CN115962352B - 一种内膜防结晶隧道排水管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种内膜防结晶隧道排水管，包括外管和作为隧道排水管的内管，内管置于外管内部，且内管和外管之间具有空间，内管的内壁附着有弹性内膜，内管为弹性管。本发明在隧道排水管内管的内壁附着弹性内膜，地下水中的阴阳离子结合产生的结晶物碳酸钙会附着在弹性内膜的表面，当地下水流量变化时即水压变化时，在水压力作用下，附着的结晶物和弹性内膜及内管会发生形变，因结晶物与弹性内膜的弹性膜量相差较大，导致结晶物与弹性内膜的不协调变形，从而使得结晶物与弹性内膜相接触的位置发生开裂，从而实现结晶物的脱落，达到结晶物脱落后随地下水排出内管的目的，避免结晶物堵塞在排水管内。
Description
技术领域
本发明属于隧道排水技术领域，具体属于一种内膜防结晶隧道排水管。
背景技术
目前在隧道工程领域采用复合式衬砌的隧道结构中，通常在初期支护和二次衬砌之间铺设排水管，包括环向排水管、纵向排水管、横向排水管、中央水沟等，用于对二次衬砌及防水板后的渗水进行排放，以消除水压。但是在隧道运营期间，由于渗水带出的泥沙和淤积通常会造成排水管底部位置的堵塞，如陈理公开的文献《铁路隧道施工中排水管堵塞问题探究》(《技术与市场》，2015年，第22卷第4期，第80页，2015年4月)，指出隧道排水系统易受到泥沙、钙质结晶物的影响而形成堵塞，造成水压积聚或者衬砌开裂渗水等后果。在岩溶发育地区修建的隧道，地下水中通常富含镁质、钙质离子，在水流的底部逐渐形成结晶物，堵塞隧道排水管。
由于隧道修建完毕后，排水管通常被封闭在二次衬砌背后，无法将衬砌结构打开以检查和清理排水管，所以目前有效的清淤措施较少。通常采取的对策是在中央水沟中设置检查井和沉砂池，但此举只能清理中央水沟部位的淤堵。也有采用高压水和高压空气的方式对衬砌两侧的局部排水管进行清理，但能清理的排水管范围也很有限。以上措施，均无法有效地对隧道排水系统的堵塞进行清理，使其恢复排水能力。
针对隧道排水管易被堵塞的问题，部分专家提出了一些方法：如周卓发表的论文《岩溶地区地下水渗流结晶堵塞隧道排水管机理研究及处治建议》(长安大学硕士学位论文，第57-60页，2015年6月)，提出采用化灌防水和化灌-电防渗技术、改变排水坡度、隧道排水管放入碳酸酐酶的细菌、加压清除堵塞物和隧道加入除垢剂等措施。以上措施，或存在构造复杂清除不够彻底的问题，或短期效果有效，或需要对隧道的结构进行改变，或成本较高，总体上不能完全解决目前隧道排水管堵塞的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种内膜防结晶隧道排水管，本申请提供如下技术方案：
一种内膜防结晶隧道排水管，包括外管和作为隧道排水管的内管，所述内管置于外管的内部，且所述内管和外管之间具有变形空间，所述内管由弹性内膜制成。
在一个可能的实施例中，所述弹性内膜为PDMS薄膜、硅橡胶薄膜、EVA薄膜和TPU薄膜中的任一种。
本发明将弹性内膜制成用于排水的内管，地下水中的阴阳离子结合产生的结晶物碳酸钙会附着在由弹性内膜制成的内管表面，因弹性内膜的疏水性比原有普通材料(PVC)的内管优越，结晶物不容易附着于弹性内膜的表面，同时当地下水流量变化时即水压变化时，在水压力作用下，附着的结晶物和由弹性内膜制成的内管会发生形变，因结晶物与弹性内膜的弹性膜量相差较大，导致结晶物与弹性内膜的不协调变形，从而使得结晶物与弹性内膜相接触的位置发生开裂，从而实现结晶物的脱落，达到结晶物脱落后随地下水排出内管的目的，避免结晶物堵塞在排水管内。
在一个可能的实施例中，所述内管的内部设置有压力传感器和增压泵，所述压力传感器和所述增压泵均设置于所述内管的进水端，且所述压力传感器和所述增压泵连接有同一个控制系统。
本发明于内管中设置压力传感器和增压泵，通过压力传感器可以监测水压的情况，从而达到监测弹性内膜的变形情况，当水压较小时，可以通过启动增压泵给水压增加，从而确保结晶物顺利脱落。
