CN113931689A - 一种反坡隧道排水及净化系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种反坡隧道排水及净化系统及方法，属于给排水技术领域。该系统反坡隧道排水及净化系统包括排水装置、可移动药箱、控制系统和多级集水坑；隧道内部水的排放过程由多级集水坑实现，由靠近掌子面的集水坑将清水池中的水抽到上一级集水坑中，通过逐级抽水，将隧道中的水排出隧道外；进水泵将掌子面处的施工废水抽入集水坑的废水处理池中，通过可移动药箱投入废水处理药剂，废水经过处理后流入清水池中，然后和中央排水沟流入的山体涌水一起由水泵逐级排出到洞外。本发明通过变功率水泵和流量计来实现排水系统效率的自动化调节，具有减小人力投入、节约电力的优点。

Description

一种反坡隧道排水及净化系统及方法

技术领域

本发明属于给排水技术领域，涉及一种反坡隧道排水及净化系统及方法。

背景技术

在隧道工程施工过程中，排水是一项重要的工作，尤其是线路沿下坡方向施工时，地下水的和施工废水不能沿着设计的边沟和中央排水沟自然排出，而是沿着下坡方向向着掌子面汇集，不仅会严重干扰开挖、支护等正常施工，严重的话会导致掌子面岩体软化。围岩塌方等问题。

另一方面，在反坡隧道的施工过程中，施工用水、掌子面渗涌水和隧道已经施作衬砌段中央排水沟中的水都会汇往掌子面。在隧道钻孔爆破、出渣、支护、喷浆等施工过程中会产生大量施工废水。而隧道中央排水沟中的水是通过衬砌后盲管汇集起来的，这些水属于山体赋存的自然地下水，基本不受施工活动干扰，水质较为稳定，可直接排放到周边自然水体中。若不对中央排水沟中的水进行合理地引排，中央排水沟中的涌水则会流向掌子面，受到施工废水的污染成为废水。

目前，反坡隧道施排水系统主要是根据隧道长度，设置集水井和泵站，将掌子面附近的积水通过泵送的方式分级抽出隧道。在隧道抽水和排水过程中，，无疑加大了施工废水处理的难度。有鉴于此，有必要提出一种新的隧道反坡排水的施工方法，解决上诉问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种反坡隧道排水及净化系统及方法，

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种反坡隧道排水及净化系统，该系统反坡隧道排水及净化系统包括排水装置、可移动药箱、控制系统和多级集水坑；

隧道内部水的排放过程由多级集水坑实现，由靠近掌子面的集水坑将清水池中的水抽到上一级集水坑中，通过逐级抽水，将隧道中的水排出隧道外；

进水泵将掌子面处的施工废水抽入集水坑的废水处理池中，通过可移动药箱投入废水处理药剂，废水经过处理后流入清水池中，然后和中央排水沟流入的山体涌水一起由水泵逐级排出到洞外。

可选的，所述集水坑分为废水处理池和清水，其中废水处理池用于掌子面附近施工废水的净化，清水池用于容纳中央排水沟中的山体涌水；

所述排水装置包含水泵和导水管流量计、药泵流量计和出口流量计；水泵出口端与流量计的进口端相连接；流量计读出流经水泵的流量，然后将所测数据传输到控制系统。

可选的，所述水泵为变功率水泵，动态调节水泵的抽水功率。

可选的，所述中央排水沟在施工段处用钢闸门进行拦堵，中央排水沟中的山体涌水通过横向的导水波纹管流入清水池中，在中央排水沟的端口设置导水管流量计，通过导水管流量计测出山体涌水的流量，并将数据传输到控制系统；在施工阶段封堵纵向钢板闸门，打开横向钢板闸门，以确保在施工阶段，山体涌水能流入集水坑中；在运营阶段则关闭横向钢板闸门，打开纵向钢板闸门，以保证中央排水沟的正常工作。

