一种富水段隧底排水降压系统

摘要

本发明提供的富水段隧底排水降压系统包括仰拱衬砌结构、洞内排水结构和仰拱填充层，仰拱衬砌结构包括仰拱初期支护层、防水层和仰拱二次衬砌层，仰拱填充层设置在仰拱二次衬砌层内侧；洞内排水结构包括侧部排水沟、横向排水管、纵向排水盲管，中部排水沟、中部泄压管、横向连通管和隧底环向盲管；横向排水管连通在侧部排水沟与纵向排水盲管之间；隧底环向盲管连通至纵向排水盲管；横向连通管连通在侧部排水沟与中部排水沟之间；中部泄压管连通至中部排水沟的上部且下穿至仰拱衬砌结构的外侧。本发明解决承压水可能造成仰拱隆起甚至开裂等变形情况，确保衬砌结构的安全性，同时不需要后续钻孔泄压，保证衬砌结构的完整性。

说明书

技术领域

本发明涉及隧道衬砌支护及排水技术领域，具体涉及一种富水段隧底排水降压系统。

背景技术

隧道是一种埋置于地表以下的线状构筑物，由于隧道开挖破坏原有地下水循环的平衡，使隧道成为附近地下水聚集的通道。为了降低衬砌结构周边水压力，通常在复合式衬砌拱墙部位设置防水层，并在防水层背后设置环、纵向盲管等设施引导围岩渗水经边墙泄水孔排入排水系统的侧沟。

在铁路隧道设计过程中，隧道底部设置仰拱，为提供行车平台故在仰拱二衬内浇筑仰拱填充作为轨道铺设的基础，整体刚度较大，能提供较大的承压能力，故一般地段未考虑在隧道底部设置防排水措施。

但在较大埋深的富水段，因地下水具有较大承压性导致隧底开裂、变形影响行车安全的情况时有发生。为解决这类问题一般是在仰拱二衬施工完毕出现病害时采用钻孔泄压，但该方法对衬砌结构完整性损害较大，存在一定安全风险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在避免损坏衬砌结构完整性前提下解决富水段隧底排水问题的富水段隧底排水降压系统。

本发明提供的富水段隧底排水降压系统包括仰拱衬砌结构、洞内排水结构和仰拱填充层，仰拱衬砌结构包括从外侧到内侧依次设置仰拱初期支护层、防水层和仰拱二次衬砌层，仰拱填充层设置在仰拱二次衬砌层的内侧；洞内排水结构包括侧部排水沟、横向排水管和纵向排水盲管，侧部排水沟设置在仰拱填充层上方，纵向排水盲管设置在防水层的外侧，横向排水管连通在侧部排水沟与纵向排水盲管之间；洞内排水结构还包括中部排水沟、中部泄压管、横向连通管和隧底环向盲管；隧底环向盲管设置在防水层的外侧，隧底环向盲管的延伸两端分别连通至两道纵向排水盲管；中部排水沟设置在仰拱填充层中，且中部排水沟位于侧部排水沟所在水平位置以下；横向连通管设置在仰拱填充层中，且横向连通管连通在侧部排水沟与中部排水沟之间；中部泄压管连通至中部排水沟的上部，且中部泄压管向下穿过仰拱衬砌结构后穿出仰拱衬砌结构的外侧。

由上述方案可见，此设置下，隧底承压水依次通过隧底环向盲管、纵向排水盲管和横向排水管进入侧部排水沟，再从侧部排水沟经横向连通管流到中部排水沟内，另外，隧底水压集中处的承压水通过中部泄压管直接引入中部排水沟内，从而降低隧底地下水压力，解决承压水可能造成仰拱隆起甚至开裂等变形情况，确保衬砌结构的安全性，同时不需要后续钻孔泄压，保证衬砌结构的完整性。

进一步的方案是，中部泄压管包括弯曲相连的水平延伸管段和竖直延伸管段；竖直延伸管段向下穿过仰拱衬砌结构后到达仰拱衬砌结构的外侧，水平延伸管段沿水平方向连通至中部排水沟的侧壁面。

由上可见，若中部泄压管沿直线延伸至中部排水沟的底部并因为需要超过中部排水沟的最高水位线而从中部排水沟的底部向上伸出，外露的中部泄压管段对中部排水沟的水流造成阻碍，对中部排水沟的排水性能造成影响，且外露的中部泄压管段得不到保护而容易损坏。因此，本申请中，中部泄压管以弯曲形式设置在中部排水沟的侧面，中部泄压出口位于中部排水沟的侧壁面上，即使延伸至中部排水沟的最高水位线以上也无需外露设置，不对排水造成影响且得到有效的保护。

进一步的方案是，侧壁面的朝向为仰拱填充层的横向，水平延伸管段沿仰拱填充层的横向连通至侧壁面；仰拱填充层的横向上，竖直延伸管段与侧壁面的距离为0.4m至0.6m；仰拱衬砌结构的外侧设置有中部泄水孔，竖直延伸管段伸入中部泄水孔中；中部泄水孔的深度至少为0.5m。

