CN118007780B - 一种深层隧道和竖井联合导气止爆结构及方法 - Google Patents

Abstract

本申请提出一种深层隧道和竖井联合导气止爆结构及方法，包括：与深层隧道连通并相互垂直的竖井；竖井内设置竖井隔墙并将竖井分为竖井水道和竖井气道；竖井水道和竖井气道内设置分气组件；设置在深层隧道内的隔板组件；隔板组件沿深层隧道的延伸方向延伸，包括设置有气孔组件的隧道隔板；竖井在垂直方向上的投影完全落入隧道隔板上；气孔组件包括多种孔径不同的气孔和连接各气孔的气道组件。本实施例从深层隧道内明流‑明满流交替的演变过程中，通过将截留的气团经分气组件和隔板组件多次分割，将气团分割成小气泡并排出竖井，最大程度地实现水气分离，有效地改善大型深层调蓄隧道间歇性气爆现象。

Description

一种深层隧道和竖井联合导气止爆结构及方法

技术领域

本申请涉及防汛技术领域，尤其涉及一种深层隧道和竖井联合导气止爆结构及方法。

背景技术

随着环境承载能力日益饱和，大型深层隧道成为解决城市内涝的重要方式，通常由入流竖井、深层隧道、通风排气设施、除渣排泥设施、排水泵组等部分组成。

常规管网输水系统中，通常采用通气孔或者空气阀减少管道内滞留的气体。但由于城市深隧系统的主隧洞处于地下40m-60m处，主隧上方无法设置通气措施，滞留气团只能从入流竖井处排出。暴雨情况下，雨污水挟带大量气体，通过多个入流竖井持续进入主隧道，隧道内水流逐渐由明流状态转变为有压状态，若气体无法及时排除，气腔迁移下管道内明满流交替。大量截留气团随水流移动，到达入流竖井出口时，浮力作用下气腔向上漂浮，有压气腔突然释放，造成间歇性气爆浪涌，并带动竖井内水体上升，造成剧烈的水位波动，对隧道及入流竖井结构产生无法预计的破坏。

目前，深层隧道内水体和气体共用流通通道，水体挟带截留气团进入竖井，即使竖井内部设置水气分离设施，但受限于竖井体型，大流量下竖井分割气团的能力有限，无法避免气爆浪涌现象的发生。相关技术中在管道顶端设置一段隔板通道，将入流至深隧管道的有压大气团分割为小气团并从下游竖井排，但是，该用于缓解剧烈排气的管壁结构仅适用于接近满流状态下的城市深隧，适用范围很小，忽略了深层隧道明流-明满流交替-满流（理想状态，由于入流竖井持续进气，难以排空隧道内气团）的入流过程，尤其是明满流交替下，仅在管道顶端布置一段高度有限的隔板通道无法避免截留大气团的形成，实际上竖井侧仍存在气爆浪涌，若隔板高度加长、加密，会影响隧道过流能力。

发明内容

本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本申请的目的在于提出一种深层隧道和竖井联合导气止爆结构及方法，从深层隧道内明流-明满流交替的演变过程中，通过将截留的气团经分气组件和隔板组件多次分割，将气团分割成小气泡并排出竖井，最大程度地实现水气分离，有效地改善大型深层调蓄隧道间歇性气爆现象。

为达到上述目的，本申请提出的一种深层隧道和竖井联合导气止爆结构，包括：

至少一个竖井，其与深层隧道连通并相互垂直；所述竖井内设置沿所述竖井延伸方向延伸的竖井隔墙，并将所述竖井分为竖井水道和竖井气道；所述竖井水道和所述竖井气道内设置分气组件，用于对进入所述竖井的气团进行分切；以及

设置在所述深层隧道内并靠近所述竖井处的隔板组件；所述隔板组件沿所述深层隧道的延伸方向延伸，包括设置有气孔组件的隧道隔板；所述竖井在垂直方向上的投影完全落入所述隧道隔板上；所述气孔组件包括多种孔径不同的气孔和连接各所述气孔的气道组件，且所述隧道隔板上与所述竖井对应的区域所述气孔孔径最小，数量最多。

