隧道防排水系统及施工工艺的制作方法

本申请涉及隧道工程技术领域，尤其是涉及一种隧道防排水系统及施工工艺。

背景技术：

隧道工程的施工过程中，往往涉及到隧道防排水系统的施工。隧道防排水系统是为了保护隧道不易因渗漏水而产生缺陷，致使隧道结构强度降低，严重时甚至危及行车安全而设置的防水和排水措施。隧道防排水系统要求做到“防患于未然”，避免事故后进行补救造成的重大经济损失。

隧道的防水往往通过防水板实现：喷射混凝土等初期支护施作完毕后，内层衬砌施作前，在岩壁大面积铺设防水板进行堵水。防水板铺设固定时需保持一定的松弛度，使得在灌筑内层衬砌混凝土时，塑料板能向凹处变形，避免产生过度张拉和破坏，从而保证良好的防水效果。隧道的排水往往通过固定在初期支护远离防水板一侧的环向排水管和纵向排水管、设置在隧道底端中部的中央排水沟以及连通在纵向排水沟和中央排水沟之间的横向引水管实现。

针对上述中的相关技术，发明人认为上述隧道防排水系统的防排水效果较为有限，当隧道外土层中的水量压力较大，且水流无法及时排出时，水流易对隧道外的土层造成冲刷，致使隧道外的土层产生水土流失，甚至是滑坡等现象，并且水流长期积压易使得水流穿过防水板而致使隧道漏水。

技术实现要素：

为了使得隧道外土层水量较多时，隧道防排水系统也能够起到良好的防水效果，本申请提供一种隧道防排水系统及施工工艺。

本申请提供的一种隧道防排水系统及施工工艺采用如下的技术方案：

第一方面，本申请提供一种隧道防排水系统，采用如下的技术方案：

一种隧道防排水系统，包括沿隧道内朝向隧道外的方向依次设置的二次衬砌层、防水层和初期支护层，所述初期支护层远离防水层的一侧设有外排水管层，所述初期支护层远离防水层的一侧固定有注浆体，所述注浆体沿隧道的延伸方向设置有多个，所述注浆体内设有注浆管，所述注浆管沿竖直方向进行设置。

通过采用上述技术方案，初期支护层可以起到抑制围岩变形的作用，二次衬砌层使得隧道具有足够强的结构强度和承载强度，防水层用于阻止透过初期支护层和砂浆修补层的渗水继续漫延至隧道内，以使得隧道中不易发生渗漏水的现象；注浆体可以加固围岩，以使得隧道正上方的土层更加稳定，并且可以防止地下水大量流失，更好地保护地下水环境，同时还可以起到堵水的作用，以减少渗至隧道处的水流，从而减小水量压力，以使得渗水难以穿过防水层；因此隧道外土层水量较多时，隧道防排水系统也能够起到良好的防水效果。

可选的，所述初期支护层和防水层之间设有砂浆修补层，所述砂浆修补层内嵌设有内排水管，所述内排水管通过预埋支架与初期支护层固定连接。

通过采用上述技术方案，砂浆修补层可以将初期支护层凹凸不平的表面进行补平，以形成更加光滑平顺的表面，从而以便于防水层的铺设施工；穿过初期支护层且渗至砂浆修补层内的渗水可以通过进水孔进入内排水管中，以进一步减小漫延至防水层的水流，并减小防水层的水量压力。

可选的，所述初期支护层内嵌设有承载垫板，所述承载垫板设在初期支护层和注浆体的固定连接处，所述内排水管抵接于承载垫板靠近防水层的一侧。

通过采用上述技术方案，承载垫板用于对注浆体形成支撑，并且内排水管可以对承载垫板形成支撑，因此承载垫板的承载能力进一步提高，可以减小注浆体直接作用在初期支护层上的压力，从而使得注浆体不易将初期支护层挤压变形，进而使得注浆体的成型效果更佳。

可选的，所述砂浆修补层上设有环向排水沟，所述环向排水沟沿隧道的横断面进行设置，所述内排水管设有与环向排水沟相连通的泄水孔。

通过采用上述技术方案，环向排水沟可以用作伸缩缝，为砂浆修补层的热胀冷缩预留空间；内排水管中的水流可以通过泄水孔排至环向排水沟中，以使得内排水管内的水流可以被迅速排出。

