【技术实现步骤摘要】
本申请涉及防汛，尤其涉及一种深层隧道和竖井联合导气止爆结构及方法。
技术介绍
1、随着环境承载能力日益饱和，大型深层隧道成为解决城市内涝的重要方式，通常由入流竖井、深层隧道、通风排气设施、除渣排泥设施、排水泵组等部分组成。
2、常规管网输水系统中，通常采用通气孔或者空气阀减少管道内滞留的气体。但由于城市深隧系统的主隧洞处于地下40m-60m处，主隧上方无法设置通气措施，滞留气团只能从入流竖井处排出。暴雨情况下，雨污水挟带大量气体，通过多个入流竖井持续进入主隧道，隧道内水流逐渐由明流状态转变为有压状态，若气体无法及时排除，气腔迁移下管道内明满流交替。大量截留气团随水流移动，到达入流竖井出口时，浮力作用下气腔向上漂浮，有压气腔突然释放，造成间歇性气爆浪涌，并带动竖井内水体上升，造成剧烈的水位波动，对隧道及入流竖井结构产生无法预计的破坏。
3、目前，深层隧道内水体和气体共用流通通道，水体挟带截留气团进入竖井，即使竖井内部设置水气分离设施，但受限于竖井体型，大流量下竖井分割气团的能力有限，无法避免气爆浪涌现象的发生。相关技术中在管道顶端设置一段隔板通道，将入流至深隧管道的有压大气团分割为小气团并从下游竖井排，但是，该用于缓解剧烈排气的管壁结构仅适用于接近满流状态下的城市深隧，适用范围很小，忽略了深层隧道明流-明满流交替-满流（理想状态，由于入流竖井持续进气，难以排空隧道内气团）的入流过程，尤其是明满流交替下，仅在管道顶端布置一段高度有限的隔板通道无法避免截留大气团的形成，实际上竖井侧仍存在气爆浪涌，若隔板高度加长
技术实现思路
1、本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本申请的目的在于提出一种深层隧道和竖井联合导气止爆结构及方法，从深层隧道内明流-明满流交替的演变过程中，通过将截留的气团经分气组件和隔板组件多次分割，将气团分割成小气泡并排出竖井，最大程度地实现水气分离，有效地改善大型深层调蓄隧道间歇性气爆现象。
2、为达到上述目的，本申请提出的一种深层隧道和竖井联合导气止爆结构，包括：
3、至少一个竖井，其与深层隧道连通并相互垂直；所述竖井内设置沿所述竖井延伸方向延伸的竖井隔墙，并将所述竖井分为竖井水道和竖井气道；所述竖井水道和所述竖井气道内设置分气组件，用于对进入所述竖井的气团进行分切；以及
4、设置在所述深层隧道内并靠近所述竖井处的隔板组件；所述隔板组件沿所述深层隧道的延伸方向延伸，包括设置有气孔组件的隧道隔板；所述竖井在垂直方向上的投影完全落入所述隧道隔板上；所述气孔组件包括多种孔径不同的气孔和连接各所述气孔的气道组件，且所述隧道隔板上与所述竖井对应的区域所述气孔孔径最小，数量最多。
5、在一些实施例中，所述隧道隔板位于所述深层隧道内且具有设定长度，包括沿其延伸方向依次首尾连接的l1段、l2段和l3段；其中所述深层隧道内设置分界隔线；所述l1段位于所述分界隔线的上游；所述l2段两端分别位于所述分界隔线和所述竖井隔墙下游的竖井折板；所述l3段位于所述竖井折板的下游。
6、在一些实施例中，所述气孔根据孔径由大到小分为第一气孔、第二气孔和第三气孔；所述第一气孔阵列布设在所述l1段上；所述l1段上的所述第一气孔包括n1列，且各列之间的间距l1-n逐渐递减。
7、在一些实施例中，在所述l2段上根据其延伸方向依次分别布设多个所述第一气孔组成的阵列、多个所述第二气孔组成的阵列和多个所述第三气孔组成的阵列；其中同一阵列中各列气孔之间的距离相同；不同阵列的所述气孔的列间距l2-n在逐渐递减。
8、在一些实施例中，在所述l3段上根据其延伸方向依次分别布设多个所述第三气孔组成的阵列、多个所述第二气孔组成的阵列和多个所述第一气孔组成的阵列；其中同一阵列中各列气孔之间的距离相同；不同阵列的所述气孔列间距l3-n在逐渐递加。
9、在一些实施例中，所述气道组件包括第一气道和第二气道；所述第一气道连接同一阵列内的同种所述气孔；所述第二气道连接不同阵列内的不同所述气孔；其中不同阵列的所述气孔之间以两个所述第二气道分支过渡联通，且两个所述第二气道镜像对应。
10、在一些实施例中，所述隔板组件还包括多个阻气隔墙；所述阻气隔墙上下错落布置在所述l2段的上表面和其对应的所述深层隧道的顶部内壁，且在所述l2段的延伸方向上所述阻气隔墙之间的间距逐渐缩短。
