一种基于大数据控制的隧道防结晶排水系统

本发明属于隧道排水系统的冲洗反冲洗技术领域，具体涉及一种基于大数据控制的隧道防结晶排水系统。

背景技术：

随着我国铁路建设高速发展，我国交通基础设施建设规模不断扩大，高等级公路和铁路建设发展迅猛，取得了举世瞩目的成就，时速200km以上高标准双线铁路修建越来越多。目前，我国同时在建和规划的公路隧道位列世界首位。隧道工程常有“十隧九漏”之说，渗漏水是隧道工程之顽疾。隧道排水系统结晶致塞是一种常见且难以彻底根治的隧道病害，许多学者对其病害处治进行了不少研究，但处治效果难以令人满意且经济性不显著，给隧道结构安全和行车安全留下隐患。

隧道的排水系统是隧道安全运营过程中的重要部分。通常情况下，在隧道排水系统中，围岩中的水通过环向盲管、纵向盲管、横向盲管排入中心沟。特别在西南山区，由于石灰岩地层广泛分布；由于岩溶及岩溶水发育具有复杂性、多样性及无规律性等特点，长大岩溶隧道修建风险特别是运营风险越来越高；同时我国西南地区的水资源丰富，经常降雨，而降雨后，雨水逐渐渗透沿着山体到达隧道位置，雨水所携带的沉淀结晶物以及围岩碎片及围岩颗粒随地下水渗流运动而进入到隧道排水管内，造成排水系统结晶堵塞现象，排水系统结晶堵塞现象的恶化将会而致使隧道排水系统整体失效，恶化了隧道结构受力与服役状态，严重影响到隧道结构服役与运营安全。隧道排水管包括横向盲管、纵向盲管和环向盲管，其中横向盲管和纵向盲管最容易堵塞。因此，如果在降雨后及时对隧道排水系统中残留的固体颗粒和结晶物进行处理成为了有待解决的问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的上述问题，本方案提供了一种基于大数据控制的隧道防结晶排水系统。

本发明所采用的技术方案为：

一种基于大数据控制的隧道防结晶防堵系统，包括：

排水系统，包括环向盲管、纵向管和冲洗水沟，在隧道的洞壁内埋设有若干环向盲管，在隧道的左右两侧分别埋设有一纵向管；两个纵向管沿隧道的走向布置，并与各个环向盲管连通；冲洗水沟沿隧道的走向埋设在隧道的顶部处且与各个环向盲管连通；

顶部冲洗管，固定于隧道内侧的顶部并沿隧道的走向布置，并且所述顶部冲洗管与冲洗水沟之间连接有若干支路管道，在每个支路管道上均设置有冲洗支路阀；

储水洞，设置于隧道上方的山体上，所述储水洞与顶部冲洗管通过管道连通，在储水洞的出水口处设置有冲洗总阀；

工控机，分别电连接冲洗总阀和各个冲洗支路阀，在纵向管上选择多个监测点，并在每个监测点上处设置流量计；每个流量计均电连接工控机；

云端服务器，与工控机通信连接，并接收工控机所发送的纵向管各处所测流量数据；该云端服务器分析每个监测点的水流量变化情况；在水流量处于下降趋势并到达设定值时，控制工控机打开冲洗总阀和对应监测点所覆盖区域的冲洗支路阀。

可选的：在隧道中的每个监测点处均设置有检查井，检查井的进口连通到隧道内的地面处，每个监测点处的流量计均位于对应的检查井内。

可选的：在隧道内设置有隧道侧沟，在隧道侧沟与纵向管之间连接有多个横向管，横向管与纵向管的连接位置位于监测点的下游侧，横向管的管径不小于纵向管。

可选的：在隧道地面的中心处埋设中心水沟，隧道侧沟通过若干汇流管与中心水沟相连通。

可选的：在中心水沟的下游侧设置有排水池，排水池用于收集中心水沟排出的水流。

可选的：在隧道上方的山体上还设置有集水洞，排水池通过管道连通该集水洞，并且在排水池的出水侧设置有反送水泵；集水洞能够向储水洞中注水。

可选的：所述集水洞位于储水洞的上坡侧，并与储水洞通过管道连通，在两者连通的管道上设置有抽水泵；同时集水洞与储水洞的间距不大于m，使得集水洞中的水能够渗入储水洞中。

