CN107237650B - 一种用于处理隧道洞壁渗水的钻孔虹吸负压排水系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于处理隧道洞壁渗水的钻孔虹吸负压排水系统及方法，所述系统包括钻孔、透水管、排水管、遇水膨胀橡胶止水环，在隧道侧壁渗水点的位置钻探形成钻孔，钻孔划分为位于孔底的透水钻孔段和位于孔口的注浆封闭钻孔段，透水钻孔段内安装有透水管，透水钻孔段和注浆封闭钻孔段之间设有遇水膨胀橡胶止水环，遇水膨胀橡胶止水环中间设有孔洞，排水管的进水口穿过遇水膨胀橡胶止水环的孔洞后插入透水管内，排水管的出水口置于隧道的边沟中，在遇水膨胀橡胶止水环以上的孔段灌注水泥砂浆，确保注浆过程中水泥砂浆不进入透水钻孔段。本发明系统具有实时高效地排出围岩中的地下水和无需经常性后期维护等优点。

Description

一种用于处理隧道洞壁渗水的钻孔虹吸负压排水系统及方法
技术领域
本发明属于隧道洞壁渗水处置技术领域。具体涉及一种排出隧道围岩地下水的系统及方法，本发明适用于控制隧道围岩地下水压力上升幅度的需要，尤其适用于解决隧道衬砌防水层破损后的排水需要。
背景技术
隧道在混凝土衬砌完成后，周围裂隙水被封闭于混凝土衬砌之外，当防水层或衬砌混凝土存在缺陷时，会产生局部地下水渗出。洞壁渗水进入隧道内，会对隧道安全运营产生不利影响：渗水流向路面引起积水、结冰，会导致车辆在行驶中打滑；渗水侵蚀衬砌内表面，降低隧道内照明亮度和能见度；渗水破坏隧道衬砌混凝土及围岩内部结构，缩短隧道的使用寿命。
目前常用的隧道渗水处治方法：对于一般渗水点，常用速凝材料注浆堵水，采用加密横向竖向引排水孔，并加设纵向盲沟进行引排，或采用打排水管孔插管排水；对于大面积渗水，一般对渗水段采用注浆堵水的办法处理。存在的主要问题：注浆堵水会导致围岩地下水沿防水层流动；渗水处置技术方法的工序复杂、施工工期长，影响隧道的正常使用。
发明内容
本发明的目的在于针对现有隧道洞壁渗水处理技术的不足，提供一种不影响衬砌防水层的隧道洞壁渗水处置系统及方法。本发明系统不仅能够实时高效地排出围岩中的地下水，而且无需经常性后期维护。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种用于处理隧道洞壁渗水的钻孔虹吸负压排水系统，包括钻孔、透水管、排水管、遇水膨胀橡胶止水环，在隧道侧壁渗水点的位置钻探形成钻孔，渗水点附近围岩地下水自然渗流到钻孔内，钻孔划分为位于孔底的透水钻孔段和位于孔口的注浆封闭钻孔段，透水钻孔段内安装有透水管，透水管可阻挡孔周粗砂碎石等大颗粒进入管内，地下水可以顺利入渗，位于孔底的透水钻孔段用于收集围岩中的地下水，位于孔口的注浆封闭钻孔段用于隔离孔底段与洞壁的水气联系，透水钻孔段和注浆封闭钻孔段之间设有遇水膨胀橡胶止水环，遇水膨胀橡胶止水环中间设有孔洞，排水管的进水口穿过遇水膨胀橡胶止水环的孔洞后插入透水管内，排水管的出水口置于隧道的边沟中，灌注水泥砂浆封闭遇水膨胀橡胶止水环以上的孔段，遇水膨胀橡胶止水环用于分割透水钻孔段和注浆封闭钻孔段，确保孔口段注浆过程中的水泥砂浆不进入透水钻孔段，保持透水钻孔段为透水结构。
进一步地，所述钻孔向下倾斜，倾角为5～10°，钻孔的孔径大于70mm，可以在隧道边墙洞壁不同位置打设，根据洞壁渗水点特征与位置确定。
进一步地，所述排水管采用内径为4～6mm的PU管。
进一步地，所述透水钻孔段长度为5～10m，所述注浆封闭钻孔段的长度宜与隧道衬砌混凝土的厚度相同；隧道衬砌混凝土的厚度不确定时，注浆封闭钻孔段的长度取0.5m。
