CN111005759A - 一种适用于寒冷地区的超长隧道清污分离排水结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种适用于寒冷地区的超长隧道清污分离排水结构，包括洞口段排水结构和洞身段排水结构以及洞外清水沟、洞外深埋水沟、洞外污水沟和净水池，洞口段排水结构包括中心水沟和侧式污水沟A，中心水沟深埋于主洞洞口段低于冻结深度处，主洞洞口段两侧均设置侧式污水沟A，洞身段排水结构包括侧式清水沟和侧式污水沟B，主洞洞身段两侧均设置侧式清水沟和侧式污水沟B。其优点在于，实现了隧道施工及运营期间清水与污水的分离排放处理，满足高环境要求；洞口段与洞身段分开布置排水结构，满足寒冷地区排水的保温要求，可以有效防止地下水渗入洞内发生冰冻肇灾；利用服务隧道辅助增强主洞排水能力，实现超长隧道的超大水量排放。
Description
技术领域
本发明涉及隧道及地下工程技术领域，尤其涉及一种适用于寒冷地区的超长隧道清污分离排水结构。
背景技术
隧道排水关系到隧道建设及运营的正常推进及安全，《公路隧道设计规范》中规定：“采取的隧道防排水措施，应注意保护自然环境”、“隧道洞内宜按地下水与运营清洗污水、消防污水分离排放的原则设置纵向排水系统”。
隧道污水包括施工废水、运营清洗污水及消防污水，在高环境要求地区，污水不允许直接排放，必须经过处理后再利用或者异地排放，因此，洞内排水结构需要单独设置沟槽引排污水，对于特长及超长隧道，污水体量大，必须较强的污水排放处理系统才能满足要求。
围岩地下水一般是洁净的，地下水的排水方式主要有两种：衬砌排水和路面结构底排水。对于寒冷地区隧道排水，地下水可能产生冻结的地段，宜设中心深埋水沟，但对于特长及超长隧道来说，深埋中心水沟施工难度大、检修维护不便，而且特长及超长隧道跨越地质区域大，隧道总体水量大，这就需要隧道具有强大的排水能力，主洞排水受断面及纵坡限制，排水能力也会有所限制。
发明内容
本发明的目的之一在于针对已有的技术现状，提供一种适用于寒冷地区的超长隧道清污分离排水结构，实现了隧道施工及运营期间清水与污水的分离排放处理，满足高环境要求。
本发明的目的之二在于针对已有的技术现状，提供一种适用于寒冷地区的超长隧道清污分离排水结构，洞口段与洞身段分开布置排水结构，满足寒冷地区排水的保温要求，可以有效防止地下水渗入洞内发生冰冻肇灾。
本发明的目的之三在于针对已有的技术现状，提供一种适用于寒冷地区的超长隧道清污分离排水结构，利用服务隧道辅助增强主洞排水能力，实现超长隧道的超大水量排放。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种适用于寒冷地区的超长隧道清污分离排水结构，包括设置在主洞内的洞口段排水结构和洞身段排水结构以及设置在主洞外的洞外清水沟、洞外深埋水沟、洞外污水沟和净水池，所述洞口段排水结构包括用于排放清水的中心水沟和用于排放污水的侧式污水沟A，中心水沟深埋于主洞洞口段低于冻结深度处，中心水沟位于主洞内一端封堵，中心水沟位于主洞外一端通过跌水井与洞外清水沟连通，主洞洞口段隧道衬砌内的纵向排水管通过横向导水管A与中心水沟连通，横向导水管A设置在仰拱底部，主洞洞口段两侧均设置侧式污水沟A，所述洞身段排水结构包括用于排放清水的侧式清水沟和用于排放污水的侧式污水沟B，主洞洞身段两侧均设置侧式清水沟和侧式污水沟B，侧式清水沟通过横向导水沟与服务隧道排水通道连通，洞外清水沟与服务隧道排水通道汇入洞外深埋水沟，主洞洞身段隧道衬砌内的纵向排水管通过横向导水管B与侧式清水沟连通，主洞洞身段两侧的侧式污水沟B与主洞洞口段两侧的侧式污水沟A纵向连通并通过洞外污水沟汇入净水池。
进一步的，所述洞口段排水结构和洞身段排水结构均还包括路面排水结构，路面排水结构包括若干设置在主洞路面垫层中或仰拱填充层顶部的横向排水沟以及设置在主洞低地势一侧的纵向排水沟，若干横向排水沟均与纵向排水沟连通，洞口段排水结构的纵向排水沟通过横向导水管C与中心水沟检查井连通，洞身段排水结构的纵向排水沟与横向导水沟连通。
