一种可拆卸更换型隧洞衬砌内外水压力自动调节阀门装置的制作方法

本发明涉及土木工程地下工程领域，具体涉及一种可拆卸更换型隧洞内外水压力调节阀门装置。

背景技术：

富水环境下地下水对衬砌结构作用的荷载问题以及隧洞建设地下水过度排放问题一直是隧道工程难以解决的技术问题，尤其是近几年来大埋深、高外水条件下隧洞工程越来越多，地下水所引起的一系列问题更加突出。针对富水环境下隧洞外地下水处置问题，早期多采取“以排为主”的处理原则，但长期排水常常造成地下水位下降、土地沙化、植被枯萎等严重的环境问题。近年来，随着环保意识的增强及衬砌排水技术的提升，在处理富水环境下隧道外地下水问题时，多采取“以排为主、排堵结合”的原则，即降低作用于衬砌外壁地下水压力的同时，亦减少地下水排放量。但对于穿越富水环境的长距离隧洞而言，灌浆堵水和沿洞线的排水系统布置，一方面工作造价较高、施工工艺较为复杂，另一方面如排水系统发生局部堵塞，难以发现堵塞位置进行维修，势必无法保证在隧洞使用寿命期内仍可有效发挥排水降压作用。此外，对于具有特殊作用的地下隧洞而言，如水工有压输水隧洞，直接采用交通隧洞中在衬砌上钻打排水孔降低外水压力措施，则无法解决内水外渗问题。最后，目前的工程勘察技术在衬砌设计前并不能有效的厘清地下水分布情况，衬砌设计时具有较大的安全裕度考虑，常规的防排水措施虽可减少富水环境中地下水的排放量，但无法充分利用衬砌外水压力与排放量关系，调控地下水排放量大小，进而发挥衬砌安全裕度，保护地下水资源。综合上述分析，目前地下隧洞工程中防排水系统具有诸多的不足之处，包括：第一，排水方案和设施被动，无法更换或维修；第二，衬砌内、外水压力和地下水排放量大小无法进行调节；第三，结构复杂，成本高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种地下隧洞衬砌内外水压力调节装置，当地下隧洞中衬砌外水压力过大时，可以自动开启阀门，使外水进入隧洞，从而降低衬砌外水压力，同时装置需能拆卸更换阀门，达到维修或改变外水进入衬砌所需压力差的目的。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

提供了一种可拆卸更换型隧洞衬砌内外水压力自动调节阀门装置，包括连通衬砌两侧的内外水连通管，内外水连通管的一端为单向阀进水端，另一端为单向阀出水端，在内外水连通管的进水端一侧设置有土工布支撑板和覆盖在土工布支撑板上的土工布，土工布通过土工布支撑板锚固螺栓与土工布支撑板锚固连接，土工布支撑板上设有土工布支撑板透水孔，内外水连通管中设置有单向阀，包括两端的单向阀进水端和单向阀出水端，在单向阀的底部设置有单向阀底板，单向阀进水端和单向阀出水端内形成球形内腔，在内腔中设有密封圆球，单向阀底板上设有反力弹簧，反力弹簧上连接密封圆球，单向阀底板上还设置有可改变厚度的单向阀底板垫圈。

进一步地，在单向阀进水端上设有单向阀进水口，在单向阀出水端设有单向阀出水口，单向阀进水端在单向阀进水口处设有单向阀螺纹接口，单向阀螺纹接口与内外水连通管螺纹接口对接，将单向阀进水端与内外水连通管进行连接，在单向阀螺纹接口与内外水连通管螺纹接口中间设有单向阀密封垫圈。

进一步地，单向阀进水端和单向阀出水端通过单向阀进出水端锚固螺栓锚固连接，在连接处设置有单向阀进出水端密封垫圈，单向阀底板与单向阀出水端通过单向阀底板锚固螺栓与内外水连通管锚固连接。单向阀底板与内外水连通管之间设有单向阀底板垫圈。

