一种应用于水工无压隧洞的排水孔结构及施工方法与流程

本发明属于水利工程，具体涉及一种应用于水工无压隧洞的排水孔结构及施工方法。

背景技术：

1、高水位富水区深埋隧道在建设和运行过程中面临的主要问题为高外水压力和涌、突水。为了确保隧道施工和运行安全，并满足隧道周围环境允许的渗透排水量，通常采用“堵水限排”的防排水设计理念，但由于围岩破裂情况和注浆封堵施工质量的不确定性，衬砌背后无疑将承受过大的外水压力，从而威胁衬砌结构的安全。因此，高水位富水区隧道必须采取有效的排水措施以减小衬砌外表面的高外水压力，确保衬砌结构安全稳定。

2、排水孔由于其自身的“空心”结构成为岩体中具有强渗透性能的导水结构，在渗流场中直接将地下水排至渗流域以外，对水头分布的影响极大，是实际工程中，特别是地下洞室中极为重要的渗控措施之一。在实际工程应用中，排水孔结构有开孔的钢花管、开孔pvc管材内设玻璃棉等，但在已建工程的实际运行中都存在或多或少的弊端，例如开孔的钢花管在隧洞运行过程中有破碎的小石块由排水孔掉出，在隧洞顶局部形成空洞，对隧洞的运行安全形成隐患；开孔的pvc管内设玻璃棉在运行过程中细颗粒会造成排水管的堵塞，致使部分排水管功能失效，威胁隧洞运行安全，久而久之，排水孔脱落现象也时常存在。

技术实现思路

1、为了弥补现有技术的不足，本发明提供一种应用于水工无压隧洞的排水孔结构及施工方法，不会造成排水孔的堵塞，同时还可保证排水孔不会脱落，帮助水工隧洞很好的解决衬砌外高外水压力的问题。

2、为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

3、一种应用于水工无压隧洞的排水孔结构，其特征在于：排水孔的钻孔设置于无压引水隧洞的顶部120°范围内；

4、所述钻孔内设置有排水孔支撑结构，所述排水孔支撑结构包括内侧刚性圆环，所述内侧刚性圆环上设置有若干孔洞用于过水；

5、所述内侧刚性圆环外表面包裹有土工无纺布；

6、所述内侧刚性圆环外侧壁面安装有若干弹簧，所述每个弹簧的另一端均连接有刚性弧形薄片，所述刚性弧形薄片可拼接为圆环结构；所述弹簧处于压缩状态，实现整个排水孔支撑结构的固定。