进一步的，所述横向排水沟和纵向排水沟中均埋设透水管或270°开孔排水管，横向排水沟和纵向排水沟内其余空间填充洗净碎石。
进一步的，所述横向导水沟设置在横洞以及主洞与横洞连接处的路面结构下方，横向导水沟与服务隧道排水通道通过廊道式检查井连通，廊道式检查井的井口设置在横洞内。
进一步的，所述廊道式检查井的底部设有沉沙空间。
进一步的，所述中心水沟检查井和廊道式检查井的上部均设有厚度不小于30cm的保温材料。
进一步的，所述侧式清水沟和侧式污水沟B共用整体盖板，侧式污水沟B沟身为预制钢筋混凝土结构，整体盖板位于侧式污水沟B上方部分设有集水凹槽和泄水孔，侧式清水沟一侧与电缆沟共用预制侧壁，另一侧与侧式污水沟B共用侧壁，侧式清水沟的上部设有保温材料。
本发明的有益效果为：
1、实现了隧道施工及运营期间清水与污水的分离排放处理，满足高环境要求；2、洞口段与洞身段分开布置排水结构，满足寒冷地区排水的保温要求，可以有效防止地下水渗入洞内发生冰冻肇灾；3、利用服务隧道辅助增强主洞排水能力，实现超长隧道的超大水量排放。
附图说明
附图1为本发明清污分离排水结构的平面布置图；
附图2为本发明主洞、服务隧道和横向导水沟的横断面示意图；
附图3为本发明廊道式检查井的横断面示意图；
附图4为本发明横向导水沟与侧式清水沟和纵向排水沟连通处的局部放大图；
附图5为本发明主洞洞口段的排水布置图；
附图6为本发明侧式污水沟A处的局部放大图；
附图7为本发明主洞洞身段的排水布置图；
附图8为本发明侧式清水沟和侧式污水沟B处的局部放大图；
附图9为本发明中心水沟检查井处的局部放大图。
标注说明：1、主洞，2、服务隧道，3、横洞，4、主洞洞口段，5、主洞洞身段，6、中心水沟，7、侧式污水沟A，8、侧式清水沟，9、侧式清水沟，10、横向导水沟，11、服务隧道排水通道，12、廊道式检查井，13、跌水井，14、洞外清水沟，15、洞外深埋水沟，16、洞外污水沟，17、净水池，18、环向排水管，19、纵向排水管，20、横向导水管A，21、横向排水沟，22、纵向排水沟，23、横向导水管B，24、中心水沟检查井，25、横向导水管C，26、电缆沟。
具体实施方式
某拟设计施工的高速公路隧道，长22km，为超长隧道，最大埋深约1150m，按100km/h双向四车道高速公路技术标准设计，隧道路段横穿天格尔山，两侧低，中间高，地形起伏大，穿越地貌单元较多，主要有高山冰川地貌区、冲洪积侵蚀沟谷地貌区、山麓斜坡堆积地貌区、构造剥蚀中高山地貌区，海拔在2620m-4234m之间，相对高差1600m，在海拔3500m以上基本无植被，局部终年积雪，地下水类型主要为松散岩类孔隙水、基岩风化裂隙水、构造裂隙水，水文地质条件较复杂。考虑到隧道运营期防灾救援、地形地质特点、施工工期、斜竖井设置、施工风险等因素，推荐采用主洞钻爆法+TBM服务隧道的三洞方案。
请参阅图2、5、7所示，上述超长隧道包括两个主洞1及两者中间的服务隧道2，主洞1内隧道衬砌排水通过透水的环向排水管18汇集至墙背底部的纵向排水管19，主洞1与服务隧道2通过若干横洞3相连，横洞3包括人行横洞、车行横洞，服务隧道2在两个主洞1之间平行布置，其高程低于主洞1高程，高差约为1m，服务隧道2兼具辅助施工、防灾救援以及辅助排水等功能。
环向排水管18包括沿初期支护表面均匀铺设φ50mm软式透水管、在集中渗漏水处视水量情况在围岩表面集中铺设1-3根φ100半圆排水管，纵向排水管19采用φ100mm双壁打孔波纹管，沿隧道边墙处设置，每侧各一条，坡度与隧道纵坡一致，环向排水管18和纵向排水管19通过三通接头连接。
请参阅图1-2所示，上述超长隧道的清污分离排水结构，包括设置在主洞1内的洞口段排水结构和洞身段排水结构以及设置在主洞1外的洞外清水沟14、洞外深埋水沟15、洞外污水沟16和净水池17。主洞洞口段4与主洞洞身段5在一处合适的横洞3对应位置处分界，分界位置的选择根据隧道进出口需要保温设防的长度来确定，主洞洞口段4长度大于需设防长度时，选择大于设防长度的最近横洞3分界。
