一种用于深隧排水系统的竖井的制作方法

本实用新型属于深层隧道排水技术领域，具体涉及一种用于深隧排水系统的竖井。

背景技术：

城市内涝一直是困扰我国大城市的难题，其除了引起交通瘫痪、影响城市生活、威胁市民安全等问题，还能引发下游水体溢流污染等次生灾害。近年来，相关政策文件相继出台，国外先进理念和措施得到普遍认同，其中深层隧道排水技术引起了广泛关注。

深隧系统的构造通常包括主隧道、衔接设施、通风系统、出口设施和控制中心等。其中竖井作为衔接设施中的重要一环，发挥着重要作用：竖井与地表浅层排水管网连接，当强降雨来临，浅层排水管水位急剧上升时，过量雨污水自动流入竖井，进入深层隧道暂时存储起来。

目前的竖井设置只能参照市政给排水行业跌水井的技术要求，我国的跌水井设计标准主要适用于高差小于6米，井径小于1.5m的情况，但深隧系统内的竖井根据地质、水文、地势等条件不同，其深度一般在30～60米，直径一般在2～10米，故普通跌水井的技术要求对于深隧系统的竖井而言，参考价值甚微。此外，除了尺寸上的差异，深隧系统内竖井还面临水流震荡、消能效果、噪音污染、排气不畅、泥沙淤积等技术问题和风险，都迫切需要解决。

深邃系统的竖井因为深度、直径均远大于普通市政检查井，故其检修维护的工作量较大，同时也具有一定的危险性，新型的竖井应能较好地考虑检修问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种能解决水流震荡、消能效果不佳、噪音污染、排气不畅和泥沙淤积等技术问题的用于深隧排水系统的竖井。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种用于深隧排水系统的竖井，包括外井筒、设于外井筒内并与外井筒同轴线的内井筒、进水通道和排水通道；所述外井筒和内井筒的上部均与进水通道连通；所述进水通道内设有导流组件；内井筒下端外井筒相通，外井筒的下端与排水通道连通。

进一步的，所述导流组件包括固定导流件和活动导流竖板，固定导流件将进水通道分隔为内井筒通道和外井筒通道，内井筒通道与内井筒连通，外井筒通道与外井筒连通；固定导流件前端设有转轴，所述活动导流竖板与转轴相连。

进一步的，所述内井筒顶部开口且伸出地面，内井筒与大气连通；内井筒的内井筒壁上沿其轴线方向开设有若干气水孔，内井筒的内井筒外壁上还设有若干遮板，每一片遮板的上端位于对应的气水孔上方与内井筒的内壁相连，遮板的下端向下延伸，完全遮住气水孔且与气水孔之间保持有间隙。

进一步的，所述螺旋导流肋的表面设有沿着螺旋导流肋螺旋向下的若干级台阶。

进一步的，所述螺旋导流肋的边缘设置有沿着螺旋导流肋螺旋向下的T型轨道。

进一步的，所述螺旋导流肋的表面设有若干级台阶。

进一步的，所述外井筒和内井筒的中部和下部均向外扩形成整流室；所述整流室的内壁上均设有环形肋条。

进一步的，所述外井筒的底部设置有积水消能底座。

进一步的，所述积水消能底座中心设有排泥坑，排泥坑内设有排泥泵，排泥坑上端开口处设有细网格盖板。

进一步的，所述进水通道由水平顶板、水平底板、内侧竖板和外侧竖板围成，外侧竖板与外井筒壁相切，内侧竖板穿过外井筒壁与内井筒壁连接。

本实用新型的有益效果是：

1、由于外井筒的内部设置了同轴线的内井筒，为排水提供了两条排水通道，通过导流组件的调节实现外井筒和内井筒可互为备用，也可同时使用，提高了竖井排水的安全性。

2、内井筒顶部高于外井筒的顶部，内井筒的顶部伸出地面，竖井内部可通过内井筒的气水孔与井外进行通气。

3、外井筒的内壁和内井筒的内壁上均设有螺旋导流肋，螺旋导流肋的表面设有若干级台阶，最大程度发挥消能和降噪的作用。

4、外井筒和内井筒可以相互独立的进行检修和维护，确能降低运行维护费用。

5、排水进入竖井，通过螺旋导流肋的导流作用，形成螺旋下泄的流态，在井筒内壁形成附壁螺旋流或水膜流，井筒中心轴处则自然形成中空的排气通道，避免了井内压力的波动以及水塞流的形成，通过导流旋转不断改变水流的方向，可以有效减小水流在井内的下降速度，既增大了通水能力又起到消能、减噪的作用。

