5下端固定连接有弹性伸缩杆6，弹性伸缩杆6下端固定连接有出水压板7，地下洞室上方开设有多条排水沟槽8，且铺设有塑料防水膜，然后基于物理挤压动作对蓄水垫3进行脱水并通过排水沟槽8进行回收，从而可以显著降低排水管1的排水压力，塑料防水膜可以降低暴雨天气下地表水向地下的渗透。
请参阅图2，变向导水半球包括中空集水半球9、隔水内壳10和双伸变向导水内球12，隔水内壳10贴合连接于中空集水半球9内表面，且双伸变向导水内球12位于中空集水半球9的中心位置，隔水内壳10上开设有与双向导水线2相对应的全包透孔。
隔水内壳10内表面固定连接有一对控制导变套11，一对控制导变套11，所述隔水内壳10贴合固定于中空集水半球9内表面，一对所述控制导变套11设置于双伸变向导水内球12两侧，所述控制导变套11外侧与所述隔水内壳10内壁贴合固定，所述控制导变套11内侧中部与所述双伸变向导水内球12中部固定，所述控制导变套11上部和下部向内侧收敛，控制导变套11一方面起到对双伸变向导水内球12的固定作用，避免其被水流冲走，另一方面可以控制双伸变向导水内球12遇水膨胀的方向，迫使其沿上下方向进行伸展，向水中深度延伸扩大吸水速率，向上侧延伸与双向导水线2实现导水连接开始反向转移水。
双伸变向导水内球12下端固定连接有多个配重吸湿球15，且双伸变向导水内球12最下端低于控制导变套11最下端，配重吸湿球15可以吸水变重起到促进双伸变向导水内球12向下伸展的作用，迫使双伸变向导水内球12向水中深度延展，一方面可以提高吸水速率，另一方面通过提高双伸变向导水内球12下端的重量来提高稳定性，避免其在高流量的水流中出现失稳现象，从而干扰到正常的吸水效率。
请参阅图3，中空集水半球9内镶嵌连接有定形压滤网14，定形压滤网14下端固定连接有多个环形阵列分布的下水沉摆杆13，且下水沉摆杆13延伸至排水管1内底侧，定形压滤网14一方面起到对中空集水半球9的定形作用，避免因变向导水半球重量过大引起的拉扯变形，另一方面利用延伸至底侧的下水沉摆杆13，在水流中会发生颤动动作，从而带动定形压滤网14整体压迫中空集水半球9释放出吸收的水分，并直接沿着定形压滤网14和下水沉摆杆13进入到水流中被收集。
双向导水线2、蓄水垫3和中空集水半球9均采用吸水材料制成，双伸变向导水内球12采用遇水膨胀的吸水材料制成，且双伸变向导水内球12、双向导水线2、蓄水垫3和中空集水半球9的吸水性依次增强，利用特殊的吸水特点设计，按照吸水性来控制导水方向，进而控制水的走向，避免出现导水中断或者相互干扰的现象发生。
请参阅图5，双向导水线2包括外包层201，外包层201内竖直镶嵌连接有多根均匀分布的逆向导水纤维杆202，逆向导水纤维杆202与外包层201之间还设有多根均匀分布的正向导水纤维杆203，正向导水纤维杆203上还延伸有多根均匀分布的散点式导水纤维丝204，且散点式导水纤维丝204贯穿外包层201并延伸至外侧，通过逆向导水纤维杆202和正向导水纤维杆203将双向导水线2分隔为两条导水线路，分别应对低排水量和高排水量两种模式，外包层201采用隔水材料制成，逆向导水纤维杆202和正向导水纤维杆203之间镶嵌连接有隔水层，有效保障逆向导水纤维杆202和正向导水纤维杆203之间的吸水连续性，避免相互干扰或者外界干扰，保证排水系统运行的有序性。
逆向导水纤维杆202贯穿全包透孔并延伸至其下侧，正向导水纤维杆203延伸至中空集水半球9内，逆向导水纤维杆202和正向导水纤维杆203分别与双伸变向导水内球12和中空集水半球9建立深度的导水连接，既可以避免互相干扰，同时可以提高导水效率。
排水量较低时通过排水管1将水集中收集至现有的集水井中即可，同时双向导水线2辅助收集土壤中的渗透水，保持土层稳定；排水量较高时变向导水半球感知到流量后触发变向导水动作，将排水管1中的水部分通过双向导水线2转移至蓄水垫3处，降低排水管1的排水压力；启动电磁铁5改变磁场大小，在弹性伸缩杆6的弹力作用下可以迫使出水压板7进行升降动作，进而挤压出蓄水垫3内的水分并通过排水沟槽8排走。
