СПОСОБ ОСУШЕНИЯ ТОННЕЛЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК E02D19/10 

Изобретение относится к способам борьбы с последствиями аварийных ситуаций в тоннелях, в частности метрополитена.

Из-за глубокого залегания тоннелей метрополитена и их протяженности предотвратить поступление подземных вод через щели в отделке тоннелей практически невозможно. Экономически более целесообразным оказалось предусматривать в тоннелях вобосборники и использовать системы водоотлива с атоматическим включением в действие, как только уровень воды в водосборнике превысит допустимый. Кроме того, с поверхности земли в массив пород, окружающих тоннели, опускают скважины и осуществляют водопонижение. При этом было обнаружено, что вследствие неравномерного распределения пород после извлечения воды в массиве остаются пустые полости зачастую значительного объема в форме сплюснутых сфер-линз высотой до 20 м и диаметром свыше 50 м. Пустоты, обнаруженные на небольшой глубине, стараются ликвидировать, заполняя каким-либо материалом, например цементо-бетонитовым раствором с добавками геля [1]. Пустоты, лежащие на глубине, например, ниже залегания тоннелей метрополитена и не представляющие опасность для строений на поверхности земли, не заполняют материалом по экономическим соображениям и эти пустоты являются естественными водосборниками в перерывах работы водопонижающих скважин.

Наиболее близким по технической сущности является взятый в качестве прототипа способ [2] гравитационного удаления шахтных вод из очистного забоя, включающий их сбор посредством водоулавливающих приспособлений и отвод самотеком, для чего определяют места локализации шахтных вод в кровле выработки, водоулавливающие приспособления устанавливают на верхняках крепи механизированного комплекса в местах локализации посредством магнитов, а отвод осуществляют в закрепленное пространство по шлангам, подсоединенным к водоулавливающим приспособлениям.

Установку водоулавливающих приспособлений в местах локализации шахтных вод можно осуществлять в безопасных условиях рабочими, т.е. только тогда, когда поступление воды не только локализовано, но и дебит источников воды позволяет отвести воду полностью в запредельное пространство.

В случае аварийного прорыва воды известный способ окажется неэффективным, а при реальной угрозе затопления тоннеля вообще бесполезен, так как люди должны быть немедленно выведены из опасного участка. Известное водоудаление неприемлемо для метрополитена, у которого участки тоннеля одной линии находятся на различных глубинах.

Известные системы водоотлива, несмотря на их высокую эффективность в нормальных условиях эксплуатации, окажутся беспомощными при лавинном поступлении воды, многократно превышающей суммарную производительность насосов, а при прекращении поступления электрической энергии, что может произойти в аварийной ситуации, вызванной, например, бомбардировкой города, вообще остановятся.

Для предотвращения затопления тоннелей метрополитена в случаях аварийного поступления чрезвычайно большой массы воды, превышающей возможности системы водоотлива, предлагается в наиболее опасных участках, которые расположены ниже других, устраивать водосборники и определять уровни нормального и аварийного затопления. При превышении поступившей водой нормального уровня включают в работу систему водоотлива. На аварийном уровне воды устанавливают датчик превышения этого уровня, сигнал с которого используют для приведения в действие автоматических электроприводов клапанов на выходных отверстиях стенок водосборников и отвод воды осуществляют самотеком в заобделочное пространство тоннелей, которое ранее было подвергнуто осушению и поэтому может принять всю массу воды, вытекающую из водосборника под действием силы тяжести. Датчики уровня воды выполнены в виде химических источников тока с электродами, срабатывающими при погружении их в воду.

Как только уровень воды в водосборнике понизится ниже установленного, датчик-источник тока окажется обезвоженным и прекратит генерировать электрический ток. Клапан под действием силы упругости перекроет выходное отверстие водосборника. После устранения аварии приводят в действие водопонизительные скважины и заново осушают зону, окружающую затопленный участок.

На фиг.1 схематически изображен тоннель метрополитена в аварийном состоянии в момент выхода воды в заобделочное пространство; на фиг.2 - поперечное сечение параллельных тоннелей с водосборниками при нормальных условиях эксплуатации.