可选的，所述可移动药箱包括储药箱、药泵和药泵流量计；储药箱和药泵连接，药泵和药泵流量计相连接，药泵和药泵流量计与控制系统相连接；

可移动投药箱随着施工的进行而相应地移动到掌子面附近的集水坑处；控制系统根据掌子面流入处理池的废水量，控制药泵的开启；

通过药泵流量计的反馈，控制系统调整药泵的功率，使得投入的药量与废水量为最佳比例。

可选的，所述清水池设置出水泵及与出水泵相连接的出口流量计，出水泵和出口流量计与控制系统相连接，控制系统根据掌子面流入的废水、药剂量和中央排水沟流入的山体涌水的总流量，结合出水泵的出口流量计所获取的信息，动态控制出水泵的开启与关闭，并调节出水泵的功率，使清水池的水位保持恒定。

可选的，所述流量计均为涡轮流量计。

可选的，所述控制系统根据各个流量计所测的流量，计算处理池和清水池中的水量，并调节各个水泵和药泵功率。

可选的，所述出水泵的出水口放置在上一级集水坑中，管口处设置流量计；上级集水坑中的控制系统通过该水坑处的管口处流量计和横向导水波纹管处的流量计发出的信号来控制抽水水泵的功率，使得该集水坑中的水位处于稳定状态。

基于所述系统的反坡隧道排水及净化方法，该方法为：

由多级集水坑实现隧道内部水的排放过程，由靠近掌子面的集水坑将清水池中的水抽到上一级集水坑中，通过逐级抽水，将隧道中的水排出隧道外；

所述集水坑分为废水处理池和清水，其中废水处理池用于掌子面附近施工废水的净化，清水池用于容纳中央排水沟中的山体涌水；

进水泵将掌子面处的施工废水抽入集水坑的废水处理池中，通过可移动药箱投入废水处理药剂，废水经过处理后流入清水池中，然后和中央排水沟流入的山体涌水一起由水泵逐级排出到洞外。

本发明的有益效果在于：解决了现有的在长距离反坡隧道排水施工中，中央排水沟中原本可直接排放的水会因与施工废水混合而受到污染的问题，实现“清污分流”，具有良好的环境效益；并且通过变功率水泵和流量计来实现排水系统效率的自动化调节，具有减小人力投入、节约电力的优点。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1隧道纵向图；

图2集水坑细节图；

图3上级集水坑细节图；

图4集水坑平面布置图。

附图标记：1-进水泵，2-进口流量计，3-可移动药箱，4-储药箱，5-药泵，6-药泵流量计，7-控制系统，8-顶部网格板，9-导水波纹管，10-导水管流量计，11-废水处理池，12-清水池，13-出水泵，14-出口流量计，15-掌子面，16-上级集水坑进口流量计，17-洞内路基中央暗井，18-横向钢板闸门，19-纵向钢板闸门，20-水沟电缆槽，21-横向排水管，22-中央排水沟，23-纵向排水管，24-上级集水坑控制系统，25-上级集水坑顶部网格板，26-上级集水坑导水波纹管-，27-上级集水坑导水管流量计，28-上级集水坑出水泵，29-上级集水坑出口流量计。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1～图4，为一种反坡隧道排水及净化系统，该系统反坡隧道排水及净化系统包括排水装置、可移动药箱3、控制系统7和多级集水坑；

隧道内部水的排放过程由多级集水坑实现，由靠近掌子面15的集水坑将清水池12中的水抽到上一级集水坑中，通过逐级抽水，将隧道中的水排出隧道外；

所述集水坑分为废水处理池11和清水池12，其中废水处理池用于掌子面附近施工废水的净化，清水池12用于容纳中央排水沟22中的山体涌水，并在集水坑上部设置顶部网格板8，以防止杂物掉入集水坑内。

