CN104829012B - 一种隧道反坡抽水净化装置及其控制方法和净化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道反坡抽水净化装置及其控制方法和净化方法，包括隧道水池，所述隧道水池通过管道与用于分离泥沙的离心萃取装置的输入端连接，所述离心萃取装置的输出端通过管道分别与水泵装置和污水净化装置连接，所述污水净化装置的输出端与储水池管道连接；所述隧道水池中的污水经过离心萃取装置后，被水泵排至污水净化装置，所述污水净化装置将水净化后存放在储水池中；所述隧道水池中设有监测模块，所述监测模块与控制器连接，所述控制器上设有报警器，当隧道水池中的监测指标高于设定值时，所述报警器发出报警信号。本装置设计科学合理，具有廉价、可以分离泥沙、能够实时监控排水量、净化污水、远程控制等特点。

Description

一种隧道反坡抽水净化装置及其控制方法和净化方法

技术领域

本发明涉及隧道反坡排水技术领域，具体来说涉及一种隧道反坡抽水净化装置及其控制方法和净化方法。

背景技术

随着交通和水利水电工程建设重心向地形地质条件极端复杂的西部山区和岩溶地区转移，将出现一批具有“大埋深、长洞线、高应力、强岩溶、高水压、构造复杂、灾害频发”等显著特点的高风险深长隧道工程。在公路交通领域，深长隧道是交通工程的咽喉，是关系到社会和经济协调发展的生命线工程。近些年来，由长距离反坡施工带来的技术挑战愈加明显，因此造成的突水涌水等施工期地质灾害不断出现，如：湖北沪蓉西高速公路齐岳山隧道出口段落由于反坡施工，在穿越马槽洞地下暗河和超大断层时遭遇大型涌水事故，由于排水***能力有限，导致超过700m的洞身被淹没，工期延误超过1年，经济损失严重。湖北沪蓉西高速公路龙潭隧道出口端是长距离反坡施工，在穿越700m长的断层破碎带时遭遇涌泥涌水，给排水带来了巨大的困难。在铁路领域，以世界上最难建设的山区铁路--宜万铁路为例，其马鹿箐隧道存在较长距离的反坡施工段落，施工中先后发生19次严重的突水突泥灾害，瞬间突涌水量创世界铁路建设之最，其中2006年1月21日与2008年4月11日的两次特大突水突泥灾害共导致15人死亡。而乌鞘岭隧道在建设中也存在较长段落的反坡施工区域，为排水***的设计带来了巨大的挑战。

由上可知，隧道突涌水带来的灾害屡见不鲜，如何才能避免这些事故的发生呢？当出现突涌水时，快速有效的抽排水作业，能够避免事故灾害发生，减少不必要人员及经济损失，保证隧道的正常施工。在排水的施工设备及方案设计上，一个高效的泵站抽排水***，往往决定了抽排水施工的成与败，也影响着工程项目的安全生产。

目前的隧道排水泵站技术有“一种长距离反坡隧道的排水装置以及排水方法”(201210112312.2)，该方法在每一级同时设置一个沉淀洞室和一个泵站洞室，以避免管道由于污物堆积导致的堵塞，但由于要开挖两个洞室，工作量大，成本较高；“电缆隧道自动排水***”(200810137337.1)在集水井上布置多个水位探头，但集水达到高水位时，启动潜水泵进行排水，但该方法针对于小水量的排水效果较好，对于隧道内大水量、长时间的监测排水并不适用；“一种模拟灰岩区隧道排水管碳酸钙结晶规律的实验装置”(201410484203.2)提供了一种性能优良的实验装置，提高了灰岩区隧道排水***的适用寿命及可靠性，但其只对碳酸钙结晶进行了研究，针对性较强，并不能适用于其他岩性隧道；“一种特长隧道用排水***”(201220694226.2)将先用水泵将隧道中的水抽到斜井中的集水井中，再通过集水井中的水泵将水抽出洞外，忽视了隧道淤泥堵塞情况；“一种隧道支洞反坡排水***”(201420630003.9)，通过在集水井下方设置沉砂池来减少抽排水过程中的泥沙，保证水泵工作，缺点是沉砂池增加了开挖施工量，同时若沉砂池淤泥堆积过多，由于其深度较大，不易清淤。