在一个可能的实施例中，所述内管的一侧连通有第三排水管，所述第三排水管内设置有按压装置和按压开关，所述按压装置的两侧分别与所述第三排水管的内壁滑动连接，所述按压装置的一端靠近所述内管，所述按压装置的另一端设置所述按压开关，所述按压开关用于控制所述增压泵的启停。
在一个可能的实施例中，所述按压装置包括一体设置的按压条和滑动块，所述滑动块的两侧分别与所述第三排水管的内壁滑动连接，所述滑动块与所述按压开关之间设置所述按压条。
通过上述方案，当地下水的水压偏小但流量稳定时，压力传感器检测到水压较小并反馈给控制系统，启动增压泵增压，当水压增加到足以导致结晶物破裂时，需要及时关闭增压泵，避免水压过大时，造成内管过渡变形而发生破裂。
在一个可能的实施例中，所述内管上设置有压力调节阀。
本发明通过压力调节阀用于控制内管的地下水压力，当长时间地下水流量变化不大导致水压稳定的情况下，可以通过压力调节阀控制地下水压力，从而改变结晶物及弹性内膜制成的内管的形变量，使得结晶物开裂。
在一个可能的实施例中，所述内管的内部设置有中心轴，所述中心轴上设置有叶轮，用以通过水流的冲击使中心轴转动，所述中心轴上还设置有转盘，沿所述转盘的圆周均匀设置有除结晶装置。
在一个可能的实施例中，所述除结晶装置包括牵引绳和弹力球，所述牵引绳的一端与转盘连接，所述牵引绳的另一端与弹力球连接。
在一个可能的实施例中，所述除结晶装置包括连接板和毛刷，所述连接板的一侧与所述转盘连接，所述连接板的另一侧与所述毛刷连接。
本发明利用隧道排水管内的水流冲击扇叶，进而带到扇叶及轮盘转动，从而带动中心轴转动，中心轴上设置的转盘和除结晶装置也会一起转动，通过除结晶装置圆周转动会去除附着在弹性内膜制成的内管上已开裂的结晶物。
在一个可能的实施例中，所述中心轴的一端连接有从动锥齿轮，所述从动锥齿轮啮合有主动锥齿轮，所述主动锥齿轮通过转轴连接有驱动电机，所述驱动电机设置于所述内管和所述外管之间。
本发明设置驱动电机用于驱动中心轴转动，驱动电机通过伞齿轮传动组件与中心轴连接，当地下水流量不足时，可以通过驱动电机提供动力，去除附着在弹性内膜上的结晶物。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明将弹性内膜制成用于排水的内管，地下水中的阴阳离子结合产生的结晶物碳酸钙会附着在由弹性内膜制成的内管表面，因弹性内膜的疏水性比原有普通材料(PVC)的内管优越，结晶物不容易附着于弹性内膜的表面，同时当地下水流量变化时即水压变化时，在水压力作用下，附着的结晶物和由弹性内膜制成的内管会发生形变，因结晶物与弹性内膜的弹性膜量相差较大，导致结晶物与弹性内膜的不协调变形，从而使得结晶物与弹性内膜相接触的位置发生开裂，从而实现结晶物的脱落，达到结晶物脱落后随地下水排出内管的目的，避免结晶物堵塞在排水管内。
为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显和易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，做详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，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相关的附图。
图1是本发明的一种具体实施方式的正视角结构示意图。
图2是本发明的一种具体实施方式的内部结构示意图。
图3是本发明的另一种具体实施方式的内部结构示意图。
附图标记：1-外管；2-内管；3-压力传感器；4-中心轴；5-叶轮；6-转盘；7-弹力球；8-增压泵；9-第三排水管；10-按压装置。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
实施例一
请参考图1-3所示，本实施例一提供的一种内膜防结晶隧道排水管，包括外管1和作为隧道排水管的内管2，所述内管2置于外管1的内部，且所述内管2和外管1之间具有变形空间，所述内管2由弹性内膜制成；所述弹性内膜为PDMS薄膜、硅橡胶薄膜、EVA薄膜和TPU薄膜中的任一种。