由上可见，由于中部泄压管弯曲设置，选取的泄水孔位置不需要位于中部排水沟的正下方，因此，能获取更准确的水压集中点并钻孔以形成中部泄水孔，此设置方式能保证中部泄水孔位置准确，且因定位方便而易于后续施工进行。

进一步的方案是，中部泄压管具有连通至侧壁面的中部泄压出口，横向连通管具有连通至侧壁面的连通出口，中部泄压出口设置在连通出口的上方。

由上可见，此设置能保证中部泄压出口所在位置位于中部排水沟的最高水位线的上方，保证泄压工作正常进行。

进一步的方案是，在仰拱填充层的横向上，中部排水沟位于仰拱填充层的中央，中部排水沟的横向两侧均设有中部泄压管。

由上可见，由于隧道的横向上有较长延伸距离，相对于仅在中部排水沟的正下方设置中部泄压管的方式，在利用弯曲管段的方式下，横向两侧的两个中部泄压管均与中心处形成一定距离，在保证中心处压力排解的前提下，有利于排解中心处两侧其他地方的压力，泄压方式更合理。另外，通过双通道的方式提高隧底泄压效果，且当一侧堵塞，另一侧能保持泄压排水工作进行。

更进一步的方案是，沿中部排水沟的延伸方向，多个中部泄压管交错地设置在中部排水沟的横向两侧。

由上可见，此设置下，位于横向两侧的两个中部泄压管在中部排水沟的延伸方向上形成一定距离，且交错设置的方式相当于成倍减小纵向上中部泄压管的设置间距，从而进一步保证泄压效果。

进一步的方案是，洞内排水结构还包括侧部泄压管；富水段隧底排水降压系统还包括拱墙初期支护层，拱墙初期支护层位于仰拱初期支护层的上方且位于仰拱二次衬砌层的外侧；侧部泄压管连通至侧部排水沟，且侧部泄压管穿过仰拱二次衬砌层和拱墙初期支护后穿出拱墙初期支护层的外侧。

由上可见，侧部泄压管能有效对隧道两侧进行泄压排水，从多方面，进一步保护衬砌结构。

进一步的方案是，横向排水管具有连通至侧部排水沟的横向排水出口，侧部泄压管具有连通至侧部排水沟的侧部泄压出口，横向排水出口位于侧部泄压出口的上方。

进一步的方案是，侧部泄压管倾斜向下延伸至侧部排水沟；侧部泄压管的延伸末端具有弯曲管段，侧部泄压出口位于弯曲管段上；弯曲管段位于侧部排水沟中，侧部泄压出口朝下。

由上可见，此设置能防止泄水孔出水口出水流射出击打侧部排水沟的侧壁而造成水花溅射。

进一步的方案是，隧底环向盲管设置在防水层与仰拱衬砌结构之间，或，仰拱初期支护层的外侧设有隧底环向盲沟，隧底环向盲管设置在隧底环向盲沟中。

由上可见，隧底环向盲管的该两个设置位置均能有效收集隧底承压水并将其引流。

附图说明

图1为本发明富水段隧底排水降压系统第一实施例的横断面示意图。

图2为本发明富水段隧底排水降压系统第一实施例隧底环向盲管处的断面图。

图3为本发明富水段隧底排水降压系统第一实施例侧部泄压管处的示意图。

图4为本发明富水段隧底排水降压系统第一实施例中部泄压管处的示意图。

图5为本发明富水段隧底排水降压系统第一实施例中部泄水孔处的断面图。

图6为本发明富水段隧底排水降压系统第一实施例的俯视示意图。

图7为本发明富水段隧底排水降压系统第二实施例隧底环向盲管处的断面图。

具体实施方式

富水段隧底排水降压系统第一实施例

参见图1，本发明提供的富水段隧底排水降压系统包括仰拱衬砌结构、拱墙衬砌结构、仰拱填充层3以及洞内排水结构。

仰拱衬砌结构位于隧道的底部，仰拱衬砌结构包括从外侧到内侧依次设置仰拱初期支护层11、防水层12和仰拱二次衬砌层13，仰拱初期支护层11的外侧为隧底围岩，仰拱二次衬砌层13的内侧为仰拱填充层3。对于仰拱衬砌结构，从外侧到内侧的方向为自下往上的方向。

拱墙衬砌结构包括位于隧道两侧的从外侧到内侧依次设置拱墙初期支护层41、防水层和拱墙二次衬砌层43，拱墙初期支护层41位于仰拱初期支护层11的上方，拱墙二次衬砌层43位于仰拱二次衬砌层13的上方。

洞内排水结构包括侧部排水沟201、中部排水沟202、横向排水管21、纵向排水盲管22、隧底环向盲管23、横向连通管24、中部泄压管25和侧部泄压管26。

首先，中部排水沟202设置在仰拱填充层3的横向中央，且中部排水沟202位于仰拱填充层3的上表面300的水平位置以下；两个侧部排水沟201位于仰拱二次衬砌层13的内侧且分别位于隧道的横向两侧，两个侧部排水沟201均位于上表面300所在水平位置以上。