附图说明

图1是本实用新型用于深隧排水系统的竖井的结构示意图；

图2是本实用新型进水通道的立体结构示意图；

图3是本实用新型进水通道的俯视图；

图4是本实用新型内井筒内螺旋导流肋的示意图；

图5是图4的俯视图；

图6是本实用新型螺旋导流肋的结构示意图；

图7是本实用新型T型轨道的使用示意图；

图8是本实用新型内井筒上气水孔和遮板的示意图；

图9是本实用新型遮板的侧视图。

附图标记说明：1、外井筒；2、内井筒；3、进水通道；4、排水通道；5、螺旋导流肋；6、固定导流件；7、转轴；8、活动导流竖板；9、气水孔；10、遮板；11、T型轨道；12、内井筒中部整流室；13、外井筒中部整流室；14、环形肋条；15、内井筒底部整流室；16、外井筒底部整流室；17、积水消能底座；18、排泥坑；19、细网格盖板；20、内井筒通道；21、外井筒通道；22、水平顶板；23、水平底板；24、内侧竖板；25、外侧竖板；26、横向轮；27、竖向轮。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的说明：

如图1所示，一种用于深隧排水系统的竖井，包括外井筒1、设于外井筒1内并与外井筒1同轴线的内井筒2、进水通道3和排水通道4；所述外井筒1和内井筒2的上部均与进水通道3连通；所述进水通道3内设有导流组件；内井筒2下端外井筒1相通，外井筒1的下端与排水通道4连通。外井筒1和内井筒2为排水提供了两条排水通道，同时通过导流组件的调节实现外井筒和内井筒可互为备用，也可同时使用，提高了竖井排水的安全性。

一般深层隧道系统发挥的作用主要分为两类，一是控制流域污染，转输初雨径流和截留雨水；二是通过排水缓解暴雨引起的内涝。对于前者，将启用竖井的内筒，对于后者则启用外井筒。从使用频率上来说，大到暴雨每年的发生次数远小于中小雨的次数，故内井筒2的使用频率远大于外井筒1。在这样的情况下，外井筒1的检修和维护次数可大幅度降低，而内井筒2的检修维护工作量因尺寸的减小而则大大减小，相比同尺寸的单井筒竖井，确能降低运行维护费用。

如图2和图3所示，进水通道3由水平顶板22、水平底板23、内侧竖板24和外侧竖板25围成，其断面采用矩形，也可以采用圆形断面。

如图3所示，进水通道3内设有导流组件，导流组件包括固定导流件6和活动导流竖板8，固定导流件6将进水通道3内分隔为内井筒通道20和外井筒通道21，内井筒通道20由水平顶板22、水平底板23、固定导流件6和内侧竖板24围成，内井筒通道20与内井筒2连通。

外井筒通道21由水平顶板22、水平底板23、固定导流件6和外侧竖板25围成，外侧竖板25与外井筒1相切，固定导流件6与内井筒2接触的一面与内井筒2相切，外井筒通道21外井筒1。

进水通道3可接市政浅层排水管道或排水箱，固定导流件6前端设有转轴7，活动导流竖板8与转轴7相连，可绕转轴7转动，活动导流竖板8根据不同工况将水流进行导向和分流。一般控制流域污染，转输初雨径流和截留雨水，将启用竖井的内井筒2；通过排水缓解暴雨引起内涝，则启用外井筒1。

当深隧系统接入雨水较少，功能为截留初期雨水、控制径流污染以及排放中小雨的雨水时，活动导流竖板8绕转轴7向外侧竖板25转动，直至与外侧竖板25接触，外井筒通道21关闭。在活动导流竖板8和固定导流件6的作用下，市政排水通过内井筒通道20进入内井筒；在此状态下，内井筒发挥竖井排水的衔接功能，外井筒无水流入，可由维护人员安全进行相关检修维护工作。

当遇到大到暴雨或内井筒需要维护检修时，活动导流竖板8绕转轴7向内侧竖板24转动，直至与内侧竖板24接触，内井筒通道20关闭。此时外井筒进水使用，内井筒无水流进入，维修人员可安全无忧进入内井筒进行维护检修。

当城市遇到特大暴雨时，活动导流竖板8置于内侧竖板24和外侧竖板25之间，排水可分流从内井筒和外井筒进入，最大程度地发挥竖井的排水能力，也保证了排水的安全性。此外可根据下泄水流的螺旋水膜流的厚度进一步控制活动导流竖板的角度，通过调节进入内井筒和外井筒的流量从而优化水流形态，避免压力波动。

如图1、8和9所示，内井筒2顶部开口，内井筒2顶部高于外井筒1，且内井筒2的顶部伸出地面与大气连通，内井筒2壁上沿其轴线方向开设有若干气水孔9，气水孔9在同一高度筒壁可设置多个，气水孔9的截面为圆形或者矩形，气水孔9随着内井筒2深度的增加，相邻的气水孔9的垂直间隙逐渐减小，密集度逐渐增加。也可随着深度增加，气水孔9密集程度不变，但孔径逐渐扩大。

当遇到大雨或暴雨时，竖井采用外井筒1排水，此时内井筒2作为优良的排气通道，稳定水气压力。由于，当排水在螺旋下流的过程中，速度会逐步加快，水流与筒壁的碰撞、摩擦过程中夹带的气体量也逐渐增加，因此，随着深度的增加，气水孔面积的增加能够适应排气量增长需求，可进一步稳定水体的流态。

