阅读说明：本技术 一种适用于地下工程的多层级长路径限量排装置 (Multi-layer-level long path limiting and discharging device suitable for underground engineering ) 是由 余海波 章新生 赵晓明 张红星 宋程鹏 李芳� 林辉 钟水溶 饶星龙 张志军 王 于 2021-07-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种适用于地下工程的多层级长路径限量排装置,包括限量排水管网系统和集水结构；地下主体结构侧墙外按照固定间隔设置级配碎石滤层,每个级配碎石滤层中设有纵向透水盲管,相邻两个纵向透水盲管通过多段斜向导流管相连,底层的纵向透水盲管与多个竖向排水管顶部相连,每个竖向排水管底部与对应的横向排水管相连。每段斜向导流管上均设有与控制器相连的终端阀门；所述地下主体结构旁的地层中设有与控制器相连的水压力传感器,所述水压力传感器分别位于相邻级配碎石滤层之间,用于感应附近土体内孔隙水压力。本装置可以快速有效减小地下结构外部净水压力,削弱高水头对地下结构产生的不利影响。(The invention discloses a multi-layer-length path limited drainage device suitable for underground engineering, which comprises a limited drainage pipe network system and a water collection structure; the underground main structure side wall is externally provided with graded broken stone filter layers at fixed intervals, each graded broken stone filter layer is internally provided with a longitudinal water permeable blind pipe, two adjacent longitudinal water permeable blind pipes are connected through a multi-section inclined flow guide pipe, the longitudinal water permeable blind pipe at the bottom layer is connected with the tops of a plurality of vertical water discharge pipes, and the bottom of each vertical water discharge pipe is connected with a corresponding transverse water discharge pipe. Each section of the inclined flow guide pipe is provided with a terminal valve connected with the controller; and a water pressure sensor connected with the controller is arranged in the stratum beside the underground main body structure, and the water pressure sensors are respectively positioned between adjacent graded broken stone filter layers and used for sensing the pore water pressure in the nearby soil body. The device can quickly and effectively reduce the external water purification pressure of the underground structure and weaken the adverse effect of a high water head on the underground structure.)

一种适用于地下工程的多层级长路径限量排装置

技术领域

本发明属于地下工程限排技术领域，具体涉及一种适用于地下工程的多层级长路径限量排装置。

背景技术

随着城市交通需求量的不断增多，地下空间的开发与利用成为我国交通发展新趋势，因此城市地下工程的建设相应增多。在海滨城市，地下水位较高，高水头会对城市地下工程结构产生不利影响。目前针对高水头主要有全排和全堵两种解决方案。全排方案可以减小水压，降低外水压力对地下主体结构的不利影响，但容易导致出现水害，破坏水环境平衡并带来环境问题(地下水分布紊乱带来的不良影响)；全堵方案可以避免水环境破坏，但会导致地下主体结构承受高水压，需要采用抗水压衬砌，其增加了建设成本，并且长期运营过程中可能因耐久性降低导致地下主体结构承载能力不足而破裂。因此兼顾降水泄压和水环境平衡的限量排放方案具有重要意义。

发明内容

针对现有技术存在上述问题，本发明目的是提供一种适用于地下工程的多层级长路径限量排装置，当城市地下工程建设在地下水位较高区域时，该装置可以快速有效减小地下结构外部净水压力，削弱高水头对地下结构产生的不利影响。

为实现上述目的，本申请的技术方案为：一种适用于地下工程的多层级长路径限量排装置，包括限量排水管网系统和集水结构；所述限量排水管网系统包括竖向排水管、横向排水管、斜向导流管；所述集水结构包括级配碎石滤层、纵向透水盲管；地下主体结构侧墙外按照固定间隔设置级配碎石滤层，每个级配碎石滤层中设有纵向透水盲管，相邻两个纵向透水盲管通过多段斜向导流管相连，底层的纵向透水盲管与多个竖向排水管顶部相连，每个竖向排水管底部与对应的横向排水管相连；每段斜向导流管上均设有与控制器相连的终端阀门；所述地下主体结构旁的地层中设有与控制器相连的水压力传感器，所述水压力传感器分别位于相邻级配碎石滤层之间，用于感应附近土体内孔隙水压力。

进一步的，所述纵向透水盲管外周包裹有尼龙膜过滤层。

进一步的，每个横向排水管上均设有与控制器相连的电动压力阀，在横向排水管端部下方设有排水槽。

进一步的，水因重力从顶层纵向透水盲管经过上层斜向导流管、进入中层纵向透水盲管和中层斜向导流管，最后通过底层纵向透水盲管进入竖向排水管。

进一步的，每段斜向导流管上的终端阀门与该层对应的水压力传感器等高设置。

更进一步的，奇数层的纵向透水盲管的出水口位于虚拟垂直线a上，偶数层的纵向透水盲管的出水口位于虚拟垂直线b上，所述虚拟垂直线a与虚拟垂直线b交替设置，使纵向透水盲管与斜向导流管之间呈网格型。

