一种逆向压水可恢复式的隧道排水系统及方法

摘要

本发明提供一种逆向压水可恢复式的隧道排水系统，该系统包括钻孔、边沟、逆向压水装置等，在隧道围岩内需要排水的位置设置钻孔，水箱顶部的高程低于钻孔底部的高程，水箱由透明材料制成，逆向压水装置位于隧道外的路基边坡上，逆向压水装置包括水箱、排气管、阀门A、排水管、阀门B、气瓶A、气瓶B、导流管、岔管、压力表、导气管、阀门C、单向阀等，本发明通过高压气体充入水箱逆向压水来启动虹吸，解决虹吸管空气累积和泥沙淤堵的问题，不借助其他电气设备，简单可靠，材料简单易获取，不受其他外界条件干扰，适用范围广，适用于偏远地区的野外山体隧道。

权利要求

1.一种逆向压水可恢复式的隧道排水系统，其特征在于，该系统包括钻孔、虹吸管、边沟、逆向压水装置，在隧道围岩内需要排水的位置设置钻孔，虹吸管的进水口置于钻孔内，虹吸管的出水口置于密闭的水箱中，水箱顶部的高程低于钻孔底部的高程，水箱由透明材料制成，逆向压水装置位于隧道外的路基边坡上，逆向压水装置包括水箱、排气管、阀门A、排水管、阀门B、气瓶A、气瓶B、导流管、岔管、压力表、导气管、阀门C、单向阀，水箱设置在路基坡面上，排气管安装在水箱的顶部，阀门A安装在排气管上，排水管的入口端连接在水箱的底部，阀门B安装在排水管的出口处，气瓶A盛有碳酸氢钠溶液，气瓶B盛有柠檬酸溶液，气瓶A和气瓶B之间通过导流管连接，导流管的两端都位于液面以下，导流管中间设有压力表，导气管的入口端置于气瓶A之内，导气管的入口端在液面以上，导气管的出口端与水箱连接，阀门C安装在导气管上，岔管的一端与导气管连接，岔管的另一端伸入到气瓶B的液面以下，单向阀安装在岔管上，单向阀的流向为从上到下。

2.一种应用于权利要求1的一种逆向压水可恢复式的隧道排水系统的方法，其特征在于，该方法包括：

（1）逆向压水可恢复式的隧道排水系统初次使用时，关闭阀门A，关闭阀门C，打开阀门B，从阀门B处向排水管逆向灌水，排出虹吸管中的气体后，停止逆向灌水，打开阀门A；

（2）当一半及以上的虹吸管停止流动时，关闭阀门B，使水箱水位上升，水箱中气体由排气管排出；

（3）当水箱集满水时，关闭阀门A，挤压气瓶B，使柠檬酸溶液通过导流管流入气瓶A，柠檬酸与碳酸氢钠反应产生二氧化碳气体，气体通过岔管进入气瓶B，使气瓶A和气瓶B中的气压达到平衡；

（4）当压力表显示特定值时，打开阀门C，气体充入水箱，使水箱中的水逆压进入虹吸管，将虹吸管内的泥沙和空气排出；

（5）当水箱水位下降到虹吸管出水口的位置时，关闭阀门C，打开阀门B，打开阀门A，向气瓶A中补充碳酸氢钠，向气瓶B中补充柠檬酸。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的压力表显示的特定值为200kpa-

250kpa。

说明书

一种逆向压水可恢复式的隧道排水系统及方法

技术领域

[0001] 本发明属于隧道工程领域，具体涉及一种逆向压水可恢复式的隧道排水系统及方法，特别适用于山体隧道围岩的排水。

背景技术

[0002] 隧道的渗漏水病害就是一个困扰隧道运营和养护的难题。隧道长期渗漏水会对隧道衬砌产生侵蚀破坏，渗漏水对隧道围岩也会产生软化作用，降低了围岩的强度，致使围岩失稳破坏。隧道渗漏水滴落到路面会造成路面积水或结冰，影响交通运行。目前的排水措施对衬砌整体性破坏较大，排水范围较小，长期的效果不佳，用于养护的成本较高。