进一步地，所述透水管采用外织滤布、内撑HDPE的打孔波纹管。
当入渗地下水引起孔底段空腔内水压力上升的水头高于钻孔孔口高程时，孔内地下水从排水管中自然流出孔口，排水过程发生，虹吸作用会引起透水钻孔段产生负压，使围岩内的地下水加速流向透水钻孔段的空腔内，排干围岩及钻孔空腔内的地下水时，排水管的进水口会进入空气，一次排水过程结束；随着降雨入渗的循环发生，排水过程循环进行。
本发明的有益效果主要表现在：
1、可实现隧道围岩地下水的有效疏排，解决隧道洞壁渗水问题；
2、治理过程实施过程操作简单易行；
3、排水措施的可靠性好，适用性强，排水过程无需动力和经常性的管理维护；
4、各排水孔可独立建设、独立工作，便于隧道洞壁不同部位实施渗水处置；
5、排水过程中，虹吸作用在透水钻孔段内形成负压，迫使围岩地下水快速流向钻孔并排出洞壁；
6、间歇性抽吸排水可以带出钻孔内细小土颗粒，防止孔内淤积。
7、排水工作过程随着降雨的发生循环进行，排水管抽排作用发生周期性的循环变化，实现排水系统长期高效排水。
附图说明
图1为本发明钻孔虹吸负压排水系统的整体结构示意图；
图中：钻孔1、透水钻孔段11、注浆封闭钻孔段12、透水管2、排水管3、遇水膨胀橡胶止水环4、水泥砂浆5、边沟6、隧道7。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应该理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
本实施例提供一种用于处理隧道洞壁渗水的钻孔虹吸负压排水系统。在钻孔1中插入排水管3，采用排水能力大于入渗量的排水管3设计方案，在钻孔1的注浆封闭钻孔段12进行注浆密封隔离孔底的透水钻孔段11与地表的水气联系，使排水过程中在孔底的透水钻孔段11空腔内形成负压，利用负压吸水作用快速排出围岩中的地下水。
如图1中，该钻孔虹吸负压排水系统包括钻孔1、透水管2、排水管3、遇水膨胀橡胶止水环4，在隧道侧壁渗水点的位置钻探形成钻孔1，渗水点附近围岩地下水自然渗流到钻孔1内，钻孔1划分为位于孔底的透水钻孔段11和位于孔口的注浆封闭钻孔段12，透水钻孔段11安装有透水管2，透水管2可阻挡孔周粗砂碎石等大颗粒进入管内，地下水可以顺利入渗，位于孔底的透水钻孔段11用于收集围岩中的地下水，位于孔口的注浆封闭钻孔段12用于隔离孔底段与洞壁的水气联系，透水钻孔段11和注浆封闭钻孔段12之间设有遇水膨胀橡胶止水环4，遇水膨胀橡胶止水环4中间设有孔洞，排水管3的进水口穿过遇水膨胀橡胶止水环4的孔洞后插入透水管2内，排水管3的出水口置于隧道7的边沟6中，灌注水泥砂浆5封闭遇水膨胀橡胶止水环4以上的孔段，遇水膨胀橡胶止水环4用于分割透水钻孔段11和注浆封闭钻孔段12，确保孔口段注浆过程中的水泥砂浆5不进入透水钻孔段11，保持透水钻孔段11为透水结构。
所述钻孔1向下倾斜，倾角为5～10°，钻孔1的孔径大于70mm，可以在隧道边墙洞壁不同位置打设，根据洞壁渗水点特征与位置确定。
所述排水管3采用内径为4～6mm的PU管，洞壁渗水采用4mm的PU管，洞壁滴水采用5mm的PU管，洞壁流水采用6mm的PU管。
所述透水钻孔段11长度为5～10m，所述注浆封闭钻孔段12的长度宜与隧道衬砌混凝土的厚度相同；隧道衬砌混凝土的厚度不确定时，注浆封闭钻孔段12的长度取0.5m。
所述透水管2采用外织滤布、内撑HDPE的打孔波纹管。
本实施例还提供一种利用上述系统的钻孔虹吸负压排水方法，该方法包括：
(1)调查隧道洞壁渗流点的位置与范围，确定打设所述的排水钻孔1的位置和数量；
