高水压断裂破碎带隧道自带清理功能的应急智能排水系统的制作方法

本实用新型涉及一种自带清理功能的隧道应急智能排水网，适用于矿山法隧道施工通过高水压断裂破碎带时的应急排水结构。本实用新型属于隧道防排水技术领域。

背景技术：

由于地壳运动和岩石风化等原因，山体断裂发育，岩石破碎，形成大大小小的断裂破碎带，有的破碎带宽度达到几十米，并贯穿地表，受大气降水和地表径流补给，水头高度可达上百米。当隧道穿越这些断裂破碎带时，隧道衬砌将承受上部巨大的水压，严重影响工程安全，在这种情况下必须进行排水以降低上部水压。

目前普遍采用的排水系统是比较机械的、经验式、静态的布置形式。由于环向排水管之间的间距是固定的，排水管上的开孔数量也是固定的，因此排水量无法随断裂破碎带内的水压进行动态调节。当上部水压较大时，由于受限于排水管数量和管径大小，排水能力有限，如果排水降压不及时，隧道衬砌将承受上部巨大的水头压力，可能会造成衬砌渗漏水甚至威胁隧道安全。

在传统的环向排水管布置形式中，各个环向排水管之间相互独立，只在拱底部位依靠纵向盲管相连。目前，在没有有效疏通排水管的办法的情况下，随着隧道运营时间的推移，岩石碎屑越积越多，环向排水管会发生堵塞，那么整条环向管线都无法发挥作用，严重影响排水降压效果。

技术实现要素：

本实用新型目的在于克服现有技术的不足，提出一种应急智能排水系统，在各个环向排水管之间采用纵向备用连接管连接，形成一个适用于高水压断裂破碎带情况下可以根据衬砌外水压大小自动调节排水量并且自带管线清理功能的应急排水网。

一种高水压断裂破碎带隧道自带清理功能的应急智能排水系统，包括排水网，所述排水网包括若干相互有间隔的环向排水管(4)，在拱底部位依靠纵向盲管9相连，其特征在于，还包括排水网、透水土工布(2)，所述排水网还包括腰处纵向连接管(8)、纵向交叉连接管 (6)、水压控制阀门(5)。在拱腰处，环向排水管(4)之间由纵向连接管(8)相连。当某条环向排水管(4)发生堵塞，可由纵向连接管(8)向相邻环向排水管(4)疏导。所述纵向交叉连接管(6)在隧道拱顶位置交叉连接相邻的两个环向排水管(4)，可满足高水压条件下的排水要求。分别在环向排水管(4)上安装水压控制阀门(5)，可根据水压大小控制阀门(5) 的开闭状态。

所述水压控制阀门5包括：壳体(5-1)，中间隔断(5-2)，密封刷(5-3)，平衡杆(5-4) 以及弹簧片(5-5)。所述壳体(5-1)与中间隔断(5-2)组成一个整体，起整体支架作用，所述壳体(5-1)为横截面为圆形，形成圆中心O；所述中间隔断(5-2)将壳体(5-1)隔离成两个空间，其中一个空间上设有出入口。所述密封刷(5-3)和平衡杆(5-4)为一体，形成阀片，且中间设有中间轴(5-6)，可绕中间轴(5-6)自由旋转，所述中间轴(5-6)位于圆中心O处。所述密封刷(5-3)前端与壳体(5-1)紧密接触，可有效防止阀门渗漏。所述平衡杆(5-4)顶端上下两侧设置有弹簧片(5-5)，弹簧片(5-5)可提供弹簧力，使平衡杆 (5-4)返回水平位置，所述两个弹簧片(5-5)共点于壳体(5-1)上的P点处，它们另外一侧分别连接于中间隔断(5-2)的上下A、B两个点。同时，弹簧片(5-5)的回弹力(由选择的弹簧片弹性系数决定)控制着阀门开闭的水压阈值的大小。阀片可逆时针旋转，用于冲洗排水管时便于水流由下向上流动。水压控制阀门5的工作方式：当上部水压较小时，密封刷不会发生转动，密封刷和平衡杆处于水平状态，此时阀门处于密封状态。随着水压的增大，弹簧片开始逆时针旋转，弹簧片被挤压，当水压达到一定值时，弹簧片被完全压缩，阀门张开，排水网开始排水，上部水压逐渐减小，随着压力的减小，密封刷和平衡杆在弹簧片的作用下逐渐恢复到水平状态，阀门关闭，排水网不排水。

所述排水网外侧铺设一层透水土工布(2)，可有效减少断裂破碎带内细小颗粒进入排水网，防止排水管发生堵塞。

进一步优化技术方案，还包括冲洗式清理装置(11)(在本领域，该装置为水泵，用于为隧道排水网提供冲洗水压)，置于隧道内，设置在环向排水管(4)的环向排水管口(4-1)处。