请参阅图1、5、6所示，所述洞口段排水结构包括用于排放清水的中心水沟6和用于排放污水的侧式污水沟A7，中心水沟6深埋于主洞洞口段4低于冻结深度处，中心水沟6位于主洞1内一端封堵，中心水沟6位于主洞1外一端通过跌水井13与洞外清水沟14连通，主洞洞口段4隧道衬砌内的纵向排水管19通过横向导水管A20与中心水沟6连通，横向导水管A20设置在仰拱底部，主洞洞口段4两侧均设置侧式污水沟A7。
请参阅图1、7、8所示，所述洞身段排水结构包括用于排放清水的侧式清水沟8和用于排放污水的侧式污水沟B8，主洞洞身段5两侧均设置侧式清水沟8和侧式污水沟B8，所述侧式清水沟8和侧式污水沟B8共用整体盖板，侧式污水沟B8沟身为预制钢筋混凝土结构，整体盖板位于侧式污水沟B8上方部分设有集水凹槽和泄水孔，侧式清水沟8一侧与电缆沟26共用预制侧壁，另一侧与侧式污水沟B8共用侧壁，侧式清水沟8的上部设有保温材料。侧式清水沟8通过横向导水沟10与服务隧道排水通道11连通，洞外清水沟14与服务隧道排水通道11汇入洞外深埋水沟15，主洞洞身段5隧道衬砌内的纵向排水管19通过横向导水管B23与侧式清水沟9连通，主洞洞身段5两侧的侧式污水沟B8与主洞洞口段4两侧的侧式污水沟A7纵向连通并通过洞外污水沟16汇入净水池17。
请参阅图4-9所示，所述洞口段排水结构和洞身段排水结构均还包括路面排水结构，路面排水结构包括若干设置在主洞路面垫层中或仰拱填充层顶部的横向排水沟21以及设置在主洞1低地势一侧的纵向排水沟22，若干横向排水沟21均与纵向排水沟22连通，洞口段排水结构的纵向排水沟22通过横向导水管C25与中心水沟检查井24连通，洞身段排水结构的纵向排水沟22与横向导水沟10连通。所述中心水沟检查井24靠近主洞1低地势一侧与横向导水管C25连通，另一侧井壁上设有扶梯钢筋。
所述横向排水沟21和纵向排水沟22中均埋设透水管或270°开孔排水管，横向排水沟21和纵向排水沟22内其余空间填充洗净碎石。施工时，270°开孔排水管可以选用φ100mm波纹管，沟内填充1-2cm洗净碎石，富水区域的纵向排水沟22内可以设置两根透水管或270°开孔排水管。
请参阅图2-4所示，所述横向导水沟10设置在横洞3以及主洞1与横洞3连接处的路面结构下方，其纵向间距根据水量大小选择合适的横洞3来确定。横向导水沟10与服务隧道排水通道11通过廊道式检查井12连通，廊道式检查井12的井口设置在横洞3内。所述廊道式检查井12的底部设有沉沙空间，使廊道式检查井12兼做沉沙井。
所述中心水沟检查井24和廊道式检查井12的上部均设有厚度不小于30cm的保温材料，起到保温作用。
对于寒冷地区隧道的排水，地下水可能产生冻结地段，宜深埋设置中心水沟6，一般而言，隧道洞口地处气温较低的区域，容易结冰，在洞口段一定范围内深埋设置中心水沟6可以起到防寒保温作用，对于特长及超长隧道来说，洞身段受低温影响相对较小，而深埋设置中心水沟6施工难度大、检修维护不便，所以洞身段不宜深埋设置中心水沟6。本发明在洞口段与洞身段分开布置排水结构，满足寒冷地区排水的保温要求，可以有效防止地下水渗入洞内发生冰冻肇灾。
特长及超长隧道跨越地质区域大，隧道总体水量大，这就需要隧道具有强大的排水能力，主洞1排水受断面及纵坡限制，排水能力有所限制，采用平行导洞的服务隧道2来辅助主洞1排水，可以设置较大过水空间，利用服务隧道2和主洞1的高差提高水力坡度，可以增强主洞1排水能力，更好地利用服务隧道2的效用。
具体的，上述超长隧道的清污分离排水结构中，清水的流向如下：
在主洞洞口段4，隧道衬砌排水通过透水的环向排水管18汇集至墙背底部的纵向排水管19，经横向导水管A20排入中心水沟6；路面结构排水通过在路面垫层或仰拱填充层顶部设置的横向排水沟21收集，汇集至纵向排水沟22中并通过横向导水管C25排入中心水沟6。
