CN113530600A - 一种隧道纵向排水管堵塞在线监测、定向清洗系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于公路隧道建设及运营养护技术领域，特别涉及一种隧道纵向排水管堵塞在线监测、定向清洗系统及方法。一种隧道纵向排水管堵塞在线监测、定向清洗系统，包括隧道排水系统；定向清洗系统，定向清洗系统包括反洗管线、清洗管线以及引流管；引流管内设有流速传感器、压力传感器；在线监测系统，在线监测系统包括连接线和在线监测平台，连接线一端与流速传感器、压力传感器相连接，另一端与在线监测平台相连接。本发明通过采用定向清洗系统+在线监测系统沿纵向排水管的长度方向进行分布，实现了对隧道分区域监控、分区域疏通，能准确定位堵塞位置并及时进行清淤工作，更容易实现隧道的运营维护。
Description
技术领域
本发明属于公路隧道建设及运营养护技术领域，特别涉及一种隧道纵向排水管堵塞在线监测、定向清洗系统及方法。
背景技术
隧道是交通系统的重要组成部分。造成隧道排水系统堵塞的原因主要有以下几点：（1）垢体长期积存；（2）清洗手段落后；（3）喷射混凝土本身的不良化学反应生成的游离钙化物；（4）渗漏水本身的结晶作用；（5）施工原因造成的注浆窜浆或浇筑混凝土漏浆等，除施工因素外，围岩裂隙水结晶作用是造成隧道排水系统堵塞的重要原因。
隧道排水管因钙质结晶阻塞，长期排水不通畅对隧道影响很大，使得排水管的排水能力逐渐下降。当隧道运营时间较长后，纵向排水系统往往出现局部堵塞现象，目前，现有管道堵塞监测装置按工作原理大致分为激光检测、内窥摄像头检测、高频地质雷达、脉冲发生装置等。但上述管道堵塞监测装置主要存在下述缺点：其一，隧道排水管道常存在转弯、接头等，而激光检测装置无法实现拐弯而受限；其二，隧道长度在几百米至数千米是常态，配套的隧道排水管道亦是如此，甚或更长，故用内窥摄像头检测堵塞也会有所限制；常用的高频地质雷达检测隧道管道堵塞操作复杂，且为“亡羊补牢”式的被动检测。总之由于隧道排水系统位于隧道衬砌内部，属于隐蔽工程，排水管堵塞位置难以发现，无法进行有效监测，清洗困难。
发明内容
为了克服现有隧道排水系统位于隧道衬砌内部，排水管堵塞位置难以发现，无法进行有效监测，清洗困难的问题，本发明的目的是提供一种隧道纵向排水管堵塞在线监测、定向清洗系统及方法，通过采用定向清洗系统+在线监测系统沿纵向排水管的长度方向进行分布，实现了对隧道分区域监控、分区域疏通，能准确定位堵塞位置并及时进行清淤工作，更容易实现隧道的运营维护。
本发明的技术方案在于：一种隧道纵向排水管堵塞在线监测、定向清洗系统，包括：隧道排水系统、在线监测系统、定向清洗系统，其中，所述的隧道排水系统包括相互连接的横向排水管、纵向排水管、侧边排水沟；所述的定向清洗系统包括反洗管线、清洗管线以及引流管，所述的反洗管线与所述清洗管线相连通，所述的引流管一端与所述的清洗管线相连通，另一端与所述的纵向排水管相连通，所述的引流管内设有流速传感器、压力传感器；所述的在线监测系统包括连接线和在线监测平台，所述的连接线一端分别与所述的引流管内设有流速传感器、压力传感器相连接，另一端与在线监测平台相连接；所述的定向清洗系统有若干个，分别设置于在隧道内易发生围岩裂隙水结晶的位置，每个定向清洗系统均对应设置相应的在线监测系统。
所述的横向排水管包括环向排水管、引水管，所述的环向排水管设置于隧道的上部拱形内壁上，其两端与所述纵向排水管相连通，所述的纵向排水管、侧边排水沟沿隧道的延伸方向平行设置，所述的引水管一端与所述的纵向排水管相连通，另一端与所述的侧边排水沟相连通。
