用于可溶岩隧道防止排水管结晶堵塞的自清理防排水系统

技术领域

本发明属于隧道施工防排水技术领域，具体涉及用于可溶岩隧道防止排水管结晶堵塞的自清理防排水系统。

背景技术

岩溶是一个涉及固、液、气三相的复杂化学动力体系，三者之间的相互作用是岩溶发育过程的关键，其中溶解-沉淀(结晶)是岩溶动力系统中最重要的化学反应过程。水对可溶岩进行化学溶蚀，形成溶孔、溶隙、管道、洞穴、地下水暗河等岩溶现象，降水及地表水通过形成的岩溶地貌进入地下而成为岩溶地下水系。

随着我国隧道建设量的不断增加，在建隧道、运营隧道都不断涌现出一系列复杂病害问题。特别是在西南岩溶发育地区，隧道排水管在隧道施工和运营阶段均出现了严重的结晶堵塞情况。在可溶岩隧道中，隧道横向排水管和纵向排水管常常受到含有溶解性矿物质的地下水影响，导致矿物质在管道内结晶沉积，形成结晶堵塞，造成隧道排水系统排水不畅，隧道水压不断增大，对隧道排水系统的正常运行带来极大危害。

目前，解决可溶岩隧道排水管结晶堵塞问题主要依赖传统的人工清理方法。人工清理方式耗时耗力，且存在安全风险，缺乏自动化智能清理手段。此外，人工清理往往只能进行定期维护，而无法实现即时响应和快速处理，造成了排水系统运行效率的低下。此外，现有技术方案1(CN 114991862 B)中提出一种横向排水管结晶处治的超声共振装置，包括超声共振装置本体、外部封堵板、内部可伸缩封堵装置和注水管道，该装置主要针对排水管道内出现结晶堵塞现象后而采用的技术方案，对于预防管道结晶堵塞作用效果不明显。现有技术方案2(CN114382538A)中，在初期支护和二次衬砌见设置排水盲管，通过设置打药组建和换药组件的方式，来阻止管道内出现结晶堵塞。该技术主要通过化学试剂加药的方式进行处理，后期维护处治工作量大，现场难以广泛推广应用。因此，为可溶岩隧道排水管结晶堵塞问题，研发一种用于可溶岩隧道防止排水管结晶堵塞的智能清理防排水系统是十分必要的。

发明内容

本发明的目的是提供用于可溶岩隧道防止排水管结晶堵塞的自清理防排水系统，解决可溶岩隧道排水管结晶堵塞问题，实现自动化智能化高效清理，提高隧道排水效果。

本发明所采用的技术方案是，用于可溶岩隧道防止排水管结晶堵塞的自清理防排水系统，包括岩溶隧道，岩溶隧道内侧铺设支护系统，支护系统内设置过滤系统，岩溶隧道底部设置排水系统，排水系统上设置监测系统，排水系统还设置清洗系统，监测系统和清洗系统还连接有中心控制系统。

本发明的特点还在于：

其中支护系统为拱形设计，包括沿岩溶隧道依次铺设的初期支护、防水层和二次模筑衬砌，过滤系统位于初期支护和防水层之间。

其中过滤系统包括沿初期支护内壁铺设的固定金属网，固定金属网内填充有改性陶粒，固定金属网为方格网状金属丝，改性陶粒粒径为10～25mm；

其中排水系统包括纵向盲管、横向排水管、隧底环向盲管、边墙侧沟、中心排水沟、边墙泄水孔、边墙泄水管和异形弯头；

隧底环向盲管沿岩溶隧道底部铺设；

纵向盲管为双壁打孔PE波纹管，沿岩溶隧道两侧拉通布置，并直接弯入岩溶隧道底部两侧的边墙侧沟；

横向排水管、隧底环向盲管、边墙泄水管、异形弯头采用硬聚乙烯PVC管材，隧底环向盲管沿岩溶隧道仰拱布置并弯入边墙侧沟；边墙侧沟通过岩溶隧道底部铺设的横向排水管连接至中心排水沟，中心排水沟位于岩溶隧道底部中心，横向排水管沿隧道纵向间隔一定距离设置一道，设置若干个横向排水管，且横向排水管设置不小于2％的排水坡度；边墙泄水孔沿岩溶隧道边墙位置连通至边墙侧沟，泄水坡度i＝0.1，并设置边墙泄水管；异形弯头从边墙侧沟引出，通过一定的角度连接横向排水管；

