CN111535856A - 基于地热利用的隧道防寒排水系统及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于地热利用的隧道防寒排水系统及其施工方法，所述系统包括环向盲管或条状防排水板、纵向盲管、横向导水管和中心水沟；环向盲管或条状防排水板沿隧道拱墙圆周设置；纵向盲管沿隧道轴向在边墙底端设置；中心水沟轴向设置在隧道中心底部；横向导水管连接于纵向盲管与中心水沟之间，环向盲管或条状防排水板、横向导水管及纵向盲管的交叉节点向下与地源深孔形成联结。本发明解决了寒区隧道排水系统在温度较低的环境下容易冻结阻塞失效等问题，利用地源深孔将地层热能传递到隧道内的环向和纵向排水盲管，通过“热桥效应”形成热交换延伸，防止盲管发生冻结，进而防止整个排水系统冻结失效，无需单独提供热源，环保节能，效果显著。

Description

基于地热利用的隧道防寒排水系统及其施工方法

技术领域

本发明涉及隧道排水技术领域，具体涉及一种基于地热利用的隧道防寒排水系统及其施工方法。

背景技术

隧道工程中，需要在隧道衬砌结构之间埋设环向排水通道和纵向排水通道，环向排水通道可与纵向排水通道联通，使隧道衬砌背后的积水汇集至纵向排水通道后再通过横向导水管排入隧道两侧水沟或中心水沟；环向排水通道也可与纵向排水通道不发生联通，在墙脚处通过接头联通至两侧水沟或中心水沟，纵向排水通道单独设置横向导水管与两侧水沟及中心水沟联通。上述两种方式均可形成完善的隧道排水系统。

在严寒/寒冷地区修建铁路隧道，对防排水系统的保温及通畅要求极高，否则便会出现隧道排水系统因冻结而失效，隧道发生积水冻结，进而引起隧道拱墙挂冰、衬砌冻胀、结构胀裂、隧底冰锥、水沟冰塞、线路冻胀隆起等影响安全运营和结构正常使用的各种病害。因此，为解决严寒/寒冷地区隧道排水系统因防冻系统设置不足，在温度较低的环境下容易发生冻结阻塞等问题，研究提出一种结构合理、经济适用的隧道防冻措施是十分必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于地热利用的隧道防寒排水系统及其施工方法，利用地源深孔将地热传递到隧道内的环、纵向排水盲管，防止隧道盲管发生冻结失效。

本发明所采用的技术方案为：

基于地热利用的隧道防寒排水系统，其特征在于：

所述系统包括环向盲管或条状防排水板、纵向盲管、横向导水管和中心水沟；

环向盲管或条状防排水板沿隧道拱墙圆周设置；

纵向盲管沿隧道轴向在边墙底端设置；

中心水沟轴向设置在隧道中心底部；

横向导水管连接于纵向盲管与中心水沟之间，环向盲管或条状防排水板、横向导水管及纵向盲管的交叉节点向下与地源深孔形成联结。

隧道拱墙圆周设置环向盲管时，环向盲管底端通过五通接入横向导水管、前后两侧的纵向盲管和地源深孔。

隧道拱墙圆周设置环向盲管时，环向盲管底端通过竖向三通接入横向导水管和地源深孔。

隧道拱墙圆周设置条状防排水板时，纵向盲管通过四通接入横向导水管和地源深孔。

纵向盲管通过横向三通接入横向导水管，进而接入隧道两侧水沟或中心水沟。

地源深孔通过钻机钻孔施工，顶端设置有孔口管和联结件。

孔口管采用打孔波纹管，外包无纺布。

孔口管通过联结件与竖向三通或五通或四通进行联通。

地源深孔垂直向下、水平或倾斜打设。

基于地热利用的隧道防寒排水系统的施工方法，其特征在于：

所述方法包括以下步骤：

步骤一：隧道初期支护施做完成并受力稳定后，通过钻机钻孔的方式在隧道洞内打设地源深孔；

步骤二：地源深孔有效形成后，将孔口管及联结件牢固安装在地源深孔的顶部；

步骤三：隧道拱墙圆周设置环向盲管时：

采用五通，将地源深孔与环向盲管、纵向盲管和横向导水管连接，间隔通过横向三通将纵向盲管接入横向导水管，进而接入隧道两侧水沟或中心水沟；此时地源深孔与环向盲管和纵向盲管均联通；

或采用竖向三通，将地源深孔与环向盲管和横向导水管连接；纵向盲管通过横向三通接入横向导水管，进而接入隧道两侧水沟或中心水沟；此时地源深孔与环向盲管联通，而与纵向盲管不联通。

隧道拱墙圆周设置条状防排水板时：

采用四通，将地源深孔与纵向盲管和横向导水管连接，并间隔通过横向三通将纵向盲管接入横向导水管，进而接入隧道两侧水沟或中心水沟；此时隧道环向设条状防排水板，地源深孔与纵向盲管联通。

