隧道衬砌背后水压、流速动态监测及疏导引排方法与流程

本发明涉及公路隧道建设及运营养护技术领域，具体涉及隧道衬砌背后水压、流速动态监测及疏导引排方法。

背景技术：

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

隧道防排水工程是隧道建设及运营期一项重要工作，隧道渗漏水是运营期隧道的主要病害之一，有十隧九漏的说法。目前，现有的隧道环向排水系统较为单一，主要为环向弹簧盲管，盲管覆盖面积较小，没有集流功能，隧道衬砌背后水流不能有效地流入纵向排水管内部；隧道背贴式止水带往往仅用于隧道施工缝、沉降缝处防水处治，无导流功能，当背贴式止水带施工质量较差时，衬砌背后流水往往通过施工缝渗入到隧道内部。

在突降暴雨等极端气象灾害时，由于隧道防水系统饱和运转，衬砌背后积水无法及时排出，水压力短时间内急剧增大，隧道衬砌承受较大的水压力，往往会导致隧道衬砌开裂、防水板失效，此时处治方案通常为在衬砌中钻孔排水，以此减小衬砌背后的水压力，但钻孔会导致衬砌结构性损伤；同时当隧道运营时间较长后，纵向排水系统往往出现局部堵塞现象，导致过水断面减小，排水能力大大降低，亦会导致隧道衬砌背后水压增大，导致排水系统损坏，由于隧道背后排水系统位于隧道衬砌内部，排水管堵塞位置难以发现，因此不能及时清理堵塞物。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供隧道衬砌背后排水系统水压、流速动态监测及疏导引排方法。

为解决以上技术问题，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

本发明的一方面提供了一种隧道衬砌背后水压、流速动态监测及疏导引排系统，包括：环向导流排水系统、纵向排水系统和水压-流速监控系统，其中，

所述环向导流排水系统设置于隧道初期支护结构与隧道二次衬砌之间，包括若干个环向排水管，分布于隧道的长度方向，每个环向排水管均沿隧道的环向设置；环向排水管包括排水主管和若干个引流管，引流管成分支状分布于排水主管的长度方向，排水主管内设置有主管弹簧，引流管内设置有引流管弹簧；

纵向排水系统，沿隧道的纵向设置，设置于隧道初期支护结构与隧道二次衬砌之间，包括纵向排水管和疏通结构，疏通结构包括设置于纵向排水管内部的若干个动子和设置于纵向排水管上的排污结构，动子运动，将纵向排水管中的污物运送至排污结构处排出；环向排水管与背贴式止水带均与纵向排水管连接；

水压-流速监控系统，为若干个，分布于纵向排水管的不同位置处，包括连接管线和监测洞室，连接管线的一端与纵向排水管连接，另一端向上延伸至监测洞室，该端设置的显示器分别与连接管线内设置的流速传感器和压力传感器连接，所述监测洞室设置观察口；

动子与水压-流速监控系统对应设置。

本发明的第二方面提供了一种隧道衬砌背后水压、流速动态监测及疏导引排方法，包括如下步骤：

衬砌背后的渗水在环向排水管的多个引流管的引流作用下进入排水主管中，并通过排水主管进入纵向排水管中，由纵向排水管排出隧道；

当纵向排水管内部发生堵塞时，流速传感器和压力传感器将异常信号传出，然后对疏通结构中的动子施加作用力，使其在纵向排水管中定向移动，将纵向排水管中的污物推至排污结构处，将纵向排水管疏通。

与现有技术相比，本发明的以上一个或多个实施例的有益效果为：

1、水压-流速监控系统沿纵向排水管的长度方向进行分布，且与动子的位置相对应设置，实现了对隧道的分区域监控、分区域疏通，准确定位淤积段落并及时进行清淤工作，更容易实现隧道的运营维护；

2、环向导流排水系统的环向排水管上设置有多个分支引流管，可以将大范围的渗水引流至环向排水管内，有利于提高衬砌背后集水的排水能力。

3、水压-流速监控系统可以对纵向排水管中的水压、流速进行监控，可以根据水压流速的变换，判断暴雨等突发状况时排水系统是否处于满荷载状态运行，以此判断是否通过接入其他排水管道将衬砌背后的水流引入路侧边沟或隧道洞外。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明实施例的隧道衬砌背后水压、流速动态监测及疏导引排系统的主视图结构示意图；

图2是本发明实施例的隧道衬砌背后水压、流速动态监测及疏导引排系统的侧面展开图结构示意图；

图3是本发明实施例的背贴式止水带的结构示意图；

图4是本发明实施例的背贴式止水带的局部放大图；

图5是本发明实施例的环向排水管的主视图结构示意图；

图6是本发明实施例的环向排水管的俯视图结构示意图。

图中：

1、水压-流速监控系统，1-1、压力传感器，1-2、流速传感器，1-3、显示器，1-4、开关阀，1-5、消防管接头，1-6、监测洞室，1-8、接线预留管；

2、背贴式止水带，2-1、侧边导流管，2-2、侧边导流孔，2-3、中心导流管，2-4、中心导流孔，2-5、导流肋；

3、环向排水管，3-1、主管弹簧，3-2、引流管，3-3、引流管弹簧；

4、纵向排水管，4-1、检查井，4-2、滑轮固定轴，4-3、动子，4-4、拖拽绳索，4-5、绳索连接环，4-6、收线器；

5、横向排水管；

6、四通连接器，6-1、四通连接器固定环；

7、三通连接器，7-1、三通连接器固定环；

8、检修道，9、电缆沟，10、电缆沟托架，11、通讯管道，12、隧道二次衬砌，13、隧道初期支护，14、隧道路面，15、路侧边沟。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本发明的一方面提供了一种隧道衬砌背后水压、流速动态监测及疏导引排系统，包括：环向导流排水系统、纵向排水系统和水压-流速监控系统，其中，