所述的环向排水管的两端分别通过三通接头与纵向排水管相连通，所述的引水管通过三通接头与所述的纵向排水管相连通，所述的反洗管线通过三通接头与所述清洗管线相连通，所述的引流管分别通过三通接头与所述的清洗管线、所述的纵向排水管相连通。
所述的引流管在连通所述的清洗管线一端设有电磁阀，所述的电磁阀通过所述的连接线与所述的在线监测平台相连接。
所述反洗管线上设置有水泵及加药装置。
所述清洗管线位于所述的纵向排水管内侧斜上方10°~30°，间隔50~80cm平行布置，外包土工布。
所述的连接线外包PVC管。
所述在线监测平台内设有显示器，并留有维修口。
所述的引流管与所述的纵向排水管垂直设置，所述的流速传感器、压力传感器设置在所述的引流管连通所述的纵向排水管一端，所述的流速传感器、压力传感器上连接有感应头，所述的感应头位于所述的纵向排水管中。
一种隧道纵向排水管堵塞在线监测、定向清洗方法，使用如上所述任意一种隧道纵向排水管堵塞在线监测、定向清洗系统，包括如下步骤:
S1：隧道内正常排水；具体过程如下：
衬砌背后的渗水在环向排水管的引流作用下进入纵向排水管中，由纵向排水管经引水管流入侧边排水沟，进而排出隧道；
S2：在线监测隧道内发生堵塞，进行定向清洗；具体过程如下：
S21：根据隧道14内的水文环境条件，结合S1中隧道14内正常排水时纵向排水管11内的压力与流速的监测数据，绘制纵向排水管11内正常排水时的压力与流速分布变化曲线，并分别设置在线监测系统中流速传感器7、压力传感器8的压力阈值P0和流速阈值q0；
S22：在线监测系统发出堵塞预警；
流速传感器7、压力传感器8通过感应头15检测纵向排水管11内的压力与流速的监测数据，并通过连接线9将监测数据传出至在线监测平台10，当纵向排水管11内排水的压力与流速分布变化曲线相比S21中正常排水时的压力与流速分布变化曲线，呈类似指数线型的下降趋势，相应的压力与流速低于S21中设置的压力阈值P0和流速阈值q0，说明纵向排水管11内部发生结晶沉积、产生堵塞，此时线监测系统发出堵塞预警，如果下降趋势有明显的切线变化过程时，说明纵向排水管11内部堵塞在加速进行，在线监测系统持续发出堵塞预警，预警升级；
S23：定向清洗系统进行管线清洗；
在S22中在线监测系统发出堵塞预警后，在线监测平台10释放清洗管线信号，反洗管线1的加药装置打开，水泵启动，将反洗管线中加有清洗药剂的反洗水进入清洗管线3，同时令堵塞区域所在的电磁阀6打开，通过引流管5进入纵向排水管11，对纵向排水管11进行定向清洗。
本发明的技术效果在于：1、本发明的定向清洗系统+在线监测系统沿纵向排水管的长度方向进行分布，实现了对隧道分区域监控、分区域疏通，准确定位堵塞位置并及时进行清淤工作，更容易实现隧道的运营维护；2、本发明通过将压力传感器和流速传感器安置在引流管内并通过连接感应头来监测纵向排水管内的压力、流速变化，相比直接将传感器装在纵向排水管，避免纵向排水管内碎屑、垢样等硬物对常规传感器压力、流速监测的影响，可以精确的实时监测纵向排水管内的压力、流量，快速准确判断纵向排水管内的堵塞状况；3、本发明在线监测系统与定向清洗系统结构简单，使用方便，能有效地解决公路隧道排水管道堵塞结晶问题，进而减少了灰岩地区隧道的结晶堵塞现象。
以下将结合附图进行进一步的说明。
附图说明
图1是本发明实施例一种隧道纵向排水管堵塞在线监测、定向清洗系统结构示意图。
图2是本发明实施例一种隧道纵向排水管堵塞在线监测、定向清洗系统的横截面结构示意图。
