專利名稱：一種隧道雨水收集試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于市政工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及城市隧道雨水收集、排放設(shè)施設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景城市地下交通包括城市隧道和城市地鐵等，目前上海、南京、廣州等城市已經(jīng)修建了數(shù)十座過(guò)江、河、湖泊等大型隧道及地鉄。隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，地下交通已經(jīng)成為了城市的重要交通樞紐，為整個(gè)城市的運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)揮巨大作用。在城市隧道、地鐵中，排水系統(tǒng)是地下交通設(shè)施的重要組成部分之一。整個(gè)雨水系統(tǒng)由收水系統(tǒng)(雨水ロ篦子)、輸水系統(tǒng)(橫截溝)和泵站系統(tǒng)組成。降雨時(shí)，雨水會(huì)通過(guò)隧道引路段匯集進(jìn)入隧道暗埋段，進(jìn)入隧道的雨水經(jīng)過(guò)收水系統(tǒng)的收集和輸水系統(tǒng)的輸送被排至雨水泵站，并由泵站將雨水最終排出隧道，排至周邊水體。整個(gè)隧道排水系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，為隧道的正常運(yùn)行提供了重要保障。目前,一般的下穿地道排水采用《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50014-2006)設(shè)計(jì),城市隧道還沒(méi)有國(guó)家設(shè)計(jì)規(guī)范，基本參照《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50157-2009)進(jìn)行。然而，隧道車行道較寬，地下封閉箱體較長(zhǎng)，為避免雨水在隧道內(nèi)的長(zhǎng)距離徑流，國(guó)內(nèi)已建成的隧道均在洞ロ處設(shè)置收水設(shè)施攔截雨水，通過(guò)泵站提升排放。但是，由于隧道的水流邊界條件與地鐵有很大的差異，按地鐵標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)城市隧道有很大的偏差。由于地下交通兩端引道段縱坡較大，降雨時(shí)集水快，若不能及時(shí)有效收集排除，將發(fā)生交通中斷，威脅車輛運(yùn)行、行人安全、隧道淹沒(méi)的嚴(yán)重后果。特別是，地下隧道多處于城市路網(wǎng)的關(guān)鍵位置，一旦發(fā)生問(wèn)題，社會(huì)影響大，經(jīng)濟(jì)損失慘重。國(guó)內(nèi)已建隧道因積水而影響交通甚至隧道被淹的事故時(shí)有發(fā)生。如2003年6月南京突降暴雨，使南京玄武湖隧道遭到水淹，究其原因是因?yàn)槭账到y(tǒng)設(shè)置出現(xiàn)問(wèn)題；2003年6月7日，一場(chǎng)暴雨使上海外環(huán)隧道發(fā)生積水；2008年10月7日，廣東番禺大石段隧道因大雨積水中斷逾20小時(shí)；2009年2月17日，福建橋南立交隧道積水。通過(guò)調(diào)研初歩分析，造成隧道積水的原因主要有以下幾個(gè)方面(I)由于目前沒(méi)有相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范，所以造成各城市采用的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不一。(2)收水系統(tǒng)不能將雨水有效攔截，雨水ロ篦子形式各異。(3)輸水系統(tǒng)排水能力不足。