其中岩溶隧道底部设置有泄压系统，泄压系统包括泄压过滤网、竖向泄压孔、泄压阀和水压监测表；

竖向泄压孔位于中心排水沟两侧，竖向泄压孔联通隧底环向盲管与中心排水沟，竖向泄压孔与隧底环向盲管连接处设置泄压过滤网，水压监测表位于泄压过滤网上方，竖向泄压孔内设置泄压阀，泄压阀连接中心控制系统；

其中清洗系统设置于排水系统内所有管道内，包括清洗探头、管壁侧片和注水孔；

清洗探头包括清洗杆、伸缩杆和刮除片，清洗杆为中空圆杆，清洗杆端部与注水孔连接，清洗杆杆身开设若干梅花形布置圆孔，伸缩杆与清洗杆进行套筒滑动连接，伸缩杆末端与刮除片固定连接，所述刮除片为半倒梯形，刮除片与管壁侧片密贴；管壁侧片沿排水系统内所有管道内壁环形布置，沿管内水流向斜向下一定角度控制，角度为5～15°，清洗探头连接中心控制系统；

其中监测系统设置于排水系统内所有管道内，用于监测整个防排水系统管道的正常工作情况；

其中防水层由若干防水单元组成，防水单元包括依次铺设的外贴式橡胶止水带、中埋式自粘钢边橡胶止水带、聚乙烯泡沫塑料板和自粘式防排水板，自粘式防排水板材质为PE聚乙烯，形状为凸壳形，呈半球状，梅花形均匀分布，自粘式防排水板纵向两侧为搭接区，若干防水单元采用凸壳嵌扣和粘结方式搭接。

本发明的有益效果是：

本发明所采用的智能清理防排水系统配置了高效的过滤系统，能够在地下岩溶水流入隧道排水管前进行有效预过滤，该过滤系统采用改性陶粒进行填充，可以有效去除可溶岩隧道中具有结晶倾向的离子，从而减少排水管内结晶产生的可能性。

本发明所采用的智能清理防排水系统配置了监测系统和智能清洗系统，能够实现隧道排水管内的水流状态、温度、压力及结晶程度的实时监控，同时将监控信息传至中心控制系统，使隧道运维人员能够及时发现问题进而采取措施；通过管道内清洗探头、管壁侧片的协同清除工作，实现了管道内结晶物的定期清除，最大限度减少了清洗水的浪费，进一步提升管道清洗效率。

本发明所采用的智能清理防排水系统配置了高效排水系统，能够快速的将岩溶隧道内的水流引入排水系统中，进行及时排水，排水系统设置纵向盲管、横向排水管、隧底环向排水盲管、边墙侧沟、中心排水沟、边墙泄水孔、异形弯头等，确保管道内始终保持较低水位，降低结晶物沉积的可能性，同时还配置了泄压系统，能够根据监测信号进行自动调节隧底环向排水盲管的水压，保持隧底排水畅通。

本发明所采用的智能清理防排水系统在可溶岩隧道防止排水管结晶堵塞方面具有过滤、监测、清洗、泄压、排水和中心控制等六方面优势，该系统可大大提高可溶岩隧道的排水效率和安全性，减少结晶堵塞带来的风险和损失。