Для осушения тоннелей 1 и 2 в наиболее опасном участке, который расположен в месте наибольшего залегания, предусматривают водосборники 3 и 4 и определяют уровни их заполнения: нормальный за счет сточных вод, которые могут быть удалены насосами системы водоотлива; аварийный уровень, который может быть превышен при выходе из строя системы водоотлива, или поступление воды внутрь тоннеля окажется столь стремительным, что даже исправная система окажется неэффективной. На этом аварийном уровне укрепляют химические источники 5 и 6 тока, которые одновременно служат и датчиками уровня, так как могут действовать, т.е. генерировать постоянный ток только при появлении воды между их электродами. Выходы датчиков 5 и 6 по отдельности присоединены к приводам 7 и 8 постоянного тока, с помощью которых можно открыть подпружиненные клапаны 9 и 10 для сообщения выходных отверстий в стенках водосборников 3 и 4 с заобделочным пространством.

Условием эффективного применения изобретения является наличие зоны 11 осушения, которую создают с помощью водопонизительных скважин 12 и 13, приводимых в действие насосами 14 и 15, как правило, размещенными на поверхности земли и отводящими извлеченную воду по общему трубопроводу 16 в пункт сброса. Если, например, всасывающее отверстие скважины 12 окажется в естественной полости 17, то после извлечения воды образуется пустой резервуар, объем которого может быть соизмерим с объемом прилегающего участка тоннеля. Общий же объем осушенной зоны 11 практически в несколько раз превышает объем тоннеля, проходящего через эту зону.

В случае аварийного повреждения тоннеля 1, например, на его верхнем участке в образовавшееся отверстие 18 хлынет вода из водоема 19 по наклонному тоннелю (путь воды изображен стрелками). Ясно, что водосборник 3 будет моментально переполнен. Как только между электродами датчика 5 окажется вода, начнется химическая реакция и электрическая энергия поступит на электропривод 7, который переведет подпружиненный клапан 9 в открытое положение, и вода самотеком будет сброшена в поглощающую структуру осушенной зоны 11.

После устранения аварии, вызвавшей переполнение водосборников 3 или 4, уровень воды резко понизится и между электродами их датчиков 5 и/или 6 исчезнет электролит, т.е. вода, что приведет к прекращению подачи тока на электроприводы, которые отпустят клапаны в исходное (закрытое) положение.

Своевременное удаление воды позволит не только предотвратить гибель людей, оказавшихся в затопленном участке тоннеля, но и сохранить механизмы и подвижной состав от агрессивного воздействия этой воды. Проведение восстановительных работ в осушенном тоннеле будет более успешным, чем в затопленном водой. Автономность питания электроприводов 7 и 8 от датчиков - химических источников тока, срабатывающих только при превышении установленного уровня воды в водосборнике, позволит осушить тоннели независимые от сети снабжения электроэнергией метрополитена, источники которой уязвимы для авиации противника.

Использование: осушение аварийно-затопленных тоннелей. Сущность изобретения: сооружают водосборники и устанавливают на уровне аварийного затопления датчики уровня воды. Собирают в водосборники воду и отводят ее за пределы тоннеля. Водосборники сооружают под тоннелями в местах наибольшего залегания воды. При установлении датчиков уровня воды их соединяют с автоматическими электроприводами клапанов на выходных отверстиях стенок водосборников. При сборе воды в водосборниках клапаны открывают и отвод воды самотеком осуществляют в заобделочное пространство тоннелей, которое перед отводом воды осушают. Устройство для осушения тоннелей содержит водосборники с выходными отверстиями и с датчиками уровня воды, которые закреплены внутри водосборников на аварийном уровне воды. Водосборники снабжены автоматическими клапанами, смонтированными на выходных отверстиях. Датчики уровня воды выполнены в виде химических источников тока с электродами, которые срабатывают при погружении их в воду. Автоматические клапаны выполнены подпружиненными с электроприводами, которые соединены проводами с электродами. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

СПОСОБ ОСУШЕНИЯ ТОННЕЛЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.