本發(fā)明屬于深層隧道排水技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于深隧排水系統(tǒng)的豎井。

背景技術(shù)：

城市內(nèi)澇一直是困擾我國大城市的難題，其除了引起交通癱瘓、影響城市生活、威脅市民安全等問題，還能引發(fā)下游水體溢流污染等次生災害。近年來，相關(guān)政策文件相繼出臺，國外先進理念和措施得到普遍認同，其中深層隧道排水技術(shù)引起了廣泛關(guān)注。

深隧系統(tǒng)的構(gòu)造通常包括主隧道、銜接設施、通風系統(tǒng)、出口設施和控制中心等。其中豎井作為銜接設施中的重要一環(huán)，發(fā)揮著重要作用：豎井與地表淺層排水管網(wǎng)連接，當強降雨來臨，淺層排水管水位急劇上升時，過量雨污水自動流入豎井，進入深層隧道暫時存儲起來。

目前的豎井設置只能參照市政給排水行業(yè)跌水井的技術(shù)要求，我國的跌水井設計標準主要適用于高差小于6米，井徑小于1.5m的情況，但深隧系統(tǒng)內(nèi)的豎井根據(jù)地質(zhì)、水文、地勢等條件不同，其深度一般在30～60米，直徑一般在2～10米，故普通跌水井的技術(shù)要求對于深隧系統(tǒng)的豎井而言，參考價值甚微。此外，除了尺寸上的差異，深隧系統(tǒng)內(nèi)豎井還面臨水流震蕩、消能效果、噪音污染、排氣不暢、泥沙淤積等技術(shù)問題和風險，都迫切需要解決。

深邃系統(tǒng)的豎井因為深度、直徑均遠大于普通市政檢查井，故其檢修維護的工作量較大，同時也具有一定的危險性，新型的豎井應能較好地考慮檢修問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種能解決水流震蕩、消能效果不佳、噪音污染、排氣不暢和泥沙淤積等技術(shù)問題的用于深隧排水系統(tǒng)的豎井。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種用于深隧排水系統(tǒng)的豎井，包括外井筒、設于外井筒內(nèi)并與外井筒同軸線的內(nèi)井筒、進水通道和排水通道；所述外井筒和內(nèi)井筒的上部均與進水通道連通；所述進水通道內(nèi)設有導流組件；內(nèi)井筒下端外井筒相通，外井筒的下端與排水通道連通。

進一步的，所述導流組件包括固定導流件和活動導流豎板，固定導流件將進水通道分隔為內(nèi)井筒通道和外井筒通道，內(nèi)井筒通道與內(nèi)井筒連通，外井筒通道與外井筒連通；固定導流件前端設有轉(zhuǎn)軸，所述活動導流豎板與轉(zhuǎn)軸相連。

進一步的，所述內(nèi)井筒頂部開口且伸出地面，內(nèi)井筒與大氣連通；內(nèi)井筒的內(nèi)井筒壁上沿其軸線方向開設有若干氣水孔，內(nèi)井筒的內(nèi)井筒外壁上還設有若干遮板，每一片遮板的上端位于對應的氣水孔上方與內(nèi)井筒的內(nèi)壁相連，遮板的下端向下延伸，完全遮住氣水孔且與氣水孔之間保持有間隙。

進一步的，所述螺旋導流肋的表面設有沿著螺旋導流肋螺旋向下的若干級臺階。

進一步的，所述螺旋導流肋的邊緣設置有沿著螺旋導流肋螺旋向下的T型軌道。

進一步的，所述螺旋導流肋的表面設有若干級臺階。

進一步的，所述外井筒和內(nèi)井筒的中部和下部均向外擴形成整流室；所述整流室的內(nèi)壁上均設有環(huán)形肋條。

進一步的，所述外井筒的底部設置有積水消能底座。

進一步的，所述積水消能底座中心設有排泥坑，排泥坑內(nèi)設有排泥泵，排泥坑上端開口處設有細網(wǎng)格蓋板。

進一步的，所述進水通道由水平頂板、水平底板、內(nèi)側(cè)豎板和外側(cè)豎板圍成，外側(cè)豎板與外井筒壁相切，內(nèi)側(cè)豎板穿過外井筒壁與內(nèi)井筒壁連接。

本發(fā)明的有益效果是：

1、由于外井筒的內(nèi)部設置了同軸線的內(nèi)井筒，為排水提供了兩條排水通道，通過導流組件的調(diào)節(jié)實現(xiàn)外井筒和內(nèi)井筒可互為備用，也可同時使用，提高了豎井排水的安全性。