在一些实施例中，所述隧道隔板位于所述深层隧道内且具有设定长度，包括沿其延伸方向依次首尾连接的L₁段、L₂段和L₃段；其中所述深层隧道内设置分界隔线；所述L₁段位于所述分界隔线的上游；所述L₂段两端分别位于所述分界隔线和所述竖井隔墙下游的竖井折板；所述L₃段位于所述竖井折板的下游。

在一些实施例中，所述气孔根据孔径由大到小分为第一气孔、第二气孔和第三气孔；所述第一气孔阵列布设在所述L₁段上；所述L₁段上的所述第一气孔包括n₁列，且各列之间的间距L_1-n逐渐递减。

在一些实施例中，在所述L₂段上根据其延伸方向依次分别布设多个所述第一气孔组成的阵列、多个所述第二气孔组成的阵列和多个所述第三气孔组成的阵列；其中同一阵列中各列气孔之间的距离相同；不同阵列的所述气孔的列间距L_2-n在逐渐递减。

在一些实施例中，在所述L₃段上根据其延伸方向依次分别布设多个所述第三气孔组成的阵列、多个所述第二气孔组成的阵列和多个所述第一气孔组成的阵列；其中同一阵列中各列气孔之间的距离相同；不同阵列的所述气孔列间距L_3-n在逐渐递加。

在一些实施例中，所述气道组件包括第一气道和第二气道；所述第一气道连接同一阵列内的同种所述气孔；所述第二气道连接不同阵列内的不同所述气孔；其中不同阵列的所述气孔之间以两个所述第二气道分支过渡联通，且两个所述第二气道镜像对应。

在一些实施例中，所述隔板组件还包括多个阻气隔墙；所述阻气隔墙上下错落布置在所述L₂段的上表面和其对应的所述深层隧道的顶部内壁，且在所述L₂段的延伸方向上所述阻气隔墙之间的间距逐渐缩短。

在一些实施例中，所述阻气隔墙的高度为所述深层隧道孔径的1/6；且所述阻气隔墙上均开挖通孔，且相邻所述阻气隔墙上的所述通孔错落布置。

在一些实施例中，所述隔板组件还包括设置在所述隧道隔板和来流侧所述深层隧道顶部内壁之间的阻水气囊，其位于所述深层隧道与所述竖井底部的连接处，且位于所述竖井隔墙的上游，所述阻水气囊内置不同孔径的过气孔。

在一些实施例中，所述阻水气囊为半圆形，其直径为所述深层隧道孔径的1/3；所述过气孔自上而下分布在所述阻水气囊3/4范围之内，所述过气孔的直径分别为D₃、1/2 D₃和1/3 D₃；同种所述过气孔均为双排且错落布置。

在一些实施例中，所述竖井隔墙底部向下延伸至所述深层隧道孔径的1/4处，且为喇叭口，且所述竖井隔墙的水平段朝向所述阻水气囊，用以固定所述阻水气囊。

在一些实施例中，所述分气组件包括多个沿所述竖井气道间隔设置的气道隔板；所述气道隔板内置栅格，其中在所述竖井气道的延伸方向上自下而上所述气道隔板内的所述栅格间距递减，且所述栅格数量递增。

在一些实施例中，所述气道隔板的面积为所述竖井气道横截面积的三分之一。

在一些实施例中，所述分气组件还包括位于所述竖井水道内且在所述竖井水道的延伸方向间隔设置的弧形隔板；所述弧形隔板固定在所述竖井隔墙上且与所述气道隔板间隔设置；所述弧形隔板上开挖错落布置的孔洞。

在一些实施例中，在所述气道隔板和所述弧形隔板之间的所述竖井隔墙上开挖错落布置的通气孔。

在一些实施例中，根据本申请的第二个方面提出了一种深层隧道和竖井联合导气止爆的方法，利用上述任一实施例中所述的导气止爆结构进行止爆，包括以下过程：

水流经过深层隧道至隧道隔板时，通过所述隧道隔板分为上层水流和下层水流，所述下层水流经过所述隧道隔板上的所述气孔组件将其内部的气体分段地分离出，并逸出至所述上层水流内，除气后的下层水流可经过所述气孔组件进入竖井水道内；