在隧道的横向两侧的拱墙初期支护层41内均设置有纵向延伸的纵向排水盲管22，纵向即隧道的延伸方向；在隧道的横向两侧，多个横向排水盲管21沿隧道的纵向有距离布置，横向排水盲管21的一端与纵向排水盲管22连通，横向排水盲管21穿过仰拱二次衬砌层13和防水层12而另一端的横向排水出口210连通至侧部排水沟201。横向连通管24设置在仰拱填充层3中连通在侧部排水沟201与中部排水沟202之间。

结合图2，隧底环向盲管23由无纺布14包裹，隧底环向盲管23设置于防水层12的外侧且与仰拱初期支护层11接触，隧底环向盲管23的延伸两端分别连通至横向两侧的两道纵向排水盲管22内。

参见图1和图3，侧部泄压管26连通至侧部排水沟201，且侧部泄压管26穿过仰拱二次衬砌层13和拱墙初期支护后穿出拱墙初期支护层41的外侧。侧部泄压管26倾斜向下延伸至侧部排水沟201；横向排水管21的延伸末端具有弯曲管段261，侧部泄压出口260位于弯曲管段261上，弯曲管段261位于侧部排水沟201中，侧部泄压出口260朝下。横向排水管21的横向排水出口210位于侧部泄压出口260的上方。

参见图1、图4和图5，在仰拱填充层3的横向上，中部排水沟202位于仰拱填充层3的中央，中部排水沟202的横向两侧均设有中部泄压管25。中部泄压管25包括水平延伸管段251和竖直延伸管段252；水平延伸管段251沿水平方向连通至中部排水沟202的侧壁面203，侧壁面203的朝向为仰拱填充层3的横向。

竖直延伸管段252向下穿过仰拱衬砌结构后到达仰拱衬砌结构的外侧的围岩层中。围岩层中钻出中部泄水孔259，竖直延伸管段252的下端位于中部泄水孔259中，中部泄水孔259为φ110mm的孔，竖直延伸管段252采用φ100mm的PVC管。为防止地下水沿孔进入仰拱衬砌结构和仰拱填充层3的施工缝内，竖直延伸管段252与中部泄水孔259之间的空隙灌注水泥砂浆258进行填充。

隧底承压水依次通过隧底环向盲管23、纵向排水盲管22和横向排水管21进入侧部排水沟201，再从侧部排水沟201经横向连通管24流到中部排水沟202内，另外，隧底水压集中处的承压水通过中部泄压管25直接引入中部排水沟202内，从而降低隧底地下水压力，解决承压水可能造成仰拱隆起甚至开裂等变形情况，确保衬砌结构的安全性，同时不需要后续钻孔泄压，保证衬砌结构的完整性。

参见图4，仰拱填充层3的横向上，即隧道的横向上，竖直延伸管段252与侧壁面203的距离w为0.5m，中部泄水孔259的深度d至少为0.5m。结合图4和图6，图示x轴方向为隧道的纵向，也是中部排水沟202的延伸方向，图示y轴方向为仰拱填充层3的横向。在仰拱填充层3的横向上，中部排水沟202位于仰拱填充层3的中央，沿中部排水沟202的延伸方向，多个中部泄压管25交错地设置在中部排水沟202的横向两侧，且多个中部泄压管25等距设置。

若中部泄压管沿直线延伸至中部排水沟202并因为需要超过中部排水沟202的最高水位线而从中部排水沟的底部向上伸出，外露的中部泄压管段对中部排水沟的水流造成阻碍，对中部排水沟的排水性能造成影响，且外露的中部泄压管段得不到保护而容易损坏。因此，本申请中，为进一步解决上述技术问题，中部泄压管25以弯曲形式设置在中部排水沟202的侧面，中部泄压出口250位于中部排水沟202的侧壁面203上，即使延伸至中部排水沟的最高水位线以上也无需外露设置，不对排水造成影响且得到有效的保护。

而由于隧道的横向上有较长延伸距离，若仅在中部排水沟202的正下方设置中部泄压管，不能有效保证隧底其他位置的泄压效果，因此，为解决上述问题，在利用弯曲管段的方式下，横向两侧的两个中部泄压管25均与中心处形成一定距离，在保证中心处压力排解的前提下，有利于排解中心处两侧其他地方的压力，泄压方式更合理。进一步地，位于横向两侧的两个中部泄压管25在中部排水沟202的延伸方向上形成一定距离，交错设置的方式在不增加中部泄压管25数量的前提下成倍减小纵向上中部泄压管25之间的设置间距，共同作用区域减少，对隧底的覆盖程度增大，从而进一步保证排水降压效果。

富水段隧底排水降压系统第二实施例

参见图7，本实施例中，仰拱初期支护层11外侧的围岩层10中设有截面呈梯形的隧底环向盲沟100，隧底环向盲沟100的高度为5～10cm。隧底环向盲沟100的最下方铺设无纺布包裹的隧底环向盲管29管后采用碎石和卵石回填至开挖处，再施做仰拱初期支护层11。隧底环向盲沟100适用于地下水严重发育段落。

最后需要强调的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。