深地洞室复合防排水抑氡低本底洁净防护系统及方法与流程

本发明属于特殊地下工程建设，具体地涉及一种深地洞室复合防排水抑氡低本底洁净防护系统及方法。

背景技术：

1、“极深地下极低辐射本底前沿物理实验设施”是中国首个、世界最深的地下实验室，是国家建设的重大科技基础设施。极深地下实验室将为暗物质直接探测实验、无中微子双贝塔衰变实验，以及核天体物理领域等各类基础前沿实验提供极低宇宙线本底环境和极低背景噪声环境，为我国粒子物理和核物理领域的重大基础前沿物理问题研究提供平台支撑。

2、目前在建的极深地下极低辐射本底前沿物理实验室，即锦屏地下实验室二期，位于四川省凉山彝族自治州锦屏二级水电站锦屏山引水隧道群中。项目将建成岩石覆盖厚度约2400米、宇宙线通量小于每平方米每年100个、地下可利用容积超过30万立方米、拥有完善的水、电、气等配套设施，具备支撑开展极深地下前沿物理实验能力的实验空间。地下实验室空间包括8个65m×14m×14m(长×宽×高)的主实验大厅，两个岩土实验厅及4条服务隧道、2条连接隧道等地下空间(如图1所示)。

3、锦屏地下实验室二期所有实验空间均位于山体掩蔽的地下隧道中，地下空间需形成满足地下前沿物理实验的特殊要求的环境。这些特殊要求包括：无山体渗漏水的地下空间、低氡气实验环境、低本底辐射实验条件、洞室内壁表面洁净。

4、在国内外已有地下隧道和洞室工程洞壁处理方案中，因隧道功能多为车辆通行、管道敷设、矿产挖掘，故对隧道内部空间环境要求不高，仅以满足空间内部结构稳定及洞室无漏水的要求，多采取洞室喷锚混凝土加固后铺设排水板，然后进行混凝土二次衬砌的方式完成隧道洞室的处理。国外现已运行的地下实验室洞室采用喷锚后直接喷涂多层聚氨酯防水涂料方式处理洞壁，但由于山体持续渗水且排水不畅，长年运行后均出现聚氨酯层的起鼓和脱落显现，造成洞室防护系统返修。

5、对于锦屏地下实验室二期等极特殊的地下空间，如采用隧道洞室衬砌混凝土的方式进行处理，将造成地下实验空间内指数级的本底辐射值增加，显著影响高精度物理实验的运行。如采用直接喷涂防水层的方案则会引起洞室排水不畅而导致后期维修。因此，设计一种满足此类特殊地下空间环境要求的深地洞室复合防排水抑氡低本底洁净防护技术是顺利开展地下实验的基础和首要条件。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于：提供一种深地洞室复合防排水抑氡低本底洁净防护系统及方法，在保证无渗漏水的同时避免增加本底辐射以及防水层会脱落需要后期维修的问题，实现满足极深地下前沿物理实验室所必需的低氡气实验环境条件、低本底辐射实验条件以及洞室内部表面洁净条件。

2、依据本发明的技术方案，本发明提供了一种深地洞室复合防排水抑氡低本底洁净防护系统，包括有在地下洞室的岩壁表面依次设置的排水层、防水层、结构保护层以及面层；排水层包括有沿着岩壁设置的凹凸排水板，凹凸排水板具有凸台的一面朝向岩壁；在岩壁上锚固有锚杆和预埋结构件，锚杆和预埋结构件均具有杆体；杆体的一端深入岩壁，杆体的另一端穿透凹凸排水板；防水层包括有，在凹凸排水板背向岩壁的一侧，在杆体及凹凸排水板上依次设置的第一防水涂料层、玻纤网格布胎体增强层、第二防水涂料层和第三防水涂料层。

3、进一步地，在凹凸排水板朝向岩壁的一侧，在杆体穿透凹凸排水板的节点处设置有聚氨酯防水密封胶，凹凸排水板和杆体之间通过聚氨酯防水密封胶形成密封。

4、进一步地，第一防水涂料层、玻纤网格布胎体增强层和第二防水涂料层均设置于杆体穿透凹凸排水板的节点处的杆体及凹凸排水板上；第三防水涂料层完整覆盖在靠外的凹凸排水板及第二防水涂料层上。