所述上层水流内的气团进入竖井气道并经过分气组件分割；所述竖井气道内的小部分气体经所述通气孔进入所述竖井水道，并经过其中的所述分气组件分割排出所述竖井。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本申请一实施例提出的导气止爆结构的结构示意图；

图2是本申请一实施例提出的L₁段上的气孔组件布置示意图；

图3是本申请一实施例提出的L₂段上的气孔组件布置示意图；

图4是本申请一实施例提出的L₃段上的气孔组件布置示意图；

图5是本申请一实施例提出的导气止爆结构的结构示意图；

图6是本申请一实施例提出的导气止爆结构的结构示意图；

图中，1、竖井；2、竖井折板；3、竖井隔墙；4、弧形隔板；5、竖井水道；6、竖井气道；7、气道隔板；8、通气孔；9、上游隧道；10、分界隔线；11、阻气隔墙；12、隧道隔板；13、阻水气囊；14、下游隧道；15、L₁段；16、L₂段；17、L₃段；18、第一气孔；19、第二气孔；20、第三气孔；21、第一气道；22、第二气道。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

参见图1是本申请一实施例提出的一种深层隧道和竖井联合导气止爆结构，包括：至少一个竖井1和设置在深层隧道内的隔板组件；其中竖井1均与深层隧道连通并相互垂直；竖井1内设置沿竖井1延伸方向延伸的竖井隔墙3，并将竖井1分为竖井水道5和竖井气道6；竖井水道5和竖井气道6内设置分气组件，用于对进入竖井1的气团进行分切。

换言之，深层隧道中运输有水体，且以深层隧道的延伸方向为左右方向、竖井1的延伸方向为上下方向为例进行说明。本实施例中深层隧道水平布置且其中运输有水体；竖井1沿竖直方向布置并与深层隧道垂直，且竖井1为具有强度和一定容积的结构，其底部与深层隧道连通；其中竖井1至少为一个，当竖井1为多个时，其在水平方向上间隔设置且相互平行。竖井1内设置竖井隔墙3，竖井隔墙3竖向设置将竖井1分割为左右两侧的竖井气道6和竖井水道5，其中根据水体在深层隧道内的流通方向，竖井气道6位于竖井水道5的上游。同时分气组件设置分布在竖井气道6和竖井水道5内，用于对进入竖井1的气团进行分切，将气团分割为小气泡后排出竖井1。

示例的，如图1所示，深层隧道中运输有水体，竖井1为一个，其与水平的深层隧道垂直，且底部与深层隧道连通；其中竖井1直径D₂，1/3D₂处布置竖井隔墙3，竖井隔墙3将竖井1分割为左右两侧的竖井气道6和竖井水道5，其中根据水体在深层隧道内的流通方向，竖井气道6位于竖井水道5的上游，分气组件设置分布在竖井气道6和竖井水道5内。

隔板组件沿深层隧道的延伸方向延伸并靠近竖井1处，包括设置有气孔组件的隧道隔板12；竖井1在垂直方向上的投影完全落入隧道隔板12上；气孔组件包括多种孔径不同的气孔和连接各气孔的气道组件，且隧道隔板12上与竖井1对应的区域气孔孔径最小，数量最多。

换言之，隔板组件包括隧道隔板12，隧道隔板12具有设定的长度且水平设置在深层隧道内，竖井1在垂直方向上的投影完全落入隧道隔板12上；其中隧道隔板12上设置有气孔组件；气孔组件包括气孔和连接气孔的气道组件，此外，气孔根据其孔径大小分为多种，且与竖井1对应的隧道隔板12区域内的气孔孔径最小，数量最多。

示例的如图1所示，隧道隔板12为L米长，L可为1km左右并位于深层隧道孔径的1/3处，其中深层隧道的直径为D₁，将隧道隔板12分段可将其分为依次首尾连接的L₁段15、L₂段16和L₃段17，为明确区分各段的距离，将在深层隧道内设置分界隔线10，其中分界隔线10为虚拟的部件，其中L₁段15位于分界隔线10的上游，即L₁段15为分界隔线10左侧的隧道隔板12，即为上游隧道9内；L₂段16为分界隔线10和竖井折板2之间的隧道隔板12，L₃段17位于竖井折板2的下游，即其为竖井折板2右侧的隧道隔板12，即为下游隧道14内。需要解释的是竖井折板2弧形位于竖井隔墙3的右侧，上部圆弧过渡，朝竖井隔墙3侧，高度为1/12D₁。

