隧道工程的集中泄水装置及其泄水方法.pdf

一种隧道工程的集中泄水装置及其泄水方法，它包括：设置在隧道内初期支护以及隧道围岩渗水集中部位引水孔d内的引水管，设置在引水管外部的过滤层，设置在初期支护引水管下的漏斗，设置在漏斗下端的过滤网，它还包括设置在漏斗下端过滤网外的排水管。集中泄水方法包括：在隧道内初期支护以及隧道围岩渗水集中部位打引水孔d、找平初期支护表面、安装隧道工程的集中泄水装置步骤。本发明隧道工程的集中泄水装置具有设计合理、结构简单、效率高、能耗低、生产成本低、使用效果好的等优点，本发明隧道工程的泄水排水方法具有设计合理、施工简单、泄水排水效果好等优点。隧道工程的集中泄水装置及其泄水方法可在隧道施工中推广使用。

1、  一种隧道工程的集中泄水装置，其特征在于它包括：设置在隧道内初期支护(1)以及隧道围岩(8)渗水集中部位引水孔d内的引水管(6)，设置在引水管(6)外部的过滤层，设置在初期支护(1)引水管(6)下的漏斗(2)，设置在漏斗(2)下端的过滤网(3)，它还包括设置在漏斗(2)下端过滤网(3)外的排水管(4)。

2、  按照权利要求1所述的隧道工程的集中泄水装置，其特征在于：所说的漏斗(2)为上底大于下底的圆台体或棱台体；所说的引水管(6)为：在不锈钢管壁或非金属管壁上加工有渗水孔e；所说的过滤层为非金属材料过滤布(7)或过滤网。

3、  一种隧道工程的集中泄水方法，其特征在于包括下属步骤：
(1)在隧道内初期支护(1)以及隧道围岩(8)渗水集中部位打引水孔d
在隧道内初期支护(1)以及隧道围岩(8)渗水集中部位打至少打1个引水孔d；
(2)找平初期支护(1)表面
在引水孔d的开口处将初期支护(1)的表面找平，找平面积应不小于漏斗(2)开口外边沿面积；
(3)安装隧道工程的集中泄水装置
将外部设置有过滤层的引水管(6)安装到引水孔d内，用膨胀螺栓(5)将漏斗(2)上端外边沿固定在初期支护(1)的找平表面上，将过滤网(3)安装在漏斗(2)的下端，排水管(4)的一端安装在漏斗(2)的下端过滤网(3)外，排水管(4)沿隧道初期支护(1)环向设置、另一端放置在隧道内的排水沟内或与隧道排水管相联通。

4、  按照权利要求3所述的隧道工程的集中泄水方法，其特征在于：所说的引水孔d的中心线与垂直平面的夹角α为30°～60°，引水孔d的中心线与水平面的夹角β为120°～150°，引水孔的深度至少为2m，引水孔d的孔径为3～10cm。