总体而言，目前现有的排水设备有如下几个问题：

①水泵抽水管堵塞。由于在隧道施工过程中，水在汇集的过程中，会携带着大量的岩石碎片或垃圾杂物，在水泵抽水的过程中极易堵塞水泵抽水管，造成水泵抽排水作业失效；若采用常规方法修建沉砂池，则会增加施工成本及工作量，代价较高，因此亟需提出一种能有效避免抽水口堵塞的抽排水技术；

②排水效果事倍功半。目前的隧道排水设备需要专员管理，当进行排水时，需要排水专员对涌水量进行判断，再手动控制水泵进行排水，其机动性差，在遇到突发情况时，不能快速有效的进行排水作业及预警，易导致隧道被淹等情况的发生。现亟需研制出一种自动抽排水及水量预警设备；

③水资源浪费。在隧道的施工过程中，从工作面打钻到二衬施工，乃至隧道洒水控制扬尘，都需要从洞外引水，若能够将隧道集水井中废水进行进化处理，再次利用，不仅能够节约水资源，也能降低水资源的运输成本；故亟需研制一种能够进行原位水净化及利用的装置。

发明内容

为解决现有技术存在的上述不足，本发明提供一种隧道反坡抽水净化装置及其控制方法和净化方法。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种隧道反坡抽水净化装置，包括隧道水池，所述隧道水池通过管道与用于分离泥沙的离心萃取装置的输入端连接，所述离心萃取装置的输出端通过管道分别与水泵装置和污水净化装置连接，所述污水净化装置的输出端与储水池管道连接；所述隧道水池中的污水经过离心萃取装置后，被水泵排至污水净化装置，所述污水净化装置将水净化后存放在储水池中；

所述隧道水池中设有监测模块，所述监测模块与控制器连接，所述控制器上设有报警器，当隧道水池中的监测指标高于设定值时，所述报警器发出报警信号。

所述离心萃取装置包括离心萃取室，所述离心萃取室上安装有离心泵，所述离心泵与离心电动机连接，所述离心萃取室底部设有排污管道，所述排污管道上设有电磁阀。

所述离心萃取装置的输出端的管道上设有泥沙过滤网。

所述水泵装置为无级调速水泵装置，包括无级调速电机和往复水泵；所述往复水泵与离心装置之间安装有换向阀，当泥沙过滤网上附着有较多泥沙时，往复水泵可以通过抽取外部的干净水源将附着于泥沙过滤网上的泥沙冲下；所述无极调速电机的输出轴通过联轴器与减速箱的输入轴连接，通过调节无极电机的转速控制抽水速度；所述减速箱上设有与控制器连接的测速探头；所述往复水泵与无极调速电机之间安装有手动控制开关，智能控制器发生故障时可以通过手动控制开关关闭水泵；所述往复水泵的排水口处设有智能流量计，所述往复水泵的排水口和进水口通过管道与换向阀连接。

