一种适用于高压富水区隧道减压排水装置的制作方法

本实用新型涉及一种适用于高压富水区隧道减压排水装置。

背景技术：
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隧道的防排水系统是隧道建设、正常使用和安全运营过程中的重要环节，隧道出现渗漏水问题也是国内外工程界面临的一项难题。特别是地下水突出地层、高水压地层的隧道中，良好的排水系统尤为重要，其直接关系到隧道建设的成败及使用功能的发挥。

过去修建的隧道由于在排水理论、排水材料、排水施工工艺及设备等方面都比较落后，因此防排水系统经常会出现下列问题:

围岩中的水由于较多而不能及时排出，导致衬砌渗漏水，影响衬砌结构的安全；防排水施工工艺比较繁琐，各施工工艺之间连接不够好发生渗漏；在高压富水区仰拱下部留有较大的水压，影响仰拱结构的安全。

另外，渗漏水对隧道的安全运营影响很大，渗漏水会影响隧道内附属设备的正常使用和寿命。

技术实现要素：

本实用新型为了解决上述存在的问题提供一种操作简便，降低了隧道顶部的水压力，解决了隧道排水施工工序复杂和排水不畅问题的适用于高压富水区隧道减压排水装置。

为解决上述存在的问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种 适用于高压富水区隧道减压排水装置，包括沿隧道延伸方向布设的复合排水层、排水边沟和至少一个中央排水沟，所述复合排水层设置在隧道初期支护层与隧道二次衬砌层之间，并且复合排水层与隧道二次衬砌层之间通过防水层隔离，所述复合排水层包括拱顶处复合排水层和边墙处复合排水层，所述拱顶处复合排水层的下端通过拱肩处纵向波纹管与边墙处复合排水层的上端连通，所述边墙处复合排水层的下端通过拱脚处纵向连通管与竖向导流圆管连通，所述竖向导流圆管与排水边沟连通，所述排水边沟通过横向导流盲管与中央排水沟连通，所述中央排水沟设置在隧道地面下方，且水平高度低于排水边沟。

所述排水边沟内在排水边沟出水口的上方设有电缆安装箱。

所述拱顶处复合排水层和边墙处复合排水层的结构相同，包括与隧道轴向垂直设置的多根导流半圆管和泥沙过滤层，所述导流半圆管通过泥沙过滤层与隧道初期支护层连接，所述导流半圆管和泥沙过滤层预制成一整体。

所述复合排水层内的多根导流半圆管通过U型管相互连通，所述边墙处复合排水层与防水层之间还设置有与导流半圆管同向布设的多根竖向圆管，所述竖向圆管连通纵向连通管和纵向波纹管。

所述泥沙过滤层由至少一层土工布构成。

所述中央排水沟的底部沿中央排水沟方向按一定间距布设有多根竖向涌水管，在隧道仰拱下方对应设置有渗水层，所述渗水层为圆弧形，所述竖向涌水管的中部与中央排水沟密封连接，所述竖向涌水管的出水端设置在中央排水沟内，进水端贯穿隧道下方的仰拱设置在 渗水层的圆弧形底部，所述竖向涌水管在渗水层内的部分上设有多个用于渗水的孔洞，所述竖向涌水管在中央排水沟内的部分设有出水孔，所述竖向涌水管在出水端上设有带配重的活塞，当竖向涌水管进水端的水压达到设定值时，活塞开启，水从出水孔流入中央排水沟。

所述出水孔设置在竖向涌水管的背水面。

所述隧道底部安装有多个中央排水沟，相邻中央排水沟通过管路相互连通，最外侧的中央排水沟通过横向导流盲管与排水边沟连通。

所述中央排水沟的上方设有多个与隧道内连通的检修通道，所述检修通道与隧道连通一侧开口上设有外盖密封，与中央排水沟连通一侧开口上设有内盖。

由于采用上述结构，本实用新型在高压、富水等条件时，整体预制防排水减压系统和仰拱下部水减压的作用，使隧道围岩、衬砌和仰拱的压力大幅度减小，从而避免了因渗漏水严重而造成路面潮湿、隧道内部设备的锈蚀及仰拱结构的破坏，明显改善了隧道内部的行车环境。

