专利名称：地下工程经络防排水结构及施工方法
技术领域：
本发明属于地下工程技术领域，尤其涉及地下工程防水排水施工方法地下工程如果没有好的防水隔潮条件，其后果将是·地下工程服务寿命大大缩短；·地下工程使用工艺性能丧失地下水渗漏，空间潮湿，设备物资锈蚀、发霉、腐烂，工作人员感到不适，抵抗力降低，易患疾病等等。
·地层中的氡(Rn)沿地下水渗漏孔道泄冒于地下空间，产生蓄积后，是致使人类患肺癌的罪魁祸首。
地下工程防水问题一直是技术难题，据不完全统计，已建地下工程约有70％左右不同程度的渗漏和潮湿问题，新建的许多地下工程，在这方面的失败教训不在少数；最头痛的是一旦出现问题，即使花费巨大人力、物力维修整治，也极困难，且极少有奏效的。
国外地下工程防水问题也不少，美国华盛顿地下铁道车站也存在渗漏问题。近十年来，国外在地下工程渗漏防治上比较重视也获得较好的成效。
现有技术复合式衬砌在防水和结构耐久性方面存在的问题
在大瑶山铁路隧道中引进日本的复合式衬砌(锚喷一次支护和模注现浇二次衬砌中夹1.5～2.0mm厚软聚氯乙烯PVC和1.0～1.5mm厚高低密度聚乙烯PE膜做防水层)，以后在铁路南岭、军都山隧道、北京地铁、深圳梧桐山公路隧道等其他地下工程中使用，收到一定效果。但离使用要求还有较大距离。其具体步骤和做法如下在地下工程或隧道的开挖临空面上，采用锚喷网支护技术，完成一次支护(锚喷网中设钢筋隔栅或型钢......)，在一次支护上铺设PVC或PE防水膜，此工艺和方法有以下几个问题·作为施工期间中支撑地下工程全部围岩压力和荷备的一次支护，其表面是凹凸不平的，喷混凝土自身因工艺原因，无法具备所要求的抗渗能力；·聚氯乙烯和高、低密度PE防水膜组成的防水层，要经过大量的铺设，接缝焊接，固定，以及焊缝固定质量检测等操作工艺，难以保证大量人为手工操作的质量；·铺设好的防水膜，很难抵御后续施工中的钢筋头的穿刺撞击；·已铺设好的防水膜，在二次摸注混凝土浇注时压力作用下易被凹凸不平的一次支护的挤破而损害；·一次支护终凝前，因重量关系与开挖临空面存在空隙，虽可注浆填塞，但难以全部解决问题，仍存在地下水的蓄积，成为渗漏源。
在一次支护上铺贴的防水膜完工后，立摸浇注二次衬砌(混凝土或钢筋混凝土)结构。此施工步骤完成后，即完成了将防水膜(防水层)夹在一次支护和二次衬砌中间，三者成为一复合式衬砌结构。此步工艺和方法又有以下几个问题·由于一次支护不具有抗渗功能，一旦防水层存在问题，地下水将浸过防水膜渗流并漫布于整个二次衬砌外侧，随即从二衬薄弱环节，及三缝中渗漏于地下工程内......；·由于防水层将一次支护和二次衬砌分离成两张皮，受力时，复合式衬砌难于共同作用，与设计时要求的受力功能不一致；·防水层处于一次支护和二次衬砌之间，永久将一次支护隔置于地下水之中，而一次支护又无防水功能，其中的钢筋、钢筋网，以及钢筋隔栅、型钢等将逐步锈蚀......，一次支护结构将全部消失，这是复合式衬砌存在的一大隐患。
·复合式衬砌中的一次支护耐久性存在问题，在今后抗突发性荷备情况下，二次衬砌难以承受复合式衬砌预计的荷载。
地下工程引起地下空间周边一定范围内水的渗流场规律变化的特点·地层(含岩体和土层)中，未开挖前，水的渗流是有规律的。
·当建设地下空间，形成空间周边在临空周边一定深度范围内，水的原有渗流规律完全被扰乱。
·地下水在重力场的作用下，总是由高往低、走最近、阻力最小的通道渗流，因此常常是多数渗流都选择最近的地下空间周边临空面流出。
给地下工程造成地下水的多处渗漏，恶化地下空间的使用环境。
针对以上水的渗流变化特点，本发明采用以下技术构思·用多种高性能、优质防排组件、材料；·与地下工程支护结构巧妙复合；·形成防、排、截、堵的综合治理措施；
·做到刚柔相济、多道防线，使得地下空间临空周边一定深度内已紊乱的渗流场，调整为通道既有序又畅通的人工渗流场。
·人工渗流场在支护结构外侧形成不蓄积、从拱部支护外侧自流至侧墙支护外侧，再排至墙脚排水沟，最后油泵排出洞外。