本实施例中以挟带大截留气团的隧道明满流为例，水气两相流流至隧道隔板12的L₁段15时挟气水流分成位于隧道隔板12的上层水流和位于隧道隔板12下的下层水流；上层水流挟带大部分气团，下层水流挟带剩余小气团。

下层水流由于气团体积较小，气团在通过L₁段15和L₂段16的气道组件时速度减缓，能够一定程度地实现水气分离，使得气体分时间段地通过气孔上浮进入上层水流，而下层水流中剩余的气团裹挟在水流内继续沿气道组件移动，反复地从气孔进入上层水流，下层的气体量逐渐减小，直至L₂段16末端。隧道隔板12上与竖井1对应的区域气孔孔径最小，数量最多，在L₂段16大幅度分割气团成小气泡，以便后期分气组件分割气体。L₃段17位于竖井折板2至下游，来流水体主体通过L₃段17中气孔流入竖井水道5，L₃段17中对应竖井1区域内的气孔起到类似于阻抗调压室中阻抗孔的缓解竖井水道5压力波动、降低竖井水道5体型的作用，且L₃段17延伸至下游的深层隧道，主要用于提前对水气两相流进行初步分层，有利于水流流至下游竖井1时更好的实现水气分层，从而分割截留气团，避免气爆浪涌。

上层水流内通过来流大部分气团，下层水流内分离的气团进入其中，通过隔板组件的设置防止上层水流内的气团和下层水流内分离的气团合成较大的气团，上层水流中的大部分气团涌入竖井气道6，其中通过竖井气道6内设置分气组件有效地避免进入竖井气道6的气泡聚合。上层水流中的剩余气团进入竖井水道5底部，在竖井折板2的作用下，气团改变流动方向，通过竖井水道5中分气组件排出竖井1。

因此本实施例中，从深层隧道内明流-明满流交替的演变过程中，通过将截留的气团经分气组件和隔板组件多次分割，将气团分割成小气泡并排出竖井1，最大程度地实现水气分离，有效地改善大型深层调蓄隧道间歇性气爆现象。

在一些实施例中，气孔根据孔径由大到小分为第一气孔18、第二气孔19和第三气孔20；第一气孔18阵列布设在L₁段15上；L₁段15上的第一气孔18包括n₁列，且各列之间的间距L_1-n逐渐递减。

其中气孔组件包括多种孔径不同的气孔和连接各气孔的气道组件；其中气孔根据孔径分为第一气孔18、第二气孔19和第三气孔20；其中第一气孔18的孔径大于第二气孔19，第二气孔19的孔径大于第三气孔20，示例的如图2所示，隧道隔板12位于深层隧道孔径的三分之一处；第一气孔18、第二气孔19和第三气孔20的孔径分别为隧道隔板12宽度的1/4、1/8和1/16。在L₁段15上，只设置第一气孔18，第一气孔18阵列分布，各列之间间隔L_1-n，自L₁段15前端至分界隔线10之间布设3排n₁列第一气孔18，其中间距L_1-1>L_1-2>L_1-3>…>L_1-n1。

在一些实施例中，在L₂段16上根据其延伸方向依次分别布设多个第一气孔18组成的阵列、多个第二气孔19组成的阵列和多个第三气孔20组成的阵列；其中同一阵列中各列气孔之间的距离相同；不同阵列的气孔的列间距L_2-n在逐渐递减。

其中L₂段16上依次布设第一气孔18组成的阵列、第二气孔19组成的阵列和第三气孔20组成的阵列；其中如图3所示第一气孔18组成的阵列为3排1列；第二气孔19组成的阵列为6排n₂列，每列第二气孔19的间距相同分别为L_2-2；第三气孔20组成的阵列为12排n₃列，每列第三气孔20的间距相同分别为L_2-3。在本实施例中第一气孔18与第二气孔19的间距为L_2-1，L_2-1= L_1-n1，第二气孔19与第三气孔20的间距为L_2-3。其中L_2-1>L_2-2>L_2-3，即随着孔径的减小，气孔加密。