附图说明

图1为隧道的剖视图。

图2为图1A-A处的截面图。

图3为图1B-B处的截面图。

图4为本结构复合排水结构的俯视图。

图5为本结构D处连接细部图。

图6为拱肩处纵向波纹管接口图与图1C-C处截面图。

图7为本结构仰拱处竖向涌水管排水结构。

图8为图1E-E截面处的排水管布置图。

附图中，1、锚杆，2、初期支护层，3、拱顶处复合排水层，4、竖向圆管，5、纵向波纹管，6、二次衬砌层，7、排水边沟，8、横向导流盲管，9、中央排水沟，10、竖向涌水管，11、仰拱，12、大头铆钉，13、外盖，14、渗水层，15、竖向导流圆管，16、导流半圆管，17、纵向连通管，18、土工布层，19、U型管，20、防水板，21、活塞，22、支挡结构，23、孔洞，24、内盖。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

如图1至8所示，具体施工步骤如下：

(1)施做初期支护层。注浆堵水完成后，架立初期支护层工字钢，喷射初期支护层混凝土。初期支护层2混凝土的喷涂应分层进行，在喷至表层时应增加用水量和细集料的含量，至喷射到设计厚度，将初期支护层2表面突出的锚杆头1、钢筋、铁丝等突出物截断或用锤子砸进去，特别的对于锚杆头1在截断时应从螺帽开始预留5mm，之后用砂浆抹平。

(2)铺设拱顶处复合排水层。复合排水层3在工厂预制，把土工布18、导流半圆管16预制装配成一个整体。在施工现场把拱顶处复合排水层3放到防水板台车上进行铺设。铺设时应从隧道拱顶部向两边进行，铺设的方法为密贴法加预留穿心孔法。铺设前按设计预留 穿心孔，穿心孔间距拱圈处0.8m,边墙处1m，按梅花形布置，铺设拱顶处复合排水层3后，通过大头铆钉12将拱顶处复合排水层3固定在初期支护层2上，保证受力良好，上面加橡胶密封圈，如图2和3，导流半圆管16为半圆形的耐腐蚀性PVC管，内部穿有环形且韧性较好的不锈钢丝，使导流半圆管16可小范围的拉伸和压缩，弹韧性比较好，可以承受0.5MPa以上的压力。导流半圆管16之间设有纵向U型管19连通，以平衡每个半圆管的水势。U型管的深度为1.5cm,如图4。导流半圆管16的直径为3cm。

(3)密贴铺设法是在喷混凝土的凹凸部位与拱顶处复合排水层3间压注具有粘结剂作用的充填材料，使拱顶处复合排水层3能够布设在平滑的初期支护层2表面上。本法的优点为可以使排水装置整体很好的铺设在初期支护上，且较牢固。拱顶处复合排水层3只在隧道顶部弧段一定范围内铺设，角度一般为120°，其与边墙处复合排水层的连接是通过拱肩处的纵向波纹管5连接，边墙处复合排水层与拱顶处复合排水层3的结构相同，其结构是把土工布18、导流半圆管16预制为一个整体进行铺设，如图6，然后铺设防水板20，如果所在地区水量非常大，还可以在导流半圆管16的外侧间隔8-10m布置竖向圆管，竖向圆管4直径为8cm,当水量非常大时可以适当加密竖向圆管4的间距，边墙处复合排水层的两端分别连接纵向波纹管5和拱脚处的纵向连通管17，如图5。将隧道拱顶部的水通过边墙处复合排水层和竖向圆管4流到隧道拱脚处的纵向连通管17，再通过竖向导流圆管15排到左右排水边沟7，从而降低了隧道顶部围岩的水压力， 纵向波纹管5和纵向连通管17的直径分别为100mm和120mm,如图1和8。拱脚处竖向导流圆管15的管径比边墙竖向导流圆管4的大并且布设更密，排水边沟7的进水口比出水口低，可以作为沉淀杂物的缓冲沟段使用，并兼有排水功能，且有利于沉淀，保证流到中央排水沟9的水几乎没有沉淀物。可以避免中央排水沟9的堵塞。且当水量非常大时水就可以从中央排水沟9流出。如图1。

(4)相邻拱顶处复合排水层3之间的搭接端用热合机进行焊接，在焊接时为保证焊接质量，宜采用双缝焊接，中间留出2cm左右的检查沟以便检查焊接质量，方法为充气法。各管口之间用卡口螺钉密封的方式连接，如图6。两块预制板之间的重叠搭接长度可为200mm，并且在搭接处应设置工程特制专用胶，复合排水层3的尺寸根据隧道的尺寸、防水板台车的大小和施工条件而定。

(5)浇筑二次衬砌层。防水板20外层为二次衬砌层6。在浇筑二次衬砌层前支模板时应尽量避免触碰拱顶处复合排水层。浇筑时应振捣充分，且一次性浇筑完毕。施工缝、沉降缝、变形缝的防排水可采用复合式防水构造。施工缝采用外贴式止水带和遇水膨胀橡胶止水条来进行防排水。沉降缝、变形缝可以为外贴式防水层+中埋式止水带+填充材料防水。

