CN109630157A - 一种隧道工程与地下水系统的调控系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种隧道工程与地下水系统的调控系统，包括：明洞，所述明洞的洞口段的坡顶上部埋设沉降观测桩，洞口段的边仰坡开挖5m处设置截水天沟；暗挖隧道进口段和出口段均设置大管棚超前支护；隧道衬砌，隧道衬砌采用12m长衬砌台车施作；隧道排水机构，包括污水井和污水处理池，污水井经洞口污水处理池处理后排出洞外；通风机构，采用大直径通风软管，独头压入式通风排烟，风机采用轴流式风机；防尘机构，包括在距洞内的掌子面30m外边墙两侧各放一台水幕降尘器；洞内供水机构，由每个洞口设置一个集水池构成，洞内施工用水采用增压泵输送。本发明通过通过明洞、隧道衬砌、通风机构、防尘机构及洞内供水机构实现地下水系统的调控。

Description

一种隧道工程与地下水系统的调控系统

技术领域

本发明涉及隧洞施工技术领域。具体涉及一种隧道工程与地下水系统的调控系统。

背景技术

随着经济发展和日常交通的需要，隧道建设量相应急剧上升。隧道是修建在地下或水下或者在山体中，铺设铁路或修筑公路供机动车辆通行的建筑物。

目前，常用的隧道施工方法是先对隧道洞口处的边、仰坡进行施工，然后进行超前大管棚的施工，接着对洞口进行爆破和开挖，将超前小导管打入隧道的内壁，之后打入系统锚杆，进行混凝土的喷射，然后进行拱架的安装和防排水结构的施工，最后进行衬砌的施工和仰拱的施工。在对丘陵地区，地形起伏较大，植被覆盖茂密隧道施工难度大，同时地下水需及时排除，因此，继续一种新的调控系统以解决上述问题。

发明内容

本发明提供一种解决上述现有技术存在问题，调控隧道工程和地下水系统的一种隧道工程与地下水系统的调控系统。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种隧道工程与地下水系统的调控系统，包括：

明洞，所述明洞的洞口段的坡顶上部埋设沉降观测桩，洞口段的边坡防护采用喷锚防护，洞口段的边仰坡开挖5m处设置截水天沟；暗挖隧道进口段和出口段均设置大管棚超前支护；明洞的拱墙内模采用衬砌台车、外模采用组合钢模板，两侧对称浇筑，拱墙一次整体浇筑成型；明洞衬砌施工完毕并达到设计强度后及时进行防水层、砂浆保护层及洞顶回填的施工；隧道通过软弱围岩破碎带地段、富水地段，加强隧道施工排水管理。

隧道衬砌，隧道衬砌采用12m长衬砌台车施作。衬砌的混凝土由拌和站集中拌制，混凝土运输车运输，泵送灌注，采用插入式捣固器配合附着式捣固器捣固以保证混凝土施工质量。

隧道排水机构，包括污水井和污水处理池，污水井经洞口污水处理池处理后排出洞外。隧道反坡施工段利用移动水泵抽水或固定泵站将水引至污水处理池，经处理达标后再行利用或者排放。

通风机构，采用大直径通风软管，独头压入式通风排烟，风机采用轴流式风机，隧道进出口工作面各配置两台流风机供风，风机在距洞口20m安设，通风管采用φ1500mm软质风管，风管口距工作面60m。

防尘机构，在距洞内的掌子面30m外边墙两侧各放一台水幕降尘器，爆破前10min打开阀门，放炮30min后关闭，在掌子面后安装隧道集尘器。

洞内供水机构，由每个洞口设置一个集水池构成，洞内施工用水采用增压泵输送，输水管道为φ100焊管，焊管每节6m，采用配套法兰接至施工现场。

进一步的，明洞的洞口采用锚固桩固定，锚固桩断面截面尺寸：150cm×250cm，锚固桩长度13m。

进一步的，暗挖隧道进口采用帽檐式斜切洞门，暗挖隧道出口采用自切式洞门。

进一步的，洞内超前支护采用超前小导管，超前小导管采用直径φ42、壁厚3.5mm热轧无缝钢管加工成花管。小导管前端加工成尖锥形，以便插打，并防止浆液前冲。小导管中间部位钻直径为10mm的注浆孔，呈梅花形布置，间距为15cm，尾部100cm范围内不钻孔以防漏浆，末端焊直径为6mm的环形箍筋，以防打设小导管时端部开裂，影响注浆管联接。