(2)截取透水管2的长度为透水钻孔段11的长度，在透水管2的底部包裹土工布，在透水管2的顶部放置遇水膨胀橡胶止水环4，排水管3的进水口穿过遇水膨胀橡胶止水环4后，插入透水管2内；
(3)将所述的透水管2、遇水膨胀橡胶止水环4和排水管3一起插入到透水钻孔段11，排水管3的出水口置于隧道7的边沟6中；
(4)待遇水膨胀橡胶止水环4充分膨胀后，在遇水膨胀橡胶止水环4以上的孔段灌注水泥砂浆5；
(5)围岩内的地下水位上升引起透水钻孔段11内的水头高度大于钻孔孔口高程时，透水钻孔段11内的地下水就会在水头差的作用下由排水管3排出，排水过程发生，虹吸作用引起透水钻孔段11产生负压，使围岩内的地下水加速流向透水钻孔段11的空腔内，排干围岩及钻孔空腔内的地下水时，排水管3的进水口会进入空气，一次排水过程结束；随着降雨入渗的循环发生，排水过程循环进行。
以上所述的仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等效替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于处理隧道洞壁渗水的钻孔虹吸负压排水系统，其特征在于，包括钻孔、透水管、排水管、遇水膨胀橡胶止水环，在隧道侧壁渗水点的位置钻探形成俯倾钻孔，钻孔划分为位于孔底的透水钻孔段和位于孔口的注浆封闭钻孔段，透水钻孔段内安装有透水管，透水钻孔段和注浆封闭钻孔段之间设有遇水膨胀橡胶止水环，遇水膨胀橡胶止水环中间设有孔洞，排水管的进水口穿过遇水膨胀橡胶止水环的孔洞后插入透水管内，排水管的出水口置于隧道的边沟中，在遇水膨胀橡胶止水环以上的孔段灌注水泥砂浆。
2.根据权利要求1所述的一种用于处理隧道洞壁渗水的钻孔虹吸负压排水系统，其特征在于，所述钻孔向下倾斜，倾角为5～10°，钻孔的孔径大于70mm，可以在隧道边墙洞壁不同位置打设，根据洞壁渗水点特征与位置确定。
3.根据权利要求1所述的一种用于处理隧道洞壁渗水的钻孔虹吸负压排水系统，其特征在于，所述排水管采用内径为4～6mm的PU管。
4.根据权利要求1所述的一种用于处理隧道洞壁渗水的钻孔虹吸负压排水系统，其特征在于，所述透水管采用外织滤布、内撑HDPE的打孔波纹管。
5.根据权利要求1所述的一种用于处理隧道洞壁渗水的钻孔虹吸负压排水系统，其特征在于，所述透水钻孔段长度为5～10m，所述注浆封闭钻孔段的长度与隧道衬砌混凝土的厚度相同；隧道衬砌混凝土的厚度不确定时，注浆封闭钻孔段的长度取0.5m。
6.一种应用权利要求1-5任一项系统的钻孔虹吸负压排水方法，其特征在于，包括：
(1)调查隧道洞壁渗流点的位置与范围，确定打设排水钻孔的位置和数量；
(2)截取透水管的长度为透水钻孔段的长度，在透水管的底部包裹土工布，在透水管的顶部放置遇水膨胀橡胶止水环，排水管的进水口穿过遇水膨胀橡胶止水环后，插入透水管内；
(3)将所述的透水管、遇水膨胀橡胶止水环和排水管一起插入到透水钻孔段，排水管的出水口置于隧道的边沟中；
(4)待遇水膨胀橡胶止水环充分膨胀后，在遇水膨胀橡胶止水环以上的孔段灌注水泥砂浆；
(5)围岩内的地下水位上升引起透水钻孔段内的水头高度大于钻孔孔口高程时，透水钻孔段内的地下水就会在水头差的作用下由排水管排出，排水过程发生，虹吸作用会引起透水钻孔段产生负压，使围岩内的地下水加速流向透水钻孔段的空腔内，排干围岩及钻孔空腔内的地下水时，排水管的进水口会进入空气，一次排水过程结束；随着降雨入渗的循环发生，排水过程循环进行。
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