在一些实施例中，在L₃段17上根据其延伸方向依次分别布设多个第三气孔20组成的阵列、多个第二气孔19组成的阵列和多个第一气孔18组成的阵列；其中同一阵列中各列气孔之间的距离相同；不同阵列的气孔列间距L_3-n在逐渐递加。

其中L₃段17上依次布设第三气孔20组成的阵列、第二气孔19组成的阵列和第一气孔18组成的阵列；其中如图4所示第三气孔20组成的阵列为12排n₃’列，布设在竖井隔墙3至竖井1和下游的深层隧道的连接处，每列第三气孔20的间距相同分别为L_3-1；第二气孔19组成的阵列为6排n₂’列，每列第二气孔19的间距相同分别为L_3-2；第一气孔18组成的阵列为3排n₁’列，每列第一气孔18的间距相同分别为L_2-3，其中n₁’= 2n₂’在本实施例中第一气孔18与第二气孔19的间距为L_3-3i，L_3-31<L_3-32<L_3-33<…<L_3-3i，即L₃段17的相邻气孔之间的间距逐渐增大。

在一些实施例中，气道组件包括第一气道21和第二气道22；第一气道21连接同一阵列内的同种气孔；第二气道22连接不同阵列内的不同气孔；其中不同阵列的气孔之间以两个第二气道22分支过渡联通，且两个第二气道22镜像对应。

其中，在厚度h的隧道隔板12底部开挖厚度1/2h的第一气道21和第二气道22，第一气道21和第二气道22可为直段型和弯曲型两型式的气道，气道长度不同；用以连接每排气孔，其中同一阵列内的同种气孔利用水平设置的第一气道21连接；第二气道22连接不同阵列内的不同气孔；不同阵列内的不同气孔因气孔的直径不同，利用两个第二气道22分支过渡联通，该两个第二气道22互为镜像。其中第一气道21和第二气道22的宽度为1/2*min（D’,D”）其中D’,D”分别代表第一气道21和第二气道22连接的两个气孔，即气道的宽度为连接的两个气孔中直径较小的气孔直径的一半。

示例的，如图4所示，同一排中两个第三气孔20分别经过两个第二气道22连接一个第二气孔19；相邻的第二气孔19之间利用水平的第一气道21连接；两个第二气孔19分别再经过两个第二气道22连接一个第一气孔18；相邻的第一气孔18之间利用另一水平的第一气道21连接。此外本实施例中同排的气孔其气道型式一致；相邻排的气孔其气道型式为直段型和弯曲型交替设置。

在一些实施例中，隔板组件还包括多个阻气隔墙11；阻气隔墙11上下错落布置在L₂段16的上表面和其对应的深层隧道的顶部内壁，且在L₂段16的延伸方向上阻气隔墙11之间的间距逐渐缩短。

其中，如图5所示在隧道隔板12的L₂段16上表面和其对应的隧道顶部内壁设置m个上下错落布置的阻气隔墙11，各阻气隔墙11两两之间的间距逐渐缩短。阻气隔墙11的高度为深层隧道孔径的1/6；且阻气隔墙11上均开挖通孔，且相邻阻气隔墙11上的通孔错落布置。

在一些实施例中，隔板组件还包括设置在隧道隔板12和深层隧道顶部内壁之间的阻水气囊13，其位于深层隧道与竖井1底部的连接处，且位于竖井隔墙3的上游，阻水气囊13内置不同孔径的过气孔。

其中，如图6所示阻水气囊13为半圆形，其直径为深层隧道孔径的1/3；其设置在隧道隔板12和深层隧道顶部内壁之间并位于竖井隔墙3的上游的深层隧道与竖井1底部的连接处。此外，本实施例中在竖井隔墙3底部与阻水气囊13交点以上部分内置不同孔径的过气孔，由下到上过气孔的直径分别为D₃、1/2 D₃和1/3 D₃；同种过气孔均为双排且两排错落布置，用于降低经过的气团流速作用缓解竖井气道6内的工作压力，同时使得隧道隔板12上部气体不会进入竖井水道5。