进一步的，隧道设双侧电缆槽，电力电缆槽与通信、信号电缆槽分槽设置，靠边墙侧为电力电缆槽，靠线路侧为通信、信号电缆槽。

进一步的，隧道采用围岩裂隙水引入侧沟，侧沟水通过30m一道横向排水管引入中心水沟排放，中心水沟尺寸为宽500mm×深600mm。

进一步的，洞口内供风采用大功率电动空压机供风，每个洞口拟配置3台20m3/min电动空压机，高压风管采用φ200mm钢管风管，节长6m，采用法兰连接至作业面供作业使用。

本发明有以下有益效果：

1、本发明通过明洞和隧道衬砌的具体结构保证了隧道功能，再通过明洞、隧道衬砌、通风机构、防尘机构及洞内供水机构实现地下水系统的调控。

2、能够确保隧道不渗、不漏、不裂，施工时，对水资源保护有严格要求的隧道，防排水应采取“以堵为主、限量排放”的原则；在其它地段，则采取“防、排、截、堵相结合，综合治理”的原则，达到防水可靠、排水畅通、经济合理的目的。

3、防尘机构的设置，能有效防止扬尘对施工人员造成危害和对周边农作物的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种隧道工程与地下水系统的调控系统中截水天沟的主视图；

图2是本发明实施例提供的一种隧道工程与地下水系统的调控系统中超前小导管的主视图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

如图1-2所示，本发明所述的一种隧道工程与地下水系统的调控系统，包括：

明洞，所述明洞的洞口段的坡顶上部埋设沉降观测桩，洞口段的边坡防护采用喷锚防护，洞口段的边仰坡开挖5m处设置截水天沟；暗挖隧道进口段设置一排长40m的φ108、t＝6mm大管棚超前支护，出口段设置一排长33m的φ108、t＝6mm大管棚超前支护；明洞先行安排仰拱、填充及边墙基础的施作，仰拱采用全幅施工；拱墙内模采用衬砌台车、外模采用组合钢模板，两侧对称浇筑，拱墙一次整体浇筑成型；明洞衬砌施工完毕并达到设计强度后及时进行防水层、砂浆保护层及洞顶回填的施工；隧道通过软弱围岩破碎带地段、富水地段，加强隧道施工排水管理，特别是反坡施工，防止围岩受水浸泡软化，加剧围岩变形；及时施作衬砌。

截水天沟的施工步骤为：1、定位放线，测量工程师根据施工图纸用仪器在地面上定出截水沟的走向(用小木桩做控制点)，测出桩顶标高，根据截水天沟的横断面，计算结构物底标高及开挖深度。2、基础开挖，定出基础边桩，将此桩连接用石灰粉划线，此线即为基坑上口轮廓线，根据已放出基坑边线和测出的原地面标高以及地质情况，采用人工开挖，沟渠开挖后，基底应夯实整平再进行支模。3、钢筋模板1，钢筋为φ8mm@200mm，模板采用木模板，按照截水天沟截面尺寸制作，并加固牢靠。模板安装必须稳固牢靠，接缝严密，不得漏浆。浇注砼前，模板内的积水和杂物必须清理干净。4、置变形缝，截水沟应每隔10～15m及截水天沟纵坡坡率变化较大处设置一道变形缝，变形缝宽2cm。变形缝中间加设遇水膨胀止水条两侧填充沥青麻丝。变形缝的位置可根据实际的地形、地质情况合理调整。5、浇筑混凝土2，采用C25混凝土浇筑，并用振动棒振动混凝土使其密实。砼在浇筑过程中必须严禁冲刷模板；砼的养护采用塑料薄膜洒水养生，养生期限不少于14天。