所述集水坑设置于隧道原设计的水沟电缆槽20位置处，在隧道贯通后填埋集水坑修建水沟电缆槽。进水泵1将掌子面处的施工废水抽入集水坑的废水处理池中，通过可移动药箱投入废水处理药剂，废水经过处理后流入清水池中，然后和中央排水沟流入的山体涌水一起由水泵逐级排出到洞外。

所述排水装置包含水泵和流量计；进口流量计2进口与进水泵1的出水口相连，用于测量流入废水处理池的水量大小。且进口流量计能将测出的流量信号传递到控制系统7中，控制系统结合其他流量计信号，相应地调节进水泵1的功率，确保集水坑中水位相对稳定。

所述水泵为变功率水泵，动态调节水泵的抽水功率。

反坡隧道的已施作衬砌段的纵向排水管23沿纵向在隧道两侧布置，横向排水管21用于连接纵向排水管23和中央排水沟22，且横向排水沟根据隧道设计的排水能力间隔一段距离在隧道两侧对称布置。流经纵向排水管的山体涌水会由横向排水管流入中央排水沟中。

在中央排水沟与每级集水坑对应的位置处设置洞内路基中央暗井17，并且在暗井处连接导水波纹管9与集水坑相通。在暗井的两边分别设置横向钢板闸门18和纵向钢板闸门19。

所述中央排水沟在施工阶段通过预留的洞内路基中央暗井17封堵纵向钢板闸门19，打开横向钢板闸门18，以确保中央排水沟中的山体涌水能通过横向的导水波纹管9流入清水池12中，在导水波纹管9的端口设置导水管流量计10，通过该流量计测出山体涌水的流量并将信号传递到控制系统7；在运营阶段则关闭横向钢板闸门，打开纵向钢板闸门，以保证中央排水沟22的正常工作。此外洞内路基中央暗井17还可以用于隧道运营阶段对中央排水沟22的检查与维护。

所述可移动药箱包括储药箱4、药泵5和药泵流量计6；储药箱和药泵连接，药泵和药泵流量计相连接，药泵和药泵流量计与控制系统7相连接；

可移动投药箱随着施工的进行而相应地移动到掌子面附近的集水坑处；控制系统根据掌子面流入处理池的废水量，控制药泵的开启；

通过药泵流量计的反馈，控制系统调整药泵的功率，使得投入的药量与废水量为最佳比例。

所述清水池设置出水泵13及与出水泵相连接的流量计，出水泵13和出口流量计14与控制系统相连接，控制系统根据掌子面流入的废水、药剂量和中央排水沟流入的山体涌水的总流量，结合出口流量计14所反馈的抽水流量，动态控制出水泵的开启与关闭，并调节出水泵的功率，使清水池的水位保持恒定。

所述流量计均为涡轮流量计。

所述控制系统根据各个流量计所测的流量，计算处理池和清水池中的水量，并调节各个水泵和药泵功率。

所述出水泵的出水口放置在上一级集水坑中，管口处设置上级集水坑进口流量计16；与靠近掌子面15的集水坑工作原理类似，上级集水坑控制系统24通过上级集水坑进口流量计16和上级集水坑导水管流量计27测出的流量信号来确定上级集水坑中要抽出的水量，并根据上级集水坑出口流量计29反馈的流量信号来动态控制上级集水坑出水泵28的功率，使得上级集水坑中的水位始终处于较为稳定的状态。

所述上级集水坑中山体涌水同样由中央排水沟流经上级集水坑导水波纹管26进入上级集水坑内。

所述上级集水坑顶部同样设置上级集水坑顶部网格板25，以防止在工作阶段有杂物掉入坑内。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，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者等同替换，而不脱离本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 (10)

1.一种反坡隧道排水及净化系统，其特征在于：该系统反坡隧道排水及净化系统包括排水装置、可移动药箱、控制系统和多级集水坑；

隧道内部水的排放过程由多级集水坑实现，由靠近掌子面的集水坑将清水池中的水抽到上一级集水坑中，通过逐级抽水，将隧道中的水排出隧道外；

进水泵将掌子面处的施工废水抽入集水坑的废水处理池中，通过可移动药箱投入废水处理药剂，废水经过处理后流入清水池中，然后和中央排水沟流入的山体涌水一起由水泵逐级排出到洞外。

