一种易拆卸更换的深埋水工隧洞外水压力消减控制装置的制作方法

本发明涉及工程，具体涉及一种易拆卸更换的深埋水工隧洞外水压力消减控制装置。

背景技术：

1、深埋水工隧洞往往带来高外水压力问题，高外水压力问题给有压水工隧洞混凝土衬砌结构设计带来巨大挑战。外水压力过高时，隧洞衬砌结构受力主要根据其承受外水压力确定。高外水压力导致隧洞衬砌厚度和配筋大大增加，不仅增加了工程投资，衬砌结构安全稳定性也得不到保证。对于深埋隧洞结构，目前常见的设计方法就是采用固结灌浆圈和混凝土衬砌形成的复合承载防渗结构，由固结灌浆圈承担巨大的外水压力，而混凝土衬砌一般受结构尺寸的限制，抵抗外水压力的能力有限，往往根据外水压力大小，在混凝土衬砌上布置减压孔，确保衬砌结构的抗外压安全。在隧洞衬砌混凝土结构上布置减压孔形成透水衬砌的方法在高外水压力洞段是可行的，但考虑到隧洞投运后外水压力可能受补给情况会产生变化，当内水压力大于外水压力时，就会引起有压水工隧洞内水外渗，造成水量损失，影响工程效益。同时，对于穿越复杂地质条件的长距离隧洞而言，地下水分布情况无法得到详细勘察，常规的渗排措施虽然可以排除外水，降低外水压力，但过多的外水排放会引起地下水位急剧下降，带来一系列生态环境问题。

2、综合上述分析，目前地下水工隧洞渗排水系统主要存在以下问题：一是无法防止内水外渗且难以维修和更换；二是无法精确控制内外水压差，要么导致外水过量排放引起生态环境问题，要么导致外水无法排放引起结构安全问题；三是排水系统结构复杂，施工维护成本高。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种易拆卸更换的深埋水工隧洞外水压力消减控制装置，当外水压力超过设定值时，外水压力消减装置能够使外水排入隧洞内，达到降低外水压力的目的，同时控制外水排放量。

2、一种易拆卸更换的深埋水工隧洞外水压力消减控制装置，包括外筒、活塞、弹簧和底板；

3、所述外筒埋设在钢筋混凝土衬砌中，外筒的首尾两端为开放状态；所述活塞和弹簧依次从外筒尾端装入外筒内部，弹簧的两端分别与活塞和底板连接，底板固定连接在外筒尾端的端面上并将弹簧预紧，弹簧的预紧力作用在活塞上并使活塞上端将外筒首端的开放端封闭；活塞同时承受内水压力和外水压力的作用，当内外水压力差大于活塞设定的启动压力差，装置启动，弹簧压缩，外水排入，随着外水排入，压差减小，弹簧伸长，活塞上移后复位，装置回到初始状态，通过调节弹簧初始压缩量设定不同的装置启动压力差，进行精准控制。

4、进一步地，所述底板与预埋在钢筋混凝土衬砌中的钢垫板通过自紧螺栓连接，钢垫板与衬砌受力钢筋焊接连接。

5、进一步地，所述压力消减控制装置底部与钢筋混凝土衬砌内壁齐平布置，压力消减控制装置与开挖面之间的空隙采用反滤材料填充。

6、进一步地，所述活塞与外筒之间设有缝隙，活塞底板外缘设一圈小排水孔，底板设一大排水孔；当活塞下移，地下水通过该活塞与外筒之间的缝隙、活塞底板外缘的小排水孔和底板上的大排水孔流入隧洞内。

7、进一步地，所述活塞底板上的小排水孔和底板上的面积之和与大排水孔的面积相等。

8、进一步地，所述活塞顶板侧面设有橡胶止水条。

9、有益效果：

10、1、本发明通过在在钢筋混凝土衬砌中设置外水压力消减控制装置，衬砌外水超过预设压力差后装置启动，外水排入隧洞内，随着外水排入，压差减小，弹簧伸长，活塞上移后复位，装置回到初始密闭状态，能够有效防止内水外渗，同时可通过调节弹簧初始压缩量来设定不同的装置启动压力差，实现装置启动压力的精准控制，有效解决了深埋地下隧洞高外水压力下外水内排以及防止内水外渗的难题。

11、2、本发明的外水压力消减控制装置主体结构由独立外筒和内部的活塞和弹簧组成，内部的活塞和弹簧可单独安装、检修和更换，降低更换难度和经济成本。

12、3、本发明的结构简单、设计合理，可部分或整体安装、维修及更换，更换和维修时只需拆卸底板即可完成，更换方便且不破坏衬砌混凝土结构。

13、4、本发明的压力消减控制装置与开挖面之间的空隙采用反滤材料填充，能够有效避免装置堵塞，底板与预埋在钢筋混凝土衬砌中的钢垫板通过自紧螺栓连接，避免装置运行过程中由于水流激荡、装置振动等导致的螺栓松动。

技术特征：

1.一种易拆卸更换的深埋水工隧洞外水压力消减控制装置，其特征在于，包括外筒、活塞、弹簧和底板；

2.如权利要求1所述的一种易拆卸更换的深埋水工隧洞外水压力消减控制装置，其特征在于，所述底板与预埋在钢筋混凝土衬砌中的钢垫板通过自紧螺栓连接，钢垫板与衬砌受力钢筋焊接连接。

3.如权利要求2所述的一种易拆卸更换的深埋水工隧洞外水压力消减控制装置，其特征在于，所述压力消减控制装置底部与钢筋混凝土衬砌内壁齐平布置，压力消减控制装置与开挖面之间的空隙采用反滤材料填充。

4.如权利要求3所述的一种易拆卸更换的深埋水工隧洞外水压力消减控制装置，其特征在于，所述活塞与外筒之间设有缝隙，活塞底板外缘设一圈小排水孔，底板设一大排水孔；当活塞下移，地下水通过该活塞与外筒之间的缝隙、活塞底板外缘的小排水孔和底板上的大排水孔流入隧洞内。

5.如权利要求4所述的一种易拆卸更换的深埋水工隧洞外水压力消减控制装置，其特征在于，所述活塞底板上的小排水孔和底板上的面积之和与大排水孔的面积相等。

6.如权利要求4或5所述的一种易拆卸更换的深埋水工隧洞外水压力消减控制装置，其特征在于，所述活塞顶板侧面设有橡胶止水条。

技术总结本发明公开了一种易拆卸更换的深埋水工隧洞外水压力消减控制装置，包括外筒、活塞、弹簧和底板；外筒埋设在钢筋混凝土衬砌中，活塞和弹簧依次从外筒尾端装入外筒内部，弹簧的两端分别与活塞和底板连接，底板固定连接在外筒尾端的端面上并将弹簧预紧，弹簧的预紧力作用在活塞上并使活塞上端将外筒首端的开放端封闭；活塞同时承受内水压力和外水压力的作用，当内外水压力差大于活塞设定的启动压力差，装置启动，弹簧压缩，外水排入，随着外水排入，压差减小，弹簧伸长，活塞上移后复位，装置回到初始状态，通过调节弹簧初始压缩量设定不同的装置启动压力差，进行精准控制。本发明更换和维修时只需拆卸底板即可完成，更换方便且不破坏衬砌结构。技术研发人员：杨家修,罗佩玉,罗洪波,彭继乐,高传彬,刘曜,王明,张高受保护的技术使用者：中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2025/1/6