洞口施工步骤为：1、洞口土石方开挖，开挖时，采用挖掘机按设计尺寸位置挖出洞门及明洞位置，避免对洞门仰坡及边坡的扰动。施工过程中加强对仰坡的观测，如洞口仰坡在开挖过程中有滑坡迹象，立即对仰坡和边坡采取加固措施，并采取保留核心土的办法，先将边、仰坡防护和进洞大管棚施作完成后，再挖核心土石方。2、明洞开挖，洞口及明洞开挖以挖掘机为主，人工配合。遇次坚石难以开挖时，采用弱爆破。施工时控制药量，确保边坡稳定。南塘山隧道明洞段为V级围岩，埋深较浅，自稳能力差。洞口边、仰坡按设计坡度，自上而下分层进行刷坡和喷护，开挖一层喷护一层，分层高度为1.5m。清表后根据实际情况，对于土质和破碎的岩石边坡采用挖掘机开挖配合人工刷坡；石质边坡以松动控制爆破为主，坡面部位采用光面爆破，以保持坡面平顺完整和减少对围岩的扰动，局部爆破困难地段采用人工风镐刷坡。3、洞口锚固桩，锚固桩位于右DK67+046明暗交界处左右侧，锚固桩断面截面尺寸：150cm×250cm，锚固桩长度13m。4、边、仰坡锚杆及钢筋网片防护施工，为保证边、仰坡的稳定和防止地表水影响洞口的稳定，分层刷坡后及时对坡面进行防护。临时防护采用锚、网、喷结合的加固防护措施，采用锚杆为Ф22砂浆锚杆，每根长4m，间距1.5×1.5m，梅花形布置，钢筋网为φ8钢筋，网孔25×25cm，钢筋网搭接至少为一个网袼的尺寸；喷C25砼厚10cm。永久性边坡防护采用浆砌片石骨架护坡防护。5、洞门施工，隧道进口采用帽檐式斜切洞门，隧道出口采用自切式洞门。

砂浆锚杆采用螺纹钢筋现场按设计长度制作。钻孔完成后，用高压风将孔内杂物吹净，将砂浆注入锚孔，将锚杆插入钻孔内，轻轻锤击锚杆使之深入孔底。钻孔圆而直，孔口岩石整平，并使岩面与钻孔方向垂直。锚杆水泥砂浆拌合均匀，随拌随用，灌浆时导管伸入孔底，边灌浆边抽拨导管，要求锚孔内砂浆饱满，灌浆工作连续不中断，保证锚杆、砂浆、围岩间的粘结力。

中空锚杆直径φ25，设在拱部范围，采用锚杆钻机或凿岩台车钻孔，注浆泵注浆施工。用注浆泵(1.5～5MPa)压注水泥浆,注浆压力0.5～1.0Mpa。锚杆孔内浆液应饱满密实，注浆必须等浆液从孔口周围溢出才算注满；锚杆垫板与孔口混凝土密贴；随时检查锚杆头的变形情况，待水泥浆终凝后扭紧固定孔口垫板的螺栓。

钢筋网片间距应符合设计要求；钢筋网格之间的搭接长度应为1～2个网格。搭接方式为点焊焊接；钢筋网应在初喷混凝土后安装，钢筋网应与锚杆连接牢固；砂层地段应先铺挂钢筋网，沿环向压紧后再喷混凝土；钢筋网应随受喷面的起伏铺设，与受喷面保持一定距离，并与锚杆或其他固定装置连接牢固。

进口段围岩和出口段围岩采用φ108大管棚超前防护，大管棚施工步骤为：1、测量放样，测量人员使用全站仪对管棚位置精确放样，并在在掌子面上用红色标记画出钻孔位置，并按照一定顺序编号。2、钻孔，钻孔直径φ127，钻孔深度到达设计深度。3、顶进管棚。4、放置Φ22钢筋笼。5、注浆管路检查，检查设备运行是否良好，并试注浆。6、注浆，达到设计要求停止注浆。

