一种用于隧道排水系统的定向加速结晶装置及使用方法

1.本发明涉及隧道排水技术领域，具体为一种用于隧道排水系统的定向加速结晶装置及使用方法。


背景技术：

2.随着社会经济的不断发展、公路建设进程的不断推进，我国隧道工程取得了长足的发展和建设，目前建设数量和里程均已稳居世界第一。但受限于设计水平、施工质量、材料优劣、地质条件和运营环境等因素，大量隧道在投入运营后都存在不同程度的病害，而隧道水害往往是导致其他病害的原因。
3.据统计，目前我国隧道中70％存在渗漏水现象，30％渗漏严重，隧道排水系统严重结晶后排水性能降低甚至失效是造成这一现象的主要原因之一，因此对于隧道排水管道结晶问题的讨论、研究和处理越来越得到从业者的重视。
4.隧道排水系统结晶的主要成分是碳酸钙和碳酸镁晶体，围岩裂隙水由围岩通过初支进入隧道排水系统内部，带来了围岩和初支中的钙镁离子，在碱性环境下与碳酸根反应析出碳酸钙和碳酸镁晶体，堵塞排水管道。目前的解决方法大多聚焦在除垢和阻垢两个方面，其中除垢技术主要是采用高压水枪、超声波、化学药剂等方法在晶体成型后将其粉碎、破坏、溶解掉，而阻垢技术通过电磁、镀层、过滤、管道植绒等方法在源头上减低管道结晶的几率，增加管道积垢的难度，从而到达处理管道结晶的作用。
5.总体来说，这些方法往往受到隧道排水管道封闭且埋设在衬砌内部等客观条件的限制，很难发挥预期效果，部分方法还会对排水管和隧道周边环境造成一定的破坏。因此针对现状急需开发一种综合有效的处理措施对隧道排水管道的结晶进行处理。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种用于隧道排水系统的定向加速结晶装置及使用方法，本发明能够使隧道纵向排水管内地下水定向结晶沉积在结晶池内部，降低其他部位的沉积几率，实现对隧道排水管道结晶问题的高效处理。
7.为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以解决：
8.(一)、一种用于隧道排水系统的定向加速结晶装置，包括结晶池组件、毡毛层和药箱组件；所述结晶池组件包含结晶池，所述结晶池顶部设置有池盖；所述结晶池包含前壁、后壁、外壁和内壁；所述药箱组件包含储药箱，所述储药箱的箱底设置有水平的网状夹药盒，所述网状夹药盒为双层空心网状结构；所述储药箱底部与所述网状夹药盒连通；所述网状夹药盒中放置有反应药物；所述储药箱的前端与所述前壁内表面接触，所述储药箱的后端与所述后壁内表面接触，所述网状夹药盒向所述结晶池的外壁延伸并与其内表面接触；所述网状夹药盒与药箱之间的前壁上设置有第一进水管，所述网状夹药盒与药箱之间的后壁上设置有第二进水管；所述内壁上设置有第一排水管；所述第一进水管的高度和所述第
二进水管的高度相等；所述第一排水管的高度低于所述第一进水管的高度和所述第二进水管的高度；所述结晶池的底部设置有所述毡毛层，所述毡毛层上设置有毡毛，所述毡毛内部含有碳酸钙晶种。
9.进一步的，还包含池底加热电缆、池壁加热电缆和电源，所述池底加热电缆和池壁加热电缆分别与所述电源电连接；所述池底加热电缆设置于所述结晶池的底部；所述池壁加热电缆设置于所述结晶池的侧壁，所述池底加热电缆和池壁加热电缆的加热温度在50～80℃之间。
10.进一步的，还包含第一限位槽、第二限位槽和防飘网；所述内壁与储药箱之间设置有所述防飘网；所述第一限位槽倾斜设置于所述结晶池的前壁内表面，所述第二限位槽倾斜设置于所述结晶池的后壁内表面，所述药箱组件设置于所述第一限位槽和第二限位槽上。
11.进一步的，还包含第一承台、第二承台、第三承台和第四承台，所述第一承台和第二承台水平设置于所述结晶池的内壁内表面，所述第三承台和第四承台水平设置于所述储药箱的右侧壁上，所述第一承台、第二承台、第三承台和第四承台等高，所述第一承台、第二承台、第三承台和第四承台上设置有所述防飘网。
12.进一步的，所述防飘网为单层网面板，所述防飘网的网孔尺寸为1.0mm～4.0mm。