2.根据权利要求1所述的一种反坡隧道排水及净化系统，其特征在于：所述集水坑分为废水处理池和清水，其中废水处理池用于掌子面附近施工废水的净化，清水池用于容纳中央排水沟中的山体涌水；

所述排水装置包含水泵和导水管流量计、药泵流量计和出口流量计；水泵出口端与流量计的进口端相连接；流量计读出流经水泵的流量，然后将所测数据传输到控制系统。

3.根据权利要求2所述的一种反坡隧道排水及净化系统，其特征在于：所述水泵为变功率水泵，动态调节水泵的抽水功率。

4.根据权利要求1所述的一种反坡隧道排水及净化系统，其特征在于：所述中央排水沟在施工段处用钢闸门进行拦堵，中央排水沟中的山体涌水通过横向的导水波纹管流入清水池中，在中央排水沟的端口设置导水管流量计，通过导水管流量计测出山体涌水的流量，并将数据传输到控制系统；在施工阶段封堵纵向钢板闸门，打开横向钢板闸门，以确保在施工阶段，山体涌水能流入集水坑中；在运营阶段则关闭横向钢板闸门，打开纵向钢板闸门，以保证中央排水沟的正常工作。

5.根据权利要求1所述的一种反坡隧道排水及净化系统，其特征在于：所述可移动药箱包括储药箱、药泵和药泵流量计；储药箱和药泵连接，药泵和药泵流量计相连接，药泵和药泵流量计与控制系统相连接；

可移动投药箱随着施工的进行而相应地移动到掌子面附近的集水坑处；控制系统根据掌子面流入处理池的废水量，控制药泵的开启；

通过药泵流量计的反馈，控制系统调整药泵的功率，使得投入的药量与废水量为最佳比例。

6.根据权利要求1所述的一种反坡隧道排水及净化系统，其特征在于：所述清水池设置出水泵及与出水泵相连接的出口流量计，出水泵和出口流量计与控制系统相连接，控制系统根据掌子面流入的废水、药剂量和中央排水沟流入的山体涌水的总流量，结合出水泵的出口流量计所获取的信息，动态控制出水泵的开启与关闭，并调节出水泵的功率，使清水池的水位保持恒定。

7.根据权利要求1所述的一种反坡隧道排水及净化系统，其特征在于：所述流量计均为涡轮流量计。

8.根据权利要求1所述的一种反坡隧道排水及净化系统，其特征在于：所述控制系统根据各个流量计所测的流量，计算处理池和清水池中的水量，并调节各个水泵和药泵功率。

9.根据权利要求1所述的一种反坡隧道排水及净化系统，其特征在于：所述出水泵的出水口放置在上一级集水坑中，管口处设置流量计；上级集水坑中的控制系统通过该水坑处的管口处流量计和横向导水波纹管处的流量计发出的信号来控制抽水水泵的功率，使得该集水坑中的水位处于稳定状态。

10.基于权利要求1～9中任一项所述系统的反坡隧道排水及净化方法，其特征在于：该方法为：

由多级集水坑实现隧道内部水的排放过程，由靠近掌子面的集水坑将清水池中的水抽到上一级集水坑中，通过逐级抽水，将隧道中的水排出隧道外；

所述集水坑分为废水处理池和清水，其中废水处理池用于掌子面附近施工废水的净化，清水池用于容纳中央排水沟中的山体涌水；

进水泵将掌子面处的施工废水抽入集水坑的废水处理池中，通过可移动药箱投入废水处理药剂，废水经过处理后流入清水池中，然后和中央排水沟流入的山体涌水一起由水泵逐级排出到洞外。

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