可选的：流量计对每个监测点的流量进行定时检测，检测记录由云端服务器进行储存，流量计的检测周期可由云端服务器控制。

可选的：云端服务器通信连接有多个隧道所对应的工控机，每个工控机对应安装于一个隧道处，并用于对应隧道所配置的排水系统的检测以及对相应的冲洗总阀和各个冲洗支路阀的控制。

可选的：冲洗总阀和各个冲洗支路阀均采用电磁阀。

本发明的有益效果为：

1.本方案中解决了隧道排水系统中环形盲管的冲洗问题，环形盲管中容易残留固体颗粒物或者结晶物，而这些固体颗粒物或者结晶物在长期堆积过程中，容易造成环形盲管堵塞，本方案中设计了冲洗结构和使用方案，能够在天气发生降雨之后，将环形盲管中残留的由雨水所带入的固体颗粒物和结晶物进行冲洗，减少隧道排水系统内结晶堵塞的概率；

2.本方案中可以由云端服务器进行大数据分析，根据不同路段的隧道遇到降雨后的雨水在隧道排水系统中不同监测点的排水规律，控制阀门的开闭，从而对水流量下降后的环形盲管进行冲洗，从而能够保证排水系统中固体颗粒物或者结晶物的及时清理。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本方案中基隧道防结晶排水系统的结构示意图；

图2是本方案中隧道防结晶排水系统的控制原理图。

图中：1-排水系统；11-环向盲管；12-纵向管；13-检查口；14-检查井；15-隧道侧沟；16-汇流管；17-中心水沟；18-横向管；19-冲洗水沟；2-顶部冲洗管；21-冲洗支路阀；3-排水池；31-反送水泵；4-集水洞；41-抽水泵；5-储水洞；51-冲洗总阀；6-流量计；7-工控机；8-云端服务器。

具体实施方式

下面将结合附图，对本实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是一部分实施例，而非是全部，基于本方案中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本方案的保护范围。

实施例1

如图1所示，本实施例设计了一种应用于隧道的排水系统1；该排水系统1包括有环向盲管11、纵向管12、检查口13、检查井14、隧道侧沟15、汇流管16、中心水沟17、横向管18和冲洗水沟19等结构。

在隧道的洞壁设置了若干环向盲管11，这些环向盲管11沿着隧道的走向并列布置，在各个环向盲管11上的管壁上设置有若干朝向向外的孔，当隧道所在的山体发生渗水，并水流流至隧道的周围时，水能够通过这些环向盲管11上的孔进入到环向盲管11内，然后随着环向盲管11向下流动。在隧道的左右两侧分别埋设有一个纵向管12，两个纵向管12沿隧道的走向布置，并与各个环向盲管11连通，当雨水渗入到环向盲管11中时，雨水能够沿环向盲管11流入到纵向管12中，并由纵向管12对水进行聚集，而在每根纵向管12的下方均连接有若干横向管18；在隧道的左右两侧分别设置有隧道侧沟15；在隧道同一侧的纵向管12和隧道侧沟15通过横向管18相连通；纵向管12的高度略高于隧道侧沟15，当纵向管12中有水时，能够在重力作用下通过横向管18流入到隧道侧沟15中，同时隧道中的水也会沿着隧道内的路面流入到隧道侧沟15中。

