一种水下隧道盾构最低点排水泵站、控制系统以及排水方法与流程

本发明属于隧道排水，尤其涉及一种水下隧道盾构最低点排水泵站、控制系统以及排水方法。

背景技术：

1、隧道常见为山体隧道和水下隧道，山体隧道可利用其地势，在施工及日后正常使用过程中产生的废水，可沿隧道排水沟自行排出和利用其他排水设施排出。而水下隧道，因其深度通常较深，是从江河湖泊等水域的底部下面穿过。隧道常采用v型或w型设计，常存在以下问题：

2、问题一：因隧道泵站所处的位置在隧道的最底部，其物资运输和现场施工难度比较大，其在施工及日后使用过程中产生的废水不易排出，需要使用合理的排水设备将其强行排出，而排水泵站是能提供有一定压力和流量的液压动力和气压动力的排水设备，一般由水箱或水池、水泵、控制柜、管道阀门、机座等组成到现场施工组装。传统的排水泵站由真空泵、离心泵、收集罐、排污泵及附属控制器等组成，具有安装、搬运及使用非常麻烦，体积较大，噪音大扰民，维护成本高等缺点。

3、问题二：水下盾构段的主体土建工程是提前完成的，后期设置传统钢筋混凝土集水坑会破坏盾构段整体土建结构，施工难度大、风险高、防水处理困难、运营期有透水风险。

4、基于以上问题，设计一种能够解决上述技术问题的水下隧道盾构最低点排水泵站、控制系统以及排水方法，具有重要的现实意义。

技术实现思路

1、本发明为了解决上述现有技术中存在的问题，提供了一种水下隧道盾构最低点排水泵站、控制系统以及排水方法，本设计中的水下隧道盾构最低点排水泵站为模块化拼装型智能化隧道泵站，包括排水泵组模块，控制系统模块，集水坑模块等，各模块为提前预制，现场安装方便，施工周期短，后期维护方便，各模块有各种不同型号，可相互替换，后期对泵站进行升级方便，例如可根据实际情况的需要升级泵站的排水流量、控制系统及集水坑的大小等。

2、本发明为解决这一问题所采取的技术方案是：

3、一种水下隧道盾构最低点排水泵站，包括：

4、集水坑，其包括局部集水坑和主集水坑，所述局部集水坑设置在隧道盾构面的最低点部位，隧道产生的废水通过中心水沟流入局部集水坑，到达一定水位时，再从局部集水坑排入主集水坑；

5、一体化真空排水机组，其用于将局部集水坑中废水排入到主集水坑中；

6、一体化排水机组，其用于将主集水坑中废水排出；

7、监测结构，其包括用于监测局部集水坑、主集水坑内水位的水质监测元件和水位监测元件。

8、在一个实施例中，所述局部集水坑的数量为一个或多个，所述局部集水坑位于轨下层完成面以下，所述局部集水坑内从下至上设置有至少四个水位监测元件，分别一一对应的设置在停泵水位线、第n台水位线、报警水位线附近。

9、在一个实施例中，所述主集水坑围砌在轨下层完成面以上，所述主集水坑内围砌有人孔挡墙和楼梯间开孔挡墙，所述人孔挡墙将人孔围合在其内部，所述楼梯间开孔挡墙将检修楼梯间围合在其内部，所述主集水坑内从下至上设置有至少四个水位监测元件，分别一一对应的设置在停泵水位线、第m台水位线、报警水位线附近。

10、在一个实施例中，所述一体化真空排水机组包括第一箱体外壳，所述第一箱体外壳内设置有带有进水管路的真空收集罐和带有排气管路的水箱，其中：

11、所述真空收集罐的内部设置有至少两个潜水泵，所述潜水泵的输出端连接出水管路；所述真空收集罐和水箱之间连接有至少两路以并联方式连接并带有真空泵的真空泵组管路，所述真空泵组管路的输入端通过真空管路与真空收集罐相连，输出端通过排水管路与水箱相连。

12、在一个实施例中，所述一体化真空排水机组在真空泵基础上，所述真空泵基础位于轨下层完成面以上。

13、在一个实施例中，所述一体化真空排水机组的进水管路的进水端伸入到局部集水坑内停泵水位线的下方，所述一体化真空排水机组的出水管路的出水端伸入到主集水坑内，所述一体化真空排水机组的进水管路上设置有真空接触阀，所述一体化真空排水机组的进水管路的进水端设置有单向底阀。

14、在一个实施例中，所述一体化排水机组包括第二箱体外壳，所述第二箱体外壳内设置有至少两组水泵机组，所述水泵机组包括卧式离心泵、进水管路以及出水管路，所述卧式离心泵的输入端依次通过连接管件、变径软连接结构与进水管路相连，所述卧式离心泵的输出端通过变径软连接结构与出水管路相连，相邻的两组所述水泵机组的连接管件之间通过带有闸阀的并联管路相连。