5、  按照权利要求3或4所述的隧道工程的集中泄水方法，其特征在于：所说的一个引水孔d与相邻一个引水孔d的中心线与垂直平面的夹角α相同、与水平面的夹角β相同。

6、  按照权利要求3或4所述的隧道工程的集中泄水方法，其特征在于：所说的引水孔d在同一锥面上均布排列。

7、  按照权利要求5所述的隧道工程的集中泄水方法，其特征在于：所说的引水孔d在同一锥面上均布排列。

隧道工程的集中泄水装置及其泄水方法
技术领域
本发明属于公路隧道的防排水技术领域，具体涉及到隧道工程的集中泄水装置及其方法。
背景技术
常年以来，水对隧道工程的影响和危害问题一直是一个广泛关注而又未能很好解决的问题。水对隧道工程的危害是多方面的，包括：地下水的侵蚀作用可造成衬砌结构的侵蚀破坏，从而危害衬砌结构的耐久性；严寒地区因渗漏水的反复冻融循环，造成衬砌混凝土的冻胀开裂破坏，若水在路面结冰则会恶化行车环境，危及行车安全，而且，因渗漏水冻结形成的冰瘤子和冰塞子会侵入隧道净空或者阻塞排水通道；尤为值得关注的是，隧道渗漏水会极大降低隧道内各种附属设施的使用和寿命。
近年来新型隧道衬砌结构，如双连拱隧道、多连拱隧道、不对称连拱隧道、小净距隧道等的出现，以及道路等级的普遍快速提高，对隧道工程的防排水提出了更高要求。地下工程的防排水一直是困扰地下工程界的老大难问题，经过长时间的建设实践，隧道工程界已经形成综合运用“防、截、堵、排”相结合的处理措施。“防”，即要求隧道衬砌、防水层具有防水能力，防止地下水透过防水层、衬砌结构渗入洞内；“排”，即隧道应有通畅的排水设施，将衬砌背后、路面结构层下的积水引入洞内中心水沟或路侧边沟排走，排出衬砌背后的积水，能减小或消除衬砌背后的水压力，排得越好，衬砌渗漏水的几率就越小，防水也就更容易，排出路面结构层下的积水，能防止路面冒水、翻浆、接头破坏；“截”，即对易于渗漏到隧道的地表水，应采用设置截(排)水沟、清除积水、填筑积水坑洼地、封闭渗漏点等措施；“堵”，针对隧道有渗漏水的地段，采用注浆、喷涂、堵水墙等方法，将地下水堵在围岩体内。
在对隧道工程的防排水设计中，一般都会对地表水、地下水同时进行适当处理，以让洞内外形成一个完整通畅的防排水系统。
目前，隧道工程大都采用复合式衬砌，即衬砌结构包括初期支护与二次衬砌。在洞内，与衬砌结构相适应的隧道工程防排水技术近年来也得到了很大发展，在隧道洞内仍然是防水层防水，在初期支护与二次衬砌之间设置防排水层，主要是土工布、排水板和防水板，将水导入各种排水管，与之配套使用的还有弹簧半圆管、止水带、止水条以及盲管和盲沟等。但是，这些排水方法和排水装置，对隧道渗漏水现象未能得到很好解决，尤其是在地下水丰富地区建设隧道工程，很少能做到衬砌不漏水、不滴水、不渗水，由此而带来的隧道工程渗漏水治理在很多隧道工程中花费了相当数量的人力和财力。“十隧九漏”正是说明了隧道渗漏水的广泛性和普遍性。而且，在富水地段，隧道工程施工过程中所出现大面积渗水、漏水乃至涌水恶化了施工作业环境。
造成隧道工程渗漏水的原因是多方面的，其中一个主要原因是围岩含水量大时，地下水大量从初期支护渗出后，不能迅速通过防排水层引入排水管，从而在初期支护与防排水层间集结，形成较大水压，因为水压力的不断积累，加之现有的防排水方法不可能在施工中做到面面俱到、滴水不漏。水就会通过施工过程中防排水层的薄弱环节渗到二衬后面，然后在二衬后面积累水压，到一定程度就会从二衬薄弱环节渗出或者流出，一旦形成渗漏水的通道，水就会源源不断通过该通道外渗。
发明内容
本发明所要解决的一个技术问题在于为隧道工程的集中泄水提供一种设计合理、结构简单、效率高、能耗低、生产成本低、使用效果好的隧道工程的集中泄水装置。
本发明所要解决的另一个技术问题在于克服上述隧道工程的泄水排水方法的缺点，为隧道工程提供一种方法简单、操作简便、泄水效果好的隧道工程的集中泄水方法。
解决上述技术问题所采用的技术方案它包括：设置在隧道内初期支护以及隧道围岩渗水集中部位引水孔d内的引水管，设置在引水管外部的过滤层，设置在初期支护引水管下的漏斗，设置在漏斗下端的过滤网，它还包括设置在漏斗下端过滤网外的排水管。
本发明的漏斗为上底大于下底的圆台体或棱台体。本发明的引水管为：在不锈钢管壁或非金属管壁上加工有渗水孔e。本发明的过滤层为非金属材料过滤布或过滤网。
采用隧道工程的集中泄水装置在隧道内的集中泄水方法包括下属步骤：
(1)在隧道内初期支护上渗水集中部位打引水孔d