在一些实施例中，竖井隔墙3底部向下延伸至深层隧道孔径的1/4处，且为喇叭口，且竖井隔墙3的水平段朝向阻水气囊13，用以固定阻水气囊13。

其中，如图6所示，竖井隔墙3底部布置喇叭口，伸至管道向下1/4 D₁位置，伸长段前端位于L₂段16的深隧管道与竖井1的连接处，用以固定阻水气囊13，其中L₁段15和L₂段16、阻水气囊13、喇叭口和竖井气道6形成专门的分割大截留气团通道。竖井折板2结合阻水气囊13、竖井隔墙3底部喇叭口，将在隧道隔板12上部的大部分气体引入竖井气道6；结合弧形隔板4、竖井折板2，可将阻水气囊13后部仍留在隧道隔板12下部的气体经隧道隔板12上的气孔，引入至弧形隔板4分割成小气泡，直接进入竖井水道5（无分割气团设施）部分微乎其微，最大程度避免歇性气爆现象。

在一些实施例中，分气组件包括多个沿竖井气道6间隔设置的气道隔板7；气道隔板7内置栅格，其中在竖井气道6的延伸方向上自下而上气道隔板7内的栅格间距递减，且栅格数量递增。

其中如图1所示竖井气道6布置多个沿竖井气道6间隔设置的气道隔板7，气道隔板7的面积为竖井气道6面积的三分之一；气道隔板7为格栅型，自上而下编号为1^#格栅-4^#格栅，自上而下设置的气道隔板7内格栅间距逐渐越窄和逐渐越密，有效地避免进入竖井气道6的气泡重新聚合为气团。

在一些方案中，分气组件还包括位于竖井水道5内且在竖井水道5的延伸方向间隔设置的弧形隔板4；弧形隔板4为水平长度2/9 D₂，其一端固定在竖井隔墙3上且与气道隔板7间隔设置；弧形隔板4上开挖错落布置的孔洞。其中分气组件还包括弧形隔板4，弧形隔板4在竖直方向上间隔设置在竖井水道5内，例如弧形隔板4上开挖四排错落布置的孔洞，用于将进入其中的气团分割，排出竖井1。

同时在气道隔板7和弧形隔板4之间的竖井隔墙3上开挖两排错落布置的通气孔8，将竖井气道6内的气泡引入竖井水道5中的弧形隔板4分割排出，从而降低竖井气道6排气压力。

在一些实施例中，根据本申请的第二个方面提出了一种深层隧道和竖井联合导气止爆的方法，利用上述任一实施例中的导气止爆结构进行止爆，包括以下过程：

水流经过深层隧道至隧道隔板12时，通过隧道隔板12分为上层水流和下层水流，下层水流经过隧道隔板12上的气孔组件将其内部的气体分段地分离出，并逸出至上层水流内，除气后的下层水流可经过气孔组件进入竖井水道5内；

上层水流内的气团进入竖井气道6并经过分气组件分割；竖井气道6内的小部分气体经通气孔进入竖井水道5，并经过其中的分气组件分割排出竖井1。

本实施例中以挟带大截留气团的隧道明满流为例，水气两相流流至隧道隔板12的L₁段15时，挟气水流分成位于隧道隔板12的上层水流和位于隧道隔板12下的下层水流；上层水流挟带大部分气团，下层水流挟带剩余气团。

下层水流由于气团体积较小，气团在通过L₁段15和L₂段16的气道时速度减缓，能够一定程度地实现水气分离。由于隧道隔板12气道间隔布置直段型和弯曲型两型式的气道，气道长度不同，各排气道内气体分时间段地从气孔上浮进入上层水流，剩余气道内气体在水流的带动下向沿气道移动，反复地从各气孔进入上层水流，下层水流的气体量逐渐减小，直至L₂段16末端。在L₂段16，随着第一气孔18、第二气孔19和第三气孔20的孔径逐渐减小，孔数、气道数量成倍增加，大幅度分割气团成小气泡，以便进入上层水流后通过阻气隔墙11分割气体。L₃段17位于竖井折板2下游，来流水体主体通过L₃段17中第三气孔20流入竖井水道5，第三气孔20起到类似于阻抗调压室中阻抗孔的缓解竖井水道5压力波动、降低竖井水道5体型的作用。L₃段17从竖井1和深层隧道连接处至下游依次布置第二气孔19和第一气孔18，主要用于上游竖井由于流速过快剩余挟气泡水流或/和竖井1进气流至下游竖井的过程中，提前对水气两相流进行初步分层，有利于水流流至下一竖井1时更好的实现水气分层，从而分割截留气团，避免气爆浪涌。