可选的，所述砂浆修补层在环向排水沟靠近防水层的一侧设有止水组件，所述止水组件包括固定在环向排水沟靠近防水层一侧的封板以及设在封板远离防水层一侧的止水带。

通过采用上述技术方案，止水带对环向排水沟内的水流进行围挡，以避免环向排水沟中的水流在自身重力的作用下直接汇聚在防水层上，从而使得环向排水沟内的水流不易流出环向排水沟之外；封板则可以增强止水带的承载强度，以使得止水带不易产生撕裂或者破损。

可选的，所述砂浆修补层在环向排水沟宽度方向的两侧均设有嵌接槽，所述止水带的端部嵌设在嵌接槽内，所述嵌接槽内设有将止水带压紧固定的遇水膨胀止水条。

通过采用上述技术方案，遇水膨胀止水条将止水带压紧固定在嵌接槽内，可以使得止水带的两侧不易产生渗水。

可选的，所述隧道防水系统还包括设在隧道底端两侧的集水管以及嵌设在隧道底端中部的纵向排水沟，所述集水管设在砂浆修补层内，集水管与环向排水沟相连通，所述纵向排水沟通过横向引水管与集水管相连通。

通过采用上述技术方案，集水管将环向排水沟内的水流进行收集并导出，然后通过横向引水管将水流引至纵向排水沟中，最终由纵向排水沟将水流排出，可以使得环向排水沟中不易产生积水，进而减小防水层的水量压力。

第二方面，本申请提供一种隧道防排水系统的施工工艺，采用如下的技术方案：

一种隧道防排水系统的施工工艺，其特征在于：包括以下步骤：

s1.根据设计图纸，对隧道施工处的正上方的土层进行取芯钻孔，钻孔时，沿隧道的延伸方向设置多个钻孔，然后对土层的样本进行综合分析得出土层概况，并根据土层概况对土层进行处治；

s2.进行隧道的开挖施工，然后进行初期支护层的施工，并将承载垫板预固定在初期支护层内，承载垫板位于取心钻孔的对应处，再在初期支护层外固定外排水管；

s3.然后在钻孔内预固定注浆管，并通过注浆管对隧道正上方的土层注入水泥浆以形成注浆体；

s4.再通过预埋支架将内排水管固定在初期支护层上，并使内排水管与承载垫板相抵接，然后将集水管预固定在隧道底端的两侧，并同时将横向引水管与集水管相连通，再在初期支护层的内侧进行砂浆修补层的施工，并使得内排水管和集水管均嵌设在砂浆修补层内；

s5.再进行环向排水沟的施工，并在环向排水沟宽度方向的两侧设置嵌接槽，然后将止水带固定在封板上，再将封板盖合且固定在环向排水沟靠近防水层的一端，并将止水带的两端嵌设在嵌接槽内，然后将遇水膨胀止水条嵌填在嵌接槽内，并使雨水膨胀止水条将止水带的端部压紧；

s6.再在砂浆修补层远离初期支护层的一侧铺设防水板以形成防水层；

s7.然后在防水层的内侧进行二次衬砌层的施工；

s8.再在隧道底端的中部进行纵向排水沟的施工，并使横向引水管与纵向排水沟相连通。

通过采用上述技术方案，注浆体可以起到堵水的作用，以减少渗至隧道处的水流，水流达到初期支护层时，一部分水流通过进水孔进入外排水管中，并由外排水管排出；其余水流继续漫延穿过初期支护层，并渗入砂浆修补层内；砂浆修补层内的大部分渗水可以通过进水孔进入内排水管中，内排水管将水流排至环向排水沟中，环向排水沟再将水流排至集水管中，集水管再水流通过横向引水管排至纵向排水沟中，最后纵向排水沟再将水流排出隧道之外；防水层可以对砂浆修补层内剩余的渗水起到围挡作用，以使得隧道内不易发生渗漏水现象。