附图说明

图1是本发明的用于可溶岩隧道防止排水管结晶堵塞的自清理防排水系统的横断面示意图；

图2是本发明的用于可溶岩隧道防止排水管结晶堵塞的自清理防排水系统中纵向盲管与防水层末端示意图；

图3是本发明的用于可溶岩隧道防止排水管结晶堵塞的自清理防排水系统中排水系统仰拱位置布置示意图；

图4是本发明的用于可溶岩隧道防止排水管结晶堵塞的自清理防排水系统中排水系统及泄水孔布置示意图；

图5是本发明的用于可溶岩隧道防止排水管结晶堵塞的自清理防排水系统中可溶岩速递集中水单独引排示意图；

图6是本发明的用于可溶岩隧道防止排水管结晶堵塞的自清理防排水系统中自粘式防排水板搭接示意图；

图7是本发明的用于可溶岩隧道防止排水管结晶堵塞的自清理防排水系统中清洗探头截面示意图；

图8是本发明的用于可溶岩隧道防止排水管结晶堵塞的自清理防排水系统中清洗杆剖面示意图。

图中，1.过滤系统，11.改性陶粒，12.固定金属网，2.排水系统，21.纵向盲管，22.横向排水管，23.隧底环向盲管，24.边墙侧沟，25.中心排水沟，26边墙泄水孔，27.边墙泄水管，28.异形弯头，3.泄压系统，31.泄压过滤网，32.竖向泄压孔，33.泄压阀，34.水压监测表，4.监测系统，5.清洗系统，51.清洗探头，511.清洗杆，512.伸缩杆，513.刮除片，52.管壁侧片，53.注水孔，6.中心控制系统，7.岩溶隧道，8.初期支护，9.防水层，91.外贴式橡胶止水带，92.中埋式自粘钢边橡胶止水带，93.聚乙烯泡沫塑料板，94.自粘式防排水板，10.二次模筑衬砌。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明提供了用于可溶岩隧道防止排水管结晶堵塞的智能清理防排水系统，具体如下述实施例所示：

实施例1

包括过滤系统1、排水系统2、泄压系统3、监测系统4、清洗系统5、中心控制系统6、岩溶隧道7、初期支护8、防水层9、二次模筑衬砌10，过滤系统1设置在初期支护8内侧，排水系统2用于收集处理岩溶隧道7周边汇集的岩溶水，监测系统4用于监测整个防排水系统管道的正常工作情况，清洗系统5用于定期清洗排水管道，防止管道结晶堵塞，中心控制系统6可接收监测系统4反馈的管道内情况，若管道发生堵塞时，控制清洗系统5进行管道清洗工作，保障可溶岩隧道防排水系统的正常工作；

过滤系统1包括改性陶粒11、固定金属网12，在初期支护8施作完成后，沿着内壁铺设固定金属网12，将改性陶粒11填充至固定金属网12中，在初期支护8和防水层9之间形成一层过滤层，用于隧道周边岩溶水的过滤；

排水系统2包括纵向盲管21、横向排水管22、隧底环向盲管23、边墙侧沟24、中心排水沟25、边墙泄水孔26、边墙泄水管27、异形弯头28；

泄压系统3包括泄压过滤网31、竖向泄压孔32、泄压阀33、水压监测表34，水压监测表34可随时监测隧底水压大小，当需要进行泄压时，通过中心控制系统6发出指令，控制泄压阀33从竖向泄压孔32进行泄压。

清洗系统5包括清洗探头51、管壁侧片52、注水孔53，当接收到中心控制系统6发出的清洗指令时，清洗探头51用于冲刷粘附在管壁的结晶物，同时管壁侧片52进行抖动，协助管内结晶物清洗工作，清洗系统5设置于排水系统2的所有排水管道内。

实施例2

如图1及图2所示，改性陶粒11粒径为10～25mm，要求能够吸附可溶岩隧道中Ca

如图1及图4所示，纵向盲管21采用双壁打孔PE波纹管，波纹管材质为增强聚氯乙烯，直径200mm，壁厚3mm，具有较好的弹性和透水性，沿隧道两侧拉通布置，并直接弯入边墙侧沟24，进水口为长条形，尺寸长15mm，宽3mm，打孔间距50mm；横向排水管22、隧底环向盲管23、边墙泄水管27、异形弯头28采用硬聚乙烯PVC管材，直径可按φ110、φ125、φ160、φ200、φ250选用；隧底环向盲管23沿隧道仰拱布置，纵向间距5m，并弯入边墙侧沟24；边墙侧沟24通过横向排水管22连接至中心排水沟25，横向排水管22沿隧道纵向每10m设置一道，并设置不小于2％的排水坡度；边墙泄水孔26从隧道边墙位置直接打通到边墙侧沟24中，泄水坡度i＝0.1，并设置边墙泄水管27；所示异形弯头28从边墙侧沟24引出，通过一定的角度连接横向排水管22；

如图1、图3及图4所示，竖向泄压孔32从中心排水沟两侧25引出，连接隧底环向盲管23与中心排水沟，泄压孔与隧底环向盲管23连接处设置泄压过滤网31，防止连接处堵塞，水压监测表34位于泄压过滤网31上方，并设置泄压阀33；