·以上整个过程中，经络防排水体系不仅保证全部地下水不透过地下结构空间周边临空面而渗漏。而且最大限度内控制地下水不向地下结构空间内蒸发，起到有效的既防水又隔潮的作用。
地下工程经络防排水结构主要由拱部结构和侧墙结构两部分组成。其组合简图详见(
图1)。
拱部经络防排水结构即拱部经络防排水组件的设置·沿拱形横向布置微型柔性透水管组3，每组5根并列，管径由拱部地下水量决定，中-中间距(每组中间根至邻组中间根)500mm，构成拱部的拱状线型“经”。
·紧贴拱部围岩开挖临空面11铺设双布-膜复合土工组件，双布即从双层涤纶针刺无纺布，一膜即聚乙烯PE膜，双布中的上层涤沦针刺无纺布2和下层涤纶针刺无纺布41中夹微型柔性透水管组3，一膜为1.0～1.5mm厚、高、低密度聚乙烯PE膜51。此双布一模构成拱部的拱状面型“络”。双布一膜复合土工组件2、41、51可形成独立商品，也利于施工操作。
侧墙经络防排水结构，即侧墙经络防排水组件的设置·沿侧墙围岩开挖临空面12竖直方向布置柔性透水管12，根据自拱部排出的水量采用Φ50～150管径，管间距500mm，构成侧墙的直线状线型“经”。
·紧贴柔性透水管12铺设一布一膜土工组件，一布即为单层涤沦针刺无纺布42，一模为1.0-1.5厚、高、低密度聚乙烯PE膜52，构成侧墙的平板状面型“络”。一布一膜组件也同样可形成独立商品。方便施工。拱和侧墙经络防排水结构中线型经的连接·拱部拱状线型“经”透水管3与侧墙的直线状线型“经”透水管12在拱脚与墙顶的起拱线处会合。
·通过在沿水平纵向起拱线方向布置的、起汇集、缓冲调济作用的柔性透水管13(直径由地下水量大小确定，但透水管13的直径必须＞透水管12)侧墙透水管用透水三通管14插入方式完成拱部和侧墙线型“经”的连接。见(图2)。侧墙竖直线型“经”与侧墙脚排水沟的连接·纵向间距500mm的柔性透水管12，直接插入侧墙脚排水沟内，以卡环固定于排水沟钢筋混凝土顶板上。
·透水管12穿过排水沟顶板后应伸出50mm的长度余量。排水沟顶板应预制有可卸盖板，间距2000，以便定期维护清理沟内杂物、泥沙。拱和侧墙经络防排水结构拱状与平板状面型络的固定与连接·拱部的无纺布2、无纺布41以及侧墙的无纺布42，与围岩开挖临空面11、临空面12这样固定当围岩为土层或软弱地层时，无纺布2、无纺布41和无纺布42用凿孔下塑料胀管，设置与PE膜同材质的PE圆形垫衬片，用平头螺丝紧固，使无纺布牢靠固定在临空面11、临空面12上，再应用电热传导方式，以特制压焊头，将PE膜51、PE膜52热合固定于PE圆形垫衬片上，在PE膜51和PE膜52上实现无钉孔连接。
当围岩为岩石时，则直接采用带有专用贴结胶膜将无纺布及PE垫衬片与岩石围岩拱和墙的临空面11、12粘结。再将PE膜51、PE膜52热合固定于PE垫衬片上。
·拱状与平板状面型络的连接主要是拱部的无纺布41、PE膜51与侧墙的42、52相同材料本身热合连接。
·拱部和侧墙的PE膜的连接位置选择在起拱线上500mm处或下500mm处，错开线型经透水管3和经透水管12汇合处，设备采用国产自爬行热合机熔为一双焊缝，中间的空腔用于充气检查。本发明有益效果1.拱部经络防排水功能显著PE膜有法向防水，无纺布有平面排水功能，双布和PE膜构成面状络，将拱部的地下水汇集到五根拱状线经微型柔性管3内，并自流到起拱线水平纵向布置的柔性透水管13内。
2.侧墙经络防排水功能显著墙顶与拱脚处的水平透水管13，汇集和缓冲拱部流入的地下水，并将地下水导入紧贴侧墙围岩开挖临空面12布置的竖向柔性透水管12，同时侧墙中的一布(涤纶针刺无纺布42)一膜(聚氯乙烯PE膜52)复合土工组件无纺布42、无纺布52，也起到收集侧墙地下水，并流入竖向柔性透水管12内，再自流至墙脚处排水沟15内，由泵排出地下工程之外。
拱墙两部分的经络防排水体系的结构构造、施工工艺和方法保证防水层设置在地下工程支护结构外侧，既做在支护结构的迎水面，保证地下水不产生蓄积，并能畅通的由拱墙经络体系排走，保护地下工程支护结构不受到地下水的侵蚀。