本发明可以实现地下洞室周围设置多个排水管1，并创新性的引入变向导水半球和双向导水线2进行配合，在低排水量的状态下由双向导水线2主动吸收土壤中的渗透水并转移至排水管1内进行收集，在高排水量的状态下变向导水半球可以自动感知并触发变向导水动作，利用对双伸变向导水内球12的导向膨胀，一方面迫使其向水中深度延伸扩大吸水速率，另一方面迫使其向上侧延伸与双向导水线2实现导水连接开始反向转移水，将排水管1内过多的水部分直接转移至地表上的蓄水垫3，然后基于物理挤压动作进行脱水回收，从而可以显著降低排水管1的排水压力，有效保障地下洞室的排水安全性。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种防堵塞地下洞室排水系统，包括地下洞室，其特征在于：还包括排水管(1)、变向导水半球、双向导水线(2)、蓄水垫(3)和可调夹紧装置，所述排水管(1)埋设于地下洞室外部土壤内，且环绕地下洞室周向均匀分布，所述蓄水垫(3)设置于地下洞室上方地表处，且位于所述可调夹紧装置的夹紧空间内，所述变向导水半球包括下部开口的中空集水半球(9)和设置于中空集水半球(9)内的双伸变向导水内球(12)，所述双向导水线(2)一端延伸至蓄水垫(3)，另一端穿过排水管(1)内的中空集水半球(9)延伸至双伸变向导水内球(12)上方。
2.根据权利要求1所述的防堵塞地下洞室排水系统，其特征在于：所述双向导水线(2)包括正向导水纤维杆(203)和逆向导水纤维杆(202)，所述正向导水纤维杆(203)上设有延伸至双向导水线(2)四周土壤的吸水构件，所述双向导水线(2)一端的正向导水纤维杆(203)和逆向导水纤维杆(202)均延伸至蓄水垫(3)，另一端的正向导水纤维杆(203)延伸至中空集水半球(9)，逆向导水纤维杆(202)穿过所述中空集水半球(9)延伸至双伸变向导水内球(12)上方。
3.根据权利要求1所述的防堵塞地下洞室排水系统，其特征在于：所述中空集水半球(9)还包括隔水内壳(10)和一对控制导变套(11)，所述隔水内壳(10)贴合固定于中空集水半球(9)内表面，一对所述控制导变套(11)设置于双伸变向导水内球(12)两侧，所述控制导变套(11)外侧与所述隔水内壳(10)内壁贴合固定，所述控制导变套(11)内侧中部与所述双伸变向导水内球(12)中部固定，所述控制导变套(11)上部和下部向内侧收敛，所述隔水内壳(10)在与双向导水线(2)对应位置处设有全包透孔，所述逆向导水纤维杆(202)穿过所述全包透孔延伸至双伸变向导水内球(12)上方。
4.根据权利要求3所述的防堵塞地下洞室排水系统，其特征在于：所述双伸变向导水内球(12)下端固定连接有多个配重吸湿球(15)，且双伸变向导水内球(12)最下端低于控制导变套(11)最下端。
5.根据权利要求1所述的防堵塞地下洞室排水系统，其特征在于：所述中空集水半球(9)内镶嵌连接有定形压滤网(14)，所述定形压滤网(14)下端固定连接有多个环形阵列分布的下水沉摆杆(13)，且下水沉摆杆(13)延伸至排水管(1)内底侧。
6.根据权利要求1所述的防堵塞地下洞室排水系统，其特征在于：所述双向导水线(2)、蓄水垫(3)和中空集水半球(9)均采用吸水材料制成，所述双伸变向导水内球(12)采用遇水膨胀的吸水材料制成，且双伸变向导水内球(12)、双向导水线(2)、蓄水垫(3)和中空集水半球(9)的吸水性依次增强。
7.根据权利要求1所述的防堵塞地下洞室排水系统，其特征在于：所述双向导水线(2)包括外包层(201)，所述外包层(201)内竖直镶嵌连接有多根均匀分布的逆向导水纤维杆(202)，所述逆向导水纤维杆(202)与外包层(201)之间还设有多根均匀分布的正向导水纤维杆(203)，所述正向导水纤维杆(203)上还延伸有多根均匀分布的散点式导水纤维丝(204)，且散点式导水纤维丝(204)贯穿外包层(201)并延伸至外侧，所述外包层(201)采用隔水材料制成。
8.根据权利要求7所述的防堵塞地下洞室排水系统，其特征在于：所述逆向导水纤维杆(202)和正向导水纤维杆(203)之间镶嵌连接有隔水层。
9.根据权利要求1所述的防堵塞地下洞室排水系统，其特征在于：所述可调夹紧装置包括电磁铁(5)、弹性伸缩杆(6)和出水压板(7)，所述蓄水垫(3)外表面覆盖有防雨篷布(4)，所述电磁铁(5)均匀分布于所述防雨篷布(4)内侧，所述弹性伸缩杆(6)竖直穿过蓄水垫(3)，与蓄水垫(3)上表面的电磁铁(5)和蓄水垫(3)下表面的出水压板(7)固定连接。
10.根据权利要求1所述的防堵塞地下洞室排水系统，其特征在于：所述地下洞室上方地表开设有多条排水沟槽(8)，且铺设有塑料防水膜。
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