更进一步的，所述地下主体结构侧墙与每个级配碎石滤层之间设有隔水层。

作为更进一步的，每层的斜向导流管直径，按深度的增大呈正比例增加。

作为更进一步的，上述一种适用于地下工程的多层级长路径限量排装置的最大排水量为：

其中Q是流量，n为管内壁粗糙度，v是流速，λ为阻力系数，g为重力加速度，d_j为全管道平均直径。

本发明由于采用以上技术方案，能够取得如下的技术效果：本装置能够有效减小地下结构外部净水压力，削弱高水头对地下结构产生的不利影响，优化结构受力体系，减小结构尺寸，解决抗浮难题，降低工程投资，该装置的实施可确保工程兼顾降水泄压功能和保护水环境平衡功能，适合大规模推广应用。

附图说明

图1为地下工程结构纵断面图；

图2为图1的Ⅰ-Ⅰ截面图；

图3为图1中A处结构放大示意图；

图4为图1中B处结构放大示意图。

图中序号说明：1-地下主体结构；2-围护结构；3-纵向透水盲管；4-斜向导流管；5-横向排水管；6-电动压力阀；7-级配碎石滤层；8-尼龙膜过滤层；9-透水孔；10-隔水层；11-竖向排水管；12-排水槽；13-终端阀门；14-水压力传感器；15-控制器。

具体实施方式

本发明的实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施的，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

实施例1

本实施例提供一种适用于地下工程的多层级长路径限量排装置，如图1-4所示，需要说明的是，本发明的附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的，并非是限定本发明可实施的限定条件。任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的效果及所能达成的目的下，均应落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。

一种适用于地下工程的多层级长路径限量排装置，包括：限量排水管网系统、集水结构、排水槽12。所述限量排水管网系统包括竖向排水管11、横向排水管(可以为PVC材质)5、斜向导流管4、终端阀门13、水压力传感器14、控制器15、电动压力阀6，所述控制器可以为PLC控制器(也可以根据实际使用效果进行调整)，其安装在控制箱中。集水结构包括级配碎石滤层7、纵向透水盲管3、尼龙膜过滤层8，所述级配碎石滤层嵌在围护结构2上。地下主体结构1侧墙外按照固定间隔距离设置级配碎石滤层7，级配碎石滤层7用于集中地下水；各个深度的级配碎石滤层7集水后，水经过尼龙膜过滤层8进入纵向透水管3，再经过斜向导流管4进入底部的竖向排水管11；水压力传感器14感应附近土体内孔隙水压力，控制器15通过终端阀门13控制斜向导流管内地下水流动；之后进入横向排水管5，当电动压力阀6达到设定的水压力临界值时，电动压力阀6打开，开始排水，将集中的水排入排水槽12，直至水压力降至临界值，电动压力阀6关闭，实现多层级限量排水。

以下为本发明的优选实施方式：

地下主体结构1侧墙外，从1/4H(H为结构侧墙高度)处开始，按照约1/5H的固定间隔距离设置级配碎石滤层7(当1/5H＞10m时，固定间隔距离取10m)，级配碎石滤层7宽度可以约为1500mm，保证级配碎石滤层有效地集中附近土体中的地下水并暂时贮存。

尼龙膜过滤层8包裹纵向透水盲管3，用以防止盲管堵塞。各个深度的级配碎石滤层7集水，地下水经过尼龙膜过滤层8过滤后，从的透水孔进入纵向透水盲管3，透水孔沿纵向透水盲管3的截面圆周每45度设置一个，透水孔直径和纵向布置的密度根据埋深确定。

相邻两个纵向透水盲管通过多段斜向导流管相连形成网格结构；斜向导流管4直径从上至下，按深度的增大呈正比例增加，每层的直径相同。水因重力从顶层纵向透水盲管3经过上层斜向导流管4、进入中层纵向透水盲管和中层斜向导流管，最后通过底层纵向透水盲管进入竖向排水管11，斜向导流管和竖向排水管直径应满足地下结构全排模式下排水量的要求。

地下结构全排模式下排水量获得由下述方程得到：

其中Q是流量，n为管内壁粗糙度，v是流速，λ为阻力系数，g为重力加速度，d_j为全管道平均直径。

控制器15通过水压力传感器实时检测到的孔隙水压力控制终端阀门13开关，并存储各个深度历史稳态环境下水压力值。当土体内当前孔隙水压力大于历史稳态水压力值时，控制器15控制该层的终端阀门13全部打开，斜向导流管内地下水流动；当土体内当前孔隙水压力小于等于历史稳态水压力值时，控制器15控制该层的终端阀门13关闭，斜向导流管内地下水停止流动。

地下水进入横向排水管5，当电动压力阀6达到设定的水压力临界值时打开，开始排水，将集中的水排入排水槽12，直至水压力降至临界值，电动压力阀6关闭。

当地下水位升高时，本申请的多层级长路径限量排装置进入工作状态，设置了多层的集水结构并实现内部长路径渗流，能够快速有效地多层级限量排水，加快地下高水头的消解又可维持地下结构水环境稳定，实现兼顾降水泄压和维持水环境平衡的效果。

本发明的实施例有较佳的实施性，并非是对本发明任何形式的限定。本发明实施例中描述的技术特征或技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被互相组合从而达到更好的技术效果。本发明优选实施方式的范围也可以包括另外的实现，且者应被发明实施例所属技术领域的技术人员所理解。