2、內(nèi)井筒頂部高于外井筒的頂部，內(nèi)井筒的頂部伸出地面，豎井內(nèi)部可通過內(nèi)井筒的氣水孔與井外進行通氣。

3、外井筒的內(nèi)壁和內(nèi)井筒的內(nèi)壁上均設有螺旋導流肋，螺旋導流肋的表面設有若干級臺階，最大程度發(fā)揮消能和降噪的作用。

4、外井筒和內(nèi)井筒可以相互獨立的進行檢修和維護，確能降低運行維護費用。

5、排水進入豎井，通過螺旋導流肋的導流作用，形成螺旋下泄的流態(tài)，在井筒內(nèi)壁形成附壁螺旋流或水膜流，井筒中心軸處則自然形成中空的排氣通道，避免了井內(nèi)壓力的波動以及水塞流的形成，通過導流旋轉(zhuǎn)不斷改變水流的方向，可以有效減小水流在井內(nèi)的下降速度，既增大了通水能力又起到消能、減噪的作用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明用于深隧排水系統(tǒng)的豎井的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明進水通道的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明進水通道的俯視圖；

圖4是本發(fā)明內(nèi)井筒內(nèi)螺旋導流肋的示意圖；

圖5是圖4的俯視圖；

圖6是本發(fā)明螺旋導流肋的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本發(fā)明T型軌道的使用示意圖；

圖8是本發(fā)明內(nèi)井筒上氣水孔和遮板的示意圖；

圖9是本發(fā)明遮板的側(cè)視圖。

附圖標記說明：1、外井筒；2、內(nèi)井筒；3、進水通道；4、排水通道；5、螺旋導流肋；6、固定導流件；7、轉(zhuǎn)軸；8、活動導流豎板；9、氣水孔；10、遮板；11、T型軌道；12、內(nèi)井筒中部整流室；13、外井筒中部整流室；14、環(huán)形肋條；15、內(nèi)井筒底部整流室；16、外井筒底部整流室；17、積水消能底座；18、排泥坑；19、細網(wǎng)格蓋板；20、內(nèi)井筒通道；21、外井筒通道；22、水平頂板；23、水平底板；24、內(nèi)側(cè)豎板；25、外側(cè)豎板；26、橫向輪；27、豎向輪。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步的說明：

如圖1所示，一種用于深隧排水系統(tǒng)的豎井，包括外井筒1、設于外井筒1內(nèi)并與外井筒1同軸線的內(nèi)井筒2、進水通道3和排水通道4；所述外井筒1和內(nèi)井筒2的上部均與進水通道3連通；所述進水通道3內(nèi)設有導流組件；內(nèi)井筒2下端外井筒1相通，外井筒1的下端與排水通道4連通。外井筒1和內(nèi)井筒2為排水提供了兩條排水通道，同時通過導流組件的調(diào)節(jié)實現(xiàn)外井筒和內(nèi)井筒可互為備用，也可同時使用，提高了豎井排水的安全性。

一般深層隧道系統(tǒng)發(fā)揮的作用主要分為兩類，一是控制流域污染，轉(zhuǎn)輸初雨徑流和截留雨水；二是通過排水緩解暴雨引起的內(nèi)澇。對于前者，將啟用豎井的內(nèi)筒，對于后者則啟用外井筒。從使用頻率上來說，大到暴雨每年的發(fā)生次數(shù)遠小于中小雨的次數(shù)，故內(nèi)井筒2的使用頻率遠大于外井筒1。在這樣的情況下，外井筒1的檢修和維護次數(shù)可大幅度降低，而內(nèi)井筒2的檢修維護工作量因尺寸的減小而則大大減小，相比同尺寸的單井筒豎井，確能降低運行維護費用。

如圖2和圖3所示，進水通道3由水平頂板22、水平底板23、內(nèi)側(cè)豎板24和外側(cè)豎板25圍成，其斷面采用矩形，也可以采用圓形斷面。

如圖3所示，進水通道3內(nèi)設有導流組件，導流組件包括固定導流件6和活動導流豎板8，固定導流件6將進水通道3內(nèi)分隔為內(nèi)井筒通道20和外井筒通道21，內(nèi)井筒通道20由水平頂板22、水平底板23、固定導流件6和內(nèi)側(cè)豎板24圍成，內(nèi)井筒通道20與內(nèi)井筒2連通。

外井筒通道21由水平頂板22、水平底板23、固定導流件6和外側(cè)豎板25圍成，外側(cè)豎板25與外井筒1相切，固定導流件6與內(nèi)井筒2接觸的一面與內(nèi)井筒2相切，外井筒通道21外井筒1。