(6)在高压富水区域，在隧道底部仰拱11内部设置中央排水沟9。如果水量非常大时，中央排水沟9可以左右对称设置两个，本例中只设置一个，中央排水沟9在构造上采用外壁为矩形截面，内壁为直边墙圆弧拱形截面的中空结构，以提高中央排水沟9的承载力，其 断面尺寸应根据隧道长度、地下水渗流量、纵坡，通过水量计算确定，本工法的尺寸：400mm×600mm。中央排水沟9的上面有两个可以打开的上盖，里面的是内盖24，路面上的是外盖13，外盖下面是聚苯乙烯做的缓冲材料，用工程专用胶将外盖与其粘结成一个整体，中间排水沟9如果埋深较浅可每隔50—100m设置检查井，中央排水沟9是在工厂预制好之后运送过来进行施工，内外盖的打开便于除污和维修。左右侧边和底部的孔洞提前预留出来，以便横向导流盲管8的安装。通过横向导流盲管8将中央排水沟9与左右两边的排水边沟7连接，从而将排水边沟7中多余的水排到中央排水沟9内。横向导流盲管8外部用土工布18包裹,横向导流盲管8的直径为120mm。其间距一般为20m，具体可根据水量具体确定，其余部位用开挖隧道的土石材料填埋压实，在其上部浇筑混凝土铺筑路面。排水边沟与中间排水沟应设有高度差，高度差与隧道的坡度相同或稍大。

(7)由于在高压富水区，则仰拱11下部的地下水对仰拱有较大的水压力，当水压力过大时就会对仰拱11结构造成损害，这时就需对仰拱下部的地下水进行排放减压，但又不能排太多，否则会影响隧道结构安全、周围环境及居民生活,在隧道仰拱下方整体铺设有渗水层，所述渗水层为圆弧形，在中间排水沟9内设置竖向涌水管10，竖向涌水管10在中央排水沟9内部通过支挡结构22与中央排水沟9固定密封，竖向涌水管10的进水端设置在仰拱下部渗水层的圆弧形底部，也就是地下渗水集中处，竖向涌水管10贯穿仰拱11以下部分土体、仰拱和中央排水沟，其在仰拱以下的长度可为200mm，在中央 排水沟的长度可为其高度的二分之一左右。竖向涌水管10的上下端均设有直径为10mm的孔洞23，且其外裹有特制耐腐蚀土工布，仰拱未浇筑以前，在仰拱底部用高强多孔混凝土浇筑厚20cm宽100cm的渗水层26，这样当水压较大时仰拱底部的水流就汇集到渗水层26内，通过竖向涌水管排出。顶部出口安装有带配重的活塞21，配重的大小是由仰拱11能够承受的有效压力限定值而定，根据连通器的原理，当水压较大时，仰拱11底部的水将顶着活塞21向上升，水从上端的孔洞23流出，当水压减小时，活塞21在配重的压力下将向下滑动，封闭管道。出水端设置在背水面，可以避免出水孔的堵塞和水的倒流。管子的底部是封闭的，且也有孔洞23，如图1和5，这样当水压较大时水就会通过竖向涌水管10的孔洞23排到中央排水沟9，从而降低了仰拱的压力，竖向涌水管10的材料为特制加厚的不锈钢管，直径为80mm，其与仰拱11和中央排水沟9的连接用特制膨胀耐腐蚀不透水胶密封。中央排水沟靠近路面，其优点是施工方便，便于维修竖向涌水管。竖向涌水管与横向排水波纹盲管在断面上应错开布置，避免水流流淌时相互冲突。

(8)排水边沟的断面尺寸可为200×400mm，在排水边沟靠近路面一侧留有50mm×200mm的不锈钢制阻污网片，其间隔为5m，在高压富水区，应将电缆箱14布置排水边沟里面，运用电阻稍大一点的电缆，这样在输送电力时可以产热，排水边沟的材料应选用导热系数小的材料，电缆箱14应选用导热系数大的材料。由于结冰时从表面开始，所以电缆槽应布置在排水边沟内部靠上。这样就可以用发热电 缆的方法保证排水边沟7排水的通畅。并且在左右边墙的导流管4距离地面2m左右的位置设置一个斜向上的查除淤泥的孔洞。孔洞的直径一般为80mm。其清除堵塞的方法是用高压水进行冲洗。这样则形成一个相对完整的隧道防排水系统。

上述实施例仅仅是清楚地说明本发明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里也无需也无法对所以的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。