[0003] 虹吸技术在水利工程领域有着普遍的应用，如边坡排水、隧道排水、泥石流水石分离、软土地基排水等，隧道虹吸排水技术，其具有排水孔布置方便、集水能力强、截排水效果好、工程建设速度快等优点，然而在使用隧道虹吸排水方法的工程中，虹吸管顶部需要保持一定的真空度，但是由于溶解在水中的气泡负压下会析出、外界空气渗入虹吸管等原因，部分虹吸管常常因为空气在管内累积而导致真空度下降，部分虹吸管会暂时处于停止工作状态，如果虹吸管长时间处于停流状态，会导致虹吸排水维护困难甚至整个虹吸排水系统中断，虹吸启动变得异常困难。另外，隧道虹吸排水技术一般使用直径4mm以下的虹吸管，虹吸管管径较小，容易出现泥沙淤堵状况，同样会造成虹吸中断，中断后难以再启动。

发明内容

[0004] 本发明针对现有隧道虹吸排水系统维护困难的技术缺陷，提供一种逆向压水可恢复式的隧道排水系统及方法，可在隧道虹吸排水系统使用过程中反复进行虹吸启动，解决排水过程中因虹吸管内空气积累而需要维护并重启动虹吸的问题，也解决虹吸管内泥沙淤堵的问题。

[0005] 本发明的技术方案是：一种逆向压水可恢复式的隧道排水系统，该系统包括钻孔、虹吸管、边沟、逆向压水装置，在隧道围岩内需要排水的位置设置钻孔，虹吸管的进水口置于钻孔内，虹吸管的出水口置于密闭的水箱中，水箱顶部的高程低于钻孔底部的高程，水箱由透明材料制成，逆向压水装置位于隧道外的路基边坡上，逆向压水装置包括水箱、排气管、阀门A、排水管、阀门B、气瓶A、气瓶B、导流管、岔管、压力表、导气管、阀门C、单向阀，水箱设置在路基坡面上，排气管安装在水箱的顶部，阀门A安装在排气管上，排水管的入口端连接在水箱的底部，阀门B安装在排水管的出口处，气瓶A盛有碳酸氢钠溶液，气瓶B盛有柠檬酸溶液，气瓶A和气瓶B之间通过导流管连接，导流管的两端都位于液面以下，导流管中间设有压力表，导气管的入口端置于气瓶A之内，导气管的入口端在液面以上，导气管的出口端与水箱连接，阀门C安装在导气管上，岔管的一端与导气管连接，岔管的另一端伸入到气瓶B的液面以下，单向阀安装在岔管上，单向阀的流向为从上到下。

[0006] 进一步地，所述的虹吸管的直径为4mm。

[0007] 进一步地，所述的水箱中置入虹吸管的数量为50-100根。

[0008] 进一步地，所述的排气管的直径为10mm，所述的导气管的直径为10mm。

[0009] 一种逆向压水可恢复式的隧道排水方法，该方法包括：

[0010] （1）逆向压水可恢复式的隧道排水系统初次使用时，关闭阀门A，关闭阀门C，打开阀门B，从阀门B处向排水管逆向灌水，排出虹吸管中的气体后，停止逆向灌水，打开阀门A；

[0011] （2）当一半及以上的虹吸管停止流动时，关闭阀门B，使水箱水位上升，水箱中气体由排气管排出；

[0012] （3）当水箱集满水时，关闭阀门A，挤压气瓶B，使柠檬酸溶液通过导流管流入气瓶A，柠檬酸与碳酸氢钠反应产生二氧化碳气体，气体通过岔管进入气瓶B，使气瓶A和气瓶B中的气压达到平衡；