11、在一些实施例中，所述阻气隔墙的高度为所述深层隧道孔径的1/6；且所述阻气隔墙上均开挖通孔，且相邻所述阻气隔墙上的所述通孔错落布置。
12、在一些实施例中，所述隔板组件还包括设置在所述隧道隔板和来流侧所述深层隧道顶部内壁之间的阻水气囊，其位于所述深层隧道与所述竖井底部的连接处，且位于所述竖井隔墙的上游，所述阻水气囊内置不同孔径的过气孔。
13、在一些实施例中，所述阻水气囊为半圆形，其直径为所述深层隧道孔径的1/3；所述过气孔自上而下分布在所述阻水气囊3/4范围之内，所述过气孔的直径分别为d3、1/2 d3和1/3 d3；同种所述过气孔均为双排且错落布置。
14、在一些实施例中，所述竖井隔墙底部向下延伸至所述深层隧道孔径的1/4处，且为喇叭口，且所述竖井隔墙的水平段朝向所述阻水气囊，用以固定所述阻水气囊。
15、在一些实施例中，所述分气组件包括多个沿所述竖井气道间隔设置的气道隔板；所述气道隔板内置栅格，其中在所述竖井气道的延伸方向上自下而上所述气道隔板内的所述栅格间距递减，且所述栅格数量递增。
16、在一些实施例中，所述气道隔板的面积为所述竖井气道横截面积的三分之一。
17、在一些实施例中，所述分气组件还包括位于所述竖井水道内且在所述竖井水道的延伸方向间隔设置的弧形隔板；所述弧形隔板固定在所述竖井隔墙上且与所述气道隔板间隔设置；所述弧形隔板上开挖错落布置的孔洞。
18、在一些实施例中，在所述气道隔板和所述弧形隔板之间的所述竖井隔墙上开挖错落布置的通气孔。
19、在一些实施例中，根据本申请的第二个方面提出了一种深层隧道和竖井联合导气止爆的方法，利用上述任一实施例中所述的导气止爆结构进行止爆，包括以下过程：
20、水流经过深层隧道至隧道隔板时，通过所述隧道隔板分为上层水流和下层水流，所述下层水流经过所述隧道隔板上的所述气孔组件将其内部的气体分段地分离出，并逸出至所述上层水流内，除气后的下层水流可经过所述气孔组件进入竖井水道内；
21、所述上层水流内的气团进入竖井气道并经过分气组件分割；所述竖井气道内的小部分气体经所述通气孔进入所述竖井水道，并经过其中的所述分气组件分割排出所述竖井。
22、本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
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1.一种深层隧道和竖井联合导气止爆结构，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的导气止爆结构，其特征在于，所述隧道隔板位于所述深层隧道内并具有设定长度，包括沿其延伸方向依次首尾连接的L1段、L2段和L3段；其中所述深层隧道内设置分界隔线；所述L1段位于所述分界隔线的上游；所述L2段两端分别位于所述分界隔线和所述竖井隔墙下游的竖井折板处；所述L3段位于所述竖井折板的下游。
3.根据权利要求2所述的导气止爆结构，其特征在于，所述气孔根据孔径由大到小分为第一气孔、第二气孔和第三气孔；所述第一气孔阵列布设在所述L1段上；所述L1段上的所述第一气孔包括n1列，且各列之间的间距L1-n逐渐递减。
4.根据权利要求3所述的导气止爆结构，其特征在于，在所述L2段上根据其延伸方向依次分别布设多个所述第一气孔组成的阵列、多个所述第二气孔组成的阵列和多个所述第三气孔组成的阵列；其中同一阵列中各列气孔之间的距离相同；不同阵列的所述气孔的列间距L2-n在逐渐递减。
5.根据权利要求3或4所述的导气止爆结构，其特征在于，在所述L3段上根据其延伸方向依次分别
6.根据权利要求2所述的导气止爆结构，其特征在于，所述气道组件包括第一气道和第二气道；所述第一气道连接同一阵列内的同种所述气孔；所述第二气道连接不同阵列内的不同所述气孔；其中不同阵列的所述气孔之间以两个所述第二气道分支过渡联通，且两个所述第二气道镜像对应。
7.根据权利要求2所述的导气止爆结构，其特征在于，所述隔板组件还包括多个阻气隔墙；所述阻气隔墙上下错落布置在所述L2段的上表面和其对应的所述深层隧道的顶部内壁，且在所述L2段的延伸方向上所述阻气隔墙之间的间距逐渐缩短。
8.根据权利要求7所述的导气止爆结构，其特征在于，所述阻气隔墙的高度为所述深层隧道孔径的1/6；且所述阻气隔墙上均开挖通孔，且相邻所述阻气隔墙上的所述通孔错落布置。
