[发明专利]一种充气启动式隧道排水系统及方法

说明书

本发明提供一种充气启动式隧道排水系统，包括钻孔、虹吸管、边沟、充气启动装置，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，充气启动装置包括水箱、排气管、阀门A、排水管、阀门B、气瓶A、气瓶B、导流管、支管、压力表、导气管、阀门C，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，导流管中间设有压力表，支管连接在导流管上，导气管的入口端置于气瓶A之内，导气管的出口端与水箱底部连接，阀门C安装在导气管上，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。

技术领域

本发明属于隧道工程领域，适用于山体隧道的排水，尤其涉及一种充气启动式隧道排水系统及方法。

背景技术

受复杂地质环境和水文地质条件的影响，隧道的建设与运营过程目前仍面临很多工程病害问题。其中，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。近年有人提出了隧道虹吸排水技术，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体在负压下会析出、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，并且中断后难以再启动。

发明内容

本发明针对现有隧道虹吸排水维护困难的技术缺陷，提供一种充气启动式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，满足隧道有效排水的需要，实时控制隧道围岩内地下水位上升。

本发明的技术方案是：一种充气启动式隧道排水系统，包括钻孔、虹吸管、边沟、充气启动装置，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，充气启动装置位于隧道外的路基边坡上，充气启动装置包括水箱、排气管、阀门A、排水管、阀门B、气瓶A、气瓶B、导流管、支管、压力表、导气管、阀门C，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，支管连接在导流管上，支管的进气口在液面以上，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底部连接，阀门C安装在导气管上，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。

进一步地，所述的虹吸管的直径为4mm。

进一步地，所述的导气管的直径为10mm。

进一步地，所述的水箱中置入虹吸管的数量为100-200根。

一种充气启动式隧道排水方法，该方法包括：

（1）充气启动式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，记录排水管的初始排水流量；

（2）当排水管的排水流量下降到初始排水流量的30%-50%时，关闭阀门B，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，气体通过支管进入气瓶B，使气瓶A和气瓶B中的气压达到平衡；