隧道衬砌排水系统的制作方法

本申请涉及岩土工程领域，尤其涉及一种隧道衬砌排水系统。

背景技术：

城市轨道交通在修建过程中，地质环境越来越复杂。当城市轨道交通穿越硬岩、球状风化体、基岩凸起等不良地质条件时，往往需要采用矿山法修建隧道。该隧道通常采用全包防水模式修建，在隧道衬砌服役期间需要承担全部的水土压力荷载。对于穿越城市内小型山脉的矿山法隧道来说，隧道衬砌上承受的地下水压通常达到几百千帕，如果隧道衬砌采用完全不排水设计，隧道衬砌需要设计的很厚，成本高，耐久性差。而如果隧道衬砌采用完全排水设计，将地下水位降低到隧道以下，则地下水位下降可能对城市生态环境及周边建构筑物安全造成极大威胁，抽排成本也很高。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请实施例期望提供一种隧道衬砌排水系统，解决隧道衬砌排水的技术问题，为解决上述技术问题，本申请实施例的技术方案是这样实现的：

本申请实施例提供一种隧道衬砌排水系统，包括：

集水管路，设置于所述隧道的一次衬砌与二次衬砌之间，用于汇集地下水；

上水管路，所述上水管路的顶端封闭；

下水容器，所述下水容器的顶端与大气连通；

多个横向管路，沿竖直方向分层设置，连通所述上水管路与所述下水容器；

多个第一开关阀，分别设置于所述横向管路上，用于控制相应的所述横向管路的连通或关闭；以及

排水管路，连通所述集水管路与所述上水管路，位于最下层所述横向管路的下方。

进一步地，所述集水管路包括：

沿所述隧道纵向间隔设置的至少两个环向集水管，每个所述环向集水管沿所述隧道环向设置，并与所述排水管路连通。

进一步地，所述集水管路包括纵向集水管，所述环向集水管通过所述纵向集水管与所述排水管路连通。

进一步地，所述环向集水管为软式透水管；

和/或，所述纵向集水管为管壁设置有通孔的高密度聚乙烯管。

进一步地，相邻的两个所述环向集水管之间的距离为2m～10m。

进一步地，所述排水管路包括：

纵向排水管，沿所述隧道的起拱线设置于所述隧道内，与所述集水管路连通；

导水管，连通所述上水管路与所述纵向排水管。

进一步地，所述隧道衬砌排水系统包括设置于所述导水管上的检查井、位于所述检查井两端的至少两个第二开关阀，所述第二开关阀用于控制所述导水管的连通或关闭。

进一步地，所述隧道衬砌排水系统包括设置于所述导水管上的第一水压表，所述第一水压表用于测定所述导水管内的水压。

进一步地，所述隧道衬砌排水系统包括设置于所述横向管路上的第二水压表，所述第二水压表用于测定所述横向管路内的水压。

进一步地，所述下水容器包括：

下水管，所述下水管的顶端与大气连通，所述下水管内的地下水可以排出。

进一步地，所述下水容器包括：

集水池，与所述下水管连通，用于容纳地下水。

本申请提供的隧道衬砌排水系统，隧道衬砌排水系统形成一个连通器，通过分层设置的横向管路可以调节地下水水位高度，从而实现地下水限制性排放，避免隧道衬砌采用完全排水设计，地下水位降低到隧道以下带来的安全风险，也可以避免隧道衬砌采用完全不排水设计，成本高，耐久性差等问题。采用本申请实施例提供的隧道衬砌排水系统，能够根据隧道所在地水文、环境情况调节地下水水位。既可以满足隧道受力设计要求，控制成本，还可以保护生态、确保隧道周边建构筑物安全。

附图说明

图1为现有技术中隧道的结构示意图；

图2为本申请实施中一种隧道衬砌排水系统的结构示意图；

图3为本申请实施例中集水管路与排水管路的结构示意图；

图4为图2中集水管路与排水管路连接示意图。

附图标记说明

隧道1000；空腔1000a；拱脚1000b；拱顶1000c；拱腰1000d；一次衬砌1100；二次衬砌1200；围岩2000；路面3000；集水管路10；环向集水管11；纵向集水管12；子纵向集水管121；上水管路20；下水容器30；下水管31；集水池32；横向管路40；第一开关阀50；排水管路60；纵向排水管61；子纵向排水管611；导水管62；检查井70；第二开关阀80；第一水压表90；第二水压表100；横向排水管路200；三通接头300。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合，具体实施方式中的详细描述应理解为本申请宗旨的解释说明，不应视为对本申请的不当限制。

下面结合附图及具体实施例对本申请再作进一步详细的说明。在本申请的描述中，“上”、“下”、“内”、“外”、“顶”、“底”方位或位置关系为基于隧道正常使用的状态，本申请中使用的“m”指的是国际单位米，“mm”指的是国际单位毫米，“纵向”为隧道延伸的方向，“环向”为隧道周向的方向，需要理解的是，这些方位术语仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