所述污水净化装置包括依次管道连接的液压泵、沉淀池和絮凝池；所述液压泵与沉淀池之间安装有单向阀；所述沉淀池底部设有排污管道，所述排污管道上安装有电磁阀。

所述沉淀池和絮凝池之间的连接管道上，设有净水过滤网；所述絮凝池与药剂存储池连接，二者之间安装有单向阀。

所述絮凝池与储水池之间的连接管道上设有单向阀。

所述监测模块包括用以监测隧道水池中水位的液位监测模块，和用以监测单位时间内隧道水池中水位上升速度的水位上升速度监测模块。

一种隧道反坡抽水净化装置的控制方法，包括以下步骤：

步骤1：控制器分别接收液位监测模块所测得的隧道水池中的水位信号、水位上升速度模块所测得的水位上升速度信号，以及测速探头所测得的无级调速电机的转速信号；

步骤2：所述控制器根据水位情况和水位上升速度以及测速探头测得的转速，调整无级调速电机的转速；

步骤3：当水位超过设定值，或水位上升速度超过设定值时，所述控制器上的报警器发出报警信号。

一种隧道反坡抽水净化装置的抽水净化方法，包括以下步骤：

步骤1：抽水泵将隧道水池中的水泵送至离心萃取装置中；

步骤2：离心泵转动，将离心萃取装置中的污水和泥沙分离；

步骤3：液压泵将离心萃取室中的污水抽至沉淀池，污水在沉淀池沉淀后通过净水过滤网进入絮凝池，同时使药剂存储池中的药剂进入絮凝池，进行净水处理；

步骤4：净水处理完成后，絮凝池中的水进入储水池中。

本发明的有益效果为：

(1)液位监测模块和水位上升速度监测模块实时监测隧道水池中的水位和液面上升速度，当水位超过高水位线或者液面上升速度过快时，报警器报警，从而可以迅速启动救灾应急预案。

(2)隧道水池中的污水在被往复水泵排出前先经过泥沙分离和过滤，降低了水泵发生堵塞的概率。

(3)往复水泵与离心装置之间安装有换向阀，当泥沙过滤网上附着有较多泥沙时，往复水泵可以通过抽取外部的干净水源将附着于泥沙过滤网上的泥沙冲下。

(4)往复水泵排水口处安装有智能流量计，可以实时监控从隧道水池中排除的污水量。

(5)智能控制可以根据水位情况和水位上升速度以及测速探头测得的转速，调整无级调速电机的转速，从而实现远程控制，极大地提高了装置的自动化程度，同时往复水泵上设置有手动开关，可以保证远程控制程序发生故障时手动关闭装置。

(6)该装置中的污水净化装置可以将隧道水池中的污水处理为可供饮用的净水，变废为宝。

该装置可以根据隧道水池中水位的高低或上升速度，通过无级调速电机实现对往复水泵的无级调速，实时记录排水流量；还可以通过离心装置分离隧道水池中的泥沙，降低水泵的堵塞率；同时本装置具有净水功能，可以将隧道水池中的污水转变为可供饮用的净水，且该装置具有以下特点：廉价、可以分离泥沙、能够实时监控排水量、净化污水、无级调速、远程控制。

附图说明

图1为一种基于报警功能的隧道反坡抽水净化装置连接示意图；

图2为无级调速电机反馈控制***框图；

图中：1.无级调速电机；2.联轴器；3.测速探头；4.减速箱；5.测速盘；6.带；7.小带轮；8.大带轮；9.手动开关；10.往复水泵；11.智能流量计；12.单向阀A；13.换向阀；14.液压泵；15.小型电动机B；16.泥沙过滤网；17.离心萃取室；18.离心泵；19.电磁阀A；20.小型电动机A；21.排污管道A；22.隧道水池；23.高水位线；24.低水位线；25.液位监测模块；26.水位上升速度监测模块；27.排污管道B；28.电磁阀B；29.沉淀池；30.净水过滤网；31.药剂存储池；32.单向阀B；33.絮凝池；34.智能控制器；35.单向阀C；36.报警器；37.储水池；38.水龙头；39.监测模块；40.负反馈。

