[發(fā)明專利]一種隧道穿越溶洞的排水系統(tǒng)及排水方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011462186.4
• 申請(qǐng)日: 2020-12-09
• 公開（公告）號(hào): CN112443356A
• 公開（公告）日: 2021-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王夢筱;孫西濛;葉錦華;王利偉;鄧博;曹艷輝;鄧洪亮;李勃亨;王守凡
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京市政路橋股份有限公司;北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): E21F16/02
• 分類號(hào): E21F16/02;E21D20/00;E21D11/10;E21D11/38;E21D11/15;E21D11/05
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

1.一種隧道穿越溶洞的排水系統(tǒng)，其特征在于，包括：隧道主體防排水系統(tǒng)(1)、溶洞引排水系統(tǒng)(2)、仰拱排水系統(tǒng)(3)、支護(hù)系統(tǒng)(4)四部分組成；

隧道主體防排水系統(tǒng)(1)包括初期支護(hù)(1.1)、防水板(1.2)、環(huán)向排水管(1.3)、二次襯砌(1.4)、縱向排水管(1.5)、縱向排水溝(1.6)、橫向排水管(1.7)、中心排水溝(1.8)；自隧道上部主體的下表面向下依次為初期支護(hù)(1.1)、環(huán)向排水管(1.3)、防水板(1.2)、二次襯砌(1.4)，初期支護(hù)(1.1)、環(huán)向排水管(1.3)、防水板(1.2)、二次襯砌(1.4)均為與隧道上部主體一樣的拱形結(jié)構(gòu)；在環(huán)向排水管(1.3)的兩端分別設(shè)有橫向排水管(1.7)與縱向排水溝(1.6)連接；縱向排水溝(1.6)長度方向沿隧道的長度方向；縱向排水溝(1.6)與中心排水溝(1.8)連通，中心排水溝(1.8)位于隧道中心位置，中心排水溝(1.8)的長度方向沿隧道的長度方向，中心排水溝(1.8)位置低于縱向排水溝(1.6)；

初期支護(hù)(1.1)表面上通過射釘平順的固定有土工布；

溶洞引排水系統(tǒng)(2)包括溶洞(2.1)、引水洞(2.2)、漿砌片石(2.3)、混凝土(2.4)、防水層(2.5)、第一跌水槽(2.6)、第二跌水槽(2.7)；支護(hù)結(jié)構(gòu)(4)包括錨桿機(jī)構(gòu)(4.1)、鋼筋網(wǎng)(4.2)、混凝土支護(hù)層(4.3)；在隧道所穿越的溶洞中，按照溶洞誰留的方向，在隧道的上游設(shè)有引水洞(2.2)的入口，在隧道的下游設(shè)有引水洞(2.2)的出口，將溶洞中的水從隧道的上游經(jīng)引水洞(2.2)引入到隧道的下游；在引水洞(2.2)的入口的上游設(shè)有溶洞(2.1)底面設(shè)有第一跌水槽(2.6)，在引水洞(2.2)中水流拐彎的底部設(shè)有第二跌水槽(2.7)；引水洞(2.2)的外側(cè)表面設(shè)有防水層(2.5)，引水洞(2.2)繞過隧道；在隧道與溶洞交界處，隧道的外部表面填充有漿砌片石(2.3)，使得漿砌片石(2.3)填滿隧道與溶洞交界段溶洞部分，漿砌片石(2.3)完全截流隧道與溶洞交界段中溶洞(2.1)內(nèi)的水流；漿砌片石(2.3)在溶洞(2.1)的兩端分別設(shè)有混凝土(2.4)；在漿砌片石(2.3)對(duì)應(yīng)的溶洞(2.1)的內(nèi)表面向外依次設(shè)有鋼筋網(wǎng)(4.2)和混凝土支護(hù)層(4.3)，同時(shí)還設(shè)有多個(gè)錨桿機(jī)構(gòu)(4.1)錨固到溶洞處圍巖內(nèi)；