本发明具有以下优点：

本发明结构设计合理，通过对隧道周边地层热能的提取与联通，形成热能的有效传导，可解决寒区隧道排水系统在温度较低的环境下容易冻结阻塞等问题，利用地源深孔将恒定和不竭的地层热能提取并传递到隧道内的环、纵向排水盲管，首先防止隧道环、纵向盲管发生冻结失效，进而传递到横向导水管、两侧水沟与中心水沟，确保隧道排水系统的正常运转，无需单独提供热源或供热设备，运营成本低，绿色环保，节能可靠，效果显著。

附图说明

图1为本发明横断面图。

图2为本发明两侧水沟参与的横断面图

图3为设置环向盲管的五通和横向三通的连通示意图。

图4为设置环向盲管的竖向三通和横向三通的连通示意图。

图5为设置条状防排水板的四通和横向三通的连通示意图。

图6为联通节点大样图。

图中，1-环向盲管，2-纵向盲管，3-横向导水管，4-地源深孔，5-内轨顶面，6-中心水沟，7-两侧水沟，8-竖向三通，9-五通，10-横向三通，11-联结件，12-孔口管，13-四通，14-条状防排水板。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明涉及的基于地热利用的隧道防寒排水系统，考虑了隧道基本上位于地温较为稳定的岩体或地层中，部分大埋深隧道还存在高地温等情况，这些都是恒定且良好的热源，而高海拔或高纬度严寒/寒冷地区隧道口部及洞身一定范围受低温影响会存在不同程度的冻结，考虑利用地层的热能来解决隧道局部冻害问题，即利用地源深孔将地层热能提取并传递到隧道内的环、纵向排水盲管，再通过热传递效应传递到横向导水管、两侧水沟及中心水沟等区域，从而防止隧道排水系统发生冻结失效。措施有效，绿色环保，最终形成基于地热利用的隧道防寒排水系统。

本发明涉及的基于地热利用的隧道防寒排水系统，利用地源深孔将地热传递到隧道内的环、纵向排水盲管，防止隧道盲管发生冻结失效。所述系统包括环向盲管1或条状防排水板、纵向盲管2、横向导水管3和中心水沟6。环向盲管1沿隧道拱墙圆周设置，也可采用条状防排水板14代替环向盲管1。纵向盲管2沿隧道轴向在两侧边墙底端设置；中心水沟6设置在隧道中心底部；横向导水管3连接于环向盲管1与中心水沟6之间，或横向导水管3连接于环向盲管1、两侧水沟7及中心水沟6之间；环向盲管1与横向导水管3及纵向盲管2的交汇节点向下接入地源深孔4。

隧道排水系统各种管道的连接可采取如下方式：

参见图3，环向设置环向盲管1时，环向盲管1、横向导水管3、前后两侧的纵向盲管2和地源深孔4通过五通9相互连接。考虑环向盲管1的纵向间距影响，纵向盲管2通过横向三通10间隔接入横向导水管3，进而接入隧道两侧水沟7或中心水沟6。

参见图4，环向设置环向盲管1时，环向盲管1、横向导水管2和地源深孔4通过竖向三通8相互连接。考虑环向盲管1的纵向间距影响，纵向盲管2通过横向三通10间隔接入横向导水管3，进而接入隧道两侧水沟7或中心水沟6。

参见图5，环向设置条状防排水板14时，即隧道设条状防排水板14代替环向盲管1，条状防排水板14宽度30~50cm不等，设置间距同环向盲管1，或者也可采用满铺的隧道防排水板。纵向盲管2、横向导水管3和地源深孔4通过四通13相互连接。考虑条状防排水板14的纵向间距影响，纵向盲管2通过横向三通10间隔接入横向导水管3，进而接入隧道两侧水沟7或中心水沟6。

地源深孔4通过洞内钻孔施工形成，地源深孔4顶端设置有孔口管12，一般为打孔波纹管，为防止被堵塞可外包无纺布。孔口管12通过联结件11接入竖向三通8、四通13或五通9，进而与环向盲管1、纵向盲管2及横向导水管3形成联通。地源深孔4的实施角度可采取水平、垂直或成一定角度均可；地源深孔4的实施深度根据隧道现场实际情况决定，深度范围可以是3~10m不等，或者根据隧道地理位置、气候条件、地层岩性、地下水发育情况、地温情况及洞内实施条件等综合确定。

