本发明涉及一种消除深层排水系统截留气团的结构和装置，适用于深层调蓄隧道系统截留气团的排出，属于给市政排水工程领域。
背景技术：
随着我国城市化进程的加快，传统城市建设模式带来的内涝频发、径流污染加剧、水资源流失、水生态环境恶化等突出雨水问题，已成为制约社会发展的限制性因素之一。在环境承载能力日益饱和的今天，建设“海绵城市”成为当今我国社会发展的必然需求。针对城市中心城区水面率低、建筑密度高、地下管线错综复杂、人口密集和防汛安全压力大等特点，采用大型深层调蓄隧道，作为托底工程。辅以源头径流控制，成为解决城市内涝以及初雨污染的有效手段。
为了避开对地下管线以及地铁等设施的影响，城市深层隧道调蓄排水隧道一般建设在地下40m-60m处，当发生暴雨时，地面汇集的大量雨水通过入流竖井流入地下隧道，存储部分雨水。深隧系统在晴天或者暴雨之前，排空了主隧洞中的水体，即隧洞中为空气。当发生暴雨时，深隧系统启动，水流将通过入流竖井流入主隧洞。当水流持续进入主隧道时，隧道内的水位逐渐增加，水流由明流状态转变为有压状态，出现明满流交界面，并导致大量气团滞留在管道中。另外，雨水在跌落竖井过程中，也会挟带大量气体进入隧道，进一步加剧了管道内的滞留气团现象。隧道竖井水位的不断上升，滞留气团受到冲击和挤压，其压力变化常数倍于稳态压力，严重甚至会导致出现弥合水锤，产生非常大的水锤压力和压力振荡等，对深隧系统的结构产生破坏。
可以看出，对于深层调蓄隧道排水系统，若不能及时的排出隧道中的气团，系统的安全性将面临很大的威胁。在给水领域相关研究中，对于管道系统，往往通过间隔一定的距离设置通气孔来排出管道内的气团，但对于深隧系统，该技术无法使用，因为主隧洞处于地下40-60m，两个入流竖井之间的长度约2km左右，因而在竖井之间的主隧上方无法设置通气措施，另外，深隧管道中存在大量有毒气体，也无法直接通过通气孔排出。基于此，设计一种消除深层调蓄隧道系统截留气团的结构和装置，用于快速排出隧道中的截留气团，避免管道中出现过大气团压力，保证系统运行安全，就成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。
技术实现要素：
发明目的：管道中滞留气团会导致较大压力，破坏管道结构已经是水利领域的共识，常规管网输水系统中，通常采用通气孔减少管道内滞留的气体。但对于城市深隧系统，该技术无法使用，因为主隧洞处于地下40m-60m处，两个入流竖井之间的长度约2km左右，在竖井之间的主隧上方无法设置通气措施，即使有条件设置，其代价也是非常高，另外，深隧管道中含有大量有毒气体，无法通过通气孔直接排出。为了解决深隧系统管道内的滞留气团的问题，本发明提出一种消除深层调蓄隧道系统截留气团的结构和装置，能够快速排出隧道中的截留气团，避免管道中出现过大气团压力，保证系统运行安全。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明提出一种消除深层调蓄隧道系统截留气团的结构和装置，即在主隧内部管顶处，沿管线走向设置密闭排气通道，排气通道孔口位于竖井内，排气孔口高程高于竖井内的最大水位。同时，在排气通道沿线设置一种带有单向浮球通气除臭装置，用于排除管线中大量的截留气团，并初步处理有害气体。
具体地，所述管道中设有浮球通气除臭装置，浮球通过水位的变化上浮或下沉，达到控制管道中单向排气阀开关的目的。
具体地，所述管道中的浮球通气除臭装置，通过活性炭和离子除臭装置，双重除臭，达到吸附臭气的目的。
具体地，所述管道中的浮球通气装置中，顶部接触零件采用橡胶材料，起到缓冲作用，避免浮球上浮过快发生破坏。
具体地，所述管道出气口的高程高。本发明将在平坦坡段采用排气阀间距为0.7km的管道，在上坡坡段采用排气阀间距为1km的管道，使得空气能够及时排出。
具体地，所述气体通道在底部安装检修阀门，当检修时可以通过打开阀门将浮球排气装置取出，进行检修。
具体地，所述气体通道中的检修阀门，可以人为快速拆卸和安装。
本发明同时提供上述解决深层调蓄隧道排水系统截留气团装置的工作方法，其特征在于：水流快速涌入竖井时，隧洞中的气团通过单向阀进入气体通道，经气体通道排出。
本发明的理论依据为：当单向阀附近气团完全排空时，由于水的浮力作用，浮球浮起并推动橡胶塞向上至关闭位置，阻止水流进入通气管。隧洞中各单向阀处的空气汇集到通气管中，经过通气管排出隧洞。
有益效果：本发明成功的解决了深层隧道排水管道中出现明满流的现象，避免了明满流对隧洞的破坏,并净化了气体。本发明在实际工程中完全可以替代传统的深层隧道排水管道，避免了截留气团对管道的作用，避免了截留气团出现过大的压力。
附图说明
图1为传统的深层隧道排水管道；
图2为截留气团在管道中的压力变化；
图3为本发明的深层隧道排水管道；
图4为本发明的排气阀排气时结构图；
图5是本发明的排气阀关闭时结构图；
图6为本发明管道的断面图；
图7为排水段的俯视图；
图8为气体通道底部检修阀门示意图。
图中标记为：1竖井，2排水管道，3通气仓，4气阀，5连接阀门，6离子板，7连接法兰，8活性炭板，9活性炭吸附器，10浮球，11进气口，12连接螺孔，13连接螺母。
具体实施方式
图1为传统的深层调蓄排水系统管道，管道内的水流一开始为明流状态，当经历暴雨时，管路流量猛增，管内水位上升，管内流态由无压状态转变为有压状态，该过程中会导致气团滞留于管道中，随着竖井水位的上升，管路水流不可避免的冲击压缩滞留气团，产生较大的压力，如图2所示。不利条件下，水流冲击气团产生近百米的压力上升，严重威胁管道系统的安全，甚至导致管道破坏。图3为本实施例所研究的深层调蓄排水系统管道，其中带除臭功能的浮球排气阀的排气和关闭状态分别如图4和图5所示。
如图4所示，管内开始注水时，浮球在开启位置，快速排出大量气体。
如图5所示，当空气排完后，阀内浮球浮起，推动橡胶塞向上至关闭位置，慢慢关闭排气口，排气阀停止排气。如有少量空气聚集在管道内，管内水位下降，浮球随之下降，此时空气仍能排出。由于深层地下空气成分未知，在空气进入通气仓之前，会经过活性炭和离子除臭装置双重除臭，吸附臭气。图6为管道的断面图，图7为排水段的俯视图，在平坦坡段采用排气阀间距为0.7km的管道，在上坡坡段采用排气阀间距为1km的管道，使得空气能够及时排出。可以保证空气从各个位置排出，提高了排气的质量和效率。图8为气体通道底部的检修阀门，可以在检修时人为快速的拆卸，从里面将浮球排气装置取出进行检修。
以上结合附图对本发明的实施方式做出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的普通技术人员而言，在本发明的原理和技术思想的范围内，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。