一种实时监测隧道虹吸排水流量的装置及方法与流程

本发明属于隧道排水监测技术，涉及一种隧道虹吸排水流量监测的装置，尤其涉及一种能实时监测隧道虹吸排水流量的装置及方法。

背景技术：

隧道渗漏水病害是隧道建设和运营中时常遭遇的病害之一，特别是当隧道所处水文和工程地质条件复杂时，渗漏水病害严重。近些年来，隧道渗漏水病害问题越来越受到隧道和地下工程界的重视，工程师们采取了多种防排水措施来解决隧道的渗漏水问题。而虹吸排水方法是新近提出的隧道渗漏治理的一种新型排水技术。虹吸排水方法通过虹吸的作用将隧道围岩内部的地下水排出，从而降低地下水位。因此，对虹吸排水的流量进行实时监测是评价隧道虹吸排水效果的重要部分，也能为隧道渗漏水病害的治理提供参考和依据。

目前，排水流量的监测主要在明渠、沟道及边坡等处采用，其对隧道虹吸排水流量监测的适用性有待检验。另一方面，虹吸排水受地下水位差的影响，其排水过程实时变化，与降雨、地下水补给息息相关，排水流量不断变化，故而需要实时监测排水流量情况。针对这些问题，需要开发一种能实时监测排水流量的试验装置，特别是能适用于隧道虹吸排水流量的实时监测装置。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术中的不足，提供一种实时监测隧道虹吸排水流量的装置及方法。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种实时监测隧道虹吸排水流量的装置，包括用于集水的三角堰装置；该三角堰装置具有箱型的主体结构，通过底部镂空的隔水挡板将其内部空间分隔为前部集水区和后部进水区；在前部集水区的端部侧壁的上沿设置倒三角形的堰口，在后部进水区的端部侧壁上设置进水口；水位测量装置设于前部集水区中，包括防扰动管、水位探头和数据存储装置；防扰动管的底部和侧壁设开孔，水位探头装在防扰动管的内部，并通过数据传输线连接至数据存储装置；数据存储装置通过信号线接至计算机。

本发明中，所述进水口有三个，每个进水口分别与一个进水管相接。

本发明进一步提供了利用前述装置实时监测隧道虹吸排水流量的方法，包括以下步骤：

(1)选择尺寸匹配的三角堰装置，将其放置于隧道的边沟内；

(2)以虹吸法排出的围岩地下水，通过进水管引至三角堰装置的后部进水区；

(3)将水位探头放置在防扰动管内，设置为自动、实时、持续地测量前部集水区内的水位高度，并将测量数据实时传送至数据存储装置；

(5)通过计算机读取数据存储装置中的水位变化数据，利用三角堰流量计算公式得到实时排水流量。

发明原理描述：

将虹吸排出的围岩地下水引入三角堰装置中，再通过三角堰的堰口排出。通过实时测量三角堰内的水位得到水位高度，并根据已知的三角堰堰口角度，由三角堰流量计算公式得到实时排水流量(具体计算方法属于现有技术，本发明不再赘述)。

底部镂空的隔水挡板可以防止后部进水扰动导致前部集水区的水位变化；防扰动管侧壁开有孔洞，使管内外联通，保持管内水位与管外一致，进一步避免干扰。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过将三角堰装置放置于隧道边沟内，并使其尺寸与隧道边沟相匹配，可实现隧道排水流量的监测；

2、本发明通过实时测量水位变化，并记录存储数据，可实现自动、实时、持续地监测排水流量；

3、本发明设计布置灵活，操作简单方便。

附图说明

图1是本发明的总体示意图；

图2是本发明的水位测量装置示意图。

图中：堰口1、前部集水区2、后部进水区3、隔水挡板4、数据存储装置5、水位探头6、防扰动管7、进水管8、数据传输线9。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述。

如图1所示，实时监测隧道虹吸排水流量的装置包括用于集水的三角堰装置；该三角堰装置具有箱型的主体结构，通过底部镂空的隔水挡板4将其内部空间分隔为前部集水区2和后部进水区3，防止进水扰动导致前部集水区2的水位变化；在前部集水区2的端部侧壁的上沿设置倒三角形的堰口1，在后部进水区3的端部侧壁上设置进水口；进水口有三个，每个进水口分别与一个进水管8相接。水位测量装置设于前部集水区2中，实时测量前部集水区2的水位变化情况；具体包括防扰动管7、水位探头6和数据存储装置5，防扰动管7的底部和侧壁设开孔，水位探头6装在防扰动管7的内部，并通过数据传输线9连接至数据存储装置5；数据存储装置5通过信号线接至计算机。

利用前述装置实时监测隧道虹吸排水流量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)选择尺寸匹配的三角堰装置，将其放置于隧道的边沟内；

(2)以虹吸法排出的围岩地下水，通过进水管8引至三角堰装置的后部进水区3；

(3)将水位探头6放置在防扰动管7内，设置为自动、实时、持续地测量前部集水区2内的水位高度，并将测量数据实时传送至数据存储装置5；

(5)通过计算机读取数据存储装置5中的数据，利用三角堰流量计算公式得到实时排水流量。

本发明的实际范围不仅包括上述所公开的具体实施例，还包括在权利要求书之下实施或者执行本发明的所有等效方案。

技术特征：

技术总结
本发明涉及隧道排水监测技术，旨在提供一种实时监测隧道虹吸排水流量的装置及方法。该装置包括箱型的三角堰装置，通过底部镂空的隔水挡板将其内部空间分隔为前部集水区和后部进水区；在前部集水区的端部侧壁的上沿设置倒三角形的堰口，在后部进水区的端部侧壁上设置进水口；水位测量装置设于前部集水区中，包括防扰动管、水位探头和数据存储装置；防扰动管的底部及侧壁设开孔，水位探头装在防扰动管的内部，并通过数据传输线连接至数据存储装置；数据存储装置通过信号线接至计算机。本发明放置于隧道边沟内，可实现隧道排水流量监测；通过实时测量水位变化、记录存储数据，可实现自动、实时、持续地监测排水流量；设计布置灵活，操作简单方便。

技术研发人员：吕庆;郑俊;肖志鹏;李海光;周土瑶
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：2018.05.03
技术公布日：2018.11.09