9.根据权利要求7所述的导气止爆结构，其特征在于，所述隔板组件还包括设置在所述隧道隔板和来流侧所述深层隧道顶部内壁之间的阻水气囊，其位于所述深层隧道与所述竖井底部的连接处，且位于所述竖井隔墙的上游，所述阻水气囊内置不同孔径的过气孔。
10.根据权利要求9所述的导气止爆结构，其特征在于，所述阻水气囊为半圆形，其直径为所述深层隧道孔径的1/3；所述过气孔自上而下分布在所述阻水气囊3/4范围之内，所述过气孔的直径分别为D3、1/2 D3和1/3 D3；同种所述过气孔均为双排且错落布置。
11.根据权利要求9所述的导气止爆结构，其特征在于，所述竖井隔墙底部向下延伸至所述深层隧道孔径的1/4处，且为喇叭口，且所述竖井隔墙的水平段朝向所述阻水气囊，用以固定所述阻水气囊，并引导气体进入所述竖井气道。
12.根据权利要求2所述的导气止爆结构，其特征在于，所述分气组件包括多个沿所述竖井气道间隔设置的气道隔板；所述气道隔板内置栅格，其中在所述竖井气道的延伸方向上自下而上所述气道隔板内的所述栅格间距递减，且所述栅格数量递增。
13.根据权利要求12所述的导气止爆结构，其特征在于，所述气道隔板的面积为所述竖井气道横截面积的三分之一。
14.根据权利要求12所述的导气止爆结构，其特征在于，所述分气组件还包括位于所述竖井水道内且在所述竖井水道的延伸方向间隔设置的弧形隔板；所述弧形隔板固定在所述竖井隔墙上且与所述气道隔板间隔设置；所述弧形隔板上开挖错落布置的孔洞。
15.根据权利要求14所述的导气止爆结构，其特征在于，在所述气道隔板和所述弧形隔板之间的所述竖井隔墙上开挖错落布置的通气孔。
16.一种深层隧道和竖井联合导气止爆的方法，其特征在于，利用权利要求1-15中任一所述的导气止爆结构，包括以下过程：
...【技术特征摘要】
1.一种深层隧道和竖井联合导气止爆结构，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的导气止爆结构，其特征在于，所述隧道隔板位于所述深层隧道内并具有设定长度，包括沿其延伸方向依次首尾连接的l1段、l2段和l3段；其中所述深层隧道内设置分界隔线；所述l1段位于所述分界隔线的上游；所述l2段两端分别位于所述分界隔线和所述竖井隔墙下游的竖井折板处；所述l3段位于所述竖井折板的下游。
3.根据权利要求2所述的导气止爆结构，其特征在于，所述气孔根据孔径由大到小分为第一气孔、第二气孔和第三气孔；所述第一气孔阵列布设在所述l1段上；所述l1段上的所述第一气孔包括n1列，且各列之间的间距l1-n逐渐递减。
4.根据权利要求3所述的导气止爆结构，其特征在于，在所述l2段上根据其延伸方向依次分别布设多个所述第一气孔组成的阵列、多个所述第二气孔组成的阵列和多个所述第三气孔组成的阵列；其中同一阵列中各列气孔之间的距离相同；不同阵列的所述气孔的列间距l2-n在逐渐递减。
5.根据权利要求3或4所述的导气止爆结构，其特征在于，在所述l3段上根据其延伸方向依次分别布设多个所述第三气孔组成的阵列、多个所述第二气孔组成的阵列和多个所述第一气孔组成的阵列；其中同一阵列中各列气孔之间的距离相同；不同阵列的所述气孔列间距l3-n在逐渐递加。
6.根据权利要求2所述的导气止爆结构，其特征在于，所述气道组件包括第一气道和第二气道；所述第一气道连接同一阵列内的同种所述气孔；所述第二气道连接不同阵列内的不同所述气孔；其中不同阵列的所述气孔之间以两个所述第二气道分支过渡联通，且两个所述第二气道镜像对应。
7.根据权利要求2所述的导气止爆结构，其特征在于，所述隔板组件还包括多个阻气隔墙；所述阻气隔墙上下错落布置在所述l2段的上表面和其对应的所述深层隧道的顶部内壁，且在所述l2段的延伸方向上所述阻气隔墙之间的间距逐渐缩短。
8.根据权利要求7所述的导气止爆结构，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：倪尉翔，胡亚安，李中华，安建峰，
申请(专利权)人：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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