如图7及图8所示，清洗探头51包括清洗杆511、伸缩杆512、刮除片513，所述清洗杆511为中空圆杆，端部与注水孔53连接，杆身开梅花形布置圆孔514，圆孔间隔10cm，伸缩杆512与清洗杆511进行套筒滑动连接，末端与刮除片513固定连接，刮除片513为半倒梯形，通过控制伸缩杆512长度可将刮除片513与管壁侧片52密贴，可随清洗杆511进行转动，用于刮除附着在管壁侧片52上的结晶物；所述管壁侧片52沿管道内壁环形布置，沿管内水流向斜向下一定角度控制，角度一般为5～15°，清洗时管壁侧片52可进行小幅度震动，使附着在管壁上的结晶物松动，便于刮除片513进行清理；

如图1及图4所示，监测系统4通过在管道内壁安装感应器监测管道内的堵塞情况，并将监测数据通过无线传输至中心控制系统，便于工程人员及时掌握排水管道内的情况；

如图1所示，中心控制系统6用于集成控制泄压系统3、监测系统4、清洗系统5，实现对可溶岩隧道内的防排水系统的实时监控，进行自动化智能化的管道清理工作。

如图1及图2所示，防水层9由外贴式橡胶止水带91、中埋式自粘钢边橡胶止水带92、聚乙烯泡沫塑料板93和自粘式防排水板94组成，所述自粘式防排水板94材质为PE聚乙烯，形状为凸壳形，呈半球状，梅花形均匀分布，纵向两侧20cm范围为搭接区，采用凸壳嵌扣和粘结方式搭接。

实施例3

以某岩溶隧道布置防止排水管结晶堵塞的智能清理防排水系统为例，叙述其在使用工程中的施工工序：

步骤1，在可溶岩隧道初期支护8施作完成并达到设计强度后，沿初支内壁铺设填充由改性陶粒组成的过滤系统1，定位并固定边墙两侧纵向盲管21、隧底环向盲管23、边墙泄水管27，各管的末端均接到边墙侧沟24处，应有序排列，互补干扰；纵向盲管21安装时，应与初期支护8的接触面需透水部分包裹一层土工布，在盲管作为衬砌沟槽内的排水通道时需包裹不透水的塑料布，防止浆液堵塞排水通道；

步骤2，在排水系统2中的各种盲管布置完成后，铺设隧道防水层9，采用自粘式防排水板94，铺设前对隧道初期支护8喷射混凝土表面进行处理，并用细石混凝土抹平覆盖，应紧贴上一工序设置好的过滤系统1；铺设自粘布，铺设面应平顺、无隆起、无褶皱；防排水板94长度搭接采用凸壳嵌扣+胶粘密封+塑料焊封边的方式，安装完成后，采用检漏器现场检测焊接质量，如发现有破损，必须及时修补；

步骤3，待防水层9处理完毕后，布设泄压系统3、监测系统4、清洗系统5和中心控制系统，并检查各系统能否正常工作，排出故障；现场浇筑仰拱、矮边墙衬砌和仰拱填充，注意各种盲管及泄水管的接头细节，采取适当措施，防止泥沙、混凝土或杂物进入。

步骤4，二次模筑衬砌10施工完毕后，施作边墙侧沟24、中心排水沟25、边墙泄水孔26、竖向泄压孔32、泄压阀33等排水设施。靠边墙设置的侧沟24仅作为过水通道，不储水，边墙侧沟24和中心排水沟25应满足地下水侵蚀的耐久性要求。

步骤5，若岩溶隧道7产生集中出水点，还需设置集中出水单独引排措施，集中出水点设置在过滤系统背后不小于φ110的PVC排水管，直接引入边墙侧沟24或中心排水沟25，施工揭示岩溶管道等较大集中出水点，应根据出水点位置、水压、泥沙含量等因素综合确定埋管引排方式。

步骤6，整个防排水系统布设完成后，后期运维人员可根据中心控制系统6显示的管道内监测情况，定期启动清洗系统5，控制管壁侧片52在管道内进行小幅度震动，同时伸缩杆512将刮除片513伸长至贴紧管道内壁，通过清洗杆511喷水，刮除片513在管道内旋转进行清除工作，当隧底仰拱水压过大时，控制泄压系统3中的泄压阀33，对竖向泄压孔32进行泄压，保证隧底环向盲管23的通水效果，监测系统4反馈管道内结晶物清除完毕后，停止清洗系统5工作，完成一次管道清洗，后期运维过程中可重复上述过程，实现对可岩溶隧道防排水系统管道的清洗工作，保证排水系统通畅。