在隧道地面的中心处埋设中心水沟17，该隧道两侧的隧道侧沟15通过若干汇流管16与中心水沟17相连通，隧道侧沟15中的雨水也能够通过汇流管16流入到中心水沟17。

沿隧道的走向设置有多个检查井14，检查井14内设置有若干横向的检查口13，检查口13与纵向管12相连。隧道所在路段发生降雨后，山体中渗透至隧道处的雨水进行引流，伸入的水流能够沿着环向盲管11流动至纵向管12中，然后依次经由横向管18、隧道侧沟15和汇集管流入到中心水沟17处，并将水流排放至隧道之外。由于穿过山体的隧道有长有短，因此，有必要根据隧道的长度，每一端距离设置一个检查井14，能够通过个检查井14检查纵向管12的堵塞情况；当发生堵塞时，可以通过检查井14进行检查。

冲洗水沟19沿隧道的走向埋设在隧道的顶部处且与各个环向盲管11连通；当将水流通入到冲洗水沟19内部时，冲洗水沟19中的水不仅能够沿着隧道的长度方向流动，当水流到达环向盲管11时，水流向着环向盲管11分流，环向盲管11与冲洗水沟19的连接位置呈收口状，从而能够有效的限制水流向环向盲管11的分流大小。由于冲洗水沟19位于隧道的顶部位置，因此，当向冲洗水沟19加水后，水能够沿着冲洗水沟19流动，并在环向盲管11处分流，同时分流到环向盲管11中的水也能够对环向盲管11进行冲洗。

实施例2

如图1所示，本实施例设计了一种隧道防结晶的冲洗系统，包括排水系统1、顶部冲洗管2、储水洞5、集水洞4和排水池3等结构。

排水系统1包括冲洗水沟19、环向盲管11、纵向管12、冲洗水沟19、隧道侧沟15和中心水沟17等结构；在隧道的洞壁内埋设有若干环向盲管11，在隧道的左右两侧分别埋设有一纵向管12；两个纵向管12沿隧道的走向布置，并与各个环向盲管11连通；冲洗水沟19沿隧道的走向埋设在隧道的顶部处且与各个环向盲管11连通；在隧道中的每个监测点处均设置有检查井14，检查井14的进口连通到隧道内的地面处，每个监测点处的流量计6均位于对应的检查井14内。隧道侧沟15设置在隧道内的侧边处，在隧道侧沟15与纵向管12之间连接有多个横向管18，横向管18与纵向管12的连接位置位于监测点的下游侧，横向管18的管径不小于纵向管12。中心水沟17埋设在隧道地面的中心处，隧道侧沟15通过若干汇流管16与中心水沟17相连通。该排水系统1可以与实施例1中的结构相同。

冲洗水沟19沿隧道的走向埋设在隧道的顶部处且与各个环向盲管11连通；顶部冲洗管2固定于隧道内侧的顶部并沿隧道的走向布置，并且顶部冲洗管2与冲洗水沟19之间连接有若干支路管道，在每个支路管道上均设置有冲洗支路阀21。顶部冲洗管2不用预埋，从而降低安装成本和维修维护成本。通过顶部冲洗管2的主要作用是将水注入到冲洗水沟19中，由于冲洗水沟19与环向盲管11相连，并且水会被环向盲管11分流，因此，从冲洗水沟19端部加入的水不可能流动到其另一端，因此，利用顶部冲洗管2进行注水，从而能够根据需要打开不同的冲洗支路阀21，使得冲洗水沟19的不同区段都能够由对应的支路管道负责注水，同时，由于冲洗支路阀21的设计，能够根据需要将进行开闭，从而对对应区域的环向盲管11进行冲洗，每个支路管道的流量可以对应多个环向盲管11，具体根据环向盲管11的分流能力而定，一般每个支路管道的水流量应当保证10-15个环向盲管11的分流流量。当分流的水流通过环向盲管11时，能够对其进行处冲洗。

储水洞5设置于隧道上方的山体上，储水洞5与顶部冲洗管2通过管道连通，在储水洞5的出水口处设置有冲洗总阀51。在中心水沟17的下游侧设置有排水池3，排水池3用于收集中心水沟17排出的水流。

在隧道上方的山体上还设置有集水洞4，排水池3通过管道连通该集水洞4，并且在排水池3的出水侧设置有反送水泵31；集水洞4能够向储水洞5中注水。隧道中的水排出到排水池3中之后，可以将将其反向抽取到集水洞4，从而实现水的循环利用，在一些水资源缺乏的路段能够具有较好的效果。