具体实施时，本发明包括外管1和设置于外管1的内管2，内管2作为隧道的排水管由弹性内膜制成，具有一定弹性受外力时会产生形变，且内管2和外管1之间留有内管2变形的空间，地下水从内管2中排出，排出过程中地下水中产生的结晶物会附着在由弹性内膜制成的内管2上，造成内管2的堵塞，同时排出过程中，地下水产生的水压力会对结晶物和弹性内管2产生形变，受环境因素的影响，地下水的流量会产生变化，从而导致对地下水附着的结晶物以及弹性内膜制成的内管2水压力改变，又因结晶物与弹性内膜的弹性模量相差较大，导致结晶物与弹性内膜制成的内管2不协调变形，从而使得结晶物与弹性内膜制成的内管2相接触的位置发生开裂，从而实现结晶物的脱落，达到结晶物脱落后随地下水排出内管2的目的，避免结晶物堵塞在排水管内，通过实验，本实施例中优选PDMS薄膜、硅橡胶薄膜、EVA薄膜和TPU薄膜。
在上述实施例一的可选方案中，所述内管2上设置有压力调节阀。
在上述可选的方案中，压力调节阀用于控制内管2的地下水压力，当长时间地下水流量变化不大导致水压稳定的情况下，可以通过压力调节阀控制地下水压力，从而改变结晶物及弹性内膜制成的内管2的形变量，使得结晶物开裂，本实施例中优选手动压力调节阀，并将压力调节阀安装在靠近内管2的进水端，便于隧道排水管的布置。
在上述实施例一的基础上进一步改进，即在一个可能的实施例二中，所述内管的内部设置有压力传感器3和增压泵8，所述压力传感器3和所述增压泵8均设置于所述内管2的进水端，且所述压力传感器3和所述增压泵8连接有同一个控制系统。
在上述实施例二中，受环境因素的影响，地下水的流量会产生变化，当地下水流量水压平稳且流量偏小时，地下水流量改变的压力差不能很好的导致附着在内管2上的结晶物脱离，因此本实施例二在内管2中设置压力传感器3和增压泵8，通过压力传感器3可以监测水压的情况，从而达到监测弹性内膜的变形情况，当水压较小时，可以通过启动增压泵8给水压增加，从而确保结晶物顺利脱落，本实施例中优选将压力传感器3和增压泵8设置在靠近内管2的进水端，便于在隧道地下排水管中布置及安装，以此根据压力传感器3监测情况实现远程控制弹性内膜的变动。
在实施例二的可选方案中，所述内管的一侧连通有第三排水管9，所述第三排水管9内设置有按压装置10和按压开关，所述按压装置10的两侧分别与所述第三排水管9的内壁滑动连接，所述按压装置10的一端靠近所述内管，所述按压装置的另一端设置所述按压开关，所述按压开关用于控制所述增压泵8的启停，所述按压装置10包括一体设置的按压条和滑动块，所述滑动块的两侧分别与所述第三排水管9的内壁滑动连接，所述滑动块与所述按压开关之间设置所述按压条。
在该可选的方案中，上述实施例二中当地下水的水压偏小但流量稳定时，压力传感器检测到水压较小并反馈给控制系统，启动增压泵8增压，当水压增加到足以导致结晶物破裂时，需要及时关闭增压泵8，避免水压过大时，造成内管2过渡变形而发生破裂，因此该可选的方案中设置增压泵8自动停机装置，即在内管的一侧连通有第三排水管9，第三排水管9可以安装在外管1和内管2的变形空间内，并在第三排水管9内设置有用于控制增压泵8启停的按压开关，该按压开关为常开式按压开关，即当闭合该按压开关时，增压泵8停止运行，同时在第三排水管9内还设置有用于闭合按压开关的按压装置10，该按压装置10与第三排水管9的内壁滑动连接，当地下水的水压增加，导致流入第三排水管9的地下水向第三排水管9的内部推动按压装置，从而使得按压装置10挤压按压开关，按压开关按下后，增压泵8便会关闭停止加压，本实施例中按压装置10包括滑动块和按压条，滑动块与按压条一体设置，且滑动块的两侧与第三排水管9的内壁滑动连接，即第三排水管9的内壁设置有滑槽，滑动块的两侧可沿滑槽滑动，滑槽的底部设置有横向的阻挡，避免滑动块滑出第三排水管9。
在本实施例一的基础上进一步改进，即在一个可能的实施例三中，所述内管2的内部设置有中心轴4，所述中心轴4上设置有叶轮5，用以通过水流的冲击使中心轴4转动，所述中心轴4上还设置有转盘6，沿所述转盘6的圆周均匀设置有除结晶装置；