仰拱排水結(jié)構(gòu)(3)包括仰拱填充層(3.1)、仰拱(3.2)、環(huán)向排水管(3.3)、豎向引水管(3.4)、橫向排水管(3.5)；仰拱(3.2)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，分為仰拱初期支護(hù)和仰拱二次襯砌，仰拱初期支護(hù)在下，仰拱二次襯砌在上；仰拱填充層(3.1)位于仰拱二次襯砌；仰拱(3.2)的仰拱二次襯砌采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)與二次襯砌結(jié)構(gòu)(1.4)形成隧道的整體；仰拱填充層(3.1)的下面設(shè)有多個(gè)橫向排水管(3.5)，橫向排水管(3.5)的一端與中心排水溝(1.8)連接，另一端封堵，中心排水溝(1.8)的兩側(cè)均設(shè)有橫向排水管(3.5)；橫向排水管(3.5)沿長度方向設(shè)有多個(gè)向下的豎向引水管(3.4)，豎向引水管(3.4)的下端與環(huán)向排水管(3.3)連接連通；環(huán)向排水管(3.3)設(shè)置在仰拱初期支護(hù)下面外側(cè)，成向下彎曲的拱形。

2.按照權(quán)利要求1所述的一種隧道穿越溶洞的排水系統(tǒng)，其特征在于，隧道主體的排水是隧道初期支護(hù)(1.1)的滲水經(jīng)流環(huán)向排水管(1.3)和縱向排水管(1.5)，進(jìn)入橫向排水管(1.7)，從而排入隧道縱向排水溝(1.6)中，還可以通過橫向排水管(1.7)排入中心排水溝(1.8)中，避免縱向排水溝堵塞影響隧道排水；隧道底部的排水是在隧道仰拱初期支護(hù)外側(cè)施作環(huán)向排水管(3.3)，并在環(huán)向排水管(3.3)上設(shè)置滲水孔與上方的豎向引水管(3.4)連接，豎向引水管(3.4)與橫向排水管(3.5)連接，隧道底部的滲水將通過環(huán)向排水管(3.3)和豎向引水管(3.4)進(jìn)入橫向排水管(3.5)，然后通過橫向排水管(3.5)排入中心排水溝(1.8)，在溶洞處，開挖引水洞(2.2)，使得引水洞(2.2)兩端與溶洞(2.1)連接，在引水洞(2.2)側(cè)壁上鋪設(shè)防水層(2.5)，預(yù)防溶洞水侵蝕隧底結(jié)構(gòu)，在距離引水洞入口合適位置設(shè)置跌水槽(2.6)，將溶洞中的水流進(jìn)行緩沖，在引水洞下方設(shè)置跌水槽(2.7)，將水流攜帶的大塊碎石沉積在跌水槽(2.7)中，避免引水洞阻塞，溶洞(2.1)中的水流經(jīng)過跌水槽(2.6)的緩沖，進(jìn)入引水洞，將攜帶的大塊碎石阻擋在跌水槽(2.7)中，小顆粒泥沙隨著水流排出引水洞，保證地下水流暢通而顆粒不流失，進(jìn)而將溶洞中的水流排出，處理溶洞前先將危石清理干凈，并對(duì)溶洞頂板做錨噴網(wǎng)支護(hù)，錨桿采用砂漿錨桿并布置鋼筋網(wǎng)(4.2)，然后采用漿砌片石(2.3)對(duì)溶洞進(jìn)行回填，阻止溶洞中排水對(duì)隧道造成影響，避免襯砌開裂，并在漿砌片石兩側(cè)采用混凝土(2.4)支護(hù)，保證漿砌片石(2.3)的穩(wěn)定；

所述隧道主體排水系統(tǒng)(1)能夠?qū)⑺淼莱跗谥ёo(hù)(1.1)的滲水排出隧道，降低隧道初期支護(hù)的外側(cè)水壓力，保證隧道運(yùn)營的安全，減少了病害處治，有效避免了由于病害整治造成人力物力的浪費(fèi)，其中初期支護(hù)(1.1)，在鋪設(shè)防水層之前應(yīng)對(duì)初期支護(hù)表面的滲漏水，外漏的突出物及表面凹凸不平進(jìn)行處理，防水板(1.2)采用防水板作業(yè)臺(tái)車鋪設(shè)，由拱部兩側(cè)進(jìn)行，環(huán)向焊縫施工時(shí)由下坡方向的防水板壓住上坡方向的防水板，縱向焊縫則由下部防水板壓住上部防水板，防水板(1.2)采用超聲波熱熔焊接與土工布表面固定，使防水板與熱塑性墊圈融化粘結(jié)為一體，環(huán)向排水管(1.3)設(shè)置在防水層和初期支護(hù)之間，采用雙壁打孔波紋管，土工布通過射釘平順的固定在初期支護(hù)(1.1)表面上，縱向排水管(1.5)沿隧道初期支護(hù)表面環(huán)向布置，并且與環(huán)向排水管(1.3)連通；縱向排水溝(1.6)采用混凝土澆筑，與橫向排水管(1.7)連接，橫向排水管(1.8)采用PVC管設(shè)置在仰拱填充層內(nèi)，與環(huán)向排水管(1.3)，縱向排水溝(1.7)連通，中心排水溝(1.8)縱向設(shè)置在隧道中心底部，與橫向排水管(1.8)連通；