可选的，s4中，砂浆修补层在施工前，在内排水管中穿设气囊，并通过充气设备对气囊充气，以使得气囊膨胀并与内排水管的内侧壁相抵接，然后再进行砂浆修补层的施工；砂浆修补层终凝后，将气囊放气，并将气囊冲内排水管中抽出。

通过采用上述技术方案，先通过气囊将内排水管的内部空间进行填充，再进行砂浆修补层的施工，可以使得砂浆修补层在施工的过程中，水泥浆不易进入内排水管中而致使内排水管的排水速度受到影响。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.注浆体可以起到堵水的作用，以减少渗至隧道处的水流，从而减小水量压力，以使得渗水难以穿过防水层；因此隧道外土层水量较多时，隧道防排水系统也能够起到良好的防水效果；

2.通过设置内排水管和环向排水沟，可以将渗透至砂浆修补层内的水流迅速排出，以减小防水层的水量压力。

附图说明

图1是本申请实施例隧道防排水系统整体结构示意图；

图2是本申请实施隧道防排水系统的纵向剖视图；

图3是图2中a部的放大图；

图4是本申请实施例隧道防排水系统在内排水管处的轴向剖视图；

图5是图4中b部的放大图；

图6是本申请实施例隧道防排水系统在集水管处的轴向剖视图；

图7是图6中c部的放大图；

图8是本申请实施例中内排水管中固定有气囊的示意图。

附图标记说明：1、初期支护层；11、外排水管；111、过水孔；2、砂浆修补层；21、内排水管；211、进水孔；212、泄水孔；22、预埋支架；23、环向排水沟；231、沉槽；232、嵌接槽；24、集水管；241、集水孔；3、防水层；4、二次衬砌层；5、注浆体；51、注浆管；6、承载垫板；7、止水组件；71、封板；72、止水带；73、遇水膨胀止水条；8、纵向排水沟；81、横向引水管；9、气囊。

具体实施方式

以下结合附图1-8对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种隧道防排水系统。参照图1，隧道防排水系统包括初期支护层1、砂浆修补层2、防水层3和二次衬砌层4。

二次衬砌层4、防水层3、砂浆修补层2和初期支护层1隧道内朝向隧道外的方向依次设置。初期支护层1用作外层防护结构，其可以起到抑制围岩变形的作用。砂浆修补层2用于对初期支护层1进行补平，从而以便于防水层3的铺设施工。防水层3用于阻止透过初期支护层1和砂浆修补层2的渗水继续漫延至隧道内，以使得隧道中不易发生渗漏水的现象。二次衬砌层4用作受力结构，以使得隧道具有足够强的结构强度和承载强度。

参照图2和图3，初期支护层1为喷射施工完成的混凝土结构，并且初期支护层1的施工过程以喷、锚、网为主，以保证初期支护层1的成型效果更佳。初期支护层1远离防水层3的一侧设有外排水管11，外排水管11沿隧道的延伸方向进行设置。外排水管11的侧壁上均匀开设有过水孔111，以使得土层中的水流可以通过过水孔111进入外排水管11内，并由外排水管11排出。

初期支护层1远离防水层3的一侧固定有注浆体5，注浆体5为土层和水泥浆的凝结块。注浆体5可以加固围岩，以使得隧道正上方的土层更加稳定；并且可以防止地下水大量流失，更好地保护地下水环境；同时还可以起到堵水的作用，以减少渗至隧道处的水流，从而减小水量压力，以使得渗水难以穿过防水层3。

注浆体5沿隧道的延伸方向设置有多个，本实施例中为两个；且注浆体5同样沿隧道横断面的周向设有多个，本实施例中为三个。注浆体5内设有注浆管51，注浆管51沿竖直方向进行设置。具体施工时，先在隧道正上方的土层内钻孔，钻孔时可以采用取芯钻孔的方式，以得出隧道正上方土层的概况。钻孔后进行隧道的开挖以及初期支护层1的施工，待初期支护层1终凝后，将注浆管51预固定在钻孔内，然后通过注浆管51对隧道正上方的土层进行水泥浆的灌注，待水泥浆凝结在土层中即可形成注浆体5。