13.进一步的，所述结晶池的水平横截面为梯形。
14.进一步的，所述反应药为包含co
32-的碱性丸状药物。
15.进一步的，所述碱性丸状为na2co3和/或nahco3。
16.(二)、一种用于隧道排水系统的定向加速结晶装置及使用方法，所述隧道内底部设置有沿隧道长度方向的中央排水管，所述中央排水管左右两侧分别连接有多根横向排水管；所述隧道拱内间隔设置有多根平行的环向排水管，所述隧道内底部左右两侧边分别设置有一条纵向排水管；所述每根环向排水管底部左右两端分别与隧道底部左右两侧的纵向排水管连接；所述加速结晶装置的使用方法包含以下步骤：
17.步骤1，在每两根所述环向排水管之间的纵向排水管上串接有所述加速结晶装置；所述第一进水管和所述第二进水管均与所述纵向排水管连接，将所述第一排水管与所述横向排水管连接；
18.步骤2，在所述网状夹药盒中加入反应药物，然后将所述药箱组件设置于所述结晶池中的第一限位槽和第二限位槽上；
19.步骤3，接通电源，定期向药箱组件补充反应药物。
20.本发明的优越效果是考虑了温度、流速、化学药物、结晶池形状及表面形态对隧道水体结晶的影响，可以实现隧道排水系统定向结晶的设想，同时兼具结构简单，易于补药、清理、维修、养护的优点，既可以应用于已经投入运营的隧道，也可以在应用于处在设计期的隧道。
附图说明
21.图1为本发明的结晶池外壳示意图；
22.图2为本发明的定向加速结晶池零部件示意图；
23.图3为隧道排水系统示意图；
24.图4为本发明的晶池装配示意图；
25.图5为本发明的结晶池水流流向示意图；
26.以上图1至图5中：1、结晶池组件；101、结晶池；102、池盖；103、前壁；104、后壁；105、外壁；106、内壁；2、毡毛层；3、药箱组件；301、储药箱；302、网状夹药盒；4、第一进水管；5、第二进水管；6、第一排水管；7、池底加热电缆；8、池壁加热电缆；9、第一限位槽；10、第二限位槽；11、防飘网；12、第一承台；13、第二承台；14、中央排水管；15、横向排水管；16、环向排水管；17、纵向排水管。
具体实施方式
27.为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
28.在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。
29.请参考图1至图5：
30.(一)、一种用于隧道排水系统的定向加速结晶装置，包括结晶池组件1、毡毛层2和药箱组件3；所述结晶池组件包含结晶池101，所述结晶池顶部设置有池盖102；所述结晶池包含前壁103、后壁104、外壁105和内壁106；所述药箱组件3包含储药箱301，所述储药箱301的箱底设置有水平的网状夹药盒302，所述网状夹药盒302为双层空心网状结构；所述储药箱301底部与所述网状夹药302盒连通；所述网状夹药302盒中放置有反应药物；所述储药箱301的前端与所述前壁103内表面接触，所述储药箱302的后端与所述后壁104内表面接触，所述网状夹药盒302向所述结晶池的外壁105延伸并与其内表面接触；所述网状夹药盒302与储药箱301之间的前壁103上设置有第一进水管4，所述网状夹药盒302与储药箱301之间的后壁104上设置有第二进水管5；所述内壁106上设置有第一排水管6；所述第一进水管4的高度和所述第二进水管5的高度相等；所述第一排水管6的高度低于所述第一进水4管的高度和所述第二进水管5的高度；所述结晶池101的底部设置有所述毡毛层2，所述毡毛层上设置有毡毛，所述毡毛内部含有碳酸钙晶种。
31.以上实施例中，储药箱为沿结晶池纵向偏向外侧倾斜设置的箱体，既可以储存药物，又可以用斜面来改变水流路径与过水断面面积，进而控制水流流向与流速，防止水体平动，加速外侧池壁水流流速，降低池底水流流速；网状夹药盒为与储药箱外侧底部相连的双层空心网状结构，位于储药箱与结晶池外侧池壁之间，其内部的药物随高流速的水流剥离后在结晶池底部发挥作用，完全溶解后储药箱中的药物因重力作用自动滚入网状夹药盒，药物应选择为含有co