集水洞4位于储水洞5的上坡侧，并与储水洞5通过管道连通，在两者连通的管道上设置有抽水泵41；同时集水洞4与储水洞5的间距不大于5m，使得集水洞4中的水能够渗入储水洞5中。集水洞4能够具有沉淀作用，能够进行自然分层，同时集水洞4也能够起到收集雨水的作用，将集水洞4中上层的水送入到储水洞5中，从而利用这些水进行冲洗，起到降低能耗的作用。如果在山体上设置多个集水洞4的存在还可以增加下方山体的渗流循环次数，由于山体内固体物颗粒物是固定的，易结晶的物质含量也是固定的，当增加循环次数后，可能能够在几十年后渗流时，不再携带固体颗粒物进入环形盲管，进而使其堵塞的概率降低。

实施例3

本实施例公开了一种基于大数据控制的隧道防结晶防堵系统，包括排水系统1、顶部冲洗管2、储水洞5、集水洞4、排水池3、工控机7和云端服务器8等结构。

本实施例中的排水系统1可以与实施例1或者实施例2中的结构，同时顶部冲洗管2、储水洞5、集水洞4、排水池3等结构的设置位置与实施例2中的位置相同。

工控机7分别电连接冲洗总阀51和各个冲洗支路阀21，在纵向管12上选择多个监测点，并在每个监测点上处设置流量计6，流量计6设置在每个检查井14的位置处，从而方便于该流量计6的检修和更换，同时横向管18的连接位置位于流量计6的下游侧，每个流量计6均电连接工控机7；从而能够根据工控机7统计每个流量计6的检测的数据，从而能够判断每个监测点处的流量信息。由于隧道是穿过山体的，而隧道的不同深度位置处上方的土壤层厚度不相同，土质成分和密度也不相同，因此，当发生降雨后，隧道不同深度位置处的水流渗流到隧道位置的时间也不相同，有些在发生降雨时就有水流渗流到隧道处并沿其环向盲管11流出，但是有些在降雨后8-10个小时后才有水流渗流；另外，不同深度位置处，渗流时间也不相同，一些持续1-2h就不再有渗流，而有些会持续6h以上，因此，可以根据流量计6统计对应隧道的不同区段处的大致渗流情况，从而根据需要打开相应的阀门，利用水流对环形盲管进行冲洗，减小环形盲管内发生堵塞和结晶的概率。

云端服务器8与工控机7通信连接，并接收工控机7所发送的纵向管12各处所测流量数据；该云端服务器8分析每个监测点的水流量变化情况；在水流量处于下降趋势并到达设定值时，控制工控机7打开冲洗总阀51和对应监测点所覆盖区域的冲洗支路阀21。冲洗总阀51和各个冲洗支路阀21均采用电磁阀。从而方便于各个阀门的远程控制。云端服务器8能够对不同检测点的位置的历史流量数据进行统计，从而能够根据大数据分析，对隧道内不同的深度区段选择适当的冲洗时机；比如，有些区段处的环形盲管中在降雨后缓慢渗流，环形盲管中是水流较慢，持续时间长，在此过程中环形盲管中的结晶物和固体颗粒物可能会不断累积，因此，有必要选择适当时机进行一次冲洗，这些都可以通过渗流流量、地质情况和隧道深度情况，进行大数据分析，从而选择适当的冲洗时机的；流量计6对每个监测点的流量进行定时检测，检测记录由云端服务器8进行储存，流量计6的检测周期可由云端服务器8控制。

云端服务器8可以通信连接多个工控机7，每个工控机7对应安装于一个隧道处，实现多个隧道的监测，并用于对应隧道所配置的排水系统1的检测以及对相应的冲洗总阀51和各个冲洗支路阀21的控制。

上述实施例仅仅是为了清楚地说明所做的举例，而并非对实施方式的限定；这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本技术的保护范围内。