在隧道内初期支护以及隧道围岩渗水集中部位打至少打1个引水孔d。
(2)找平初期支护表面
在引水孔d的开口处将初期支护的表面找平，找平面积应不小于漏斗开口外边沿面积。
(3)安装隧道工程的集中泄水装置
将外部设置有过滤层的引水管安装到引水孔d内，用膨胀螺栓将漏斗上端外边沿固定在初期支护的找平表面上，将过滤网安装在漏斗的下端，排水管的一端安装在漏斗地下端过滤网外，排水管沿隧道初期支护环向设置、另一端放置在隧道内的排水沟内或与隧道排水管相联通。
本发明的引水孔d的中心线与垂直平面的夹角α为30°～60°，引水孔d的中心线与水平面的夹角β为120°～150°，引水孔的深度至少为2m，引水孔d的孔径为3～10cm。
本发明的一个引水孔d与相邻一个引水孔d的中心线与垂直平面的夹角α相同、与水平面的夹角β相同。
本发明的引水孔d在同一锥面上均布排列。
本发明针对目前隧道工程中广泛存在的渗漏水问题，在初期支护和隧道围岩渗漏严重或富水地段打引水孔，在初期支护和隧道围岩以及引水孔内安装隧道工程的集中泄水装置，渗水集中部位的地下水从引水孔流出，经集中泄水装置流向排水沟，大大减少需通过防排水层来堵或者排的地下水，使地下水的渗透压力减小，解决了隧道工程渗漏水问题。本发明隧道工程的集中泄水装置具有设计合理、结构简单、效率高、能耗低、生产成本低、使用效果好的等优点，本发明隧道工程的泄水排水方法具有设计合理、施工简单、泄水排水效果好等优点。隧道工程的集中泄水装置及其泄水方法可在隧道施工中推广使用。
附图说明
图1是本发明隧道工程的集中泄水装置一个实施例的结构示意图。
图2是图1中漏斗2与滤网3以及与排水管4的联接示意图。
图3是引水管6的安装示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。
实施例1
在图1、2、3中，本实施例的隧道工程的集中泄水装置由漏斗2、过滤网3、排水管4、膨胀螺栓5、引水管6、过滤布7构成。在隧道内初期支护1以及隧道围岩8渗水集中部位引水孔d内安装引水管6，本实施例的引水管6为聚氯乙烯管，也可采用尼龙管，还可采用不锈钢管，在引水管6的径向加工有渗水孔e，隧道围岩8渗漏的水可从渗水孔e进入引水管6内，在引水管6外部包缠无纺布，无纺布为过滤布7的一个实施例，也可用尼龙或塑料纱布，过滤布7用于防止泥沙将渗水孔e堵塞。本实施例漏斗2的形状为圆台体，漏斗2的上底大于下底，漏斗2的外边沿用膨胀螺栓5固定在隧道初期支护1上，漏斗2正好位于引水管6的正下方，漏斗2的下端安装有过滤网3，过滤网3用于过虑掉水中的砂石等杂物，在漏斗2的下端过滤网3外通过螺纹连接安装有排水管4，排水管4固定安装在隧道初期支护1上，排水管4的另一端放置在排水沟内，也可以与隧道排水管相联通，排水管4用于将隧道内初期支护1以及隧道围岩8渗水集中部位流出的水流到排水沟内。
采用本发明隧道工程的泄水装置在隧道工程的集中泄水方法如下：
1、在隧道内初期支护上渗水集中部位打引水孔
在隧道内初期支护1以及隧道围岩8渗水集中部位打3个不同方位不同方向下端汇聚于一点的引水孔d，3个引水孔d的中心线与垂直平面的夹角α为45°，引水孔中心线与水平面的夹角β为120°，3个引水孔d在同一锥面均布排列，引水孔的深度为3m，引水孔的孔径为5cm。
2、找平初期支护表面
在引水孔d的开口处将初期支护的表面找平，找平面积应大于漏斗2开口外边沿的面积。
3、安装隧道工程的集中泄水装置
在引水管6的外部缠绕过滤布7，将外部缠绕过滤布7的引水管6安装到引水孔d内。隧道内初期支护1和隧道围岩8渗水集中部位及其附近的大部分地下水从引水管6的渗水孔e进入引水管6内集中，从引水管6流出。用膨胀螺栓5将漏斗2上端外边沿固定在初期支护1的找平表面上，将过滤网3安装在漏斗2的下端，漏斗2的下端过滤网3外与排水管4的一端联接，将排水管4沿隧道初期支护1环向等间距固定，排水管4的另一端放置在隧道的排水沟内或与隧道排水管相联通。从引水管6流出的水流到漏斗2，经过过滤网3过滤，将水中的砂石过滤掉，经过滤后的水集中到排水管4，排到隧道排水沟内。采用这种装置和集中泄水的方法，把隧道内渗漏水较为集中位置的地下水通过本发明集中泄水装置排到了隧道的排水沟，大大减小了隧道围岩8地下水的水压，使防水层所要阻排的水量减少，同时也改善了铺设防排水层时的作业环境。
实施例2
