[发明专利]用于缓解深隧滞留气团排出的管道与入流竖井衔接结构

说明书

本发明提供一种用于缓解深隧滞留气团排出的管道与入流竖井衔接结构，是在深隧与竖井连接处设置相互衔接的隔板通道，该隔板通道具有直线型与曲线型间隔。通过设置隔板通道，将深隧管道中由于竖井快速入流而产生的有压大气团分割为小气团从竖井排出，有效减少管道内有压大气团从竖井排出时对竖井内部消能结构的破坏现象，以及减缓气体剧烈排出的过程。对于隔板通道尾部发散状布置，使得分散的小气泡彼此分隔，不会再合并为有压大气泡，保证是小气泡排出竖井，提高管道的安全性能。本发明管道结构特别适合在深隧管道结构中使用。

技术领域

本发明涉及市政工程技术领域，特别是涉及一种新型深隧系统主隧与入流竖井连接的结构，适用于城市深隧系统管网，避免入流竖井中发生剧烈排气过程导致的竖井结构破坏事故。

背景技术

随着我国城市化进程的加快，传统城市建设模式带来的内涝频发、径流污染加剧、水资源流失、水生态环境恶化等突出雨水问题，已成为制约社会发展的限制性因素之一。在环境承载能力日益饱和的今天，建设“海绵城市”成为当今我国社会发展的必然需求。针对城市中心城区水面率低、建筑密度高、地下管线错综复杂、人口密集和防汛安全压力大等特点，采用大型深层调蓄隧道，作为托底工程，辅以源头径流控制，成为解决城市内涝以及初雨污染的有效手段。

为了避开对地下管线以及地铁等设施的影响，城市深层隧道调蓄排水隧道一般建设在地下40m-60m处，当发生暴雨时，地面汇集的大量雨水通过入流竖井流入地下隧道，存储部分雨水。深隧系统在晴天或者暴雨之前，排空了主隧洞的中水体，即隧洞中为空气。当发生暴雨时，深隧系统启动，水流将通过入流竖井流入主隧洞。由于暴雨历时短，强度较大，大量雨水通过多个入流竖井进入隧道，隧道中一部分空气在水流进入隧道时，通过竖井排出，但由于多竖井同时入流，隧洞中的水流逐渐由无压流动转换为有压状态，较多的气团会滞留在隧道中，并随着隧道两端压力的变化，发生移动。如图1所示，当大量滞留气团移动到竖井处时，通过竖井排出，发生剧烈的排气过程。但由于此刻竖井水位已经上升到一定高度，高于主隧的顶部高程，气团从竖井底部上升，造成竖井内部水位大幅度的波动，并可能会对竖井消能结构产生破坏，威胁整个深隧系统的安全。对于管道的排气问题，现有的技术是在可能集气的地方设置通气孔，但对于深隧系统，该技术无法使用，因为主隧洞处于地下40m-60m处，两个入流竖井之间的长度约2km左右，因而在竖井之间的主隧上方无法设置通气措施，如何减轻入流竖井处的气团危害，也是目前深隧系统设计面临的难题。本发明根据气团在管道内的运动特征以及实验的观测，提出了一种新型的深隧系统主隧洞与入流竖井连接的结构，解决了深隧系统入流竖井处剧烈排气问题，避免了气团排出时对竖井内部结构可能造成的破坏。本发明提出的思路，在现有的城市深隧系统设计及施工中没见任何报导。

发明内容

发明目的：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。但对于城市深隧系统，该技术无法使用，因为主隧洞处于地下40m-60m处，两个入流竖井之间的长度约2km左右，在竖井之间的主隧上方无法设置通气措施，即使有条件设置，其代价也是非常高，因而对于深隧系统，滞留气团只能从入流竖井处排出。暴雨时，当水流快速进入主隧时，气体来不及排出，封闭在管道内形成有压气团，并随着隧道内压力的变化，移动到入流竖井处排出，发生剧烈的排气现象，对竖井的结构造成破坏。为了克服深隧管道的这个问题，本发明根据气团在管道内的运动特征以及实验的观测，提出了一种新型的深隧系统主隧洞与入流竖井连接的结构：在深隧管道与入流竖井连接的进口端顶部管壁处设计新型隔板通道结构，形成不同长度的气体排出路径，并将大气团分割成若干小气泡，有效减缓了入流竖井处的剧烈排气现象，避免对入流竖井内的结构造成破坏。

本发明的理论依据为：由于气体密度较小，无论是哪种进流条件，当深隧系统主隧道充满时，滞留气团一定是在管道的顶部移动。另外，根据实验的观测，当滞留气团较大时，从入流竖井排出的过程较为剧烈，当气团较小时，明显排出过程变缓，入流竖井内的水位波动也较小。结合以上两部分特征，提出在滞留气团接近入流竖井时，将其分解为小型气泡，并依次排出，减缓了剧烈排气现象，避轻对入流竖井的破坏。