所述溶洞引排水系統(tǒng)(2)能夠排出溶洞中的水流，不改變?nèi)芏丛械呐潘w系，保證隧道安全合理的穿越溶洞，開挖引水洞(2.2)，使得引水洞(2.2)兩端與溶洞(2.1)連接，在距離引水洞入口一定位置設(shè)置跌水槽(2.6)，在引水洞底部設(shè)置跌水槽(2.7)，然后在引水洞(2.2)側(cè)壁上鋪設(shè)防水層(2.5)，預(yù)防溶洞水侵蝕隧底結(jié)構(gòu)，處理溶洞前先將危石清理干凈，并對(duì)溶洞頂板做錨噴網(wǎng)支護(hù)，錨桿采用砂漿錨桿并布置鋼筋網(wǎng)，然后采用漿砌片石(2.3)對(duì)溶洞進(jìn)行回填，阻止溶洞中排水對(duì)隧道造成影響，避免襯砌開裂，并在漿砌片石兩側(cè)采用混凝土(2.4)支護(hù)，保證漿砌片石(2.3)的穩(wěn)定；實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道穿越溶洞時(shí)對(duì)溶洞的排水，并且不改變?nèi)芏丛械呐潘w系，保證了隧道不受溶洞(2.1)排水的影響，同時(shí)避免了排水管的堵塞，保證了隧道合理的穿越溶洞；

所述仰拱排水系統(tǒng)(3)用來排出隧道下部的地下水，其中仰拱填充層(3.1)布置在仰拱二次襯砌上方，采用混凝土填充，保證將上部荷載傳遞給下方仰拱(3.2)，仰拱(3.2)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，位于仰拱填充層(3.1)下方，分為初期支護(hù)和仰拱二次襯砌，通過仰拱(3.2)將由仰拱填充層(3.1)傳遞的上部荷載傳遞給地下巖體，環(huán)向排水管(3.3)布置在仰拱初期支護(hù)外側(cè)，采用雙壁打孔波紋管，并且環(huán)向排水管(3.3)上有滲水口，與豎向引水管(3.4)連接；豎向引水管(3.4)沿隧道橫向間隔設(shè)置，下方與穿過隧道仰拱二次襯砌和初期支護(hù)與環(huán)向排水管(3.3)連接，上方與橫向排水管(3.5)連接，橫向排水管(3.5)布置在隧道仰拱填充層內(nèi)，靠近隧道二次襯砌的一端封堵，另一端與中心排水溝(1.8)連通，中間與豎向引水管(3.4)連通，在隧道橫向?qū)ΨQ布置，上述系統(tǒng)將隧道底部的地下水排出，保證了隧道下部的穩(wěn)定；

所述支護(hù)系統(tǒng)(4)用來支護(hù)溶洞壁，保持溶洞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，首先對(duì)溶洞內(nèi)的危石進(jìn)行清理，在隧道與溶洞相交部分的溶洞頂板進(jìn)行錨噴網(wǎng)支護(hù)，其中錨桿機(jī)構(gòu)采用砂漿錨桿，通過梅花排列方式插入圍巖內(nèi)與溶洞壁形成一個(gè)整體，由下而上進(jìn)行施工，保證溶洞(2.1)的穩(wěn)定，在垂直于錨桿機(jī)構(gòu)(4.1)的錨桿的軸線設(shè)置鋼筋網(wǎng)，沿錨桿軸線方向設(shè)置多層鋼筋網(wǎng)(4.2)，鋼筋網(wǎng)固定在錨桿機(jī)構(gòu)上，并且在隧道溶洞壁上噴射混凝土，形成混凝土支護(hù)層(4.3)增加溶洞頂面的穩(wěn)定。