3.水泥基渗透型防水水泥浆、防水沙浆、聚氨酯/聚尿弹性层在经络防排水体系中的作用显著水泥基渗透型防水水泥浆能堵塞好喷混凝土中的全部毛细孔和裂缝，将无抗渗性能的喷混凝土改造成为一道可靠的刚性防水屏障，堵截地下水不能穿过喷混凝土层，迫使地下水至经络防排水组件和柔性透水管排走。
4.防水砂浆作用有三个·克服喷混凝土表面至凹凸不平的缺陷，如，能减少地铁列车运行之气流阻力；·便利喷涂聚氨酯弹性层11，增加美观，节约喷层厚度，降低造价；·增加一道刚性防水层；5.喷涂1.0～1.5厚聚氨酯聚尿弹性层的作用与受喷面有极好的粘结力，10-30秒即可成膜，背水面也具极好的防水隔潮功能，又耐磨耐老化以及优良的延伸率，可在受震动特殊情况下，弥补刚性防水层产生裂缝后，防止渗漏和隔潮，且具涂装作用，真正起到刚柔相济，多道防线的防水隔潮作用。
3.布设钢筋网及安设钢筋格栅；4.喷射混凝土；5.涂抹水泥基渗透性防水浆(视防水要求而定，防水要求不高时，可以省略)；6.抹10-20厚防水沙浆并压光(有涂装和减少气流阻力要求时)；7.喷涂1.0-1.5厚聚氨脂/聚尿弹性层(有高的防水隔潮涂装要求时)。
对软弱地层中的地下工程及土层中地下工程，其拱部实施工艺流程如图3下部流程所示。
以下结合附图4说明地下工程侧墙经络防排水结构实施流程(高边墙岩体地下工程)1.地下工程侧墙围岩的加固与支护；(对高边墙，除一般锚杆锚固外，还要设置大型预应力长锚索)2.布设侧墙防排水组件；3.安装大型予应力锚索及布设侧墙钢筋网；4.喷射混凝土；5.涂抹水泥基渗透性防水浆，抹10-20mm厚防水砂浆，压光(有涂装和减少空气阻力要求时)；6.喷1.0-1.5mm厚聚氨脂/聚尿弹性层(根据涂装和隔潮要求而定)；对软弱地层及土层地下工程其侧墙经络防排水实施工艺流程如图4下部流程所示。
权利要求
1.地下工程经络防排水结构包括拱部经络防排水结构及侧墙经络防排水结构，其特征在于(1)在拱部沿拱形横向布置微型柔性透水管组；(2)紧贴拱部围岩开挖临空面铺设双布一膜复合土工组件，且上述透水管组夹于双布结构中；(3)沿侧墙围岩开挖临空面竖直方向布置柔性透水管并紧贴透水管铺设一布一膜土工组件。
2.如权利要求1所述地下工程经络防水结构，其特征在于所述拱部柔性透水管组为每组5根并列且每组中间根与临组中间根中一中间距为500mm。
3.如权利要求1所述地下工程经络防水结构，其特征在于所述拱部的双布一膜复合土工组件，双布为上下两层涤纶针刺无纺布，一膜为高低密度聚乙烯PE膜。
4.如权利要求1所述地下工程经络防水结构，其特征在于侧墙柔性透水管管间间距为500mm。
5.如权利要求1所述地下工程经络防水结构，其特征在于侧墙的一布一膜土工组件一布为单层涤纶针刺无纺布，一膜为高低密度聚依稀PE膜。
6.地下工程经络防排水施工方法，其特征在于拱部结构按以下流程实施(1)围岩的加固与支护；(2)布设拱部防排水组件；(3)布设钢筋网及安设钢筋格栅；(4)喷射混凝土；(5)涂抹水泥基渗透性防水浆；(6)涂抹防水沙浆并压光(有涂装和减少气流阻力要求时)(7)喷涂聚氨脂/聚尿弹性层(根据涂装和隔潮要求而定)侧墙结构按以下实施流程(1)围岩的加固与支护；(2)布设防排水组件；(3)安装大型予应力锚索及布设侧墙钢筋网；(4)喷射混凝土，(5)涂抹水泥渗透性防水浆并压光(有涂装和减少空气阻力要求时)(6)喷聚氨脂/聚尿弹性层(根据涂装和隔潮要求而定)
全文摘要
本发明地下工程经络防排水结构及施工方法,针对目前地下工程普遍存在的渗漏和潮湿问题,提出合理的防排水结构及施工方法。在拱部及侧墙采用柔性透水管及双布或单布一膜复合土工组件,并配合涂抹水泥基渗透型防水水泥浆等,形成防水、排水、截水、堵水的综合治理,使得地下空间临空周边一定深度内已紊乱的渗流场调整为通道有序且畅通的人工渗流场。本发明结构组件、材料易于制造,施工方法相对简单,适合目前各类地下工程使用。
文档编号E21D11/38GK1376851SQ0211772
公开日2002年10月30日 申请日期2002年5月14日 优先权日2002年5月14日
发明者何益寿 申请人:何益寿