5、优选地，第一防水涂料层和第二防水涂料层均为2mm厚的高粘抗滑水性橡胶沥青防水涂料，第三防水涂料层为3mm厚的喷涂速凝橡胶沥青防水涂料。

6、优选地，凹凸排水板为20mm厚的hdpe凹凸排水板，并背衬有复合无纺布。

7、进一步地，结构保护层包括有设置在第三防水涂料层外的混凝土层。

8、进一步地，锚杆为分布设置的多个，锚杆上连接有骨架钢筋，骨架钢筋构成沿着岩壁设置的网格状结构，骨架钢筋间安装有沿着岩壁设置的钢筋网；锚杆的自由端具有锚板，锚板位于骨架钢筋与面层之间；锚板、骨架钢筋及钢筋网均被包覆于混凝土层内。

9、优选地，混凝土层为60mm厚的抗压强度为c30的掺纤维素纤维混凝土；锚杆为直径25mm的三级钢筋，锚杆呈梅花形分布布置，相邻锚杆间距为1.5m；骨架钢筋为直径12mm的三级钢筋；钢筋网采用直径6mm、间距150mm的一级钢筋。

10、进一步地，面层包括有在混凝土层外依次设置的聚合物水泥砂浆层、聚氨酯胶泥层和聚氨酯面漆层。

11、本发明还提供一种深地洞室复合防排水抑氡低本底洁净防护方法，用于形成本发明上述任意一项所述的深地洞室复合防排水抑氡低本底洁净防护系统，其包括如下步骤：

12、步骤s1，在地下洞室的岩壁表面设置锚杆和预埋结构件的杆体后，沿着岩壁满铺凹凸排水板；凹凸排水板按锚杆和预埋结构件位置预先开孔，使杆体穿透凹凸排水板；

13、步骤s2，在凹凸排水板开孔与杆体之间的缝隙位置处，朝向岩壁方向挤入足量聚氨酯密封胶，满填杆体与凹凸排水板之间的缝隙；

14、步骤s3，对锚杆、预埋结构件以及墙地面的阴阳角处采用玻纤网格布进行增强，并在玻纤网格布前后涂刷高粘抗滑水性橡胶沥青防水涂料进行局部加强，然后用喷涂速凝橡胶沥青防水涂料整体喷涂，形成完整闭合的防水层；

15、步骤s4，在锚杆上安装骨架钢筋和钢筋网，骨架钢筋和钢筋网贴合岩壁凹凸面进行绑扎，形成与岩壁形状起伏一致的刚性保护层，然后在锚杆的杆体端头焊接锚板，兜住钢筋网；

16、步骤s5，在防水层外喷射60mm厚、抗压强度为c30的掺纤维素纤维混凝土，形成混凝土层；

17、步骤s6，在混凝土层表面喷涂15mm厚聚合物水泥砂浆初步找平；然后喷涂2mm厚聚氨酯胶泥压光找平；最后辊涂防霉阻燃聚氨酯面漆。

18、与现有技术相比，本发明的有益技术效果如下：

19、1、本发明的深地洞室复合防排水抑氡低本底洁净防护系统及方法采用复合防护构造做法，全面解决深地环境下基础前沿物理实验室所面临的多项特殊环境问题。

20、2、本发明的深地洞室复合防排水抑氡低本底洁净防护系统及方法可有效实现为深地环境下的基础前沿物理实验室提供与山体岩石渗漏水隔绝、空间整体防水的地下环境，全面解决地下空间渗漏水问题。

21、3、本发明的深地洞室复合防排水抑氡低本底洁净防护系统及方法可极大降低深地基础前沿物理实验室所在洞室岩壁处理所使用的混凝土用量，显著降低实验室环境的本底辐射值。

22、4、本发明的深地洞室复合防排水抑氡低本底洁净防护系统及方法在全面阻隔岩壁渗水的同时，隔绝融于渗水中的氡气，为深地基础前沿物理实验室提供低氡环境。

23、5、本发明的深地洞室复合防排水抑氡低本底洁净防护系统及方法采用的喷射混凝土表面平整处理方案，可为深地基础前沿物理实验室提供面层洁净的地下空间内表面。

24、6、本发明的深地洞室复合防排水抑氡低本底洁净防护系统及方法采用无衬砌的洞室复合防护构造做法，可最大限度的利用已开挖的地下空间，最大限度地为深地科学实验提供宝贵的实验环境。