洞内超前支护采用超前小导管，风动凿岩机钻孔，人工配合风钻机顶进安装，注浆机注浆，初期支护和临时支护钢格栅、型钢、钢筋网等构件由钢筋加工厂在洞外加工成成品，经洞外检验合格后运至现场安装定位，按规范架设拼装。

超前小导管设计参数表

导管采用直径φ42、壁厚3.5mm热轧无缝钢管加工成花管，以便注浆。小导管前端加工成尖锥形3，以便插打，并防止浆液前冲。小导管中间部位钻直径为10mm的注浆孔4，呈梅花形布置(防止注浆出现死角)，间距为15cm，尾部100cm范围内不钻孔以防漏浆，末端焊直径为6mm的环形箍筋5，以防打设小导管时端部开裂，影响注浆管联接。

超前小导管施工采用风动凿岩机冲击振动将小导管直接顶入岩层，必要时，用电钻引孔。首环导管施工前，首先喷射混凝土10～15cm封闭范围为开挖工作面及邻近开挖工作面3m范围的环向开挖面作为止浆墙，后续循环则可利用循环间搭接部分作为止浆墙。按设计间距钻设超前小导管孔，清孔后将小导管打入孔内，再用高压风清除管内杂物，在孔口端用粘有CS胶泥的麻丝缠绕成不小于孔径的纺锤形柱塞，把小导管插入孔内，带好丝扣保护帽，用风钻或风镐打入到设计深度，使麻丝柱塞和孔壁压紧。连接注浆管，用塑胶泥封堵孔口。

若出现卡钻或塌孔时，拔出重钻或更换钻头。必要时可采取先注浆后补钻的方法。钻进过程中要注意钻杆的方向和角度，防止相邻孔位发生对穿现象。同时在钻进过程要注围岩地质的变化，并适时记录，为以后的洞身开挖提供第一手资料。钻孔达到要求深度后，按照同样方法拆卸钻杆，钻机退回准备进行下一个孔的钻进。小导管外露长度为30cm，以便联接孔口阀门和管路。

喷射混凝土骨料用强制式拌合机分次投料拌合，采用混凝土喷射机湿式喷射作业。开始喷射时，应减小喷头与受喷面的距离，并调整喷射角度。喷锚支护喷射混凝土分初喷和复喷两次进行，初喷在开挖后进行，复喷砼在锚杆、挂网后进行，尽快形成喷锚支护整体受力，以抑制围岩变位。钢筋使用前应清除锈蚀，钢筋网应随受喷面的起伏喷射，与受喷面的间隙一般不大于3cm。钢筋网应连接牢固在喷射混凝土时不得晃动。喷射砼分段、分片由下而上顺序进行，一次喷射厚度控制在6cm以下，后一层喷射在前层砼终凝后进行，新喷射的砼按规定洒水养护。喷头与受喷面宜垂直，距离应与工作气压相适应。有钢筋网时，喷射距离可小于0.6m，喷射角度可稍偏些，喷射混凝土应覆盖钢筋网2cm以上。

导管注浆，注浆前平整注浆所需场地，检查机具设备，并准备注浆材料。注浆前必须向监理工程师报检。

超前小导管安装完成后，应进行压水试验，压力0.5～1.0MPa，并根据设计和试验结果确定注浆参数。

注浆顺序为先注无水孔，后注有水孔，从下至上，浆液先稀后浓，注浆量先大后小，注浆压力先小后大的要求进行。如遇串浆时，应采用分浆器多孔注浆或堵塞串浆孔隔孔注浆。当注浆压力突然升高时，应停机查明原因，当水泥浆进浆量很大，压力不变时，应调整浆液浓度和配合比，缩短胶凝时间，采用小流量低压力注浆或间歇式注浆。注浆结束后，利用止浆塞保持孔内压力，直至浆液完全凝固。浆液的浓度、胶凝时间符合设计要求，不得随意变更

初期支护采用湿喷机按湿喷工艺喷射砼，并配备应急备用设备。洞内超前小导管采用人工风钻打眼、人工安装、注浆泵注浆，洞口大管棚采用履带自行式地质钻机钻孔、注浆泵注浆，支护按“早封闭、早成环、勤量测”的原则组织施。