具体实施方式

图1为一种基于报警功能的隧道反坡抽水净化装置连接示意图。

一种基于报警功能的隧道反坡抽水净化装置，包括用于分离泥沙的离心装置，所述离心装置分别通过管道与隧道水池22、无级调速水泵装置和污水净化装置相连；所述隧道水池22中安装有液位监测模块25和水位上升速度监测模块26，所述隧道水池22中设置有低水位线24和高水位线23；所述液位监测模块25和水位上升速度监测模块26与智能控制器34连接；所述无级调速水泵装置上设置有用于控制水流方向的换向阀13，所述无级调速水泵装置上安装有测速盘5，测速盘5与测速探头3连接，所述测速探头3与智能控制器34连接；所述智能控制器34上安装有用于报警提醒的报警器36；所述污水净化装置可以将离心装置中的水净化后存放在储水池37中。

所述隧道水池22中设置有低水位线24和高水位线23，所述隧道水池22中安装有液位监测模块25和水位上升速度监测模块26，所述液位监测模块25和水位上升速度监测模块26与智能控制器34连接，所述液位监测模块25用来监测隧道水池22中的水位，所述水位上升速度监测模块26用来监测单位时间内隧道水池22中的水位上升速度。

所述用于分离泥沙的离心装置安装有离心萃取室17，所述离心萃取室17两端分别与泥沙过滤网16和隧道水池22相连，所述离心萃取室17上安装有离心泵18，所述离心泵18与小型电动机A20连接，所述离心萃取室17底部设置有排污管道A21，排污管道A21上安装有电磁阀A19。

所述无级调速水泵装置包括无级调速电机1，所述无级调速电机1的输出轴通过联轴器2与减速箱4的输入轴相连，所述减速箱4上安装有测速盘5，测速盘5与测速探头3连接在一起，所述测速探头3与智能控制器34相连，所述减速箱4的输出轴与小带轮7相连；所述无级调速水泵装置还包括往复水泵10，所述往复水泵10的输入轴与大带轮8相连，二者之间还安装有手动开关9；所述大带轮8与小带轮7通过带6连接；所述往复水泵10的排水口处安装有智能流量计11，所述往复水泵10的排水口和进水口通过管道与换向阀13连接。

所述污水净化装置包括依次连接的液压泵14、沉淀池29、絮凝池33和储水池37，其中所述液压泵14由小型电动机B15提供动力，所述液压泵14与沉淀池29之间安装有单向阀A12，所述沉淀池29底部设置有排污管道B27，排污管道B27上安装有电磁阀B28，所述沉淀池29与絮凝池33之间通过管道连接，管道上设置有净水过滤网30，所述絮凝池33与药剂存储池31相连，二者之间安装有单向阀B32，所述絮凝池33与储水池37通过管道连接，管道上设置有单向阀C35。

所述智能控制器34上安装有报警器36，报警器36与液位监测模块25和水位上升速度监测模块26相连。

所述泥沙过滤网16、净水过滤网30均使用非金属材料。

一种基于报警功能的隧道反坡抽水净化装置的工作方法，包括如下步骤：

隧道水池22中的液位监测模块25和水位上升速度监测模块26实时监测隧道水池22中的水位并反馈给智能控制器34，同时无级调速水泵装置中的测速探头3把无级调速电机1的速度也反馈给智能控制器34，智能控制器34根据水位情况和水位上升速度以及测速探头3测得的转速，调整无级调速电机1的转速；当水位超过高水位线23或者上升速度过快时，智能控制器34上的报警器36发出报警信号，启用救灾应急预案；离心装置中的小型电动机A20带动离心泵18转动，在离心萃取室17中实现对隧道水池22中污水和泥沙的分离。

所述污水净化装置的工作方法为：

小型电动机B15带动液压泵14工作，将离心萃取室17中的水抽出，此时单向阀A12打开，污水进入沉淀池29，污水在沉淀池29沉淀后通过净水过滤网30进入絮凝池33，同时单向阀B32打开，药剂存储池31中的药剂进入絮凝池33，处理完成后，单向阀C35打开，絮凝池33中的水进入储水池37中。

