CN106089297A - 铁路隧道底部结构排水装置及其设置方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及隧道排水技术领域，具体涉及铁路隧道底部结构排水装置及其设置方法。该排水装置包括：一个以上的级配碎石包和导水管；级配碎石包设置于隧道基岩出水点处的空洞中；导水管的一端插入级配碎石包内，另一端与中心排水管相连，中心排水管设置于隧道仰拱结构底部。本发明压力裂隙水中围岩颗粒被阻挡在土工布外，随着围岩颗粒的汇聚，对压力水出水点形成封堵作用，阻止围岩中细小颗粒持续流失；同时阻止围岩颗粒进入隧道排水系统，减少隧道维护工作量；压力裂隙水直接作用于级配碎石包，级配碎石耗散裂隙水压力，裂隙水受到水位高差引起的静水压力作用流入导水管内并引排至中心水管，避免压力水对混凝土结构的冲刷，保证使用寿命。

Description

铁路隧道底部结构排水装置及其设置方法

技术领域

本发明涉及隧道排水技术领域，具体涉及铁路隧道底部结构排水装置及其设置方法。

背景技术

结合中国铁路总公司进行的铁路隧道结构病害普查数据，衬砌渗漏水、衬砌开裂及底部结构损坏是铁路隧道的主要病害类型，比例约占所有病害的97％，其中，隧道底部结构病害类型又可分为多种，如铺底破坏、翻浆冒泥、侧沟破损等，此类病害的产生与结构底部排水方案的优劣存在直接联系。

近年来，设计有仰拱的铁路隧道底部排水方案经过不断优化与改良，主要包含以下几种：

第一种，仅在隧道两侧设置侧沟。此方案中，侧沟承接隧道环向盲管和纵向盲管汇集的渗水排至隧道外部。太中银铁路、朔黄铁路部分隧道采用了此类方案。第二种，隧道两侧设置侧沟，隧道中心设置排水管，中心排水管置于仰拱填充混凝土内。此方案中，侧沟承接隧道环向盲管和纵向盲管汇集的渗水并将一部分排至隧道外部，同时通过PVC导水管与中心排水管相连，将水引至中心排水管并排至隧道外。山西中南部铁路通道、蒙西至华中铁路通道部分隧道隧底采用了此类方案。第三种，隧道两侧设置侧沟，隧道中心设置排水管，中心排水管置于仰拱结构底部。此方案中，侧沟承接隧道环向盲管和纵向盲管汇集的渗水并将一部分排至隧道外部，侧沟通过PVC导水管与中心排水管检查井相连，可将水引至检查井内并通过中心排水管排至隧道外，同时在仰拱底部铺设透水盲管并连接到中心排水管检查井内，可将仰拱底部积水和环向及纵向盲管部分积水汇集至检查井并通过中心排水管排出。该方案能够将隧道仰拱底部积水顺利引排。张家口至呼和浩特铁路、吉林至珲春铁路工程、武九客专瑞昌至九江铁路部分隧道采用了此类方案。

以上是我国铁路隧道底部排水设计所采用的主要方案，其效果能在不同程度上将隧道上部结构和底部结构外部的渗水和积水排出，对减少隧道底部渗漏水及次生病害的发生具有显著作用。然而隧道开挖的过程造成了围岩裂隙的扩张和裂隙水压力改变，不但使更多的围岩颗粒发生脱落和飘移，还在基岩面上形成一些出水点，隧道底部结构施做前会对裂隙水进行处理，但处理效果往往达不到预期，在效果较差的区域，具有一定压力并挟裹有大量围岩颗粒的裂隙水长期冲刷隧道底部结构，若利用导管直接引排则会出现以下问题：

问题一，围岩裂隙内的细颗粒会在压力水流作用下脱落并流出，造成渗水量进一步增加甚至形成结构底部的围岩空洞，对围岩稳定和结构受力产生不利影响；

问题二，随着裂隙水进入排水系统，其中的围岩颗粒不断汇聚和沉积，往往使导管甚至中心水管发生堵塞，从而加大了隧道维护的工作量，若维护不及时，不但会降低排水系统的排水能力，还将导致积水长期停留，加剧隧道底部结构病害的产生；