图3是本发明实施例一种隧道纵向排水管堵塞在线监测、定向清洗系统的在线监测系统结构示意图。
附图标记：1-反洗管线；3-清洗管线；4-环向排水管；5-引流管；6-电磁阀；7-流速传感器；8-压力传感器；9-连接管线；10-在线监测平台；11-纵向排水管；12-引水管；13-侧边排水沟；14-隧道；15-感应头；16-显示器；17-维修口。
具体实施方式
实施例1
为了克服现有隧道排水系统位于隧道衬砌内部，排水管堵塞位置难以发现，无法进行有效监测，清洗困难的问题，本发明提供了如图1所示一种隧道纵向排水管堵塞在线监测、定向清洗系统，本发明通过采用定向清洗系统+在线监测系统沿纵向排水管的长度方向进行分布，实现了对隧道分区域监控、分区域疏通，能准确定位堵塞位置并及时进行清淤工作，更容易实现隧道的运营维护。
如图1、图2所示，一种隧道纵向排水管堵塞在线监测、定向清洗系统，包括：隧道排水系统、在线监测系统、定向清洗系统，其中，所述的隧道排水系统包括相互连接的横向排水管、纵向排水管11、侧边排水沟13；所述的定向清洗系统包括反洗管线1、清洗管线3以及引流管5，所述的反洗管线1与所述清洗管线3相连通，所述的引流管5一端与所述的清洗管线3相连通，另一端与所述的纵向排水管11相连通，所述的引流管5内设有流速传感器7、压力传感器8；所述的在线监测系统包括连接线9和在线监测平台10，所述的连接线9一端分别与所述的引流管5内设有流速传感器7、压力传感器8相连接，另一端与在线监测平台10相连接；所述的定向清洗系统有若干个，分别设置于在隧道14内易发生围岩裂隙水结晶的位置，每个定向清洗系统均对应设置相应的在线监测系统。
实际使用过程中，当纵向排水管11内部发生堵塞时，流速传感器7、压力传感器8通过连接线9将异常信号传出至在线监测平台10，在线监测平台10释放清洗管线信号，反洗管线1的反洗水进入清洗管线3，通过引流管5进入纵向排水管11，对纵向排水管11进行定向清洗。本发明通过纵向排水管11内实时监测的压力、流量信号，可以快速准确判断纵向排水管内的堵塞状况，在线监测系统与定向清洗系统结构简单，能有效地解决公路隧道排水管道堵塞结晶问题，进而减少了灰岩地区隧道的结晶堵塞现象；所述的定向清洗系统有若干个，分别设置于在隧道14内易发生围岩裂隙水结晶的位置，每个定向清洗系统均对应设置相应的在线监测系统，在线监测-定向清洗系统数量可以是5组、10组、15组、20组，从而实现对隧道分区域监控、分区域疏通，能准确定位堵塞位置并及时进行清淤工作，更容易实现隧道的运营维护。
实施例2
在实施例1的基础上，本实施例中，优选地，所述的横向排水管包括环向排水管4、引水管12，所述的环向排水管4设置于隧道14的上部拱形内壁上，其两端与所述纵向排水管11相连通，所述的纵向排水管11、侧边排水沟13沿隧道14的延伸方向平行设置，所述的引水管12一端与所述的纵向排水管11相连通，另一端与所述的侧边排水沟13相连通。
实际使用时，如果纵向排水管11没有发生堵塞，隧道14内正常排水；衬砌背后的渗水在环向排水管4的引流作用下进入纵向排水管11中，由纵向排水管11经引水管12流入侧边排水沟13，进而排出隧道14。
实施例3
在实施例1的基础上，本实施例中，优选地，所述的环向排水管4的两端分别通过三通接头与纵向排水管11相连通，所述的引水管12通过三通接头与所述的纵向排水管11相连通，所述的反洗管线1通过三通接头与所述清洗管线3相连通，所述的引流管5分别通过三通接头与所述的清洗管线3、所述的纵向排水管11相连通。
实际使用时，通过三通接头可以快速的将隧道排水系统、定向清洗系统的管路形成连接，简单方便。