请参见图2，本申请实施例提供一种隧道衬砌排水系统，包括集水管路10、上水管路20、下水容器30、多个横向管路40、多个第一开关阀50以及排水管路60。集水管路10设置于隧道1000的一次衬砌1100与二次衬砌1200之间，用于汇集地下水。上水管路20的顶端封闭。下水容器30的顶端与大气连通。多个横向管路40沿竖直方向分层设置。横向管路40连通上水管路20与下水容器30。多个第一开关阀50分别设置于横向管路40上。第一开关阀50用于控制相应的横向管路40的连通或关闭。排水管路60连通集水管路10与上水管路20。排水管路60位于最下层横向管路40的下方。

请参见图1，现有的隧道1000的衬砌包括设置在围岩2000上的一次衬砌1100和与一次衬砌1100间隔设置的二次衬砌1200。也就是说，一次衬砌1100与二次衬砌1200之间为空腔1000a。为防止地下水进入隧道1000内，在一次衬砌1100与二次衬砌1200之间设置防水层(图未示出)，通常防水层采用防水卷材或防水剂。隧道1000的拱脚1000b指的是隧道1000与路面3000交界处。拱脚1000b沿隧道1000纵向形成的线为起拱线。拱顶1000c指的是隧道1000的顶点。拱腰1000d指的是隧道1000沿拱顶1000c至拱脚1000b的弧长的中点。

集水管路10、上水管路20、下水容器30、多个横向管路40以及排水管路60构成了地下水的流通通道。集水管路10设置于隧道1000的一次衬砌1100与二次衬砌1200之间，即集水管路10设置于一次衬砌1100与二次衬砌1200形成的空腔1000a内。集水管路10汇集的地下水进入排水管路60。通过排水管路60的引流作用，在空间开阔区域设置上水管路20、下水容器30和多个横向管路40等其他结构。例如，若隧道1000为城市轨道交通隧道，则可以将地下水引导至车站所在地，具体的，例如车站阳角位置。若隧道1000为山岭隧道，则可以将地下水引导至隧道1000外的开阔区域。排水管路60内的地下水进入上水管路20，上水管路20内的地下水通过横向管路40进入下水容器30。由于下水容器30的顶端与大气连通，则每个横向管路40在其对应的第一开关阀50打开时，横向管路40与大气连通。隧道衬砌排水系统形成为连通器。多个横向管路40沿竖直方向分层设置，也就是说，多个横向管路40由下至上分层设置，通过控制位于不同高度的横向管路40的连通或关闭，来调节地下水水位的高度，实现地下水环境的动态平衡，从而达到限制排放地下水的目的。

下面对隧道衬砌排水系统通过连通器原理限制性排放地下水的原理进行说明。示例性的，设定最下层横向管路40距离基准面的高度为h1，与最下层横向管路40相邻的第二层横向管路40距离基准面的高度为h2。当需要控制地下水水位高度为h2时，打开第二层横向管路40相应的第一开关阀50，关闭最下层横向管路40相应的第一开关阀50。此时，位于第二层横向管路40上方的横向管路40可以连通也可以关闭。第二层横向管路40与大气连通。由于地下水为流动的水液，当地下水水位高度高于h2时，地下水的压强大于第二层横向管路40内的水液的压强，此时，地下水向下水容器30内流动，直到地下水水位的高度等于h2，地下水的压强等于第二层横向管路40内的水液的压强，此时，地下水停止流动。如此，控制地下水水位的高度等于h2。当需要控制地下水水位高度为h1时，打开最下层横向管路40相应的第一开关阀50，第二层横向管路40上的第一开关阀50和位于第二层横向管路40上方的横向管路40相应的第一开关阀50可以关闭也可以打开。最下层横向管路40与大气连通，当地下水水位高度高于h1时，地下水的压强大于最下层横向管路40内的水液的压强，地下水向下水容器30流动，直到地下水水位的高度等于h1，地下水的压强等于第二层横向管路40内的水液的压强，此时，地下水停止流动。如此，控制地下水水位的高度等于h1。当需要将地下水水位的高度从h1升高至h2时，可以关闭最下层横向管路40相应的第一开关阀50。打开第二层横向管路40相应的第一开关阀50，从而将地下水水位的高度从h1升高至h2。可以理解的是，上述仅为示例性说明，多个横向管路40可以设置3个、4个、5个等，具体根据隧道1000水文、环境条件进行设定，本申请实施例并不对横向管路40的个数进行限制。通过多个横向管路40控制地下水水位高度的原理与上述原理相同，在此不再赘述。

本申请实施例提供的隧道衬砌排水系统，隧道衬砌排水系统形成连通器，可以通过分层设置的多个横向管路调节地下水水位高度，从而实现地下水限制性排放。避免隧道衬砌采用完全排水设计，地下水位降低到隧道以下带来的安全风险，也可以避免隧道衬砌采用完全不排水设计，成本高，耐久性差等问题。采用本申请实施例提供的隧道衬砌排水系统，能够根据隧道所在地水文、环境情况调节地下水水位高度，实现地下水环境的动态平衡。既可以满足隧道受力设计要求，控制成本，还可以保护生态、确保隧道周边建构筑物安全。

