[发明专利]一种基于结构安全的富水隧道自动控制排放系统及方法

说明书

本发明涉及一种基于结构安全的富水隧道自动控制排放系统，属于隧道排水领域，包括结构安全感知子系统：用于实时获取围岩与衬砌结构的受力状态和变形状态；地下水流量感知子系统：用于实时采集地下水流量数据；导水子系统：用于引导围岩内地下水流向；集水子系统：用于汇水储存地下水；控制排放子系统：用于采集结构安全感知子系统和地下水流量感知子系统发送的信息，经过处理后发送到远程终端，接收远程终端的指令，在排水子系统排水能力达到最大时，将I级沉砂池内的集水排入集水池中；排水子系统用于将集水子系统中的水排出隧道。

技术领域

本发明属于隧道排水领域，涉及一种基于结构安全的富水隧道自动控制排放系统及方法。

背景技术

高速路网的发展推动了隧道建设的迅猛发展，由于隧道特殊的建设环境，“十隧九漏”成为隧道建设及运营过程中一个突出的问题。以往研究地下水的问题多是针对具体工程研究地下水在工程结构体内的流量、结构的防排水和对地下水的处治等方面，而对隧道衬砌结构外水压力分布及结构承载水压力问题研究不多，因此目前遇到这类工程的处理结果是要么是衬砌承受的水压力不是很大，采取了过于保守的对策，造成相应的浪费；要么是衬砌承受的水压力很大，采取过于冒险或盲目的对策，存在安全隐患，造成安全问题。特别是对于衬砌结构外水压力的分级标准，没有合理的确定办法，毫无疑问，衬砌外水压力的分布规律可以为结构设计和施工提供重要理论依据，有助于丰富和发展隧道结构力学理论，保证隧道工程的安全性和提高其经济性。

公路隧道若采用“以排为主”的原则进行地下水的处理，将会造成地表地下水的流失，影响洞顶地表附近一定范围内居民的生产、生活用水，破坏区域的自然生态环境，目前提倡的是“防、排、截、堵结合，因地制宜”的治水原则，在该背景下，隧道衬砌势必需要承受外水压力作用，因此需要发明一种隧道地下水自动控制排放系统，当衬砌结构安全状态达到设置的阈值时，基于系统实现隧道地下水的自动排放，第一时间降低衬砌结构压力保障结构安全，实现地下水控制的时效性及自动化。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于结构安全的富水隧道自动控制排放系统及方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一方面，本发明提供一种基于结构安全的富水隧道自动控制排放系统，包括远程终端、结构安全感知子系统、地下水流量感知子系统、导水子系统、集水子系统、控制排放子系统与排水子系统；

所述结构安全感知子系统用于实时获取围岩与衬砌结构的受力状态和变形状态，并发送到控制排放子系统；

所述地下水流量感知子系统用于实时采集地下水流量数据，并发送到控制排放子系统；

所述导水子系统用于引导围岩内地下水流向并改善衬砌结构外水压力分布规律；

所述集水子系统用于汇水储存地下水，包括设置在隧道两侧的I级沉砂池，设置在I级沉砂池下方和侧方的集水池，以及设置在集水池底部的II级沉砂池，用于缓解因地下水排放不及时造成的外水压力增大危险，给控制排放争取时间；

所述控制排放子系统用于采集结构安全感知子系统和地下水流量感知子系统发送的信息，经过处理后发送到远程终端，还用于接收远程终端的指令，在排水子系统排水能力达到最大时，将I级沉砂池内的集水排入集水池中；

所述排水子系统用于将集水子系统中的水排出隧道。

进一步，所述结构安全感知子系统包括埋设于围岩与衬砌结构内部的渗压计、应变计和位移计，所述渗压计用于实时测量围岩与衬砌结构孔隙水压力，所述应变计用于实时测量围岩与衬砌结构的应变量，所述位移计用于实时测量围岩与衬砌结构的位移量。

进一步，所述地下水流量感知子系统由布置于Ⅰ级沉砂池内的与集水池内的超声波液位计组成，用于实时获取Ⅰ级沉砂池与集水池内的水位数据。