实施例4
在实施例1的基础上，本实施例中，如图3所示，优选的，所述的引流管5在连通所述的清洗管线3一端设有电磁阀6，所述的电磁阀6通过所述的连接线9与所述的在线监测平台10相连接。
实际使用过程中，在线监测平台10释放信号将反洗管线1中通过加有清洗药剂的反洗水进入清洗管线3，同时令堵塞区域所在的电磁阀6打开，再通过引流管5进入至纵向排水管11，进而对纵向排水管11进行定向清洗，采用电磁阀6进行远程控制，快速准确。
实施例5
在实施例1的基础上，本实施例中，优选的，所述反洗管线1上设置有水泵及加药装置。
实际使用过程中，所述反洗管线1上设置有水泵及加药装置，以便于施加水压和提升清洗效果。
实施例6
在实施例1或3的基础上，本实施例中，优选的，所述清洗管线3位于所述的纵向排水管11内侧斜上方10°~30°，间隔50~80cm平行布置，外包土工布。
实际使用过程中，当在线监测平台10释放清洗管线信号，反洗管线1的加药装置打开，水泵启动，将反洗管线中加有清洗药剂的反洗水进入清洗管线3，同时令堵塞区域所在的电磁阀6打开，通过引流管5进入纵向排水管11，对纵向排水管11进行定向清洗，所述清洗管线3位于所述的纵向排水管11内侧斜上方10°~30°，反洗水从高出流向低处，加强了对纵向排水管11堵塞位置的冲刷，清洗效果更好。
实施例7
在实施例1或3的基础上，本实施例中，优选的，所述的连接线9外包PVC管。
实际使用过程中，所述的连接线9外包PVC管，可以防止线路腐蚀，保证所述在线监测系统正常工作。
实施例8
在实施例1或3的基础上，本实施例中，优选的，所述在线监测平台10内设有显示器16，并留有维修口17。
实际使用过程中，所述在线监测平台10安装在所述清洗管线3的截面上并留有维修口17。当突发暴雨、洪水等极端气候时，还可以通过在线监测平台10查看排水系统内水压分布状况，将引流管5内的电磁阀6打开，将水通过引流管5排入到清洗管线3中，最后流出清洗管线3，从而增加排水通道，以此减小衬砌背后水压，避免衬砌钻孔带来的衬砌结构性损伤。
实施例9
在实施例1或3或4的基础上，本实施例中，优选的，所述的引流管5与所述的纵向排水管11垂直设置，所述的流速传感器7、压力传感器8设置在所述的引流管5连通所述的纵向排水管11一端，所述的流速传感器7、压力传感器8上连接有感应头15，所述的感应头15位于所述的纵向排水管11中。
实际使用过程中，所述的感应头15位于所述的纵向排水管11中。当纵向排水管11内部发生堵塞时，流速传感器7和压力传感器8通过连接线9将异常信号传出至在线监测平台10，在线监测平台10释放信号将反洗管线1中通过加有清洗药剂的反洗水进入清洗管线3，同时令堵塞区域所在的电磁阀6打开，再通过引流管5进入至纵向排水管11，进而对纵向排水管11进行定向清洗，清洗水及衬砌积水通过引水管13流向侧边排水沟14，进而排出隧道外，达到疏通纵向排水管11的目的。通过将压力传感器7和流速传感器8安置在引流管内，可以方便压力传感器7和流速传感器8的维修更换，不影响纵向排水管11的正常使用，同时将传感器安置再引流管5内，可以在隧道内设置更方便的维修通道；所述的流速传感器7、压力传感器8上连接有感应头15，通过连接感应头来监测纵向排水管内的压力、流速变化，软质的感应头置于纵向排水管，相比直接将传感器装在纵向排水管，避免纵向排水管内碎屑、垢样等硬物对常规传感器压力、流速监测的影响，可以精确的实时监测纵向排水管内的压力、流量，快速准确判断纵向排水管内的堵塞状况。
实施例10