进一步地，单向阀进水端、单向阀出水端、单向阀进出水端密封垫圈、单向阀进出水端锚固螺栓、单向阀底板、反力弹簧、密封圆球、单向阀底板锚固螺栓和单向阀底板垫圈组成独立的单向阀体，可整体进行安装、维修或更换。

进一步地，内外水连通管两侧设为喇叭口形状，在衬砌浇筑后保证内外水连通管稳固，同时便于水流通过。

进一步地，单向阀进水端中设置有进水端球形内壁，进水端球形内壁与单向阀进水口连接处设进水端密封曲面，以实现密封圆球与单向阀进水端密闭贴合。

进一步地，单向阀出水端中设置有出水端球形内壁，出水端球形内壁与单向阀出水口连接处设出水端密封曲面，以实现如反力弹簧损坏进行双向密封的功能。

进一步地，单向阀底板垫圈可变换厚度，从而改变反力弹簧预压缩变形量，改变反力弹簧压缩弹力，进而改变衬砌外地下水进入衬砌内所需的与衬砌内水压力的压力差。

进一步地，单向阀底板设单向阀底板透水孔，衬砌外进入单向阀进水口的外水通过单向阀出水口和单向阀底板透水孔进入衬砌内部，在密封圆球密闭情况下，内水通过单向阀底板透水孔和单向阀出水口进入内腔将水压力作用于密封圆球上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明结构安全、设计合理、运行高效，可拆卸可调节；单向阀单向开启，衬砌内水不会通过本发明装置进入衬砌外；衬砌外水压力超过预设压力差之后，单向阀自动开启；通过更换单向阀反力弹簧或改变其压缩量来调节其压缩弹力，从而控制衬砌外水进入内部所需的压力差；单向阀出水口设密闭曲面，在单向阀损坏情况下可保证装置双向封闭，不会大量过水；装置中单向阀整体或部分均可拆卸更换，满足检修维护的需要。

附图说明

图1为本发明装置剖面图。

图2为本发明装置仰视图。

图3为本发明装置俯视图。

图4为本发明中内外水连通管仰视图。

图5为本发明中内外水连通管俯视图。

图6为本发明中土工布支撑板仰视图。

图7为本发明中单向阀进水端剖面图。

图8为本发明中单向阀进水端仰视图。

图9为本发明中单向阀进水端俯视图。

图10为本发明中单向阀出水端剖面图。

图11为本发明中单向阀出水端仰视图。

图12为本发明中单向阀出水端俯视图。

图13为本发明中单向阀底板剖面图。

图14为本发明中单向阀底板仰视图。

图15为本发明中单向阀底板俯视图。

图16为本发明中单向阀密封垫圈平面图。

图17为本发明中单向阀进出水端密封垫圈平面图。

图18为本发明中单向阀底板垫圈平面图。

其中，1-内外水连通管；2-土工布支撑板；3-土工布；4-土工布支撑板锚固螺栓；5-单向阀进水端；6-单向阀密封垫圈；7-单向阀出水端；8-单向阀进出水端密封垫圈；9-单向阀进出水端锚固螺栓；10-单向阀底板；11-反力弹簧；12-密封圆球；13-单向阀底板锚固螺栓；14-单向阀底板垫圈；15-土工布支撑板透水孔；16-土工布支撑板螺栓孔；17-内外水连通管与土工布支撑板螺纹接口。18-内外水连通管螺纹接口；19-单向阀进水口；20-单向阀螺纹接口；21-进水端密封曲面；22-进水端球形内壁；23-进水端螺栓接口；24-出水端球形内壁；25-出水端密封曲面；26-单向阀出水口；27-出水端进出水端连接螺栓孔；28-单向阀底板与出水端连接螺纹接口；29-单向阀底板连接螺栓孔；30-单向阀底板透水孔；31-单向阀进出水端密封垫圈螺栓孔；32-单向阀底板垫圈螺栓孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述。应该了解，下面所描述的实施例仅是本发明一部分，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1～18，本发明实施例中，提供了一种可拆卸更换型隧洞衬砌内外水压力自动调节阀门装置，包括内外水连通管1、土工布支撑板2，土工布3，土工布支撑板锚固螺栓4，单向阀进水端5，单向阀密封垫圈6，单向阀出水端7，单向阀进出水端密封垫圈8，单向阀进出水端锚固螺栓9，单向阀底板10，反力弹簧11，密封圆球12，单向阀底板锚固螺栓13，单向阀底板垫圈14。