如8和9所示，内井筒2的外壁上设有遮板10，遮板10的上端位于气水孔9上方与内井筒2的内壁相连，遮板10的下端向下延伸，完全遮住气水孔9，遮板10和气水孔9之间具有一定间隙。

内井筒2单独使用时，遮板10一方面防止内井筒的螺旋水流进入外井筒，另一方面凸起的遮板增加了水流与井壁的接触面，一定程度上也改变了水流的流向，也能起到减缓内井筒水流，进一步改善消能排气的作用。

如图1和4所示，外井筒1的内壁和内井筒2的内壁上均设有螺旋导流肋5，螺旋导流肋5对于整个竖井的消能减噪，稳定水体流态和水气压平衡起着至关重要的作用。

通过螺旋导流肋5的导流作用，形成螺旋下泄的流态。在井筒内壁形成附壁螺旋流或水膜流，井筒中心轴处则自然形成中空的排气通道，这样避免了井内压力的波动以及水塞流的形成，通过导流旋转不断改变水流的方向，可以有效减小水流在井内的下降速度，既增大了通水能力又起到消能、减噪的作用。

为保证水流能形成较好的旋流流态，井壁内至少设置八条螺旋导流肋，为保证良好的消能效果，螺旋角可设置为30度～60度，且螺旋导流肋5的螺旋角随着深度的增加而逐渐增大，有助于控制水流速度。

如图6所示，螺旋导流肋的表面设有沿着螺旋导流肋螺旋向下的若干级台阶，台阶沿着竖井轴向呈阶梯向下，螺旋导流肋5应有一定的强度和耐腐蚀性，可采用不锈钢材质，表面设置柔性涂层。台阶面增加了水流与井筒内壁的接触面积，增大了水力湿周；柔性涂层则增加了肋条表面的粗糙度。这些设计都减缓了水流速度，充分发挥出螺旋导流肋的消能作用。此外，在水流绕螺旋导流肋5上表面旋转下流时，导流肋承受着水流的一部分冲击力和离心力，螺旋导流肋下表面采用斜坡向内壁的设计，可沿着内壁方向逆时针形成一定的形变，也能进一步消能。

如图6所示，考虑到竖井的运营维护，述螺旋导流肋5的边缘设置有沿着螺旋导流肋5螺旋向下的T型轨道11，可作为竖井轨道式智能机器人的轨道。智能机器人或检修车的车轮至少设置三个竖向轮和一个横向轮，智能机器人与T型轨道的连接形式如图7所示，T型轨道可与机器人的横向轮26和竖向轮27配合，从而智能机器人通过T型轨道盘旋下降，通过配备的摄像头、各类传感器以及清淤装备对竖井进行巡检和基础的维修，为实现智能维护提供了可能。外井筒和内井筒沿井内壁均设置塑钢爬梯为人工检修服务。

竖井至少设置两处整流室，一为中部整流室，二为底部整流室。如图1所示，内井筒2的中部外扩形成内井筒中部整流室12，外井筒1的中部也相应的外扩形成外井筒中部整流室13，外扩后的内井筒中部整流室12和外井筒中部整流室13的竖直段内壁上均设有环形肋条14，形成类似水平波纹内壁，外扩后的井筒再以光滑曲面渐收至井筒原尺寸。

内井筒2的底部外扩形成内井筒底部整流室15，外井筒1的底部外扩形成外井筒底部整流室16，外扩后的内井筒中部整流室12和外井筒中部整流室13的竖直段内壁上均设有环形肋条14，底部整流室在井筒外扩后不再收至原尺寸。

整流室内，内井筒壁上的设置的气水孔应加密，以利于排气，促进水流的压力稳定。排水进入井筒后呈螺旋态下泄，随着深度的增加水流速度将逐步增大，水流动能增加，水气波动的风险增加，此时设置外井筒和内井筒外扩形成的整流室，配合内壁的螺旋导流肋，可以减缓水流速度，进一步发挥消能的作用，同时可充分释放下旋水流中掺入的气体。

根据实际应用的需求，可在竖井中部设置多个整流室以调整水流形态，消能排气。

外井筒底部整流室16下端与积水消能底座17相连，积水消能底座17的直径与外井筒底部整流室直径相同。通过整流室的水流继续下泄，在积水消能底座汇集成一定深度的积水，积水可对继续下泄的来水产生消能的效果，减少水流冲击对排水通道的冲击破坏。

积水消能底座17中心设有排泥坑18，排泥坑18内设有两台排泥泵，一台作为正常使用，一台作为备用。排泥坑18上端开口处设有细网格盖板19。积水消能底座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过程之后，收集水中沉积的泥沙，并通过排泥泵定期排出竖井。坑口的细网格盖板则防止水流在下泄时对坑内的排泥泵造成冲击损坏。外井筒和内井筒内壁均采用软性内衬，吸声材料，可进一步消能减震、消除噪音。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的原理，应被理解为本实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本实用新型公开的这些技术启示做出各种不脱离本实用新型实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本实用新型的保护范围内。