初期支护层1内嵌设有承载垫板6。承载垫板6呈长方体状，承载垫板6可以采用大理石板制成。承载垫板6设置其初期支护层1和注浆体5的固定连接处，承载垫板6用于对注浆体5形成支撑，以减小注浆体5直接作用在初期支护层1上的压力，从而使得注浆体5不易将初期支护层1挤压变形，进而使得注浆体5的成型效果更佳。

砂浆修补层2主要由水泥浆涂覆施工而成。砂浆修补层2在涂覆施工的过程中，可以将初期支护层1凹凸不平的表面进行补平，以形成更加光滑平顺的表面。砂浆修补层2内嵌设有内排水管21，内排水管21沿隧道的延伸方向进行设置，且内排水管21和外排水管11在隧道的横断面上错位设置。内排水管21通过内排水管21的侧壁上同样开设有进水孔211，进水孔211用于收集穿过初期支护层1且渗至砂浆修补层2内的渗水，以进一步减小漫延至防水层3的水流，并减小防水层3的水量压力。

内排水管21通过预埋支架22与初期支护层1固定连接。预埋支架22可以采用不锈钢支架，预埋支架22在初期支护层1喷射施工前预固定在初期支护层1的仰拱上。内排水管21抵接于承载垫板6靠近防水层3的一侧，即承载垫板6嵌设在初期支护层1内时，承载垫板6在初期支护层1靠近防水层3的一侧预留有一定的伸出长度；并且固定内排水管21时，将内排水管21与承载垫板6相抵接，以使得内排水管21可以对承载垫板6形成支撑，从而使得承载垫板6的承载能力进一步提高。

参照图4和图5，砂浆修补层2上设有环向排水沟23，环向排水沟23沿隧道的横断面进行设置。具体施工时，施工完成一段砂浆修补层2后，预留一定的间隔再继续施工下一段砂浆修补层2即可将环向排水沟23加工成型。此时环向排水沟23还可以用作伸缩缝，为砂浆修补层2的热胀冷缩预留空间。内排水管21穿设在环向排水沟23的侧壁上，内排水管21不仅可以通过进水孔211与环向排水沟23相连通，并且内排水管21上还开设有孔径大于进水孔211孔径的泄水孔212，且泄水孔212与环向排水沟23相连通，以使得内排水管21内的水流可以被迅速排至环向排水沟23中。

砂浆修补层2在环向排水沟23靠近防水层3的一侧设有止水组件7。止水组件7用于对环向排水沟23进行封堵，以避免环向排水沟23中的水流在自身重力的作用下直接汇聚在防水层3上。

止水组件7包括封板71和止水带72。其中，封板71呈弧形板状结构，封板71固定在环向排水沟23靠近防水层3的一侧。环向排水沟23的侧壁上设有供封板71进行嵌设的沉槽231，以避免封板71凸出于砂浆修补层2的表面之外，封板71可以通过锚固钉等连接件与砂浆修补层2固定连接。止水带72固定在封板71远离防水层3的一侧。止水带72用于对环向排水沟23内的水流进行围挡，以使得环向排水沟23内的水流不易流出环向排水沟23之外，封板71用于增强止水带72的承载强度，以使得止水带72不易产生撕裂或者破损。

砂浆修补层2在在环向排水沟23宽度方向的两侧均设有嵌接槽232。本实施例中，嵌接槽232开设在沉槽231的槽底上。止水带72的端部嵌设在嵌接槽232内，且嵌接槽232内设有遇水膨胀止水条73，止水带72位于嵌接槽232的槽壁和遇水膨胀止水条73之间。遇水膨胀止水条73不仅可以将止水带72压紧固定在嵌接槽232内，并且还可以使得止水带72的两侧不易产生渗水。

参照图6和图7，砂浆修补层2内嵌设有集水管24，集水管24位于隧道底端的两侧。集水管24穿设在环向排水沟23的侧壁上，且集水管24的侧壁上设有与环向排水沟23相连通的集水孔241。集水管24用于收集和导出环向排水沟23内的水流。