整个实用新型系统的工作方式：对于排水网，由于环向排水管之间由纵向交叉连接管相连并且其上分布着排水孔，因此，环向排水管布置间距可适当增大，以15-20m为宜。当衬砌外部水压低于设定的安全阈值时，水压控制阀门处于关闭状态，该应急排水网作为备用排水管存在，不排水，以此避免过度排放影响地表植被生长，保护生态环境。当衬砌外部水压高于设定的安全阈值时，水压控制阀门在水压力的作用下打开，增加排水量，及时降低外部水压，避免衬砌发生渗漏，保证隧道结构安全。当发现排水网某处发生堵塞时，可以根据需要调节管线上的手动阀门，使排水网变成一个单连通的排水管，然后在某个管口外接一个冲洗式清理装置(临时冲洗水泵)，使水流直接流向堵塞位置进行冲洗清堵，然后从另一管口排出，保证了排水管的通畅。

本实用新型系统，其特征在于，可根据不同的工程情况和地质条件，对水压控制阀门(5) 设置不同的水压阈值。

本实用新型系统，其特征在于，纵向连接管(8)上设有若干手动阀门(10)，可控制冲洗水流的流动路径。

创新点:

1.本实用新型主要适用于山岭隧道高水压断裂破碎带处的排水系统设计；

2.本实用新型采用水压控制阀门控制排水管的开闭状态，当水压低于设置的安全阈值时整个排水网处于关闭状态，避免过度排水，破坏生态环境。当水压高于设置的安全阈值时，水压控制阀门打开，增大排水量，进行应急排水；

3.本实用新型在拱顶增加了纵向交叉排水管，形成了一套应急排水网，在环向管线间隔距离较大时，仍能保证较强的排水能力；

4.本实用新型可在既有排水管发生堵塞时作为备用排水管启用；

5.本实用新型具有自动冲洗式清理功能，并根据需要调节手动阀门，可对特定区域进行冲洗清堵；

6.本实用新型中的冲洗式清理装置是可拆卸的临时装置，不会影响隧道内行车安全。

附图说明

图1是该排水网系统的纵断面示意图；

图2是该排水网系统的横断面示意图；

图3是水压控制阀门处于水平状态示意图；

图4是水压控制阀门密封刷发生旋转的示意图；

图5是水压控制阀门打开状态示意图；

图6是水压控制阀门在冲洗状态下顺时针旋转示意图；

图7是该排水网系统的冲洗式清理功能示意图；

图8是该排水网系统的三维布置示意图。

数字标记：

1.隧道初衬

2.土工布

3..拱顶处纵向连接管

4.环向排水管

5.水压控制阀门

6.纵向交叉连接管

7.防水层

8.拱腰处纵向连接管

9.拱底纵向盲管

10.手动阀门

11.冲洗式清理装置

排水管管口4-1、4-2，两者之间由排水管管路连接。

密封刷5-1、中间隔断5-2、密封刷5-3、平衡杆5-4、弹簧片5-5

手动阀门10-1、10-2、10-3和10-4

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及创新点更加清楚明白，现结合附图对本实用新型进行进一步详细说明：

在铺设排水网之前在初衬内侧铺设一层透水性较好的土工布2，可以有效防止岩石碎屑进入排水网，减小排水网堵塞几率。

1、排水网正常工作时

1)排水管上所有手动阀门10均处于打开状态，使各个排水管相互连通，形成一个排水网。

2)当断裂破碎带内水压不大时水压控制阀门5的水压未达到设定的安全阈值，密封刷 5-1未旋转到排水管口处，使得水压控制阀门5处于闭合状态，如图3所示，此时，排水网不排水，只作为备用排水管存在。这样可以避免排水过量，影响植被生长，造成环境破坏；

3)当降水较多等因素造成断裂破碎带内水压过高时，水压大于水压控制阀门5的设定的安全阈值，水压控制阀门5中的密封刷5-1逆时针旋转，如图4所示，水压控制阀门5开启，如图5所示，排水网发挥排水作用，及时进行排水降压，保证隧道安全。

2、排水网清理堵塞时

1)假设环向排水管4在拱顶某段发生堵塞，造成排水不畅，需要疏通；

2)手动阀门10-1、10-2、10-3和10-4处于关闭状态，使排水网变成一个单一管线；

3)在环向排水管管口4-1处连接一个冲洗式清理装置11，在水压的作用下，水压控制阀门5中的密封刷5-1顺时针旋转，如图6所示，阀门打开，利用水流冲刷堵塞点，通畅之后水流携带着岩石碎屑等堵塞物从另一侧管口4-2排出。