问题三，利用导管直接引排裂隙水时，导管接入口周边的混凝土衬砌结构将受到压力水流的长时间冲刷，而混凝土结构的抗冲刷磨蚀性和抗渗性有限，其使用寿命将大为缩短。

对于具有一定压力的围岩裂隙水，上文提到的多种排水方案均缺乏应对措施。隧道底部排水系统的优劣对隧道基底病害的防治具有关键作用，结合隧道排水系统的工作机制和破坏机理采取针对性措施，设计一种能够稳定有效地保持排水系统持久工作的装置和方案已成为工程亟需。

发明内容

本发明的实施例提供一种铁路隧道底部结构排水装置及设置方法，能够解决对挟裹围岩颗粒的压力裂隙水进行过滤并消抵水压力的问题。

根据本发明的提供一种铁路隧道底部结构排水装置，其包括：一个以上的级配碎石包和导水管；所述级配碎石包设置于隧道基岩出水点处的空洞中；所述导水管的一端插入所述级配碎石包内，另一端与中心排水管相连，所述中心排水管设置于隧道仰拱结构底部。

在一些实施例中，优选为，插入所述级配碎石包内的导水管垂直穿过隧道仰拱面。

在一些实施例中，优选为，所述级配碎石包在与导入管的连接处设置封口环。

在一些实施例中，优选为，所述封口环的两侧分别设置防脱环。

在一些实施例中，优选为，所述导水管包括第一段导水管、第二段导水管，所述第一段导水管的一端插入所述级配碎石包内，另一端穿过隧道仰拱面设定长度后，通过弯头与所述第二段导水管相连，所述第二段导水管与所述中心排水管相连。

在一些实施例中，优选为，所述设定长度为20-30毫米。

在一些实施例中，优选为，所述空洞直径在400-500毫米；和/或所述级配碎石包内导入管的长度为15cm。

在一些实施例中，优选为，所述级配碎石包包括：土工布和包裹于所述土工布内的级配碎石。

在一些实施例中，优选为，所述级配碎石的骨料粒径为30-60毫米。

在一些实施例中，优选为，所述的铁路隧道底部结构排水装置还包括：横向引水管，所述横向引水管的一端连接环向盲管或纵向盲管，另一端连接所述中心排水管。

本发明还提供了一种铁路隧道底部结构排水装置的设置方法，其包括：

在隧道基岩出水点处开挖空洞；

将级配碎石包放置于所述空洞中；

将导水管的一端插入级配碎石包内，穿过隧道仰拱面，进入衬砌后，另一端与中心排水管相连；所述中心排水管设置于隧道仰拱结构底部；

通过浇筑混凝土构建隧道底部结构，将所述导水管、所述中心排水管浇筑在混凝土内。

在一些实施例中，优选为，所述导水管的一端插入级配碎石包内包括：

插入步骤，将导水管自级配碎石包的包口插入所述级配碎石包内；

绑扎步骤，在所述包口采用封口环进行封口绑扎。

在一些实施例中，优选为，所述绑扎步骤包括：

依次在包口套设第一环向防脱环、封口环、第二环向防脱环。

在一些实施例中，优选为，所述导水管包括第一段导水管、第二段导水管，所述第一段导水管的一端插入所述级配碎石包内，另一端穿过隧道仰拱面设定长度后，通过弯头与所述第二段导水管相连，所述第二段导水管与所述中心排水管相连。