上层水流内通过来流大部分气团，在m个上下落布置的阻气隔墙11的阻拦作用下，挟气水流运动特征表现为折流和冲撞，水体动能耗散，流速降低。由于阻气隔墙11上下错落布置，高度均为隧道隔板12与深层隧道顶部距离的一半，上层水流的气团流通通道分为上层上通道和上层下通道，大部分气团通过阻气隔墙11的通孔，气团分割成小气泡，上浮作用下上层下通道小气泡持续运动到上层上通道，同时，下层水流中剩余气团分割后从气道中进入上层水流中，在阻气隔墙11的作用下，进入的气团即使与上层原气团合成大气团，流动过程中也重新分割成气泡。此外，由于阻气隔墙11为上下错落布置形式，上下部气体移动流速间断降低，从而使得从下层水流中流入上层水流的气泡和原本在上层水流的气泡之间存在位移差，避免重新形成大气团，最终气泡间断流至阻水气囊13。

阻水气囊13和喇叭口联合布置，用以将位于隧道隔板12上层的气泡引入竖井气道6，其中，阻水气囊13的由上到下的3/4以内开挖过气孔用以导气并再次分割气泡，并避免阻水气囊13偏下部存在遗留较大的气团。竖井气道6内布置格栅型的气道隔板7，有效地避免进入竖井气道6的气泡重新聚合为气团。上层水流剩余少量气泡绕过阻水气囊13，进入竖井水道5底部，在竖井折板2的作用下，气体改变流动方向，通过竖井水道5中弧形隔板4中错落布置的孔洞分割，排出竖井1。

另外，气道隔板7和弧形隔板4之间布置竖井隔墙3上的通气孔8，将竖井气道6内的气泡引入竖井水道5中的弧形隔板4分割排出，从而降低竖井气道6排气压力。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (16)

1.一种深层隧道和竖井联合导气止爆结构，其特征在于，包括：

至少一个竖井，其与深层隧道连通并相互垂直；所述竖井内设置沿所述竖井延伸方向延伸的竖井隔墙，并将所述竖井分为竖井水道和竖井气道；所述竖井水道和所述竖井气道内设置分气组件，用于对进入所述竖井的气团进行分切；以及

设置在所述深层隧道内并靠近所述竖井处的隔板组件；所述隔板组件沿所述深层隧道的延伸方向延伸，包括设置有气孔组件的隧道隔板；所述竖井在垂直方向上的投影完全落入所述隧道隔板上；所述气孔组件包括多种孔径不同的气孔和连接各所述气孔的气道组件，且所述隧道隔板上与所述竖井对应的区域所述气孔孔径最小，数量最多。

2.根据权利要求1所述的导气止爆结构，其特征在于，所述隧道隔板位于所述深层隧道内并具有设定长度，包括沿其延伸方向依次首尾连接的L₁段、L₂段和L₃段；其中所述深层隧道内设置分界隔线；所述L₁段位于所述分界隔线的上游；所述L₂段两端分别位于所述分界隔线和所述竖井隔墙下游的竖井折板处；所述L₃段位于所述竖井折板的下游。

3.根据权利要求2所述的导气止爆结构，其特征在于，所述气孔根据孔径由大到小分为第一气孔、第二气孔和第三气孔；所述第一气孔阵列布设在所述L₁段上；所述L₁段上的所述第一气孔包括n₁列，且各列之间的间距L_1-n逐渐递减。