[0013] （4）当压力表显示为特定值时，打开阀门C，气体充入水箱，使水箱中的水逆压进入虹吸管，将虹吸管内的泥沙和空气排出；

[0014] （5）当水箱水位下降到虹吸管出水口的位置时，关闭阀门C，打开阀门B，打开阀门A，向气瓶A中补充碳酸氢钠，向气瓶B中补充柠檬酸。

[0015] 上述的压力表显示的特定值为200kpa-250kpa。

[0016] 本发明的有益效果主要表现在：

[0017] 1、本发明通过高压气体充入水箱逆向压水来启动虹吸，解决虹吸管空气累积和泥沙淤堵的问题，不借助其他电气设备，简单可靠。

[0018] 2、本发明材料简单易获取，不受其他外界条件干扰，适用范围广，适用于偏远地区的野外山体隧道。

[0019] 3、本发明利用化学反应产生气体，可以多次使用，操作方法简单，也可以同时启动多根虹吸管，快速高效启动虹吸。

[0020] 4、本发明的气体发生系统的设计保证了气体源源不断地流入水箱，气瓶A和气瓶B内的气压始终保持动态平衡，使整个装置稳定可靠。

附图说明

[0021] 图1为本发明的一种逆向压水可恢复式的隧道排水系统的整体结构示意图；

[0022] 图2为本发明的一种逆向压水可恢复式的隧道排水系统的隧道横断面示意图；

[0023] 图3为本发明的一种逆向压水可恢复式的隧道排水系统的逆向压水装置的结构示意图；

[0024] 图中：钻孔1、虹吸管2、边沟4、隧道5、山体6、路基边坡7、逆向压水装置3、水箱31、排气管32、阀门A 33、排水管34、阀门B 35、气瓶A 81、气瓶B 82、导流管83、压力表84、导气管85、阀门C 86、岔管87、单向阀88。

具体实施方式

[0025] 下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应该理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

[0026] 实施例1

[0027] 如图1、图2所示，本实施例提供一种逆向压水可恢复式的隧道排水系统，该系统包括钻孔1、虹吸管2、边沟4、逆向压水装置3，在隧道围岩内需要排水的位置设置钻孔1，虹吸管2的进水口置于钻孔1内，虹吸管2的出水口置于密闭的水箱31中，水箱31顶部的高程低于钻孔1底部的高程，水箱31由透明材料制成，逆向压水装置3位于隧道外的路基边坡7上，逆向压水装置3包括水箱31、排气管32、阀门A33、排水管34、阀门B35、气瓶A81、气瓶B82、导流管83、岔管87、压力表84、导气管85、阀门C86、单向阀88，水箱31设置在路基坡面7上，排气管32安装在水箱31的顶部，阀门A33安装在排气管32上，排水管34的入口端连接在水箱31的底部，阀门B35安装在排水管34的出口处，气瓶A81盛有碳酸氢钠溶液，气瓶B82盛有柠檬酸溶液，气瓶A81和气瓶B82之间通过导流管83连接，导流管83的两端都位于液面以下，导流管83中间设有压力表84，导气管32的入口端置于气瓶A81之内，导气管32的入口端在液面以上，导气管32的出口端与水箱31连接，阀门C86安装在导气管32上，岔管87的一端与导气管32连接，岔管87的另一端伸入到气瓶B82的液面以下，单向阀88安装在岔管87上，单向阀88的流向为从上到下。所述的虹吸管2的直径为4mm。所述的水箱31中置入虹吸管2的数量为50根。
所述的排气管32的直径为10mm，所述的导气管85的直径为10mm。水箱31的体积设置为50升，每根虹吸管2长度为50m，50根虹吸管2充满水需要32升水，气瓶A 81的碳酸氢钠溶液为500克碳酸氢钠和2升水，气瓶B 82的柠檬酸溶液为500克柠檬酸和1千克水，根据化学反应方程；3NaHCO3+C6H8O7=C6H5O7Na3+3CO2+3H2O，碳酸氢钠和柠檬酸完全反应后，在常温、压强为
250kpa下，可产生二氧化碳53.2升。

[0028] 一种逆向压水可恢复式的隧道排水方法，该方法包括：

[0029] （1）逆向压水可恢复式的隧道排水系统初次使用时，关闭阀门A33，关闭阀门C86，打开阀门B35，从阀门B35处向排水管34逆向灌水，排出虹吸管中的气体后，停止逆向灌水，打开阀门A33；

[0030] （2）当一半及以上的虹吸管停止流动时，关闭阀门B，使水箱水位上升，水箱中气体由排气管排出；

[0031] （3）当水箱集满水时，关闭阀门A33，挤压气瓶B82，使柠檬酸溶液通过导流管83流入气瓶A81，柠檬酸与碳酸氢钠反应产生二氧化碳气体，气体通过岔管87进入气瓶B82，使气瓶A81和气瓶B82中的气压达到平衡；

[0032] （4）当压力表84显示为250kpa时，打开阀门C86，气体充入水箱31，使水箱31中的水逆压进入虹吸管2，将虹吸管2内的泥沙和空气排出，气体流出气瓶A 81后，气瓶A 81压力减小，柠檬酸溶液通过导流管被压入气瓶A 81，继续发生反应产生气体；

[0033] （5）当水箱31水位下降到虹吸管2出水口的位置时，关闭阀门C86，打开阀门B35，打开阀门A33，向气瓶A81中补充碳酸氢钠，向气瓶B82中补充柠檬酸。