本发明提供的方案中级配碎石包的设置，压力裂隙水中的围岩颗粒被阻挡在土工布外，随着围岩颗粒的不断汇聚，对压力水的出水点形成一定封堵作用，阻止了围岩中细小颗粒的持续流失，保持了围岩的完整和稳定；在排出积水的同时阻止了围岩颗粒进入隧道排水系统，不但减少了隧道维护工作量，而且保证了隧道排水系统稳定有效地持久工作；压力裂隙水的压力直接作用于级配碎石包上，由弹性土工布包裹的级配碎石耗散了裂隙水的压力，裂隙水受到水位高差引起的静水压力作用流入与级配碎石包连接的PVC导水管内并引排至中心水管，由此避免了压力水对混凝土结构的冲刷，保证了其使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图进行论述，显然，在结合附图进行描述的技术方案仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图所示实施例得到其它的实施例及其附图。

图1是本发明一个实施例中铁路隧道底部结构排水装置的结构示意图；

图2是图1中A处的放大图；

图3是环状防脱环的截面示意图。

图4是本发明一个实施例中铁路隧道底部结构排水装置设置方法的示意图。

注：1环向盲管；2纵向盲管；3横向引水管；4级配碎石包；5导水管；7中心排水管；8隧道中线；9封口环；10防脱环；11级配碎石；12土工布；51第一段PVC导水管；52PVC弯头；53第二段PVC导水管。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在不需要创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都在本发明所保护的范围内。

考虑到现有我国既有铁路隧道底部排水设计方案具有排出围护结构外部渗水和积水的功能，然而对于具有一定压力的围岩裂隙水缺乏应对措施，具有一定压力的围岩裂隙水对隧道结构产生的影响十分不利，本实施例提供了一种铁路隧道底部结构排水装置及设置方法。

该排水装置包括：一个以上的级配碎石包和导水管；级配碎石包设置于隧道基岩出水点处的空洞中；导水管的一端插入级配碎石包内，另一端与中心排水管相连，中心排水管设置于隧道仰拱结构底部。

其设置方法包括：

在隧道基岩出水点处开挖空洞；

将级配碎石包放置于空洞中；

将导水管的一端插入级配碎石包内，穿过隧道仰拱面，进入衬砌后，另一端与中心排水管相连；中心排水管设置于隧道仰拱结构底部；

通过浇筑混凝土构建隧道底部结构，将导水管、中心排水管浇筑在混凝土内。

由于本发明中级配碎石包的设置，压力裂隙水中的围岩颗粒被阻挡在土工布外，随着围岩颗粒的不断汇聚，对压力水的出水点形成一定封堵作用，阻止了围岩中细小颗粒的持续流失，保持了围岩的完整和稳定；在排出积水的同时阻止了围岩颗粒进入隧道排水系统，不但减少了隧道维护工作量，而且保证了隧道排水系统稳定有效地持久工作；压力裂隙水的压力直接作用于级配碎石包上，由弹性土工布包裹的级配碎石耗散了裂隙水的压力，裂隙水受到水位高差引起的静水压力作用流入与级配碎石包连接的PVC导水管内并引排至中心水管，由此避免了压力水对混凝土结构的冲刷，保证了其使用寿命。

接下来，再通过一些实施例来详细描述铁路隧道底部结构排水装置及设置方法：

一种铁路隧道底部结构排水装置，如图1-3所示，其包括：一个以上的级配碎石包4和导水管5；级配碎石包4的数量取决于隧道基岩出水点的数量，在这些出水点处挖空洞，空洞直径和深度根据出水点范围和水压力的大小进行设定，在本实施例中为400-500毫米，将级配碎石包4放置其内，最好能够二者紧密贴合。导水管5的一端插入级配碎石包4内，另一端与中心排水管7相连，中心排水管7设置于隧道仰拱结构底部处于隧道中线8上。压力裂隙水的压力直接作用于级配碎石包4上，由弹性土工布12包裹的级配碎石11耗散了裂隙水的压力，裂隙水受到水位高差引起的静水压力作用流入与级配碎石包4连接的PVC导水管5内并引排至中心水管，由此避免了压力水对混凝土结构的冲刷，保证了其使用寿命。

