一种可伸缩式富水隧洞掌子面智能超前排水装置及施工方法

本发明涉及掌子面智能超前排水装置，具体涉及一种可伸缩式富水隧洞掌子面智能超前排水装置及施工方法。

背景技术：

1、随着我国隧道工程的发展，诸多工程地质难题以及经济效益问题也随之涌来。新建隧道工程不断遇到越来越复杂的工程地质情况，对我国隧道工程的发展带来了严峻的挑战。

2、当隧道施工遭遇含有丰富地下水地层时，地下水会严重影响超前核心土的强度，并会时常发生隧道洞室涌水突水等问题，危害隧道洞室稳定。通过排出超前核心土体周围的地下水，能够增强超前核心土的强度，从而保障隧道稳定。

3、然而，在隧道超前排水时，时常遇到管体堵塞，水压过大导致排水管脱落等工程难题，导致排水困难，影响施工进度甚至危害施工人员生命安全。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中排水怪易脱落、排水困难、排水效率低等问题，本发明提供了一种可伸缩式富水隧洞掌子面智能超前排水装置及施工方法，旨在保护装置安全、能方便工作人员使用，进而提高工作效率。

2、本发明所采用的技术方案的主要思路：

3、（1）开缝管与封闭管通过阻断薄膜连接，阻断薄膜能够隔离地下水与水泥浆体，开缝管与封闭管上设置的螺纹可实现对整体装置的长度控制，以适应不同工况下不同钻孔长度的排水工作。

4、（2）开缝管前端安装有便于装置插入钻孔的顶帽，且其末端包含有一特殊内管，内管为特斯拉阀结构，布设有特定的进水口与出水口。

5、（3）装置末端设置排水控制调节部，主要由电源、流量计、第一控制单元、第二控制单元、蜂鸣报警器、水泵、电磁阀组成。

6、为达到上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

7、一种可伸缩式富水隧洞掌子面智能超前排水装置及施工方法，包括开缝管、封闭管和末端管，开缝管和封闭管的连接处设置有阻断薄膜，且开缝管内部的末端套设有特斯拉阀结构的内管；封闭管末端连接末端管，末端管连接排水控制调节部。

8、进一步地，排水控制调节部包括第一控制单元和第二控制单元，第一控制单元与流量计、电磁阀电连接，第二控制单元与水泵、蜂鸣报警器电连接。

9、进一步地，封闭管外部套设有封闭塞一和封闭塞二。

10、进一步地，封闭塞一、封闭塞二是圆台构造的几何体，且其上开设有安装孔。

11、进一步地，封闭管上设置有注浆阀。

12、进一步地，开缝管最前端设置有顶帽。

13、进一步地，包括以下步骤：

14、步骤一：随着隧道掘进至富水地层时，对掌子面喷射混凝土以封闭掌子面。

15、步骤二：待掌子面表面混凝土凝固后，对其表面进行钻孔，超前排水的钻孔长度一般为隧道直径的3倍，且钻孔打设角度一般为4~5°。

16、步骤三：根据钻孔的长度，通过开缝管与封闭管上的螺纹调整长度并插入钻孔内，末端管连接装置末端的电源以备用；

17、步骤四：通过封闭塞一、封闭塞二对装置进行初步固定，通过注浆阀对管体周围土体进行注浆，待浆体即将凝固时，用一坚硬杆体捅破阻断薄膜，再将末端管与封闭管通过螺纹连接；

18、步骤五：通过末端管末端连接的排水控制调节部进行自动化排水工作和故障清除工作。

19、本发明的有益效果是：

20、（1）通过设置排水控制调节部对装置排水情况进行智能管理，当地下水流量过大时，第一控制单元将对电磁阀进行控制以减小地下水排出速度，保护装置安全。当地下水流量出现骤减时，第一控制单元通过第二控制单元控制水泵对管道进行短时间抽取以使管道通畅，第二控制单元能够控制水泵的抽水时间。结束后蜂鸣报警器将发出蜂鸣指令，施工人员可上前查看情况以保证装置排水情况良好。

21、（2）通过特斯拉阀结构的内管和阻断薄膜相结合的设计，阻断薄膜未破裂时，可以防止地下水流入到封闭管中，当阻断薄膜被捅破时，地下水进入到封闭管中，特斯拉阀结构防止地下水逆流，增加水体的流速，增强水体对封闭管内部的冲刷效果。

技术特征：

1.一种可伸缩式富水隧洞掌子面智能超前排水装置，包括开缝管（2）和封闭管（3），其特征在于，开缝管（2）和封闭管（3）的连接处设置有阻断薄膜（6），且开缝管（2）内部的末端套设有特斯拉阀结构的内管（4）；封闭管（3）末端连接末端管（9），末端管（9）连接排水控制调节部。

2.根据权利要求1所述的一种可伸缩式富水隧洞掌子面智能超前排水装置，其特征在于，排水控制调节部包括第一控制单元（10）和第二控制单元（13），第一控制单元（10）与流量计（9）、电磁阀（11）电连接，第二控制单元（13）与水泵（12）、蜂鸣报警器（14）电连接。

3.根据权利要求1所述的一种可伸缩式富水隧洞掌子面智能超前排水装置，其特征在于，封闭管（3）外部套设有封闭塞一（5）和封闭塞二（8）。

4.根据据权利要求3所述的一种可伸缩式富水隧洞掌子面智能超前排水装置，其特征在于，封闭塞一（5）、封闭塞二（8）是圆台构造的几何体，且其上开设有安装孔（16）。

5.根据权利要求3所述的一种可伸缩式富水隧洞掌子面智能超前排水装置，其特征在于，封闭管（3）上设置有注浆阀（7）。

6.根据权利要求1所述的一种可伸缩式富水隧洞掌子面智能超前排水装置，其特征在于，开缝管（2）最前端设置有顶帽（1）。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种可伸缩式富水隧洞掌子面智能超前排水施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种可伸缩式富水隧洞掌子面智能超前排水装置及施工方法。由开缝管、封闭管、末端管和排水控制调节部组成；开缝管与封闭管的连接处设有能够隔离地下水与水泥浆体的阻断薄膜。排水控制调节部包括第一控制单元和第二控制单元，第一控制单元与电磁阀相连，第二控制单元与蜂鸣报警器相连，第一控制单元外接有电源，能够实时监测钻孔中的水流量大小且及时做出应对；流量过大时将控制电磁阀减小流量以保护装置，流量发生骤减时，系统将启动水泵对管体进行定时抽水，以防止管体堵塞。该发明具有良好的排水效果，在保护超前核心土强度的同时，能够加快施工效率，保证施工安全。

技术研发人员：宋战平,李良,孙引浩,谢江胜,高永吉,吴建民,周俊,户若琪,张玉伟,田小旭,徐正昭,孟祥华,张特
受保护的技术使用者：西安建筑科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21