進水通道3可接市政淺層排水管道或排水箱，固定導流件6前端設有轉(zhuǎn)軸7，活動導流豎板8與轉(zhuǎn)軸7相連，可繞轉(zhuǎn)軸7轉(zhuǎn)動，活動導流豎板8根據(jù)不同工況將水流進行導向和分流。一般控制流域污染，轉(zhuǎn)輸初雨徑流和截留雨水，將啟用豎井的內(nèi)井筒2；通過排水緩解暴雨引起內(nèi)澇，則啟用外井筒1。

當深隧系統(tǒng)接入雨水較少，功能為截留初期雨水、控制徑流污染以及排放中小雨的雨水時，活動導流豎板8繞轉(zhuǎn)軸7向外側(cè)豎板25轉(zhuǎn)動，直至與外側(cè)豎板25接觸，外井筒通道21關(guān)閉。在活動導流豎板8和固定導流件6的作用下，市政排水通過內(nèi)井筒通道20進入內(nèi)井筒；在此狀態(tài)下，內(nèi)井筒發(fā)揮豎井排水的銜接功能，外井筒無水流入，可由維護人員安全進行相關(guān)檢修維護工作。

當遇到大到暴雨或內(nèi)井筒需要維護檢修時，活動導流豎板8繞轉(zhuǎn)軸7向內(nèi)側(cè)豎板24轉(zhuǎn)動，直至與內(nèi)側(cè)豎板24接觸，內(nèi)井筒通道20關(guān)閉。此時外井筒進水使用，內(nèi)井筒無水流進入，維修人員可安全無憂進入內(nèi)井筒進行維護檢修。

當城市遇到特大暴雨時，活動導流豎板8置于內(nèi)側(cè)豎板24和外側(cè)豎板25之間，排水可分流從內(nèi)井筒和外井筒進入，最大程度地發(fā)揮豎井的排水能力，也保證了排水的安全性。此外可根據(jù)下泄水流的螺旋水膜流的厚度進一步控制活動導流豎板的角度，通過調(diào)節(jié)進入內(nèi)井筒和外井筒的流量從而優(yōu)化水流形態(tài)，避免壓力波動。

如圖1、8和9所示，內(nèi)井筒2頂部開口，內(nèi)井筒2頂部高于外井筒1，且內(nèi)井筒2的頂部伸出地面與大氣連通，內(nèi)井筒2壁上沿其軸線方向開設有若干氣水孔9，氣水孔9在同一高度筒壁可設置多個，氣水孔9的截面為圓形或者矩形，氣水孔9隨著內(nèi)井筒2深度的增加，相鄰的氣水孔9的垂直間隙逐漸減小，密集度逐漸增加。也可隨著深度增加，氣水孔9密集程度不變，但孔徑逐漸擴大。

當遇到大雨或暴雨時，豎井采用外井筒1排水，此時內(nèi)井筒2作為優(yōu)良的排氣通道，穩(wěn)定水氣壓力。由于，當排水在螺旋下流的過程中，速度會逐步加快，水流與筒壁的碰撞、摩擦過程中夾帶的氣體量也逐漸增加，因此，隨著深度的增加，氣水孔面積的增加能夠適應排氣量增長需求，可進一步穩(wěn)定水體的流態(tài)。

如8和9所示，內(nèi)井筒2的外壁上設有遮板10，遮板10的上端位于氣水孔9上方與內(nèi)井筒2的內(nèi)壁相連，遮板10的下端向下延伸，完全遮住氣水孔9，遮板10和氣水孔9之間具有一定間隙。

內(nèi)井筒2單獨使用時，遮板10一方面防止內(nèi)井筒的螺旋水流進入外井筒，另一方面凸起的遮板增加了水流與井壁的接觸面，一定程度上也改變了水流的流向，也能起到減緩內(nèi)井筒水流，進一步改善消能排氣的作用。

如圖1和4所示，外井筒1的內(nèi)壁和內(nèi)井筒2的內(nèi)壁上均設有螺旋導流肋5，螺旋導流肋5對于整個豎井的消能減噪，穩(wěn)定水體流態(tài)和水氣壓平衡起著至關(guān)重要的作用。

通過螺旋導流肋5的導流作用，形成螺旋下泄的流態(tài)。在井筒內(nèi)壁形成附壁螺旋流或水膜流，井筒中心軸處則自然形成中空的排氣通道，這樣避免了井內(nèi)壓力的波動以及水塞流的形成，通過導流旋轉(zhuǎn)不斷改變水流的方向，可以有效減小水流在井內(nèi)的下降速度，既增大了通水能力又起到消能、減噪的作用。