(4)泵站系統(tǒng)不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，結(jié)合地下隧道排水系統(tǒng)的特點(diǎn)，針對(duì)以上原因的第2、3種情況，開(kāi)展地下隧道排水系統(tǒng)中的收水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體型、水力特性及輸水系統(tǒng)研究，對(duì)實(shí)際工程應(yīng)用具有重要理論和現(xiàn)實(shí)意義。通常的隧道雨水系統(tǒng)由收水系統(tǒng)(雨水ロ篦子)、輸水系統(tǒng)(橫截溝)和泵站系統(tǒng)三部分組成。其中，收水系統(tǒng)(雨水ロ篦子)除本身的結(jié)構(gòu)性能外，最主要的特性就是它的泄水能力，即通過(guò)雨水ロ篦子將雨水下泄到橫截溝中的能力和橫截溝的輸水能力，也就是它的水力特性。輸水系統(tǒng)(橫截溝)布置型式的合理性也直接影響到排水系統(tǒng)的功能
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是建立ー套隧道雨水收集模型，用于研究隧道排水工程中，在不同暴雨強(qiáng)度，不同道路坡度情況下，收水系統(tǒng)、輸水系統(tǒng)設(shè)置的合理性并為其提供理論依據(jù)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下ー種隧道雨水收集試驗(yàn)?zāi)Ｐ停ㄕw縮尺模型和斷面原型模型兩部分；所述的整體縮尺模型的模擬地下部分包括依次排布的水池、回水槽、第一道橫截溝、第二道橫截溝和尾水池，在回水槽的上面設(shè)置有坡度可以調(diào)整的模擬路面，在第一道橫截溝的上面設(shè)置有第一道雨水篦子縮尺模型，在第二道橫截溝上面設(shè)置有第二道雨水篦子縮尺模型，兩個(gè)縮尺模型之間鋪設(shè)有模擬路面，第一道橫截溝與回水槽相連通，第二道橫截溝與尾水池相連通；所述的斷面原型模型包括依次排布的水池、回水槽和尾水池，覆蓋在回水槽上面的路面部分分為前后兩個(gè)部分，前面部分為坡度可以調(diào)整的模擬路面，后面部分為雨水篦子原型。本實(shí)用新型的隧道雨水收集試驗(yàn)?zāi)Ｐ停谡w縮尺模型的回水槽上面設(shè)置的模擬路面的一側(cè)設(shè)置有道路邊溝，道路邊溝與第一道橫截溝相連通；整體縮尺模型和斷面原型模型的路面部分由隔墻擋開(kāi)，兩者的水池、回水槽和尾水池之間分別相互連通，在兩個(gè)回水槽中的一個(gè)或兩個(gè)上設(shè)置有量水堰；整體縮尺模型和斷面原型模型的路面部分在同一個(gè)橫截面上具有相同的高度；兩個(gè)回水槽的水經(jīng)過(guò)水泵被送回水池。本實(shí)用新型建立了隧道雨水收集系統(tǒng)縮尺模型和原型模型，并將兩種模型有機(jī)地結(jié)合在一起，在盡量保證準(zhǔn)確模擬實(shí)際隧道雨水收集系統(tǒng)的同時(shí)，合理簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，將兩個(gè)模型可以共用的部分設(shè)計(jì)成統(tǒng)一整體?；谶@兩個(gè)模型，可以進(jìn)行了輸水系統(tǒng)布置、收水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體型及水力特性三個(gè)方面的研究。其中，整體模型主要研究輸水系統(tǒng)(橫截溝)的布置，斷面模型主要研究收水系統(tǒng)(雨水ロ篦子)的結(jié)構(gòu)體型及水力特性。

圖I隧道雨水收集模型平面圖。圖2整體模型剖面圖(A-A剖面圖)。圖3斷面模型剖面圖(B-B剖面圖)。圖中標(biāo)記說(shuō)明如下I水池2模擬路面 3隔墻 4回水槽5道路邊溝6第一道雨水篦子(整體模型)7第二道雨水篦子(整體模型)8雨水篦子(斷面模型)9尾水池10第一道橫截溝(整體模型)11第二道橫截溝(整體模型)12可調(diào)螺桿 13量水堰14 7jC泵具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做詳細(xì)說(shuō)明。為研究隧道排水工程中，在不同暴雨強(qiáng)度，不同道路坡度情況下，收水系統(tǒng)、輸水系統(tǒng)設(shè)置的合理性并為其提供理論依據(jù)，發(fā)明人進(jìn)行了隧道排水試驗(yàn)，以實(shí)際工程設(shè)計(jì)參數(shù)為依據(jù)，建立了整體模型和斷面模型?