7、进一步，所述钻孔预先以梅花桩形式布置，深度2～3米，间距3～4米。

8、进一步，所述刚性弧形薄片外侧壁面为粗糙表面，表面上设有若干细微倒刺结构。

9、进一步，所述排水孔端口部位20cm范围内设置有锚固剂。

10、进一步，在未释放弹簧的状态下，环状结构外侧绑扎有细绳结构用于压紧弹簧。

11、进一步，所述内侧刚性圆环厚度为5mm。

12、进一步，所述土工无纺布厚度不小于3mm。

13、进一步，所述刚性弧形薄片沿钻孔轴线方向长度为2～3m，与钻孔保持一致。

14、一种应用于水工无压隧洞的排水孔结构的施工方法，包括如下步骤：

15、步骤一：在隧洞衬砌固结灌浆结束后七天，在隧洞顶部素混凝土壁面上按照梅花桩的方式钻设钻孔；

16、步骤二：钻孔结束后，将预先制作好的排水孔支撑结构按压敲击进钻孔中；

17、步骤三：排水孔内部结构安装完成后，将排水孔结构外部的约束细绳剪短，释放弹性弹簧结构，使外环打开压紧于钻孔内壁；

18、步骤四：确定结构稳定放置在钻孔后，在孔口20cm范围内用锚固剂填充内侧刚性圆环和刚性弧形薄片之间的空隙，待锚固剂填充完毕硬化完成，排水孔即设置完成。

19、进一步，步骤二中，钻孔结束后，对孔洞进行清洗，直至回水顺畅、连续为止。

20、本发明的有益效果：

21、1)本发明刚性环状结构外表面包裹有土工无纺布，可过滤围岩裂隙杂质及衬砌碎屑，防止其排水孔阻塞而导致的排水孔失效现象；

22、2)本发明设置的两道刚性环状结构及内部的弹性弹簧结构用于将结构固定于孔洞内部，当弹性弹簧结构释放后，可将外侧环状结构紧密压制于粗糙的孔洞内部上，弹性结构的弹力和外环结构的巨大摩擦力可稳稳固定住本结构，同时结构的压力可保证排水孔在使用过程中不会坍塌堵塞，保证围岩裂隙水的排出，减小衬砌外表面的高外水压力，确保隧洞结构安全稳定；

23、3)本发明布设合理，结构简单，施工方便，且节约成本，裂隙水经土工无纺布过滤，由排水孔结构排出进入隧道，既保证裂隙水顺利排出，又防止围岩裂隙杂质及衬砌碎屑堵塞排水孔，具有广阔的市场应用前景。

技术特征：

1.一种应用于水工无压隧洞的排水孔结构，其特征在于：排水孔(2)的钻孔(3)设置于无压引水隧洞的顶部120°范围内；

2.根据权利要求1所述的一种应用于水工无压隧洞的排水孔结构，其特征在于：所述钻孔(3)预先以梅花桩形式布置，深度2～3米，间距3～4米。

3.根据权利要求1所述的一种应用于水工无压隧洞的排水孔结构，其特征在于：所述刚性弧形薄片(4)外侧壁面为粗糙表面，表面上设有若干细微倒刺结构。

4.根据权利要求1所述的一种应用于水工无压隧洞的排水孔结构，其特征在于：所述排水孔(2)端口部位20cm范围内设置有锚固剂(8)。

5.根据权利要求1所述的一种应用于水工无压隧洞的排水孔结构，其特征在于：在未释放弹簧的状态下，环状结构外侧绑扎有细绳结构(9)用于压紧弹簧。

6.根据权利要求5所述的一种应用于水工无压隧洞的排水孔结构，其特征在于：所述内侧刚性圆环(7)厚度为5mm。

7.根据权利要求6所述的一种应用于水工无压隧洞的排水孔结构，其特征在于：所述土工无纺布(6)厚度不小于3mm。

8.根据权利要求7所述的一种应用于水工无压隧洞的排水孔结构，其特征在于：所述刚性弧形薄片(4)沿钻孔轴线方向长度为2～3m，与钻孔(3)保持一致。

9.一种应用于水工无压隧洞的排水孔结构的施工方法，其特征在于：包括如下步骤：

10.根据权利要求9所述的一种应用于水工无压隧洞的排水孔结构的施工方法，其特征在于：步骤二中，钻孔结束后，对孔洞进行清洗，直至回水顺畅、连续为止。

技术总结
本发明公开了一种应用于水工无压隧洞的排水孔结构及施工方法。现有隧洞排水孔脱落现象时常存在。本发明钻孔内设置有排水孔支撑结构，排水孔支撑结构包括内侧刚性圆环，内侧刚性圆环上设置有若干孔洞用于过水；内侧刚性圆环外表面包裹有土工无纺布；内侧刚性圆环外侧壁面安装有若干弹簧，每个弹簧的另一端均连接有刚性弧形薄片，刚性弧形薄片可拼接为圆环结构；弹簧处于压缩状态，实现整个排水孔支撑结构的固定。本发明排水孔在使用过程中不会坍塌堵塞，保证围岩裂隙水的排出，减小衬砌外表面的高外水压力，确保隧洞结构安全稳定。

技术研发人员：李凌志,郭乙良,王江,田国栋,严广艺,李一然,刘彦清,王铫,刘晓瑞,陈建龙,崔竞元,张萌
受保护的技术使用者：中铁第一勘察设计院集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/22