在主洞洞身段5，隧道衬砌排水通过透水的环向排水管18汇集至墙背底部的纵向排水管19，经横向导水管B23排入侧式清水沟9并通过横向导水沟10排入服务隧道排水通道11；路面结构排水通过在路面垫层或仰拱填充层顶部设置的横向排水沟21收集，汇集至纵向排水沟22中并通过横向导水沟10排入服务隧道排水通道11。
中心水沟6内汇集的清水通过跌水井13流入洞外清水沟14，并与服务隧道排水通道11内的清水汇集至洞外深埋水沟15内集中排放。
具体的，上述超长隧道的清污分离排水结构中，污水的流向如下：
在主洞1内，污水经侧式污水沟A7和侧式污水沟B8汇入洞外污水沟16内后，引入净水池17进行处理后排放或再利用。净水池17中包括但不限于沉淀池、集水池、过滤池和反应池。
服务隧道2在施工期间的污水需要在掌子面收集并泵送到主洞1内的侧式污水沟A7或侧式污水沟B8中排出；服务隧道2在运营期间的污水很少，直接通过路面的小边沟排出洞外即可。
当然，以上仅为本发明较佳实施方式，并非以此限定本发明的使用范围，故，凡是在本发明原理上做等效改变均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种适用于寒冷地区的超长隧道清污分离排水结构，其特征在于：包括设置在主洞内的洞口段排水结构和洞身段排水结构以及设置在主洞外的洞外清水沟、洞外深埋水沟、洞外污水沟和净水池，所述洞口段排水结构包括用于排放清水的中心水沟和用于排放污水的侧式污水沟A，中心水沟深埋于主洞洞口段低于冻结深度处，中心水沟位于主洞内一端封堵，中心水沟位于主洞外一端通过跌水井与洞外清水沟连通，主洞洞口段隧道衬砌内的纵向排水管通过横向导水管A与中心水沟连通，横向导水管A设置在仰拱底部，主洞洞口段两侧均设置侧式污水沟A，所述洞身段排水结构包括用于排放清水的侧式清水沟和用于排放污水的侧式污水沟B，主洞洞身段两侧均设置侧式清水沟和侧式污水沟B，侧式清水沟通过横向导水沟与服务隧道排水通道连通，洞外清水沟与服务隧道排水通道汇入洞外深埋水沟，主洞洞身段隧道衬砌内的纵向排水管通过横向导水管B与侧式清水沟连通，主洞洞身段两侧的侧式污水沟B与主洞洞口段两侧的侧式污水沟A纵向连通并通过洞外污水沟汇入净水池。
2.根据权利要求1所述的一种适用于寒冷地区的超长隧道清污分离排水结构，其特征在于：所述洞口段排水结构和洞身段排水结构均还包括路面排水结构，路面排水结构包括若干设置在主洞路面垫层中或仰拱填充层顶部的横向排水沟以及设置在主洞低地势一侧的纵向排水沟，若干横向排水沟均与纵向排水沟连通，洞口段排水结构的纵向排水沟通过横向导水管C与中心水沟检查井连通，洞身段排水结构的纵向排水沟与横向导水沟连通。
3.根据权利要求2所述的一种适用于寒冷地区的超长隧道清污分离排水结构，其特征在于：所述横向排水沟和纵向排水沟中均埋设透水管或270°开孔排水管，横向排水沟和纵向排水沟内其余空间填充洗净碎石。
4.根据权利要求2所述的一种适用于寒冷地区的超长隧道清污分离排水结构，其特征在于：所述横向导水沟设置在横洞以及主洞与横洞连接处的路面结构下方，横向导水沟与服务隧道排水通道通过廊道式检查井连通，廊道式检查井的井口设置在横洞内。
5.根据权利要求4所述的一种适用于寒冷地区的超长隧道清污分离排水结构，其特征在于：所述廊道式检查井的底部设有沉沙空间。
6.根据权利要求4所述的一种适用于寒冷地区的超长隧道清污分离排水结构，其特征在于：所述中心水沟检查井和廊道式检查井的上部均设有厚度不小于30cm的保温材料。
7.根据权利要求1所述的一种适用于寒冷地区的超长隧道清污分离排水结构，其特征在于：所述侧式清水沟和侧式污水沟B共用整体盖板，侧式污水沟B沟身为预制钢筋混凝土结构，整体盖板位于侧式污水沟B上方部分设有集水凹槽和泄水孔，侧式清水沟一侧与电缆沟共用预制侧壁，另一侧与侧式污水沟B共用侧壁，侧式清水沟的上部设有保温材料。
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