一种隧道纵向排水管堵塞在线监测、定向清洗方法，使用如上所述任意一种隧道纵向排水管堵塞在线监测、定向清洗系统，包括如下步骤:
S1：隧道14内正常排水；具体过程如下：
衬砌背后的渗水在环向排水管4的引流作用下进入纵向排水管11中，由纵向排水管11经引水管12流入侧边排水沟13，进而排出隧道14；
S2：在线监测隧道14内发生堵塞，进行定向清洗；具体过程如下：
S21：根据隧道14内的水文环境条件，结合S1中隧道14内正常排水时纵向排水管11内的压力与流速的监测数据，绘制纵向排水管11内正常排水时的压力与流速分布变化曲线，并分别设置在线监测系统中流速传感器7、压力传感器8的压力阈值P0和流速阈值q0；
S22：在线监测系统发出堵塞预警；
流速传感器7、压力传感器8通过感应头15检测纵向排水管11内的压力与流速的监测数据，并通过连接线9将监测数据传出至在线监测平台10，当纵向排水管11内排水的压力与流速分布变化曲线相比S21中正常排水时的压力与流速分布变化曲线，呈类似指数线型的下降趋势，相应的压力与流速低于S21中设置的压力阈值P0和流速阈值q0，说明纵向排水管11内部发生结晶沉积、产生堵塞，此时线监测系统发出堵塞预警，如果下降趋势有明显的切线变化过程时，说明纵向排水管11内部堵塞在加速进行，在线监测系统持续发出堵塞预警，预警升级；
S23：定向清洗系统进行管线清洗；
在S22中在线监测系统发出堵塞预警后，在线监测平台10释放清洗管线信号，反洗管线1的加药装置打开，水泵启动，将反洗管线中加有清洗药剂的反洗水进入清洗管线3，同时令堵塞区域所在的电磁阀6打开，通过引流管5进入纵向排水管11，对纵向排水管11进行定向清洗。
以上所述，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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种隧道纵向排水管堵塞在线监测、定向清洗系统，其特征在于：包括：隧道排水系统、在线监测系统、定向清洗系统，其中，所述的隧道排水系统包括相互连接的横向排水管、纵向排水管（11）、侧边排水沟（13）；所述的定向清洗系统包括反洗管线（1）、清洗管线（3）以及引流管（5），所述的反洗管线（1）与所述清洗管线（3）相连通，所述的引流管（5）一端与所述的清洗管线（3）相连通，另一端与所述的纵向排水管（11）相连通，所述的引流管（5）内设有流速传感器（7）、压力传感器（8）；所述的在线监测系统包括连接线（9）和在线监测平台（10），所述的连接线（9）一端分别与所述的引流管（5）内设有流速传感器（7）、压力传感器（8）相连接，另一端与在线监测平台（10）相连接；所述的定向清洗系统有若干个，分别设置于在隧道（14）内易发生围岩裂隙水结晶的位置，每个定向清洗系统均对应设置相应的在线监测系统。
2.根据权利要求1所述一种隧道纵向排水管堵塞在线监测、定向清洗系统，其特征在于：所述的横向排水管包括环向排水管（4）、引水管（12），所述的环向排水管（4）设置于隧道（14）的上部拱形内壁上，其两端与所述纵向排水管（11）相连通，所述的纵向排水管（11）、侧边排水沟（13）沿隧道（14）的延伸方向平行设置，所述的引水管（12）一端与所述的纵向排水管（11）相连通，另一端与所述的侧边排水沟（13）相连通。
3.根据权利要求1所述一种隧道纵向排水管堵塞在线监测、定向清洗系统，其特征在于：所述的环向排水管（4）的两端分别通过三通接头与纵向排水管（11）相连通，所述的引水管（12）通过三通接头与所述的纵向排水管（11）相连通，所述的反洗管线（1）通过三通接头与所述清洗管线（3）相连通，所述的引流管（5）分别通过三通接头与所述的清洗管线（3）、所述的纵向排水管（11）相连通。
