一種隧道反坡抽水凈化裝置及其控制方法和凈化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及隧道反坡排水技術(shù)領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)涉及一種隧道反坡抽水凈化裝置及其控制方法和凈化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著交通和水利水電工程建設(shè)重心向地形地質(zhì)條件極端復(fù)雜的西部山區(qū)和巖溶地區(qū)轉(zhuǎn)移，將出現(xiàn)一批具有“大埋深、長(zhǎng)洞線、高應(yīng)力、強(qiáng)巖溶、高水壓、構(gòu)造復(fù)雜、災(zāi)害頻發(fā)”等顯著特點(diǎn)的高風(fēng)險(xiǎn)深長(zhǎng)隧道工程。在公路交通領(lǐng)域，深長(zhǎng)隧道是交通工程的咽喉，是關(guān)系到社會(huì)和經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展的生命線工程。近些年來(lái)，由長(zhǎng)距離反坡施工帶來(lái)的技術(shù)挑戰(zhàn)愈加明顯，因此造成的突水涌水等施工期地質(zhì)災(zāi)害不斷出現(xiàn)，如:湖北滬蓉西高速公路齊岳山隧道出口段落由于反坡施工，在穿越馬槽洞地下暗河和超大斷層時(shí)遭遇大型涌水事故，由于排水系統(tǒng)能力有限，導(dǎo)致超過(guò)700m的洞身被淹沒(méi)，工期延誤超過(guò)I年，經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重。湖北滬蓉西高速公路龍?zhí)端淼莱隹诙耸情L(zhǎng)距離反坡施工，在穿越700m長(zhǎng)的斷層破碎帶時(shí)遭遇涌泥涌水，給排水帶來(lái)了巨大的困難。在鐵路領(lǐng)域，以世界上最難建設(shè)的山區(qū)鐵路一宜萬(wàn)鐵路為例，其馬鹿箐隧道存在較長(zhǎng)距離的反坡施工段落，施工中先后發(fā)生19次嚴(yán)重的突水突泥災(zāi)害，瞬間突涌水量創(chuàng)世界鐵路建設(shè)之最，其中2006年I月21日與2008年4月11日的兩次特大突水突泥災(zāi)害共導(dǎo)致15人死亡。而烏鞘嶺隧道在建設(shè)中也存在較長(zhǎng)段落的反坡施工區(qū)域，為排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。
[0003]由上可知，隧道突涌水帶來(lái)的災(zāi)害屢見(jiàn)不鮮，如何才能避免這些事故的發(fā)生呢？當(dāng)出現(xiàn)突涌水時(shí)，快速有效的抽排水作業(yè)，能夠避免事故災(zāi)害發(fā)生，減少不必要人員及經(jīng)濟(jì)損失，保證隧道的正常施工。在排水的施工設(shè)備及方案設(shè)計(jì)上，一個(gè)高效的泵站抽排水系統(tǒng)，往往決定了抽排水施工的成與敗，也影響著工程項(xiàng)目的安全生產(chǎn)。
[0004]目前的隧道排水泵站技術(shù)有“一種長(zhǎng)距離反坡隧道的排水裝置以及排水方法”(201210112312.2)，該方法在每一級(jí)同時(shí)設(shè)置一個(gè)沉淀洞室和一個(gè)泵站洞室，以避免管道由于污物堆積導(dǎo)致的堵塞，但由于要開(kāi)挖兩個(gè)洞室，工作量大，成本較高；“電纜隧道自動(dòng)排水系統(tǒng)”(200810137337.1)在集水井上布置多個(gè)水位探頭，但集水達(dá)到高水位時(shí)，啟動(dòng)潛水泵進(jìn)行排水，但該方法針對(duì)于小水量的排水效果較好，對(duì)于隧道內(nèi)大水量、長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)測(cè)排水并不適用；“一種模擬灰?guī)r區(qū)隧道排水管碳酸鈣結(jié)晶規(guī)律的實(shí)驗(yàn)裝置”(201410484203.2)提供了一種性能優(yōu)良的實(shí)驗(yàn)裝置，提高了灰?guī)r區(qū)隧道排水系統(tǒng)的適用壽命及可靠性，但其只對(duì)碳酸鈣結(jié)晶進(jìn)行了研宄，針對(duì)性較強(qiáng)，并不能適用于其他巖性隧道；“一種特長(zhǎng)隧道用排水系統(tǒng)”(201220694226.2)將先用水泵將隧道中的水抽到斜井中的集水井中，再通過(guò)集水井中的水泵將水抽出洞外，忽視了隧道淤泥堵塞情況；“一種隧道支洞反坡排水系統(tǒng)”(201420630003.9)，通過(guò)在集水井下方設(shè)置沉砂池來(lái)減少抽排水過(guò)程中的泥沙，保證水泵工作，缺點(diǎn)是沉砂池增加了開(kāi)挖施工量，同時(shí)若沉砂池淤泥堆積過(guò)多，由于其深度較大，不易清淤。
[0005]總體而言，目前現(xiàn)有的排水設(shè)備有如下幾個(gè)問(wèn)題:
[0006]①水泵抽水管堵塞。由于在隧道施工過(guò)程中，水在匯集的過(guò)程中，會(huì)攜帶著大量的巖石碎片或垃圾雜物，在水泵抽水的過(guò)程中極易堵塞水泵抽水管，造成水泵抽排水作業(yè)失效；若采用常規(guī)方法修建沉砂池，則會(huì)增加施工成本及工作量，代價(jià)較高，因此亟需提出一種能有效避免抽水口堵塞的抽排水技術(shù)；
[0007]②排水效果事倍功半。目前的隧道排水設(shè)備需要專(zhuān)員管理，當(dāng)進(jìn)行排水時(shí)，需要排水專(zhuān)員對(duì)涌水量進(jìn)行判斷，再手動(dòng)控制水泵進(jìn)行排水，其機(jī)動(dòng)性差，在遇到突發(fā)情況時(shí)，不能快速有效的進(jìn)行排水作業(yè)及預(yù)警，易導(dǎo)致隧道被淹等情況的發(fā)生。現(xiàn)亟需研制出一種自動(dòng)抽排水及水量預(yù)警設(shè)備；
[0008]③水資源浪費(fèi)。在隧道的施工過(guò)程中，從工作面打鉆到二襯施工，乃至隧道灑水控制揚(yáng)塵，都需要從洞外引水，若能夠?qū)⑺淼兰袕U水進(jìn)行進(jìn)化處理，再次利用，不僅能夠節(jié)約水資源，也能降低水資源的運(yùn)輸成本；故亟需研制一種能夠進(jìn)行原位水凈化及利用的裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明提供一種隧道反坡抽水凈化裝置及其控制方法和凈化方法。
[0010]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0011]一種隧道反坡抽水凈化裝置，包括隧道水池，所述隧道水池通過(guò)管道與用于分離泥沙的離心萃取裝置的輸入端連接，所述離心萃取裝置的輸出端通過(guò)管道分別與水泵裝置和污水凈化裝置連接，所述污水凈化裝置的輸出端與儲(chǔ)水池管道連接；所述隧道水池中的污水經(jīng)過(guò)離心萃取裝置后，被水泵排至污水凈化裝置，所述污水凈化裝置將水凈化后存放在儲(chǔ)水池中；
[0012]所述隧道水池中設(shè)有監(jiān)測(cè)模塊，所述監(jiān)測(cè)模塊與控制器連接，所述控制器上設(shè)有報(bào)警器，當(dāng)隧道水池中的監(jiān)測(cè)指標(biāo)高于設(shè)定值時(shí)，所述報(bào)警器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
[0013]所述離心萃取裝置包括離心萃取室，所述離心萃取室上安裝有離心泵，所述離心泵與離心電動(dòng)機(jī)連接，所述離心萃取室底部設(shè)有排污管道，所述排污管道上設(shè)有電磁閥。
[0014]所述離心萃取裝置的輸出端的管道上設(shè)有泥沙過(guò)濾網(wǎng)。
[0015]所述水泵裝置為無(wú)級(jí)調(diào)速水泵裝置，包括無(wú)級(jí)調(diào)速電機(jī)和往復(fù)水泵；所述往復(fù)水泵與離心裝置之間安裝有換向閥，當(dāng)泥沙過(guò)濾網(wǎng)上附著有較多泥沙時(shí)，往復(fù)水泵可以通過(guò)抽取外部的干凈水源將附著于泥沙過(guò)濾網(wǎng)上的泥沙沖下；所述無(wú)極調(diào)速電機(jī)的輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器與減速箱的輸入軸連接，通過(guò)調(diào)節(jié)無(wú)極電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制抽水速度；所述減速箱上設(shè)有與控制器連接的測(cè)速探頭；所述往復(fù)水泵與無(wú)極調(diào)速電機(jī)之間安裝有手動(dòng)控制開(kāi)關(guān)，智能控制器發(fā)生故障時(shí)可以通過(guò)手動(dòng)控制開(kāi)關(guān)關(guān)閉水泵；所述往復(fù)水泵的排水口處設(shè)有智能流量計(jì)，所述往復(fù)水泵的排水口和進(jìn)水口通過(guò)管道與換向閥連接。
[0016]所述污水凈化裝置包括依次管道連接的液壓泵、沉淀池和絮凝池；所述液壓泵與沉淀池之間安裝有單向閥；所述沉淀池底部設(shè)有排污管道，所述排污管道上安裝有電磁閥。
[0017]所述沉淀池和絮凝池之間的連接管道上，設(shè)有凈水過(guò)濾網(wǎng)；所述絮凝池與藥劑存儲(chǔ)池連接，二者之間安裝有單向閥。
[0018]所述絮凝池與儲(chǔ)水池之間的連接管道上設(shè)有單向閥。
[0019]所述監(jiān)測(cè)模塊包括用以監(jiān)測(cè)隧道水池中水位的液位監(jiān)測(cè)模塊，和用以監(jiān)測(cè)單位時(shí)間內(nèi)隧道水池中水位上升速度的水位上升速度監(jiān)測(cè)模塊。
[0020]一種隧道反坡抽水凈化裝置的控制方法，包括以下步驟:
[0021]步驟1:控制器分別接收液位監(jiān)測(cè)模塊所測(cè)得的隧道水池中的水位信號(hào)、水位上升速度模塊所測(cè)得的水位上升速度信號(hào)，以及測(cè)速探頭所測(cè)得的無(wú)級(jí)調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào);
[0022]步驟2:所述控制器根據(jù)水位情況和水位上升速度以及測(cè)速探頭測(cè)得的轉(zhuǎn)速，調(diào)整無(wú)級(jí)調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)速；
[0023]步驟3:當(dāng)水位超過(guò)設(shè)定值，或水位上升速度超過(guò)設(shè)定值時(shí)，所述控制器上的報(bào)警器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
[0024]一種隧道反坡抽水凈化裝置的抽水凈化方法，包括以下步驟:
[0025]步驟1:抽水泵將隧道水池中的水泵送至離心萃取裝置中；
[0026]步驟2:離心泵轉(zhuǎn)動(dòng)，將離心萃取裝置中的污水和泥沙分離；
[0027]步驟3:液壓泵將離心萃取室中的污水抽至沉淀池，污水在沉淀池沉淀后通過(guò)凈水過(guò)濾網(wǎng)進(jìn)入絮凝池，同時(shí)使藥劑存儲(chǔ)池中的藥劑進(jìn)入絮凝池，進(jìn)行凈水處理；
[0028]步驟4:凈水處理完成后，絮凝池中的水進(jìn)入儲(chǔ)水池中。
[0029]本發(fā)明的有益效果為:
[0030](I)液位監(jiān)測(cè)模塊和水位上升速度監(jiān)測(cè)模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)隧道水池中的水位和液面上升速度，當(dāng)水位超過(guò)高水位線或者液面上升速度過(guò)快時(shí)，報(bào)警器報(bào)警，從而可以迅速啟動(dòng)救災(zāi)應(yīng)急預(yù)案。
[0031](2)隧道水池中的污水在被往復(fù)水泵排出前先經(jīng)過(guò)泥沙分離和過(guò)濾，降低了水泵發(fā)生堵塞的概率。
[0032](3)往復(fù)水泵與離心裝置之間安裝有換向閥，當(dāng)泥沙過(guò)濾網(wǎng)上附著有較多泥沙時(shí)，往復(fù)水泵可以通過(guò)抽取外部的干凈水源將附著于泥沙過(guò)濾網(wǎng)上的泥沙沖下。
[0033](4)往復(fù)水泵排水口處安裝有智能流量計(jì)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控從隧道水池中排除的污水量。
[0034](5)智能控制可以根據(jù)水位情況和水位上升速度以及測(cè)速探頭測(cè)得的轉(zhuǎn)速，調(diào)整無(wú)級(jí)調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，極大地提高了裝置的自動(dòng)化程度，同時(shí)往復(fù)水泵上設(shè)置有手動(dòng)開(kāi)關(guān)，可以保證遠(yuǎn)程控制程序發(fā)生故障時(shí)手動(dòng)關(guān)閉裝置。
[0035](6)該裝置中的污水凈化裝置可以將隧道水池中的污水處理為可供飲用的凈水，變廢為寶。
[0036]該裝置可以根據(jù)隧道水池中水位的高低或上升速度，通過(guò)無(wú)級(jí)調(diào)速電機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)往復(fù)水泵的無(wú)級(jí)調(diào)速，實(shí)時(shí)記錄排水流量；還可以通過(guò)離心裝置分離隧道水池中的泥沙，降低水泵的堵塞率；同時(shí)本裝置具有凈水功能，可以將隧道水池中的污水轉(zhuǎn)變?yōu)榭晒╋嬘玫膬羲?，且該裝置具有以下特點(diǎn):廉價(jià)、可以分離泥沙、能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控排水量、凈化污水、無(wú)級(jí)調(diào)速、遠(yuǎn)程控制。
【附圖說(shuō)明】
[0037]圖1為一種基于報(bào)警功能的隧道反坡抽水凈化裝置連接示意圖；
[0038]圖2為無(wú)級(jí)調(diào)速電機(jī)反饋控制系統(tǒng)框圖；
[0039]圖中:1.無(wú)級(jí)調(diào)速電機(jī)；2.聯(lián)軸器；3.測(cè)速探頭；4.減速箱；5.測(cè)速盤(pán)；6.帶；7.小帶輪；8.大帶輪；9.手動(dòng)開(kāi)關(guān)；10.往復(fù)水泵；11.智能流量計(jì)；12.單向閥A;13.換向閥；14.液壓泵；15.小型電動(dòng)機(jī)B ；16.泥沙過(guò)濾網(wǎng)；17.離心萃取室；18.離心泵；19.電磁閥A;20.小型電動(dòng)機(jī)A;21.排污管道A;22.隧道水池；23.高水位線；24.低水位線；25.液位監(jiān)測(cè)模塊；26.水位上升速度監(jiān)測(cè)模