所述的单向阀进水端5、单向阀出水端7、单向阀底板10、反力弹簧11、密封圆球12、单向阀进出水端密封垫圈8和单向阀底板垫圈14可通过单向阀进出水端锚固螺栓9和单向阀底板锚固螺栓13组成独立的单向阀体，整体进行安装、维修或更换。

所述的内外水连通管1可由不锈钢金属、铝镁合金或其他耐久性较好、强度满足要求的材料制成，其中心设有内外水连通管螺纹接口18，可与单向阀进水端5上的单向阀螺纹接口20进行连接，单向阀螺纹接,20长度应当满足实际工程水压条件下强度要求；单向阀螺纹接口20上设单向阀密封垫圈6以保证其密封；所述的内外水连通管1两侧设为喇叭口形状，其作用一是在衬砌浇筑后保证内外水连通管1嵌入衬砌中，加强与衬砌相互作用，保持稳固，不至被高内外水压力挤出衬砌，其作用二是大口径方便汇流。

所述的内外水连通管1衬砌一侧设有土工布3和土工布支撑板2，二者通过土工布支撑板锚固螺栓4和土工布支撑板螺栓孔16与内外水连通管1连接；土工布支撑板2主要作用是支撑土工布3，防止其在施工工程中被混凝土压坏；土工布支撑板2上设有土工布支撑板透水孔15以允许水流通过；土工布3设置于土工布支撑板2外侧，以防止浇筑衬砌时浆液进入内外水连通管1及单向阀进水口19。

所述的单向阀进水端5和单向阀出水端7组成的阀体中心设有密封圆球12通过反力弹簧11固定于单向阀底板10，密封圆球12的材料可为橡胶或其他耐久性、密闭性好的材料；反力弹簧11压缩弹力将密封圆球12压紧堵住单向阀进水口19内侧进水端密封曲面21上，以阻止衬砌内水流向衬砌外；衬砌外水通过单向阀进水口19作用于密封圆球12上，当外水压力超过内水压力及反力弹簧11压缩弹力之和便顶开密封圆球12，外水通过内外水连通管1、单向阀进水口19、单向阀出水口26和单向阀底板透水孔30进入衬砌内，外水压力降低。

所述的单向阀出水端7在单向阀出水口26与出水端球形内壁24连接处设出水端密封曲面25，以实现在反力弹簧11损坏的情况下可进行双向密封的功能，避免衬砌内外大量过水。

所述的单向阀底板10设单向阀底板透水孔30，衬砌外进入单向阀进水口19的外水通过单向阀出水口26和单向阀底板透水孔30进入衬砌内部；同时在密封圆球12密闭情况下，内水通过单向阀底板透水孔30和单向阀出水口26进入阀体将水压力作用于密封圆球12上。

所述的单向阀进水端5、单向阀出水端7、单向阀底板20、反力弹簧11和密封圆球12可进行拆卸更换，也可通过更换反力弹簧11或通过改变单向阀底板垫圈14的厚度而改变其压缩量来控制其压缩弹力，以控制衬砌外水进入内部所需的压力差；单向阀进水口19、单向阀出水口26以及单向阀底板透水孔30的尺寸应根据实际过水需求确定。

显然，本发明不限于上述实施例的细节。上述实施例应被视为是示范性的，而非限制性的。本发明的范围由所附权利要求限定，且包括落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化。权利要求中的任何附图标记不应被视为对所涉及的权利要求具有限制性。

此外，本说明书应被视为一个整体，上述实施方式并非本发明唯一的独立技术方案，实施例中的技术方案可经适当组合调整，形成本领域技术人员可理解的其他实施方式。