4.根据权利要求1所述一种隧道纵向排水管堵塞在线监测、定向清洗系统，其特征在于：
所述的引流管（5）在连通所述的清洗管线（3）一端设有电磁阀（6），所述的电磁阀（6）通过所述的连接线（9）与所述的在线监测平台（10）相连接。
5.根据权利要求1所述一种隧道纵向排水管堵塞在线监测、定向清洗系统，其特征在于：
所述反洗管线（1）上设置有水泵及加药装置。
6.根据权利要求1所述一种隧道纵向排水管堵塞在线监测、定向清洗系统，其特征在于：所述清洗管线（3）位于所述的纵向排水管（11）内侧斜上方10°~30°，间隔50~80cm平行布置，外包土工布。
7.根据权利要求1所述一种隧道纵向排水管堵塞在线监测、定向清洗系统，其特征在于：所述的连接线（9）外包PVC管。
8.根据权利要求1所述一种隧道纵向排水管堵塞在线监测、定向清洗系统，其特征在于：所述在线监测平台（10）内设有显示器（16），并留有维修口（17）。
9.根据权利要求1所述一种隧道纵向排水管堵塞在线监测、定向清洗系统，其特征在于：所述的引流管（5）与所述的纵向排水管（11）垂直设置，所述的流速传感器（7）、压力传感器（8）设置在所述的引流管（5）连通所述的纵向排水管（11）一端，所述的流速传感器（7）、压力传感器（8）上连接有感应头（15），所述的感应头（15）位于所述的纵向排水管（11）中。
10.一种隧道纵向排水管堵塞在线监测、定向清洗方法，使用如权利要求1-9所述任意一种隧道纵向排水管堵塞在线监测、定向清洗系统，其特征在于：包括如下步骤:
S1：隧道（14）内正常排水；具体过程如下：
衬砌背后的渗水在环向排水管（4）的引流作用下进入纵向排水管（11）中，由纵向排水管（11）经引水管（12）流入侧边排水沟（13），进而排出隧道（14）；
S2：在线监测隧道（14）内发生堵塞，进行定向清洗；具体过程如下：
S21：根据隧道（14）内的水文环境条件，结合S1中隧道（14）内正常排水时纵向排水管（11）内的压力与流速的监测数据，绘制纵向排水管（11）内正常排水时的压力与流速分布变化曲线，并分别设置在线监测系统中流速传感器（7）、压力传感器（8）的压力阈值P0和流速阈值q0；
S22：在线监测系统发出堵塞预警；
流速传感器（7）、压力传感器（8）通过感应头（15）检测纵向排水管（11）内的压力与流速的监测数据，并通过连接线（9）将监测数据传出至在线监测平台（10），当纵向排水管（11）内排水的压力与流速分布变化曲线相比S21中正常排水时的压力与流速分布变化曲线，呈类似指数线型的下降趋势，相应的压力与流速低于S21中设置的压力阈值P0和流速阈值q0，说明纵向排水管（11）内部发生结晶沉积、产生堵塞，此时线监测系统发出堵塞预警，如果下降趋势有明显的切线变化过程时，说明纵向排水管（11）内部堵塞在加速进行，在线监测系统持续发出堵塞预警，预警升级；
S23：定向清洗系统进行管线清洗；
在S22中在线监测系统发出堵塞预警后，在线监测平台（10）释放清洗管线信号，反洗管线（1）的加药装置打开，水泵启动，将反洗管线（1）中加有清洗药剂的反洗水进入清洗管线（3），同时令堵塞区域所在的电磁阀（6）打开，通过引流管（5）进入纵向排水管（11），对纵向排水管（11）进行定向清洗。
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