15、在一个实施例中，所述一体化排水机组设置在离心泵基础上，所述离心泵基础位于轨下层完成面以上，所述一体化排水机组的进水管路的进水端伸入到主集水坑内停泵水位线的下方，所述一体化排水机组的出水管路的出水端越过主集水坑连接竖井集水池。

16、在一个实施例中，还包括预备排水结构，所述预备排水结构包括至少两路以并联方式连接并带有预备泵组的预留排水管路。

17、本发明的第二个发明目的在于：提供了一种上述所述的水下隧道盾构最低点排水泵站的控制系统，包括：

18、真空泵控制柜，其连接真空泵，用于控制真空泵的启停；

19、主泵控制柜，其连接卧式离心泵，用于控制卧式离心泵的启停；

20、预备泵控制柜，其连接预备泵组，用于控制预备泵组的启停；

21、监控及水位监测控制柜，其连接水位监测元件；

22、水质在线监测仪，其连接水质监测元件；

23、远传监控采集系统，其包括隧道排水泵站内的监控采集系统和隧道外集中监控系统，所述隧道排水泵站内的监控采集系统连接水质在线监测仪、监控及水位监测控制柜、真空泵控制柜、主泵控制柜以及预备泵控制柜。

24、本发明的第三个发明目的在于：提供了一种上述所述的水下隧道盾构最低点排水泵站的排水方法，包括以下步骤：

25、s101、依据水下隧道的实际情况，将局部集水坑安装在隧道盾构面的最低点位置，隧道产生的废水，先流入中心水沟，再通过中心水沟流入局部集水坑；

26、s102、通过配置的一体化真空排水机组将局部集水坑内的积水提升至主集水坑内，一体化真空排水机组内的真空泵、潜水泵均1用1备，轮换使用，暴雨事故时同时使用；在此期间，局部集水坑内的水质监测元件监测局部集水坑内的水质情况，局部集水坑内的水位监测元件监测局部集水坑内的水位情况；

27、s103、通过配置的一体化排水机组将主集水坑内的积水提升至竖井集水池内，最终排至附近沟渠或市政雨水管网，一体化排水机组内的卧式离心泵1用1备，轮换使用，暴雨事故时同时使用；在此期间，主集水坑内的水质监测元件监测主集水坑内的水质情况，主集水坑内的水位监测元件监测主集水坑内的水位情况。

28、本发明具有的优点和积极效果是：

29、1.本发明中，集水坑由局部集水坑和主集水坑组成，废水先流入局部集水坑，到达一定水位时，再从局部集水坑排入主集水坑，当主集水坑到达一定水位时，再将主集水坑的废水排出，不仅可及时处理隧道废水，又可避免了主泵频繁启停，降低了能耗。

30、2.本发明中，泵站采用智能化控制自动运行，包括水泵启停，水位监测，水质监测、闸阀开闭，流量监测，监控及报警系统等模块，其相关数据还可全部上传至远程监控系统采集柜和远程监控系统主站，管理人员可通过远程监控系统采集柜和远程监控系统主站及时了解泵站的运行情况及水质情况。

31、3.本发明中，一体化真空排水机组和一体化排水机组均采用一体化设计，设备体积小，占用空间少，安装及运输方便，安装时接上外接管道即可使用，可反复安装使用，可适用于在狭小空间中使用，可移动使用，可从一处整体搬迁至另一处使用。

32、4.本发明中，一体化箱体外壳对内部设备起到很好的保护作用，方便在室外使用，同时箱体外壳对路过的行人及工作人员起到一定的保护作用，人员碰触不到内部设备。

33、5.本发明中，一体化真空排水机组和一体化排水机组均采用一用一备设计，自行切换，当某个设备出现故障时，能保证整体设备的正常使用，还可根据不同场地、流量的需求，在一般情况启用单台泵，水量大时同时起两台泵，还可通过控制柜控制两台泵轮流变频启用，延长泵的使用年限。

34、另外，作为本发明的创造性辅助证据，还体现在以下几个重要方面：

35、1.本发明采用模块化设计，从建造成本来看，其施工建造成本相较于同规格传统泵站建造成本降低大约30％，从时间成本来看，其施工周期相较于同规格传统泵站建造节约1-2个月的施工时间，使其能够更快的投入运营，本发明的技术方案转化后具有显著的预期收益和商业价值，为相关行业和企业带来可观的经济效益。

36、2.本发明将潜污泵内置在真空收集罐内，将传统真空排水技术和传统潜水泵技术相结合，兼具二者互补优势，同时解决了水体下盾构段土建结构无法设置传统集水坑方案的技术难题，填补了国内外此行业内的技术空白。