在本实施例中，漏斗2的形状为上底大于下底的四棱台体。漏斗2的形状也可以为上底大于下底的三棱台体，也可以为上底大于下底的六棱台体，还可以为上底大于下底的五棱台体或其它棱台体。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。
实施例3
在本实施例中，在隧道内初期支护1以及隧道围岩8渗水集中部位打3个不同方位不同方向下端汇聚于一点的引水孔d，3个引水孔d的中心线与垂直平面的夹角α为30°，引水孔中心线与水平面的夹角β为135°，3个引水孔d在同一锥面上均布排列，引水孔d的深度为2m，引水孔d的孔径为10cm。所用的隧道工程的集中泄水装置与实施例1相同。
实施例4
在本实施例中，在隧道内初期支护1以及隧道围岩8渗水集中部位打3个不同方位不同方向下端汇聚于一点的引水孔d，3个引水孔d的中心线与垂直平面的夹角α为60°，引水孔中心线与水平面的夹角β为150°，3个引水孔d在同一锥面上均布排列，引水孔d的深度为3m，引水孔d的孔径为5cm。所用的隧道工程的集中泄水装置与实施例1相同。
实施例5
在本实施例中，在隧道内初期支护1以及隧道围岩8渗水集中部位打3个不同方位不同方向下端汇聚于一点的引水孔d，3个引水孔d的中心线与垂直平面的夹角α为30°，引水孔中心线与水平面的夹角β为150°，3个引水孔d在同一锥面上均布排列，引水孔d的深度为3m，引水孔d的孔径为3cm。所用的隧道工程的集中泄水装置与实施例1相同。
实施例6
在本实施例中，在隧道内初期支护1以及隧道围岩8渗水集中部位打3个不同方位不同方向下端汇聚于一点的引水孔d，3个引水孔d的中心线与垂直平面的夹角α为30°，引水孔中心线与水平面的夹角β为120°，3个引水孔d在同一锥面上均布排列，引水孔d的深度为3m，引水孔d的孔径为9cm。所用的隧道工程的集中泄水装置与实施例1相同。
实施例7
在本实施例中，在隧道内初期支护1以及隧道围岩8渗水集中部位打3个不同方位不同方向下端汇聚于一点的引水孔d，3个引水孔d的中心线与垂直平面的夹角α为60°，引水孔中心线与水平面的夹角β为120°，3个引水孔d在同一锥面上均布排列，引水孔d的深度为3m，引水孔d的孔径为4cm。所用的隧道工程的集中泄水装置与实施例1相同。
实施例8
在以上实施例1～7中，在隧道内初期支护1以及隧道围岩8渗水集中部位打4个不同方位不同方向下端汇聚于一点的引水孔d，4个引水孔d在同一锥面上均布排列，4个引水孔d的中心线与垂直平面的夹角以及引水孔中心线与水平面的夹角与相应的实施例相同，引水孔d的深度为4m，引水孔d的孔径于相应的实施例相同。所用的隧道工程的集中泄水装置与实施例1相同。
实施例9
在以上实施例1～7中，在隧道内初期支护1以及隧道围岩8渗水集中部位打1个引水孔d，引水孔d的中心线与垂直平面的夹角以及引水孔中心线与水平面的夹角与相应的实施例相同，引水孔d的深度为20m，引水孔d的孔径为10cm。所用的隧道工程的集中泄水装置与实施例1相同。
为了验证本发明的有益效果，发明人采用本发明实施例1隧道工程的集中泄水装置和隧道工程的集中泄水方法在云南省元江县至磨黑县的元—磨高速公路上的大风垭口隧道进行现场使用，使用情况如下：
1、大风垭口隧道概况
大风垭口隧道位于元磨高速公路的最高处，海拔为2030米，位于元江县和墨江县两县的分界处，是云南省公路第一长隧道。该隧道地处哀牢山的主峰地带，是元江水系和阿墨江水系的分水岭，路线区域岩性复杂，并分布空隙水、基岩裂隙水及岩溶水三大类，基岩裂隙水分布面最为广泛。隧道两次穿越南溪河，沿线有三条常流水沟，地表及地下水极为丰富，由于岩体节理裂隙发育，地表水易成为地下水的补充。
水量丰富造成渗漏是大风垭口隧道建设过程中遇到的重大困难之一，在该隧道的下行线K256+259位置水量较大，初期支护施做以后渗漏严重，拱顶位置形成连续滴漏。
2、采用本发明隧道工程的集中泄水装置及其泄水方法排水
在大风垭口隧道下行线K256+259断面拱顶处打3个引水孔d，引水孔中心线与垂直平面的夹角α为45°，引水孔中心线与水平面的夹角β为120°，引水孔d的深度为3m，孔径为5cm，在引水孔d内安装壁上有孔的引水管6，并用无纺布包缠，在涌水处引水孔d外用膨胀螺栓5安装直径为60cm、高20cm的漏斗2，漏斗2的下端安装滤网3，漏斗2下端滤网3外安装排水管4，排水管4沿初期支护1环向等间距固定，排水管4的另一端放置在隧道内的排水沟内。该隧道二次施工结束以后，在下行线K256+259断面及其附近位置未出现滴水、渗水现象。