上述系统所提到的各个构件均可采用本领域的常用设备，能实现所述功能的设备均符合要求。

上述基于地热利用的隧道防寒排水系统的施工方法，主要包括以下步骤：

隧道初期支护施做完成并基本稳定后，通过钻机开孔的方式先打设地源深孔4；

将孔口管12推入地源深孔4顶部，将孔口管12及联结件11安装完毕；

根据设置需要，可采用五通9，将地源深孔4与环向盲管1、纵向盲管2和横向导水管3连接，并间隔通过横向三通10将纵向盲管2接入横向导水管3，进而接入隧道两侧水沟7或中心水沟6；

根据设置需要，可采用竖向三通8，将地源深孔4与环向盲管1和横向导水管3连接，并间隔通过横向三通10将纵向盲管2接入横向导水管3，进而接入隧道两侧水沟7或中心水沟6；

根据设置需要，若隧道设置条状防排水板14，可采用四通13，将地源深孔4与纵向盲管2和横向导水管3连接，并间隔通过横向三通10将纵向盲管2接入横向导水管3，进而接入隧道两侧水沟7或中心水沟6。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.基于地热利用的隧道防寒排水系统，其特征在于：

所述系统包括环向盲管（1）或条状防排水板（14）、纵向盲管（2）、横向导水管（3）和中心水沟（6）；

环向盲管（1）或条状防排水板（14）沿隧道拱墙圆周设置；

纵向盲管（2）沿隧道轴向在边墙底端设置；

中心水沟（6）轴向设置在隧道中心底部；

横向导水管（3）连接于纵向盲管（2）与中心水沟（6）之间，环向盲管（1）或条状防排水板（14）、横向导水管（3）及纵向盲管（2）的交叉节点向下与地源深孔（4）形成联结。

2.根据权利要求1所述的基于地热利用的隧道防寒排水系统，其特征在于：

隧道拱墙圆周设置环向盲管（1）时，环向盲管（1）底端通过五通（9）接入横向导水管（3）、前后两侧的纵向盲管（2）和地源深孔（4）。

3.根据权利要求1所述的基于地热利用的隧道防寒排水系统，其特征在于：

隧道拱墙圆周设置环向盲管（1）时，环向盲管（1）底端通过竖向三通（8）接入横向导水管（3）和地源深孔（4）。

4.根据权利要求1所述的基于地热利用的隧道防寒排水系统，其特征在于：

隧道拱墙圆周设置条状防排水板（14）时，纵向盲管（2）通过四通（13）接入横向导水管（3）和地源深孔（4）。

5.根据权利要求2、3或4所述的基于地热利用的隧道防寒排水系统，其特征在于：

纵向盲管（2）通过横向三通（10）接入横向导水管（3），进而接入隧道两侧水沟（7）或中心水沟（6）。

6.根据权利要求5所述的基于地热利用的隧道防寒排水系统，其特征在于：

地源深孔（4）通过钻机钻孔施工，顶端设置有孔口管（12）和联结件（11）。

7.根据权利要求6所述的基于地热利用的隧道防寒排水系统，其特征在于：

孔口管（12）采用打孔波纹管，外包无纺布。

8.根据权利要求7所述的基于地热利用的隧道防寒排水系统，其特征在于：

孔口管（12）通过联结件（11）与竖向三通（8）或五通（9）或四通（13）进行联通。

9.根据权利要求8所述的基于地热利用的隧道防寒排水系统，其特征在于：

地源深孔（4）垂直向下、水平或倾斜打设。

10.基于地热利用的隧道防寒排水系统的施工方法，其特征在于：

所述方法包括以下步骤：

步骤一：隧道初期支护施做完成并受力稳定后，通过钻机钻孔的方式在隧道洞内打设地源深孔（4）；

步骤二：地源深孔（4）有效形成后，将孔口管（12）及联结件（11）牢固安装在地源深孔（4）的顶部；

步骤三：隧道拱墙圆周设置环向盲管（1）时：

采用五通（9），将地源深孔（4）与环向盲管（1）、纵向盲管（2）和横向导水管（3）连接，间隔通过横向三通（10）将纵向盲管（2）接入横向导水管（3），进而接入隧道两侧水沟（7）或中心水沟（6）；此时地源深孔（4）与环向盲管（1）和纵向盲管（2）均联通；

或采用竖向三通（8），将地源深孔（4）与环向盲管（1）和横向导水管（3）连接；纵向盲管（2）通过横向三通（10）接入横向导水管（3），进而接入隧道两侧水沟（7）或中心水沟（6）；此时地源深孔（4）与环向盲管（1）联通，而与纵向盲管（2）不联通；

隧道拱墙圆周设置条状防排水板（14）时：

采用四通（13），将地源深孔（4）与纵向盲管（2）和横向导水管（3）连接，并间隔通过横向三通（10）将纵向盲管（2）接入横向导水管（3），进而接入隧道两侧水沟（7）或中心水沟（6）；此时隧道环向设条状防排水板（14），地源深孔（4）与纵向盲管（2）联通。

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