本申请一实施例中，请参见图3，集水管路10包括沿隧道1000纵向间隔设置的至少两个环向集水管11。每个环向集水管11沿隧道1000环向设置，并与排水管路60连通。环向集水管11用于汇集地下水。环向集水管11沿隧道1000环向设置，环向集水管11与地下水有较大的接触面积，便于环向集水管11汇集地下水。至少两个环向集水管11沿隧道1000纵向间隔设置，进一步加强集水功能，便于地下水快速通过环向集水管11进入排水管路60。

本申请一实施例中，请参见图3，集水管路10包括纵向集水管12。环向集水管11通过纵向集水管12与排水管路60连通。在一具体实施例中，纵向集水管12沿隧道1000纵向设置。进一步地，纵向集水管12与地面3000的距离为0.4m～0.6m。例如0.4m、0.5m、0.6m。由于地下水在重力作用下易聚集在隧道1000的拱脚1000b处，此种设计，便于汇集积留在隧道1000的拱脚1000b处的地下水，还便于环向集水管11内的地下水流向纵向集水管12，纵向集水管12内的水流向排水管路60。纵向集水管12与排水管路60更容易连通，降低施工难度。在另一具体实施例中，纵向集水管12为多个，每个纵向集水管12的两端连通环向集水管11。多个纵向集水管12沿隧道1000环向设置。如此，增加纵向集水管12与地下水的接触面积，进一步增强集水管路10的集水功能。

本申请一实施例中，环向集水管11为软式透水管。软式透水管具有孔隙直径小、透水性好、抗压耐拉强度高、使用寿命长、耐腐蚀、抗微生物侵蚀性好、质地柔软等特性，便于折弯、集水、排水。在另一实施例中，环向集水管11也可以为硬式透水管。

本申请一实施例中，纵向集水管12为管壁设置有通孔的高密度聚乙烯管。通孔便于地下水进入高密度聚乙烯管内。进一步地，可以在高密度聚乙烯管的外壁面设置透水土工布。透水土工布避免杂质堵塞通孔。

本申请一实施例中，请参见图3，相邻的两个环向集水管11之间的距离为2m～10m。此种设计，相邻的两个环向集水管11之间的距离设定合理，既可以保持环向集水管11具有较好地汇集地下水的能力，也可以避免设置过多环向集水管11造成管路冗余，减小施工难度。示例性的，按照围岩2000性质(请参见图1)，ⅴ级围岩的条件下，相邻的两个环向集水管11之间的距离为2m。ⅳ级围岩的条件下，相邻的两个环向集水管11之间的距离为5m。ⅲ级围岩的条件下，相邻的两个环向集水管11之间的距离为10m。进一步地，还可以在隧道1000的每个施工缝附近设置环向集水管11。

本申请一实施例中，请参见图2，排水管路60包括纵向排水管61和导水管62。纵向排水管61沿隧道1000的起拱线设置于隧道1000内。纵向排水管61与集水管路10连通。导水管62连通上水管路20与纵向排水管61。此种设计，便于集水管路10内的地下水进入纵向排水管61内，还便于施工。

本申请一实施例中，请参见图2，隧道衬砌排水系统包括设置于导水管62上的检查井70、位于检查井70两端的至少两个第二开关阀80。第二开关阀80用于控制导水管62的连通或关闭。检查井70不仅可以用于检修隧道衬砌排水系统，还具有沉淀泥沙的作用。

本申请一实施例中，请参见图2，隧道衬砌排水系统包括设置于导水管62上的第一水压表90。第一水压表90用于测定导水管62内的水压。通过第一水压表90及时测定导水管62内的水压，便于随时监控隧道衬砌排水系统内地下水流动情况。需要说明的是，第一水压表90也可以为多个，多个第一水压表90可以设置在检查井70两端。

本申请一实施例中，请参见图2，隧道衬砌排水系统包括设置于横向管路40上的第二水压表100。第二水压表100用于测定横向管路40内的水压。通过第二水压表100及时测定横向管路40内的水压，便于随时监控横向管路40内地下水流动情况。

本申请一实施例中，请参见图2，下水容器30包括下水管31。下水管31的顶端与大气连通。下水管31内的地下水可以排出。下水管31体积较小，便于在有限的空间内设置。例如，在城市交通线路隧道等空间狭窄的地域设置，也便于在山岭隧道等地面崎岖的地域设置。如此，使得隧道衬砌排水系统占有的空间更小。下水管31内的地下水可以引流排出至城市交通线路隧道的废水泵房或山岭的天然沟渠。

本申请一实施例中，请参见图2，下水容器30包括集水池32。集水池32与下水管31连通。集水池32用于容纳地下水。集水池32内的地下水可根据水质检测情况用作消防用水或其他用途，也可以排到城市交通线路隧道的废水泵房作废水处理。

在一具体实施例中，请参见图4，纵向集水管12可以包括多个子纵向集水管121。纵向排水管61包括多个子纵向排水管611。隧道衬砌排水系统包括横向排水管路200。纵向集水管12与纵向排水管61通过横向排水管路200连通。示例性的，两个子纵向集水管121与横向排水管路200之间可以通过三通接头300连接。两个子纵向排水管611与横向排水管路200之间也可以通过三通接头300连接。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不仅限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。