4.根据权利要求3所述的导气止爆结构，其特征在于，在所述L₂段上根据其延伸方向依次分别布设多个所述第一气孔组成的阵列、多个所述第二气孔组成的阵列和多个所述第三气孔组成的阵列；其中同一阵列中各列气孔之间的距离相同；不同阵列的所述气孔的列间距L_2-n在逐渐递减。

5.根据权利要求3或4所述的导气止爆结构，其特征在于，在所述L₃段上根据其延伸方向依次分别布设多个所述第三气孔组成的阵列、多个所述第二气孔组成的阵列和多个所述第一气孔组成的阵列；其中同一阵列中各列气孔之间的距离相同；不同阵列的所述气孔列间距L_3-n在逐渐递加。

6.根据权利要求2所述的导气止爆结构，其特征在于，所述气道组件包括第一气道和第二气道；所述第一气道连接同一阵列内的同种所述气孔；所述第二气道连接不同阵列内的不同所述气孔；其中不同阵列的所述气孔之间以两个所述第二气道分支过渡联通，且两个所述第二气道镜像对应。

7.根据权利要求2所述的导气止爆结构，其特征在于，所述隔板组件还包括多个阻气隔墙；所述阻气隔墙上下错落布置在所述L₂段的上表面和其对应的所述深层隧道的顶部内壁，且在所述L₂段的延伸方向上所述阻气隔墙之间的间距逐渐缩短。

8.根据权利要求7所述的导气止爆结构，其特征在于，所述阻气隔墙的高度为所述深层隧道孔径的1/6；且所述阻气隔墙上均开挖通孔，且相邻所述阻气隔墙上的所述通孔错落布置。

9.根据权利要求7所述的导气止爆结构，其特征在于，所述隔板组件还包括设置在所述隧道隔板和来流侧所述深层隧道顶部内壁之间的阻水气囊，其位于所述深层隧道与所述竖井底部的连接处，且位于所述竖井隔墙的上游，所述阻水气囊内置不同孔径的过气孔。

10.根据权利要求9所述的导气止爆结构，其特征在于，所述阻水气囊为半圆形，其直径为所述深层隧道孔径的1/3；所述过气孔自上而下分布在所述阻水气囊3/4范围之内，所述过气孔的直径分别为D₃、1/2 D₃和1/3 D₃；同种所述过气孔均为双排且错落布置。

11.根据权利要求9所述的导气止爆结构，其特征在于，所述竖井隔墙底部向下延伸至所述深层隧道孔径的1/4处，且为喇叭口，且所述竖井隔墙的水平段朝向所述阻水气囊，用以固定所述阻水气囊，并引导气体进入所述竖井气道。

12.根据权利要求2所述的导气止爆结构，其特征在于，所述分气组件包括多个沿所述竖井气道间隔设置的气道隔板；所述气道隔板内置栅格，其中在所述竖井气道的延伸方向上自下而上所述气道隔板内的所述栅格间距递减，且所述栅格数量递增。

13.根据权利要求12所述的导气止爆结构，其特征在于，所述气道隔板的面积为所述竖井气道横截面积的三分之一。

14.根据权利要求12所述的导气止爆结构，其特征在于，所述分气组件还包括位于所述竖井水道内且在所述竖井水道的延伸方向间隔设置的弧形隔板；所述弧形隔板固定在所述竖井隔墙上且与所述气道隔板间隔设置；所述弧形隔板上开挖错落布置的孔洞。

15.根据权利要求14所述的导气止爆结构，其特征在于，在所述气道隔板和所述弧形隔板之间的所述竖井隔墙上开挖错落布置的通气孔。

16.一种深层隧道和竖井联合导气止爆的方法，其特征在于，利用权利要求1-15中任一所述的导气止爆结构，包括以下过程：

水流经过深层隧道至隧道隔板时，通过所述隧道隔板分为上层水流和下层水流，所述下层水流经过所述隧道隔板上的所述气孔组件将其内部的气体分段地分离出，并逸出至所述上层水流内，除气后的下层水流可经过所述气孔组件进入竖井水道内；

所述上层水流内的气团进入竖井气道并经过分气组件分割；所述竖井气道内的小部分气体经通气孔进入所述竖井水道，并经过其中的所述分气组件分割排出所述竖井。