所述环向导流排水系统设置于隧道初期支护结构与隧道二次衬砌之间，包括若干个环向排水管，分布于隧道的长度方向，每个环向排水管均沿隧道的环向设置；环向排水管包括排水主管和若干个引流管，引流管成分支状分布于排水主管的长度方向，排水主管内设置有主管弹簧，引流管内设置有引流管弹簧；弹簧对软管进行加强，可以避免隧道支护将软管挤压变形，保证顺利排水。

纵向排水系统，沿隧道的纵向设置，设置于隧道初期支护结构与隧道二次衬砌之间，包括纵向排水管和疏通结构，疏通结构包括设置于纵向排水管内部的若干个动子和设置于纵向排水管上的排污结构，动子运动，将纵向排水管中的污物运送至排污结构处排出；环向排水管与背贴式止水带均与纵向排水管连接；

水压-流速监控系统，为若干个，分布于纵向排水管的不同位置处，包括连接管线和监测洞室，连接管线的一端与纵向排水管连接，另一端向上延伸至监测洞室，监测洞室内设置的显示器分别与连接管线内设置的流速传感器和压力传感器连接，所述监测洞室设置观察口；

动子与水压-流速监控系统对应设置。

在一些实施例中，所述引流管的上侧的侧壁上设置有若干个通孔，通孔沿引流管的长度方向分布。这些通孔可以将引流管覆盖范围内的积水较为彻底地引流至排水主管中。

进一步的，若干个引流管分布于排水主管的两侧，两侧的引流管相错分布。

进一步的，引流管相对于排水主管斜向上设置。

更进一步的，引流管与排水主管之间的夹角为30°-60°。便于将流入引流管的水引流至排水主管中。

在一些实施例中，纵向排水管的长度方向上设置有若干个检查井，相邻两个检查井之间的纵向排水管段内设置有一个动子，每个检查井内均设置有一个牵引结构，两个检查井内的牵引结构分别通过绳与动子的相对的两端连接。

在对某一段纵向排水管进行疏通时，相邻两个检查井内的牵引结构同时进行相反动作，使定子朝一个方向移动，将纵向排水管内的污堵推至检查井内，通过检查井排出。将污堵排净后，相邻两个检查井内的牵引结构的动作反转，再将定子反向拉动，反复排污或将动子拉至原来的位置处。

进一步的，还设置有横向排水管，横向排水管设置于隧道路面的内部，横向设置，其一端与纵向排水管连接，另一端延伸至隧道外。

由于在纵向排水管内设置了动子，会对纵向排水管内的水流起到一定的阻碍作用，通过设置横向排水管，可以将过多的水流及时排出。

在一些实施例中，还包括若干个背贴式止水带，均设置于隧道的裂缝处，每个背贴式止水带包括本体和导流层，导流层附着于本体上，本体的两侧均设置有侧边导流管，侧边导流管上设置有若干侧边导流孔；导流层内设置有中心导流管，中心导流管上设置有若干中心导流孔；

侧边导流管与中心导流管均与纵向排水管连接。

背贴式止水带止水的位置如果发生渗水，渗出的水可以通过导流孔进入导流管内，并通过导流管流入纵向排水管中，便于将该部分渗水进行有效收集，防止渗水流入隧道内。

进一步的，中心导流管与侧边导流管之间连接有导流肋，导流肋倾斜向下设置。导流肋可以将围岩水引入背贴式止水带的中心导流管处，并通过中心导流孔进入中心导流管内。

在一些实施例中，水压-流速监控系统中，连接管线位于监测洞室内的一端设置有消防管接头。当工作人员根据检测得到的流速和压力信号得知排水系统满负荷运行时，可以在消防管接头上接上消防管道，将衬砌背面积水顺利排出。

本发明的第二方面提供了一种隧道衬砌背后水压、流速动态监测及疏导引排方法，包括如下步骤：

衬砌背后的渗水在环向排水管的多个引流管的引流作用下进入排水主管中，并通过排水主管进入纵向排水管中，由纵向排水管排出隧道；

当纵向排水管内部发生堵塞时，流速传感器和压力传感器将异常信号传出，然后对疏通结构中的动子施加作用力，使其在纵向排水管中定向移动，将纵向排水管中的污物推至排污结构处，将纵向排水管疏通。