；谶@兩個(gè)模型，可以進(jìn)行了輸水系統(tǒng)布置、收水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體型及水力特性三個(gè)方面的研究。其中，整體模型主要研究輸水系統(tǒng)(橫截溝)的布置，斷面模型主要研究收水系統(tǒng)(雨水ロ篦子)的結(jié)構(gòu)體型及水力特性。(I)整體模型試驗(yàn)參見(jiàn)圖I至2，以濱海新區(qū)中央大道海河隧道雨水收集設(shè)施為模板，建立整體縮尺模型，模型長(zhǎng)度比尺Lr = 5，流量比尺已=C =55.9，研究水力要素沿橫向的分布情況并研究邊界條件對(duì)流態(tài)及泄水能力的影響，研究輸水建筑物的布置(建立海河隧道排水設(shè)施的 I 5比例模型，通過(guò)不同雨水流量等參數(shù)的調(diào)整，獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù))。整體模型由水池I提供水源，模擬降雨時(shí)隧道產(chǎn)生的雨水徑流?？梢酝ㄟ^(guò)人工調(diào)整螺桿12的高度改變模擬路面2的縱向坡度，用來(lái)模擬實(shí)際工程中不同的道路縱坡，水流通過(guò)道路邊溝5和設(shè)置在第一道雨水篦子6和第一道橫截溝10的收集，最終匯集到回水槽4，經(jīng)過(guò)回水槽4回流至靠近水池位置，并由水泵14將水重新輸送回水池。越過(guò)第一道雨水篦子6的水流漫過(guò)橫截溝板(設(shè)置在兩道圖中未畫出，)通過(guò)第二道雨水篦子7和第二道橫截溝11的收集，匯集到尾水池9，并被最終輸送回水池。試驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取方法計(jì)算不同暴雨強(qiáng)度下產(chǎn)生雨水徑流的大小，并通過(guò)流量比尺的換算，確定水池的供水總量Q。通過(guò)回水槽上的量水堰13測(cè)量不同供水流量和道路坡度等エ況下，第一道橫截溝的截留流量Q1，通過(guò)水位測(cè)針和流速儀測(cè)量不同位置的水深以及流速情況。整體模型試驗(yàn)的主要內(nèi)容包括整體模型道路邊溝5沒(méi)有雨水ロ篦子時(shí)，各種流量情況下的水流流態(tài)，以及道路邊溝有雨水ロ篦子的情況下，在不同流量、不同道路縱坡的情況下的單寬流量沿橫向分布、過(guò)第一道篦子的流量、單寬流量與水深的關(guān)系、流量與水舌長(zhǎng)度、水面寬度的關(guān)系、水舌長(zhǎng)度與篦前水深的關(guān)系、水舌長(zhǎng)度與距離的關(guān)系、篦前水深與距離的關(guān)系、篦前流速及第一道篦子的收水流量；同時(shí)還試驗(yàn)了海河隧道雨水收集設(shè)施的優(yōu)化方案及其他問(wèn)題。(2)斷面模型試驗(yàn)參見(jiàn)圖3對(duì)雨水篦子建立模型比尺I : I的斷面模型(利用實(shí)際工程的原型雨水ロ篦子以及與原型尺寸相當(dāng)?shù)哪Ｐ?，進(jìn)行大比尺系列模型試驗(yàn)。斷面模型由水池I提供水源，模擬降雨時(shí)隧道產(chǎn)生的雨水徑流?？梢酝ㄟ^(guò)人工調(diào)整螺桿12的高度改變模擬路面的縱向坡度，用來(lái)模擬實(shí)際工程中不同的道路縱坡，水流通過(guò)雨水篦子的收集匯集到回水槽4 (大流量時(shí)越過(guò)篦子的水流經(jīng)過(guò)尾水池9也回流到回水槽4)，最終水流回流至靠近水池的位置，并由水泵14將水重新輸送回水池I。斷面模型與整體模型通過(guò)隔墻3隔離。試驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取方法計(jì)算不同暴雨強(qiáng)度下產(chǎn)生雨水徑流的大小，確定水池的供水總量Q。通過(guò)回水槽上的量水堰13測(cè)量不同供水流量和道路坡度、不同篦子開(kāi)孔角度等エ況下，雨水篦子的收水流量ql，通過(guò)水位測(cè)針測(cè)量雨水篦子的篦前水深情況。斷面模型試驗(yàn)的主要內(nèi)容包括不同道路縱坡的情況下(試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭校M路面可以調(diào)整縱向坡度)時(shí)，雨水篦子?xùn)艞l角度分別為0°、30°、45°、90°時(shí)，收水流量與水深的關(guān)系、過(guò)蓖流量與總流量的關(guān)系、相對(duì)過(guò)蓖流量與總流量的關(guān)系、水舌長(zhǎng)度與單寬流量的關(guān)系和流態(tài)演變過(guò)程以及雨水篦子水流特性數(shù)值 模擬。