级配碎石包4内置级配碎石11，级配碎石11外包裹土工布12。弹性土工布12为由合成纤维通过针刺或编织而成的透水性土工合成材料，具有弹性好、抗拉强度高、耐腐蚀、透水性好等特点，能够起到过滤围岩颗粒的作用；级配碎石11是由各种不同粒级的骨料组成的混合料，其骨料粒径控制在30～60mm范围内。

导水管5可选PVC材质的预制管。外径尺寸视情况而定，在本实施例中为100mm的PVC预制管。在本实施例中级配碎石包4内导入管的长度为15cm。

为了顺利将水导出，插入级配碎石包4内的导水管5垂直穿过隧道仰拱面，即垂直隧道仰拱面放置，垂直放置后，穿过隧道仰拱的距离最短，且穿入、穿出仰拱的端面面积最小，对仰拱的破坏程度最小。

为了将PVC导水管5稳定在级配碎石包4内，级配碎石包4在与导入管的连接处设置封口环9。该封口环9的样式可以有多种，比如：样式一，具有较好柔韧性的金属线，绕过封口形成封口环；样式二，聚乙烯绳绑扎在封口处，形成封口环。聚乙烯绳具有高强度、耐腐蚀、耐低温等特点。

另外，在其他的实施例中，基于上述封口环还可以在封口环两侧设置防脱环10，三个环均套在导水管5上，将导水管5和级配碎石包4稳固在一起，又避免强大压力下，土工布12滑脱。

导水管5的样式很多，可以为一根管，根据位置不同做不同的弯折，也可以为分体式，分体式方便现场安装。接下来给出一种分体式的设置方式：导水管5由第一段PVC导水管51、第二段PVC导水管53通过PVC弯头52连接。第一段PVC导水管51的一端插入级配碎石包4内，另一端延伸至仰拱内部的填充混凝土内，其放置方向垂直于隧道仰拱面穿过隧道仰拱面设定长度(在本实施例中为20mm～30mm)，随后通过PVC弯头52与第二段PVC导水管53相连，第二段PVC导水管53与中心排水管7相连。

另外铁路隧道底部结构排水装置还包括：横向引水管3，横向引水管3的一端连接环向盲管1或纵向盲管2，另一端连接中心排水管7。

下面具体说明上述铁路隧道底部结构排水装置的设置方法，如图4所示，具体包括如下步骤：

步骤110，确定隧道基岩出水点；

步骤210，在隧道基岩出水点处开挖空洞；

空洞直径和深度根据出水点范围和水压力的大小而定，比如可控制在400mm～500mm之间。

步骤310，配置级配碎石和级配碎石包；

将碎石骨料粒径控制在30～60mm范围内；用土工布包裹配置好的级配碎石。

步骤410，将级配碎石包放置于空洞中；

将级配碎石包放置在开挖好的空洞内，使级配碎石包与空洞洞壁保持贴合；

步骤510，将导水管的一端插入级配碎石包内，穿过隧道仰拱面，进入衬砌后，另一端与中心排水管相连；中心排水管设置于隧道仰拱结构底部；

步骤610，通过浇筑混凝土构建隧道底部结构，将导水管、中心排水管浇筑在混凝土内。

固定PVC导水管位置，浇筑混凝土施做隧道底部结构，使PVC导水管和中心排水管被浇筑在结构内部。

其中，步骤510可分解为如下的步骤：

插入步骤，将导水管自级配碎石包的包口插入级配碎石包内；

绑扎步骤，在包口采用封口环进行封口绑扎。

该绑扎步骤具体为：依次在包口套设第一环向防脱环、封口环、第二环向防脱环。

因为在一些实施例中导水管采用分体式，导水管包括第一段导水管、第二段导水管，第一段导水管的一端插入级配碎石包内，另一端穿过隧道仰拱面设定长度后，通过弯头与第二段导水管相连，第二段导水管与中心排水管相连。

