[發明專利]用于緩解深隧滯留氣團排出的管道與入流豎井銜接結構

有效

• 申請號: 201810020760.7
• 申請日: 2018-01-10
• 公開（公告）號: CN108316940B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發明（設計）人: 營佳瑋;俞曉東;張健;陳勝;許聽雨
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: E21D9/14
• 分類號: E21D9/14;E03F5/04
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 李玉平

本發明提供一種用于緩解深隧滯留氣團排出的管道與入流豎井銜接結構，是在深隧與豎井連接處設置相互銜接的隔板通道，該隔板通道具有直線型與曲線型間隔。通過設置隔板通道，將深隧管道中由于豎井快速入流而產生的有壓大氣團分割為小氣團從豎井排出，有效減少管道內有壓大氣團從豎井排出時對豎井內部消能結構的破壞現象，以及減緩氣體劇烈排出的過程。對于隔板通道尾部發散狀布置，使得分散的小氣泡彼此分隔，不會再合并為有壓大氣泡，保證是小氣泡排出豎井，提高管道的安全性能。本發明管道結構特別適合在深隧管道結構中使用。

技術領域

本發明涉及市政工程技術領域，特別是涉及一種新型深隧系統主隧與入流豎井連接的結構，適用于城市深隧系統管網，避免入流豎井中發生劇烈排氣過程導致的豎井結構破壞事故。

背景技術

隨著我國城市化進程的加快，傳統城市建設模式帶來的內澇頻發、徑流污染加劇、水資源流失、水生態環境惡化等突出雨水問題，已成為制約社會發展的限制性因素之一。在環境承載能力日益飽和的今天，建設“海綿城市”成為當今我國社會發展的必然需求。針對城市中心城區水面率低、建筑密度高、地下管線錯綜復雜、人口密集和防汛安全壓力大等特點，采用大型深層調蓄隧道，作為托底工程，輔以源頭徑流控制，成為解決城市內澇以及初雨污染的有效手段。

為了避開對地下管線以及地鐵等設施的影響，城市深層隧道調蓄排水隧道一般建設在地下40m-60m處，當發生暴雨時，地面匯集的大量雨水通過入流豎井流入地下隧道，存儲部分雨水。深隧系統在晴天或者暴雨之前，排空了主隧洞的中水體，即隧洞中為空氣。當發生暴雨時，深隧系統啟動，水流將通過入流豎井流入主隧洞。由于暴雨歷時短，強度較大，大量雨水通過多個入流豎井進入隧道，隧道中一部分空氣在水流進入隧道時，通過豎井排出，但由于多豎井同時入流，隧洞中的水流逐漸由無壓流動轉換為有壓狀態，較多的氣團會滯留在隧道中，并隨著隧道兩端壓力的變化，發生移動。如圖1所示，當大量滯留氣團移動到豎井處時，通過豎井排出，發生劇烈的排氣過程。但由于此刻豎井水位已經上升到一定高度，高于主隧的頂部高程，氣團從豎井底部上升，造成豎井內部水位大幅度的波動，并可能會對豎井消能結構產生破壞，威脅整個深隧系統的安全。對于管道的排氣問題，現有的技術是在可能集氣的地方設置通氣孔，但對于深隧系統，該技術無法使用，因為主隧洞處于地下40m-60m處，兩個入流豎井之間的長度約2km左右，因而在豎井之間的主隧上方無法設置通氣措施，如何減輕入流豎井處的氣團危害，也是目前深隧系統設計面臨的難題。本發明根據氣團在管道內的運動特征以及實驗的觀測，提出了一種新型的深隧系統主隧洞與入流豎井連接的結構，解決了深隧系統入流豎井處劇烈排氣問題，避免了氣團排出時對豎井內部結構可能造成的破壞。本發明提出的思路，在現有的城市深隧系統設計及施工中沒見任何報導。

發明內容

發明目的：常規管網輸水系統中，通常采用通氣孔或者空氣閥減少管道內滯留的氣體。但對于城市深隧系統，該技術無法使用，因為主隧洞處于地下40m-60m處，兩個入流豎井之間的長度約2km左右，在豎井之間的主隧上方無法設置通氣措施，即使有條件設置，其代價也是非常高，因而對于深隧系統，滯留氣團只能從入流豎井處排出。暴雨時，當水流快速進入主隧時，氣體來不及排出，封閉在管道內形成有壓氣團，并隨著隧道內壓力的變化，移動到入流豎井處排出，發生劇烈的排氣現象，對豎井的結構造成破壞。為了克服深隧管道的這個問題，本發明根據氣團在管道內的運動特征以及實驗的觀測，提出了一種新型的深隧系統主隧洞與入流豎井連接的結構：在深隧管道與入流豎井連接的進口端頂部管壁處設計新型隔板通道結構，形成不同長度的氣體排出路徑，并將大氣團分割成若干小氣泡，有效減緩了入流豎井處的劇烈排氣現象，避免對入流豎井內的結構造成破壞。

本發明的理論依據為：由于氣體密度較小，無論是哪種進流條件，當深隧系統主隧道充滿時，滯留氣團一定是在管道的頂部移動。另外，根據實驗的觀測，當滯留氣團較大時，從入流豎井排出的過程較為劇烈，當氣團較小時，明顯排出過程變緩，入流豎井內的水位波動也較小。結合以上兩部分特征，提出在滯留氣團接近入流豎井時，將其分解為小型氣泡，并依次排出，減緩了劇烈排氣現象，避輕對入流豎井的破壞。