具体实施时，实施例一中结晶物与弹性内膜制成的内管2接触位置发生开裂，导致结晶物大部分脱落，但仍有极少数的结晶物与弹性内膜制成的内管2之间只存在开裂现象，并没有完全断裂，因此为了确保结晶物能够完全断裂脱落，在结晶物与弹性内膜已经出现部分开裂的情况下，在内管2的内部设置中心轴4，中心轴4上设置有叶轮5，叶轮5数量至少为两个，两个叶轮5可以分布在中心轴4的两端，叶轮5包括可以转动的轮盘和扇叶，利用隧道排水管内的水流冲击扇叶，进而带到扇叶及轮盘转动，从而带动中心轴4转动，中心轴4上设置的转盘6和除结晶装置也会一起转动，通过除结晶装置圆周转动会去除附着在弹性内膜制成的内管2上已开裂的结晶物。
在上述实施例三的可选方案中，所述除结晶装置包括牵引绳和弹力球7，所述牵引绳的一端与转盘6连接，所述牵引绳的另一端与弹力球7连接，本优选的方案中，除结晶装置由牵引绳和弹力球7组成，转盘6转动时，弹力球7做离心运动，弹力球7会轻轻撞击附着在弹性内膜制成的内管上的结晶物，使得结晶物脱落，同时弹力球7撞击在弹性内膜上，会使得弹性内膜制成的内管2发生振动和形变，进一步尽快加快弹性内膜制成的内管2与结晶物的开裂。
在上述实施例三的可选方案中，所述除结晶装置包括连接板和毛刷，所述连接板的一侧与所述转盘6连接，所述连接板的另一侧与所述毛刷连接，本优选的方案中，除结晶装置由连接板和毛刷组成，转盘6转动时，连接板及毛刷也做圆周运动，毛刷会沿内管2的内壁刷掉附着在弹性内膜制成的内管2上的结晶物。
在上述实施例三的可选方案中，所述中心轴4的一端连接有从动锥齿轮，所述从动锥齿轮啮合有主动锥齿轮，所述主动锥齿轮通过转轴连接有驱动电机，所述驱动电机设置于所述内管2和所述外管1之间。本优选的方案中，当地下水流量较小时，可以设置驱动电机用于驱动中心轴4转动，驱动电机设置于内管2和外管1之间，且靠近内管2的进水端部，驱动电机通过伞齿轮传动组件与中心轴4连接，伞齿轮传动组件包括主动锥齿轮和从动锥齿轮。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (7)
1.一种内膜防结晶隧道排水管，其特征在于：包括外管(1)和作为隧道排水管的内管(2)，所述内管(2)置于外管(1)的内部，且所述内管(2)和外管(1)之间具有变形空间，所述内管(2)由弹性内膜制成；
所述内管的内部设置有压力传感器(3)和增压泵(8)，所述压力传感器(3)和所述增压泵(8)均设置于所述内管的进水端，且所述压力传感器(3)和所述增压泵(8)连接有同一个控制系统；
所述内管的一侧连通有第三排水管(9)，所述第三排水管(9)内设置有按压装置(10)和按压开关，所述按压装置(10)的两侧分别与所述第三排水管(9)的内壁滑动连接，所述按压装置(10)的一端靠近所述内管，所述按压装置(10)的另一端设置所述按压开关，所述按压开关用于控制所述增压泵(8)的启停；
所述按压装置(10)包括一体设置的按压条和滑动块，所述滑动块的两侧分别与所述第三排水管(9)的内壁滑动连接，所述滑动块与所述按压开关之间设置所述按压条。
2.根据权利要求1所述的一种内膜防结晶隧道排水管，其特征在于：所述弹性内膜为PDMS薄膜、硅橡胶薄膜、EVA薄膜和TPU薄膜中的任一种。
3.根据权利要求1所述的一种内膜防结晶隧道排水管，其特征在于：所述内管上设置有压力调节阀。
4.根据权利要求1所述的一种内膜防结晶隧道排水管，其特征在于：所述内管(2)的内部设置有中心轴(4)，所述中心轴(4)上设置有叶轮(5)，用以通过水流的冲击使中心轴(4)转动，所述中心轴(4)上还设置有转盘(6)，沿所述转盘(6)的圆周均匀设置有除结晶装置。
5.根据权利要求4所述的一种内膜防结晶隧道排水管，其特征在于：所述除结晶装置包括牵引绳和弹力球(7)，所述牵引绳的一端与转盘(6)连接，所述牵引绳的另一端与弹力球(7)连接。
6.根据权利要求4所述的一种内膜防结晶隧道排水管，其特征在于：所述除结晶装置包括连接板和毛刷，所述连接板的一侧与所述转盘(6)连接，所述连接板的另一侧与所述毛刷连接。
7.根据权利要求4所述的一种内膜防结晶隧道排水管，其特征在于：所述中心轴(4)的一端连接有从动锥齿轮，所述从动锥齿轮啮合有主动锥齿轮，所述主动锥齿轮通过转轴连接有驱动电机，所述驱动电机设置于所述内管(2)和所述外管(1)之间。
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