一種用于深隧排水系統的豎井的制作方法

本發明屬于深層隧道排水技術領域，具體涉及一種用于深隧排水系統的豎井。

背景技術：

城市內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，還能引發下游水體溢流污染等次生災害。近年來，相關政策文件相繼出臺，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引起了廣泛關注。

深隧系統的構造通常包括主隧道、銜接設施、通風系統、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，發揮著重要作用：豎井與地表淺層排水管網連接，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跌水井的技術要求，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，但深隧系統內的豎井根據地質、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要求對于深隧系統的豎井而言，參考價值甚微。此外，除了尺寸上的差異，深隧系統內豎井還面臨水流震蕩、消能效果、噪音污染、排氣不暢、泥沙淤積等技術問題和風險，都迫切需要解決。

深邃系統的豎井因為深度、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。

技術實現要素：

本發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問題的用于深隧排水系統的豎井。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案是：一種用于深隧排水系統的豎井，包括外井筒、設于外井筒內并與外井筒同軸線的內井筒、進水通道和排水通道；所述外井筒和內井筒的上部均與進水通道連通；所述進水通道內設有導流組件；內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井筒通道和外井筒通道，內井筒通道與內井筒連通，外井筒通道與外井筒連通；固定導流件前端設有轉軸，所述活動導流豎板與轉軸相連。

進一步的，所述內井筒頂部開口且伸出地面，內井筒與大氣連通；內井筒的內井筒壁上沿其軸線方向開設有若干氣水孔，內井筒的內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井筒的內壁相連，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，所述外井筒和內井筒的中部和下部均向外擴形成整流室；所述整流室的內壁上均設有環形肋條。

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，排泥坑內設有排泥泵，排泥坑上端開口處設有細網格蓋板。

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

本發明的有益效果是：

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

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

3、外井筒的內壁和內井筒的內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，最大程度發揮消能和降噪的作用。

4、外井筒和內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，在井筒內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，避免了井內壓力的波動以及水塞流的形成，通過導流旋轉不斷改變水流的方向，可以有效減小水流在井內的下降速度，既增大了通水能力又起到消能、減噪的作用。

附圖說明

圖1是本發明用于深隧排水系統的豎井的結構示意圖；

圖2是本發明進水通道的立體結構示意圖；

圖3是本發明進水通道的俯視圖；

圖4是本發明內井筒內螺旋導流肋的示意圖；

圖5是圖4的俯視圖；

圖6是本發明螺旋導流肋的結構示意圖；

圖7是本發明T型軌道的使用示意圖；

圖8是本發明內井筒上氣水孔和遮板的示意圖；

圖9是本發明遮板的側視圖。

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

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步的說明：

如圖1所示，一種用于深隧排水系統的豎井，包括外井筒1、設于外井筒1內并與外井筒1同軸線的內井筒2、進水通道3和排水通道4；所述外井筒1和內井筒2的上部均與進水通道3連通；所述進水通道3內設有導流組件；內井筒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節實現外井筒和內井筒可互為備用，也可同時使用，提高了豎井排水的安全性。

一般深層隧道系統發揮的作用主要分為兩類，一是控制流域污染，轉輸初雨徑流和截留雨水；二是通過排水緩解暴雨引起的內澇。對于前者，將啟用豎井的內筒，對于后者則啟用外井筒。從使用頻率上來說，大到暴雨每年的發生次數遠小于中小雨的次數，故內井筒2的使用頻率遠大于外井筒1。在這樣的情況下，外井筒1的檢修和維護次數可大幅度降低，而內井筒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、內側豎板24和外側豎板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內分隔為內井筒通道20和外井筒通道21，內井筒通道20由水平頂板22、水平底板23、固定導流件6和內側豎板24圍成，內井筒通道20與內井筒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和外側豎板25圍成，外側豎板25與外井筒1相切，固定導流件6與內井筒2接觸的一面與內井筒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前端設有轉軸7，活動導流豎板8與轉軸7相連，可繞轉軸7轉動，活動導流豎板8根據不同工況將水流進行導向和分流。一般控制流域污染，轉輸初雨徑流和截留雨水，將啟用豎井的內井筒2；通過排水緩解暴雨引起內澇，則啟用外井筒1。

當深隧系統接入雨水較少，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繞轉軸7向外側豎板25轉動，直至與外側豎板25接觸，外井筒通道21關閉。在活動導流豎板8和固定導流件6的作用下，市政排水通過內井筒通道20進入內井筒；在此狀態下，內井筒發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檢修維護工作。

當遇到大到暴雨或內井筒需要維護檢修時，活動導流豎板8繞轉軸7向內側豎板24轉動，直至與內側豎板24接觸，內井筒通道20關閉。此時外井筒進水使用，內井筒無水流進入，維修人員可安全無憂進入內井筒進行維護檢修。

當城市遇到特大暴雨時，活動導流豎板8置于內側豎板24和外側豎板25之間，排水可分流從內井筒和外井筒進入，最大程度地發揮豎井的排水能力，也保證了排水的安全性。此外可根據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，通過調節進入內井筒和外井筒的流量從而優化水流形態，避免壓力波動。

如圖1、8和9所示，內井筒2頂部開口，內井筒2頂部高于外井筒1，且內井筒2的頂部伸出地面與大氣連通，內井筒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，此時內井筒2作為優良的排氣通道，穩定水氣壓力。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，可進一步穩定水體的流態。

如8和9所示，內井筒2的外壁上設有遮板10，遮板10的上端位于氣水孔9上方與內井筒2的內壁相連，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。

內井筒2單獨使用時，遮板10一方面防止內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的內壁和內井筒2的內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，穩定水體流態和水氣壓平衡起著至關重要的作用。

通過螺旋導流肋5的導流作用，形成螺旋下泄的流態。在井筒內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，這樣避免了井內壓力的波動以及水塞流的形成，通過導流旋轉不斷改變水流的方向，可以有效減小水流在井內的下降速度，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，井壁內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，表面設置柔性涂層。臺階面增加了水流與井筒內壁的接觸面積，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壁的設計，可沿著內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，為實現智能維護提供了可能。外井筒和內井筒沿井內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，內井筒2的中部外擴形成內井筒中部整流室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，外擴后的內井筒中部整流室12和外井筒中部整流室13的豎直段內壁上均設有環形肋條14，形成類似水平波紋內壁，外擴后的井筒再以光滑曲面漸收至井筒原尺寸。

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

整流室內，內井筒壁上的設置的氣水孔應加密，以利于排氣，促進水流的壓力穩定。排水進入井筒后呈螺旋態下泄，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井筒外擴形成的整流室，配合內壁的螺旋導流肋，可以減緩水流速度，進一步發揮消能的作用，同時可充分釋放下旋水流中摻入的氣體。

根據實際應用的需求，可在豎井中部設置多個整流室以調整水流形態，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，積水可對繼續下泄的來水產生消能的效果，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。坑口的細網格蓋板則防止水流在下泄時對坑內的排泥泵造成沖擊損壞。外井筒和內井筒內壁均采用軟性內襯，吸聲材料，可進一步消能減震、消除噪音。

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