為保證水流能形成較好的旋流流態(tài)，井壁內(nèi)至少設置八條螺旋導流肋，為保證良好的消能效果，螺旋角可設置為30度～60度，且螺旋導流肋5的螺旋角隨著深度的增加而逐漸增大，有助于控制水流速度。

如圖6所示，螺旋導流肋的表面設有沿著螺旋導流肋螺旋向下的若干級臺階，臺階沿著豎井軸向呈階梯向下，螺旋導流肋5應有一定的強度和耐腐蝕性，可采用不銹鋼材質(zhì)，表面設置柔性涂層。臺階面增加了水流與井筒內(nèi)壁的接觸面積，增大了水力濕周；柔性涂層則增加了肋條表面的粗糙度。這些設計都減緩了水流速度，充分發(fā)揮出螺旋導流肋的消能作用。此外，在水流繞螺旋導流肋5上表面旋轉(zhuǎn)下流時，導流肋承受著水流的一部分沖擊力和離心力，螺旋導流肋下表面采用斜坡向內(nèi)壁的設計，可沿著內(nèi)壁方向逆時針形成一定的形變，也能進一步消能。

如圖6所示，考慮到豎井的運營維護，述螺旋導流肋5的邊緣設置有沿著螺旋導流肋5螺旋向下的T型軌道11，可作為豎井軌道式智能機器人的軌道。智能機器人或檢修車的車輪至少設置三個豎向輪和一個橫向輪，智能機器人與T型軌道的連接形式如圖7所示，T型軌道可與機器人的橫向輪26和豎向輪27配合，從而智能機器人通過T型軌道盤旋下降，通過配備的攝像頭、各類傳感器以及清淤裝備對豎井進行巡檢和基礎的維修，為實現(xiàn)智能維護提供了可能。外井筒和內(nèi)井筒沿井內(nèi)壁均設置塑鋼爬梯為人工檢修服務。

豎井至少設置兩處整流室，一為中部整流室，二為底部整流室。如圖1所示，內(nèi)井筒2的中部外擴形成內(nèi)井筒中部整流室12，外井筒1的中部也相應的外擴形成外井筒中部整流室13，外擴后的內(nèi)井筒中部整流室12和外井筒中部整流室13的豎直段內(nèi)壁上均設有環(huán)形肋條14，形成類似水平波紋內(nèi)壁，外擴后的井筒再以光滑曲面漸收至井筒原尺寸。

內(nèi)井筒2的底部外擴形成內(nèi)井筒底部整流室15，外井筒1的底部外擴形成外井筒底部整流室16，外擴后的內(nèi)井筒中部整流室12和外井筒中部整流室13的豎直段內(nèi)壁上均設有環(huán)形肋條14，底部整流室在井筒外擴后不再收至原尺寸。

整流室內(nèi)，內(nèi)井筒壁上的設置的氣水孔應加密，以利于排氣，促進水流的壓力穩(wěn)定。排水進入井筒后呈螺旋態(tài)下泄，隨著深度的增加水流速度將逐步增大，水流動能增加，水氣波動的風險增加，此時設置外井筒和內(nèi)井筒外擴形成的整流室，配合內(nèi)壁的螺旋導流肋，可以減緩水流速度，進一步發(fā)揮消能的作用，同時可充分釋放下旋水流中摻入的氣體。

根據(jù)實際應用的需求，可在豎井中部設置多個整流室以調(diào)整水流形態(tài)，消能排氣。

外井筒底部整流室16下端與積水消能底座17相連，積水消能底座17的直徑與外井筒底部整流室直徑相同。通過整流室的水流繼續(xù)下泄，在積水消能底座匯集成一定深度的積水，積水可對繼續(xù)下泄的來水產(chǎn)生消能的效果，減少水流沖擊對排水通道的沖擊破壞。

積水消能底座17中心設有排泥坑18，排泥坑18內(nèi)設有兩臺排泥泵，一臺作為正常使用，一臺作為備用。排泥坑18上端開口處設有細網(wǎng)格蓋板19。積水消能底座17的底部以3％以上的坡度坡向排泥坑18。排泥坑用于在降雨排水過程之后，收集水中沉積的泥沙，并通過排泥泵定期排出豎井。坑口的細網(wǎng)格蓋板則防止水流在下泄時對坑內(nèi)的排泥泵造成沖擊損壞。外井筒和內(nèi)井筒內(nèi)壁均采用軟性內(nèi)襯，吸聲材料，可進一步消能減震、消除噪音。

本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會意識到，這里所述的實施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應被理解為本發(fā)明的保護范圍并不局限于這樣的特別陳述和實施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本發(fā)明實質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。