在一些实施例中，还包括利用背贴式止水带将缝隙渗水导送至纵向排水管的步骤。

进一步的，隧道的缝隙渗水通过侧边导流孔进入侧边导流管中，未流入侧边导流管内的水在导流肋的导流作用下流向中心导流管，并通过中心导流孔进入中心导流管内。

实施例

如图1和图2所示，本实施的隧道衬砌背后水压、流速动态监测及疏导引排系统，由环向导流排水系统、水压-流速监控系统、纵向排水系统、横向排水系统以及疏导系统组成,其中环向排水系统、横向排水系统、水压-流速监控系统1可以通过四通6或三通7与纵向排水管连接。

如图5和图6所示，环向排水系统由背贴式止水带2与环向排水管3组成，若干个环向排水管3，如2个、3个、4个、5个或更多个，根据隧道的长度和具体的施工环境确定具体的数量，分布于隧道的长度方向，每个环向排水管3均沿隧道的环向设置；环向排水管3包括排水主管和若干个引流管3-2，引流管的数量可以为5个、10个、15个、20个等，引流管3-2成分支状分布于排水主管的长度方向，排水主管内设置有主管弹簧3-2，引流管3-2内设置有引流管弹簧3-3。引流管分布于排水主管的两侧，两侧的引流管相错分布，引流管相对于排水主管斜向上设置，引流管与排水主管之间的夹角为30°-60°，如30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°。

如图3和图4所示，背贴式止水带为多个，如2个、3个、4个、5个或更多个，根据隧道的长度和具体的施工环境确定具体的数量，均设置于隧道的裂缝处，每个背贴式止水带包括本体和导流层，导流层附着于本体上，本体的两侧均设置有侧边导流管2-1，侧边导流管2-1上设置有若干侧边导流孔2-2；导流层内设置有中心导流管2-3，中心导流管3-2上设置有若干中心导流孔2-4；侧边导流管2-1与中心导流管2-3均与纵向排水管4连接。中心导流管2-3与侧边导流管2-1之间连接有导流肋2-5，导流肋2-5倾斜向下设置。

水压-流速监控系统1，为若干个，如2个、3个、4个、5个或更多个，分布于纵向排水管的不同位置处，包括连接管线和监测洞室1-6，连接管线的一端与纵向排水管4连接，另一端向上延伸至监测洞室1-6，监测洞室1-6内设置的显示器1-4分别与连接管线内设置的流速传感器1-2和压力传感器1-1连接，所述监测洞室1-6设置观察口；连接管线位于监测洞室内的一端设置有消防管接头1-5。当突发暴雨等极端天气时，若排水管流速正常，此时可以通过水压监控系统时时查看排水系统内水压分布状况，将消防管连接到消防管接头1-5中，增加排水通道，将水通过明管排入到隧道路侧边沟或隧道洞外，以此减小衬砌背后水压，避免衬砌钻孔带来的衬砌结构性损伤。

在隧道二次衬砌12内预埋管路以及监测洞室1-6，预埋管路与纵向排水管4通过三通7连接，在预埋管路中放置压力传感器1-1，通过电路连接到电缆沟9中的通信电缆，并传输到隧道监控室，以此时时监控隧道背后衬砌水压力；在预埋管底端放置流速传感器1-2，通过电路连接到隧道监控室，可以时时监控隧道纵向排水管的水流流速。

对压力及水流监控系统进行编号，定位其所对应的隧道位置，便于隧道运营养护时检修定位，隧道定期巡检时也可通过压力流速显示器1-3观察实时数据；正常情况下当纵向排水管4或横向排水管5发生阻塞时，衬砌背后水流不畅，砌背后水压力增大，此时可以通过水压、流速监控系统查看堵塞发生的位置。

纵向排水系统，由纵向排水管4、检查井4-1、滑轮固定轴4-2、动子4-3、拖拽绳索4-4、绳索连接环4-5、收线器4-6等组成，动子4-3的相对的两端均设置有绳索连接环4-5，收线器4-6安装在滑轮固定轴4-2上，整个牵引装置安装于检查井4-1内，拖拽绳索4-4缠绕在收线器4-6上。

纵向排水管的长度方向上设置有若干个检查井，相邻两个检查井之间的纵向排水管段内设置有一个动子，每个检查井内均设置有一个牵引结构，两个检查井内的牵引结构分别通过绳与动子的相对的两端连接。

当确定堵塞位置时，可以通过动子4-3对排水管进行疏通，保证排水管的通畅；在对某一段纵向排水管进行疏通时，相邻两个检查井内的牵引结构同时进行相反动作，使定子朝一个方向移动，将纵向排水管内的污堵推至检查井内，通过检查井排出。将污堵排净后，相邻两个检查井内的牵引结构的动作反转，再将定子反向拉动，反复排污或将动子拉至原来的位置处。

背贴式止水带，均设置于隧道的裂缝处，每个背贴式止水带包括本体和导流层，导流层附着于本体上，本体的两侧均设置有侧边导流管，侧边导流管上设置有若干侧边导流孔；导流层内设置有中心导流管，中心导流管上设置有若干中心导流孔；

侧边导流管与中心导流管均与纵向排水管连接。中心导流管与侧边导流管之间连接有导流肋，导流肋倾斜向下设置。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。