32-的碱性丸状药物，即可以加速结晶生成又方便补药。
32.进一步的，还包含池底加热电缆7、池壁加热电缆8和电源，所述池底加热电缆7和池壁加热电缆8分别与所述电源电连接；所述池底加热电缆7设置于所述结晶池101的底部；所述池壁加热电缆8设置于所述结晶池101的侧壁，所述池底加热电缆7和池壁加热电缆8的加热温度在50～80℃之间。
33.进一步的，还包含第一限位槽9、第二限位槽10和防飘网11；所述内壁106与储药箱301之间设置有所述防飘网11；所述第一限位槽9倾斜设置于所述结晶池的前壁103内表面，
所述第二限位槽10倾斜设置于所述结晶池的后壁104内表面，所述药箱组件3设置于所述第一限位槽9和第二限位槽10上。
34.进一步的，还包含第一承台12、第二承台13、第三承台和第四承台，所述第一承台12和第二承台13水平设置于所述结晶池的内壁106内侧，所述第三承台和第四承台水平设置于所述储药箱301的右侧壁上，所述第一承台12、第二承台13、第三承台和第四承台等高，所述第一承台12、第二承台13、第三承台和第四承台上设置有所述防飘网11。
35.进一步的，所述防飘网11为单层网面板，所述防飘网11的网孔尺寸为1.0mm～4.0mm。
36.进一步的，所述结晶池101的水平横截面为梯形。
37.进一步的，所述反应药为包含co3
2-的碱性丸状药物。
38.进一步的，所述碱性丸状为na2co3和/或nahco3。
39.以上实施例中，防飘网11的网孔尺寸应满足即不阻碍水流通过，又可以防止结晶物飘起的要求；毡毛层有较稀疏的毡毛，毡毛内部散布有一定数量的caco3和/或mgco3结晶晶种，稀疏的毡毛可以过滤结晶又不至于堵塞水流，同时相对水平面具有更大的比表面积，能够附着更多的结晶，毡毛中散布的结晶晶种也可以使结晶反应越过成核阶段，进一步吸引结晶物附着，促进结晶生长。
40.(二)、一种用于隧道排水系统的定向加速结晶装置及使用方法，所述隧道内底部设置有沿隧道长度方向的中央排水管14，所述中央排水管左右两侧分别连接有多根横向排水管15；所述隧道拱内间隔设置有多根平行的环向排水管16，所述隧道内底部左右两侧边分别设置有一条纵向排水管17；所述每根环向排水管16底部左右两端分别与隧道底部左右两侧的纵向排水管17连接；所述加速结晶装置的使用方法包含以下步骤：
41.步骤1，在每两根所述环向排水管16之间的纵向排水管17上串接有所述加速结晶装置；所述第一进水管4和所述第二进水管5均与所述纵向排水管连接，将所述第一排水管6与所述横向排水管15连接；
42.步骤2，在所述网状夹药盒302中加入反应药物，然后将所述药箱组件3设置于所述结晶池中的第一限位槽9和第二限位槽10上；
43.步骤3，接通电源，定期向药箱组件补充反应药物。
44.以上实施例中，第一纵向排水管和/或第二纵向排水管水流进入结晶池后，因水头差的作用自发的向横向排水管流动，但药箱组件的阻隔迫使水流由平动改为沿外侧壁向下流动，倾斜设置的药箱组件与窄侧的结晶池外壁共同形成的较小过水断面导致水流加速，剥离网状夹药盒中的药物，并将药物携带至底部毡毛层，较大的过水断面与毡毛的阻碍作用导致水流流速降低，为结晶析出和沉积创造了较为稳定的环境，同时池底加热电缆和池壁加热电缆使水体温度升高，这样水体中的ca
2
和mg
2
可以与药物充分反应，促进结晶析出，结晶物受到毡毛的阻拦和晶种的吸引，最终附着在毡毛层中，结晶析出后，水体受水头差的影响，向上涌入横向排水管，最终汇入中央排水管排出洞外。
45.虽然，本说明书中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员是显而易见的。因此，在不偏离本发明的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。