图2为无级调速电机反馈控制***框图，监测模块39输入到智能控制器34中，智能控制器34控制无级调速电机1的转速，从而使减速箱4的输出轴转速发生变化，进而调整往复水泵10的排量，测速探头实时采集减速箱4的转速并负反馈40到智能控制器34中，智能控制器34则通过监测模块39调整无级调速电机1的转速。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种隧道反坡抽水净化装置，其特征在于：包括隧道水池，所述隧道水池通过管道与用于分离泥沙的离心萃取装置的输入端连接，所述离心萃取装置的输出端通过管道分别与水泵装置和污水净化装置连接，所述污水净化装置的输出端与储水池管道连接；所述隧道水池中的污水经过离心萃取装置后，被水泵排至污水净化装置，所述污水净化装置将水净化后存放在储水池中；

所述水泵装置为无级调速水泵装置，包括无级调速电机和往复水泵；所述往复水泵与离心萃取装置之间安装有换向阀，当泥沙过滤网上附着有较多泥沙时，往复水泵通过抽取外部的干净水源将附着于泥沙过滤网上的泥沙冲下；所述无级调速电机的输出轴通过联轴器与减速箱的输入轴连接，通过调节无级调速电机的转速控制抽水速度；所述减速箱上设有与控制器连接的测速探头；所述往复水泵与无级调速电机之间安装有手动控制开关，智能控制器发生故障时通过手动控制开关关闭水泵；所述往复水泵的排水口处设有智能流量计，所述往复水泵的排水口和进水口通过管道与换向阀连接；

所述隧道水池中设有监测模块，所述监测模块与控制器连接，所述控制器上设有报警器，当隧道水池中的监测指标高于设定值时，所述报警器发出报警信号；

所述离心萃取装置包括离心萃取室，所述离心萃取室上安装有离心泵，所述离心泵与离心电动机连接，所述离心萃取室底部设有排污管道，所述排污管道上设有电磁阀。

2.根据权利要求1所述的一种隧道反坡抽水净化装置，其特征在于：所述离心萃取装置的输出端的管道上设有泥沙过滤网。

3.根据权利要求1所述的一种隧道反坡抽水净化装置，其特征在于：所述污水净化装置包括依次管道连接的液压泵、沉淀池和絮凝池；所述液压泵与沉淀池之间安装有单向阀；所述沉淀池底部设有排污管道，所述排污管道上安装有电磁阀。

4.根据权利要求3所述的一种隧道反坡抽水净化装置，其特征在于：所述沉淀池和絮凝池之间的连接管道上，设有净水过滤网；所述絮凝池与药剂存储池连接，二者之间安装有单向阀。

5.根据权利要求3所述的一种隧道反坡抽水净化装置，其特征在于：所述絮凝池与储水池之间的连接管道上设有单向阀。

6.根据权利要求1所述的一种隧道反坡抽水净化装置，其特征在于：所述监测模块包括用以监测隧道水池中水位的液位监测模块，和用以监测单位时间内隧道水池中水位上升速度的水位上升速度监测模块。

7.根据权利要求1所述的一种隧道反坡抽水净化装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：控制器分别接收液位监测模块所测得的隧道水池中的水位信号、水位上升速度模块所测得的水位上升速度信号，以及测速探头所测得的无级调速电机的转速信号；

步骤2：所述控制器根据水位情况和水位上升速度以及测速探头测得的转速，调整无级调速电机的转速；

步骤3：当水位超过设定值，或水位上升速度超过设定值时，所述控制器上的报警器发出报警信号。

8.根据权利要求1所述的一种隧道反坡抽水净化装置的抽水净化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：抽水泵将隧道水池中的水泵送至离心萃取装置中；

步骤2：离心泵转动，将离心萃取装置中的污水和泥沙分离；

步骤3：液压泵将离心萃取室中的污水抽至沉淀池，污水在沉淀池沉淀后通过净水过滤网进入絮凝池，同时使药剂存储池中的药剂进入絮凝池，进行净水处理；

步骤4：净水处理完成后，絮凝池中的水进入储水池中。