因此其安装方式为：将第一段(PVC)导水管一端插入土工布包裹的级配碎石内；用土工布包裹级配碎石和插入碎石的第一段PVC导水管一端，采用聚乙烯绳将土工布绑扎在第一段PVC导水管外壁上的2个环向防脱环之间，起到密封、紧固和防滑脱的效果，由此形成级配碎石包；第一段PVC导水管与级配碎石包连接的一端插入级配碎石包的距离控制在15cm左右，另一端伸入衬砌结构的长度控制在15cm～25cm之间；将伸入衬砌结构的第一段PVC管和PVC弯头连接，将PVC弯头的另一端与连接中心排水管的第二段PVC管连接，由此完成PVC导水管的连接。

本发明提供的各种实施例可根据需要以任意方式相互组合，通过这种组合得到的技术方案，也在本发明的范围内。显然，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以对本发明进行各种改动和变型。如果对本发明的这些改动和变型是在本发明的权利要求及其等同方案的范围之内，则本发明也将包含这些改动和变型。

Claims (14)

1.一种铁路隧道底部结构排水装置，其特征在于，包括：一个以上的级配碎石包和导水管；所述级配碎石包设置于隧道基岩出水点处的空洞中；所述导水管的一端插入所述级配碎石包内，另一端与中心排水管相连，所述中心排水管设置于隧道仰拱结构底部。

2.如权利要求1所述的铁路隧道底部结构排水装置，其特征在于，插入所述级配碎石包内的导水管垂直穿过隧道仰拱面。

3.如权利要求1所述的铁路隧道底部结构排水装置，其特征在于，所述级配碎石包在与导入管的连接处设置封口环。

4.如权利要求3所述的铁路隧道底部结构排水装置，其特征在于，所述封口环的两侧分别设置防脱环。

5.如权利要求1-4任一项所述的铁路隧道底部结构排水装置，其特征在于，所述导水管包括第一段导水管、第二段导水管，所述第一段导水管的一端插入所述级配碎石包内，另一端穿过隧道仰拱面设定长度后，通过弯头与所述第二段导水管相连，所述第二段导水管与所述中心排水管相连。

6.如权利要求5所述的铁路隧道底部结构排水装置，其特征在于，所述设定长度为20-30毫米。

7.如权利要求1-6任一项所述的铁路隧道底部结构排水装置，其特征在于，所述空洞直径为400-500毫米；和/或所述级配碎石包内导入管的长度为15cm。

8.如权利要求1-7任一项所述的铁路隧道底部结构排水装置，其特征在于，所述级配碎石包包括：土工布和包裹于所述土工布内的级配碎石。

9.如权利要求8所述的铁路隧道底部结构排水装置，其特征在于，所述级配碎石的骨料粒径为30-60毫米。

10.如权利要求1-9任一项所述的铁路隧道底部结构排水装置，其特征在于，还包括：横向引水管，所述横向引水管的一端连接环向盲管或纵向盲管，另一端连接所述中心排水管。

11.一种如权利要求1-10任一项铁路隧道底部结构排水装置的设置方法，其特征在于，包括：

在隧道基岩出水点处开挖空洞；

将级配碎石包放置于所述空洞中；

将导水管的一端插入级配碎石包内，穿过隧道仰拱面，进入衬砌后，另一端与中心排水管相连；所述中心排水管设置于隧道仰拱结构底部；

通过浇筑混凝土构建隧道底部结构，将所述导水管、所述中心排水管浇筑在混凝土内。

12.如权利要求11所述的设置方法，其特征在于，所述导水管的一端插入级配碎石包内包括：

插入步骤，将导水管自级配碎石包的包口插入所述级配碎石包内；

绑扎步骤，在所述包口采用封口环进行封口绑扎。

13.如权利要求12所述的设置方法，其特征在于，所述绑扎步骤包括：

依次在包口套设第一环向防脱环、封口环、第二环向防脱环。

14.如权利要求11-13任一项所述的设置方法，其特征在于，所述导水管包括第一段导水管、第二段导水管，所述第一段导水管的一端插入所述级配碎石包内，另一端穿过隧道仰拱面设定长度后，通过弯头与所述第二段导水管相连，所述第二段导水管与所述中心排水管相连。