隧道衬砌，隧道衬砌采用12m长衬砌台车施作。二次衬砌根据监控量测结果在围岩变形基本稳定后施作，施工过程中要确保车辆正常通行。下锚段、一般锚段复合式衬砌要严格按照设计尺寸和规范要求进行施工。

仰拱、填充要快速施工并及时跟进。混凝土由拌和站集中拌制，混凝土运输车运输，泵送灌注，采用插入式捣固器配合附着式捣固器捣固以保证混凝土施工质量。水沟、电缆槽采用沟槽移动模架立模现浇灌注。电缆槽盖板采用定型钢模在预制场集中预制、人工安装。

衬砌包括：一、仰拱施工，具体步骤包括：

1、底部清理：施工前首先清理隧底底面浮碴，并用水泵排除积水；检查隧道底板底标高，各项指标合格后可进行下道工序施工。2、钢筋绑扎：本隧IVb、Va、Vb、Vc仰拱设计采用钢筋混凝土，IVb、Va钢筋型号为：主筋Φ20@200,Φ12@250,箍筋φ8，Vb、Vc钢筋型号主筋Φ22@200,Φ14@250,箍筋φ8。钢筋的间距、接头的搭接长度等应符合设计和规范要求，钢筋净保护层为50mm。3、施工缝施工：仰拱施工缝施工采用中埋式钢边止水带(350mm×8mm)+遇水膨胀止水条，止水带安装位置符合设计要求，中心线位置应和施工缝中心重合，止水带固定牢固、平直，不得有扭曲现象，止水条搭接采用叠接方式，搭接长度不小于50mm。4、预埋件施工：本隧通信设备洞室处仰拱填充面以下预埋两根φ100热镀锌钢管，每根长13.5m，，所埋通信用过轨钢管内预穿φ4.0mm铁线，在两端各预留1m，两根钢管间距50cm，洞口过轨钢管预埋里程为DK67+040和DK68+880。5、仰拱砼浇筑：混凝土浇筑统一采用集中拌合站拌制，混凝土罐车运输，首盘车浇筑和浇筑过程中应检查砼塌落度、入模温度等指标，符合要求后方可灌注，如发现塌落度不足时，由试验人员进行调整，严禁擅自往砼中加水。振动棒振捣过程中，应快插慢拔，不得在砼浇筑仓内平托。振捣时间以为10～30s，应避免漏振和过振。

二、拱墙施工，具体步骤包括：1、基面检查及处理；2、施作拱墙防排水；3、钢筋绑扎；4、布设轨道；5、台车就位；6、施工缝防水处理；7、堵头模板封堵；8、浇筑混凝土；9、达到规定时间脱模；10、养护。

隧道排水机构，以自然顺坡排水为主，经洞口污水处理池处理后排出洞外。隧道反坡施工段利用移动水泵抽水或固定泵站将水引至污水处理池，经处理达标后再行利用或者排放。施工过程中要严格控制施工用水及围岩裂隙水的排放，严禁淤积于结构底部影响结构承载力。

隧道设双侧(四条)电缆槽，电力电缆槽与通信、信号电缆槽分槽设置，靠边墙侧为电力电缆槽，靠线路侧为通信、信号电缆槽。

采用围岩裂隙水引入侧沟，侧沟水通过30m一道横向排水管引入中心水沟排放，中心水沟尺寸为宽500mm×深600mm。

通风机构，隧道通风采用大直径通风软管，独头压入式通风排烟方案，风机采用轴流式风机，隧道进出口工作面各配置两台75KW轴流风机供风，风机在距洞口20m安设，通风管采用φ1500mm软质风管(洞口300m范围内采用加强型)，风管口距工作面60m左右，保证隧道通风质量。

防尘机构为控制粉尘的产生，钻眼作业采用湿式凿岩。在钻眼时，先送水后送风；装碴前必须进行喷雾、洒水；在距掌子面30m外边墙两侧各放一台水幕降尘器，爆破前10min打开阀门，放炮30min后关闭，在掌子面后安装隧道集尘器。集尘器主要是捕捉3μm以上的粉尘；施工人员佩带防尘口罩。