權(quán)利要求1.一種隧道雨水收集試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，包括整體縮尺模型和斷面原型模型兩部分，其特征在于，所述的整體縮尺模型的模擬地下部分包括依次排布的水池、回水槽、第一道橫截溝、第二道橫截溝和尾水池，在回水槽的上面設(shè)置有坡度可以調(diào)整的模擬路面，在第一道橫截溝的上面設(shè)置有第一道雨水篦子縮尺模型，在第二道橫截溝上面設(shè)置有第二道雨水篦子縮尺模型，兩個(gè)縮尺模型之間鋪設(shè)有模擬路面，第一道橫截溝與回水槽相連通，第二道橫截溝與尾水池相連通；所述的斷面原型模型包括依次排布的水池、回水槽和尾水池，覆蓋在回水槽上面的路面部分分為前后兩個(gè)部分，前面部分為坡度可以調(diào)整的模擬路面，后面部分為雨水篦子原型。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的隧道雨水收集試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，其特征在于，在整體縮尺模型的回水槽上面設(shè)置的模擬路面的一側(cè)設(shè)置有道路邊溝，道路邊溝與第一道橫截溝相連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的隧道雨水收集試驗(yàn)?zāi)Ｐ停涮卣髟谟?，整體縮尺模型和斷面原型模型的路面部分由隔墻擋開(kāi)，兩者的水池、回水槽和尾水池之間分別相互連通，在兩個(gè)回水槽中的一個(gè)或兩個(gè)上設(shè)置有量水堰。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的隧道雨水收集試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，其特征在于，兩個(gè)回水槽的水經(jīng)過(guò)水泵被送回水池。
專利摘要本實(shí)用新型屬于市政工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種隧道雨水收集試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，包括整體縮尺模型和斷面原型模型兩部分；整體縮尺模型的模擬地下部分包括依次排布的水池、回水槽、第一道橫截溝、第二道橫截溝和尾水池，在回水槽的上面設(shè)置有坡度可以調(diào)整的模擬路面，在第一道橫截溝的上面設(shè)置有第一道雨水篦子縮尺模型，在第二道橫截溝上面設(shè)置有第二道雨水篦子縮尺模型；斷面原型模型包括依次排布的水池、回水槽和尾水池，覆蓋在回水槽上面的路面部分分為前后兩個(gè)部分，前面部分為坡度可以調(diào)整的模擬路面，后面部分為雨水篦子原型。本實(shí)用新型將兩種模型有機(jī)地結(jié)合在一起，在盡量保證準(zhǔn)確模擬實(shí)際系統(tǒng)的同時(shí)，合理簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。
文檔編號(hào)G01M99/00GK202522430SQ20122005674
公開(kāi)日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月21日
發(fā)明者劉昆, 官超, 李曦淳, 李鵬, 楊敏, 王秀朵, 王紹華, 蘇功軍, 路軍 申請(qǐng)人:天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院