参照图2，隧道底端的中部还设有纵向排水沟8。纵向排水沟8埋设于隧道的地基内，纵向排水沟8可以是预制的钢筋混凝土结构。纵向排水沟8通过横向引水管81与集水管24相连通，横向引水管81同样埋设于地基内。横向引水管81可以将集水管24中的水流引至纵向排水沟8中，并由纵向排水沟8将其排出。

砂浆修补层2施工完成后，在砂浆修补层2的内侧进行防水层3的施工。防水层3可以采用防水板铺设而成。防水板的拼焊及铺挂可以采用热合焊接吊环铺挂工艺。防水板可以采用eva防水卷材，其具有较强的抗拉强度和极好的抗渗透性。防水板应采用木螺钉或无钉铺设，并留有余量，表面应保证圆顺。防水板的接头处不得有气泡、折皱及空隙，接头处应牢固，焊缝强度应不低于母材，通过抽样试验检测。

防水层3施工完成后，再进行二次衬砌层4的施工。二次衬砌层4的施工可以通过二次衬砌模板台车实现。二次衬砌层4的混凝土要求有早强性能，以利于模板早拆，满足衬砌快速施工需要；要求干缩性小，以满足二次衬砌层4的抗渗性要求；要求流动性好、坍落度衰减慢、初凝时间相对较长、终凝时间相对较短，以满足泵送混凝土施工要求，减少裂纹出现。

本申请实施例一种隧道防排水系统的实施原理为：首先，注浆体5可以起到堵水的作用，以减少渗至隧道处的水流，水流达到初期支护层1时，一部分水流通过进水孔211进入外排水管11中，并由外排水管11排出。其余水流继续漫延穿过初期支护层1，并渗入砂浆修补层2内。砂浆修补层2内的大部分渗水可以通过进水孔211进入内排水管21中，内排水管21将水流排至环向排水沟23中，环向排水沟23再将水流排至集水管24中，集水管24再水流通过横向引水管81排至纵向排水沟8中，最后纵向排水沟8再将水流排出隧道之外。防水层3可以对砂浆修补层2内剩余的渗水起到围挡作用，以使得隧道内不易发生渗漏水现象。

本申请实施例还公开一种隧道防排水系统的施工工艺。隧道防排水系统的施工工艺包括以下步骤：

s1.根据设计图纸，对隧道施工处的正上方的土层进行取芯钻孔，钻孔时，沿隧道的延伸方向设置多个钻孔，然后对土层的样本进行综合分析得出土层概况，并根据土层概况对土层进行处治，例如对于浅层溶洞，采取开挖并回填的处理措施；

s2.进行隧道的开挖施工，然后进行初期支护层1的施工，并将承载垫板6预固定在初期支护层1内，承载垫板6位于取心钻孔的对应处，再在初期支护层1外固定外排水管11；

s3.然后在钻孔内预固定注浆管51，并通过注浆管51对隧道正上方的土层注入水泥浆以形成注浆体5；

s4.再通过预埋支架22将内排水管21固定在初期支护层1上，并使内排水管21与承载垫板6相抵接，然后将集水管24预固定在隧道底端的两侧，并同时将横向引水管81与集水管24相连通；

参照图8，再在内排水管21中穿设气囊9，并通过充气设备对气囊9充气，以使得气囊9膨胀并与内排水管21的内侧壁相抵接，然后再进行砂浆修补层2的施工，并使得内排水管21和集水管24均嵌设在砂浆修补层2内，砂浆修补层2终凝后，将气囊9放气，并将气囊9冲内排水管21中抽出；

s5.再进行环向排水沟23的施工，并在环向排水沟23宽度方向的两侧依次设置沉槽231和嵌接槽232，然后将止水带72固定在封板71上，再通过锚固钉将封板71固定在沉槽231内，并将止水带72的两端嵌设在嵌接槽232内，然后将遇水膨胀止水条73嵌填在嵌接槽232内，并使雨水膨胀止水条将止水带72的端部压紧；

s6.再在砂浆修补层2远离初期支护层1的一侧铺设防水板以形成防水层3；

s7.然后在防水层3的内侧进行二次衬砌层4的施工；

s8.再在隧道底端的中部进行纵向排水沟8的施工，并使横向引水管81与纵向排水沟8相连通。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。