洞内供风采用大功率电动空压机供风，以满足手风钻钻眼和湿喷机作业，每个洞口拟配置3台20m3/min电动空压机。高压风管采用φ200mm钢管风管，节长6m，采用法兰连接至作业面供作业使用。

隧洞供水机构，每个洞口设置一个集水池。洞内施工用水采用增压泵输送，输水管道为φ100焊管。焊管每节6m，采用配套法兰接至施工现场。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种隧道工程与地下水系统的调控系统，包括：

明洞，所述明洞的洞口段的坡顶上部埋设沉降观测桩，洞口段的边坡防护采用喷锚防护，洞口段的边仰坡开挖5m处设置截水天沟；暗挖隧道进口段和出口段均设置大管棚超前支护；明洞的拱墙内模采用衬砌台车、外模采用组合钢模板，两侧对称浇筑，拱墙一次整体浇筑成型；明洞衬砌施工完毕并达到设计强度后及时进行防水层、砂浆保护层及洞顶回填的施工；隧道通过软弱围岩破碎带地段、富水地段，加强隧道施工排水管理。

隧道衬砌，隧道衬砌采用12m长衬砌台车施作。衬砌的混凝土由拌和站集中拌制，混凝土运输车运输，泵送灌注，采用插入式捣固器配合附着式捣固器捣固以保证混凝土施工质量。

隧道排水机构，包括污水井和污水处理池，污水井经洞口污水处理池处理后排出洞外。隧道反坡施工段利用移动水泵抽水或固定泵站将水引至污水处理池，经处理达标后再行利用或者排放。

通风机构，采用大直径通风软管，独头压入式通风排烟，风机采用轴流式风机，隧道进出口工作面各配置两台流风机供风，风机在距洞口20m安设，通风管采用φ1500mm软质风管，风管口距工作面60m。

防尘机构，包括在距洞内的掌子面30m外边墙两侧各放一台水幕降尘器，爆破前10min打开阀门，放炮30min后关闭，在掌子面后安装隧道集尘器。

洞内供水机构，由每个洞口设置一个集水池构成，洞内施工用水采用增压泵输送，输水管道为φ100焊管，焊管每节6m，采用配套法兰接至施工现场。

2.根据权利要求1所述的一种隧道工程与地下水系统的调控系统，其特征在于：明洞的洞口采用锚固桩固定，锚固桩断面截面尺寸：150cm×250cm，锚固桩长度13m。

3.根据权利要求1所述的一种隧道工程与地下水系统的调控系统，其特征在于：暗挖隧道进口采用帽檐式斜切洞门，暗挖隧道出口采用自切式洞门。

4.根据权利要求1所述的一种隧道工程与地下水系统的调控系统，其特征在于：洞内超前支护采用超前小导管，超前小导管采用直径φ42、壁厚3.5mm热轧无缝钢管加工成花管。小导管前端加工成尖锥形，以便插打，并防止浆液前冲。小导管中间部位钻直径为10mm的注浆孔，呈梅花形布置，间距为15cm，尾部100cm范围内不钻孔以防漏浆，末端焊直径为6mm的环形箍筋，以防打设小导管时端部开裂，影响注浆管联接。

5.根据权利要求1所述的一种隧道工程与地下水系统的调控系统，其特征在于：隧道设双侧电缆槽，电力电缆槽与通信、信号电缆槽分槽设置，靠边墙侧为电力电缆槽，靠线路侧为通信、信号电缆槽。

6.根据权利要求1所述的一种隧道工程与地下水系统的调控系统，其特征在于：隧道采用围岩裂隙水引入侧沟，侧沟水通过30m一道横向排水管引入中心水沟排放，中心水沟尺寸为宽500mm×深600mm。

7.根据权利要求1所述的一种隧道工程与地下水系统的调控系统，其特征在于：洞口内供风采用大功率电动空压机供风，每个洞口拟配置3台20m3/min电动空压机，高压风管采用φ200mm钢管风管，节长6m，采用法兰连接至作业面供作业使用。