CN112282796A - 一种适用于寒区隧道的可调压防水板及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于寒区隧道的可调压防水板及施工方法，涉及隧道施工技术领域，可调压防水板包括：防水板本体以及设置在防水板本体内的多根支撑柱，防水板本体为中空结构，支撑柱沿隧道径向高度略大于防水板本体厚度，支撑柱的一端设置在防水板本体的内侧壁上，另一端设置在凹槽中紧贴初期支护，从而在防水板与初期支护之间形成过水沟槽；防水板本体内设气压监测装置，外接气压调节装置，气压监测装置和气压调节装置与控制装置连接，该防水板一方面能够降低寒区隧道围岩渗透水冻结导致的冻胀力对隧道结构的破坏；另一方面相对于传统防排水板而言，其中空结构可有效降低导热系数，从而对寒区隧道围岩具有明显的保温隔热作用。

Description

一种适用于寒区隧道的可调压防水板及施工方法

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种适用于寒区隧道的可调压防水板及施工方法。

背景技术

我国幅员辽阔，寒区分布广泛。我国永久性冻土和季节性冻土的分布区域主要集中在西部和北部，约占我国陆地国土面积70％以上。随着我国经济建设战略重点西移以及中西部开发政策的实行，在高海拔、高纬度修建的交通工程数量不断增加，其中包括大量的寒区隧道工程，寒区的严酷环境给隧道建造和运营实用造成了诸多困难。

通过对我国处于运营期的寒区隧道调查发现，有80％以上存在不同的冻害问题，其中约60％的隧道存在渗漏现象，约24％的隧道曾出现衬砌混凝土开裂、剥落、掉块等问题，极其严重的冻害甚至会造成隧道主体结构报废和恶劣的交通事故。

寒区隧道产生冻害的原因是多方面的，大体上可分为温度、水、围岩和设计施工四个方面。当温度降低达到负温，围岩中的水和衬砌背后局部存水将发生冻结，从而对结构产生不良影响。衬砌混凝土裂缝中的水结冰体积膨胀，使混凝土裂缝变大，在暖季融化后，衬砌中的裂缝扩展量会有所减少，但裂缝不会完全恢复。在冻融循环的作用下，衬砌中裂缝宽度越来越大，产生病害，影响行车，威胁结构稳定和安全。

寒区隧道冻害的根源来自于水和含水围岩的反复冻融作用，所以为了防止灾害的发生，要在防排水基础上做好防冻保温的工作。截止目前，我国寒区隧道冻害防治主要有：在中央排水沟下设置防寒泄水洞，或将中央排水沟深埋处理，利用地热防止管道结冰；在路面边沟布设发热电缆；对环向盲沟和纵向盲沟做保温处理；在防水板外侧敷设保温层或电加热带等。

在现有寒区隧道工程中，对衬砌背后防水板上的部分存水多数采用设置保温层来阻断防水板周围与围岩的热量交换，或提高局部温度来防止水冻结，但此类措施成本较高且效果有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于寒区隧道的可调压防水板及施工方法，该防水板以及施工方法特别适用于寒区隧道，能够降低围岩渗透水冻胀力对隧道衬砌的破坏。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种适用于寒区隧道的可调压防水板，包括：防水板本体以及设置在防水板本体内的多根支撑柱，防水板本体为中空结构，并且防水板本体整体呈与隧道相匹配的弧形结构，防水板本体包括内侧壁和外侧壁，外侧壁上设有与支撑柱相匹配的凹槽，支撑柱的一端设置在内侧壁上，支撑柱的另一端设置在凹槽中从而在防水板本体与初期支护之间形成过水沟槽；防水板本体中设有气压监测装置，防水板本体外接气压调节装置，气压监测装置和气压调节装置分别与控制装置通信连接。

该防水板本体设置在隧道的初期支护结构以及二次衬砌之间，可以用于降低围岩渗透水冻胀力对二次衬砌的侵害。该防水板本体整体结构是与隧道的内壁面结构相匹配的圆弧形，防水板本体采用结构，内部设置中空内腔，可以通过气压调节装置调节压力，中空内腔内还设有多根支撑柱，多根支撑柱间隔设置，在防水板本体的外侧壁外形成过水沟槽，排出部分围岩渗透水。当温度降低达到负温，残存渗透水结冰膨胀，从而挤压防水板和支撑柱。防水板内部设置有气压传输装置，隧道维护人员通过采集气压数据，检测到压力变化后，通过控制装置调节防水板本体内部的气压，减弱防水板本体中空结构的压力，当气温回暖，冰融化成水后，渗透水可沿过水过水沟槽流入隧道的排水系统并及时排出，通过气压调节装置便可降低防水板压力，逐渐恢复加压之前状态，满足隧道防水板功能要求；支撑柱设置在初期支护结构和二次衬砌之间，可以对内外衬砌结构起到有效的支撑作用。防水板本体上设置气压监测装置用于随时监测气压，并通过气压调节装置随时调节。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，支撑柱沿防水板本体的径向延伸设置。

支撑柱沿弧形的防水板本体的径向延伸，可以起到最佳的支撑作用。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，支撑柱采用各向异性弹性材质，并且支撑柱沿隧道径向刚度大于隧道环向刚度。

支撑柱为各向异性，其在防水板本体的径向方向刚度大，变形量小，压力变化时，可以降低对二次衬砌的挤压作用。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，气压监测装置为气压计。

气压监测装置采用气压计，每个防水板本体中设置一个气压计即可监测整个防水板本体的内腔中的压力。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，气压调节装置为充放气装置。

气压调节装置采用充放气装置，可以通过充放气对防水板本体的内腔进行压力调节。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，气压监测装置通过无线传输系统传输气压数据。

气压监测装置通过无线传输气压数据，方便工作人员收集监测数据。

一种采用上述适用于寒区隧道的可调压防水板的施工方法，包括以下步骤：

S1、设置初期支护：开挖隧道并出碴后，在隧道壁面喷射混凝土作为初期支护，并对初期支护内表面进行整平处理；

S2、设置排水系统：在隧道中设置排水管路；

S3、铺设防水板本体：将防水板本体的外侧壁与初期支护紧密固定，使防水板本体覆盖初期支护的两侧壁和顶壁，防水板本体上的过水沟槽与纵向排水沟连通；

S4、重复步骤S3，沿隧道的延伸方向依次铺设防水板本体，相邻防水板本体之间紧密连接；

S5、防水板本体气密性检测：通过气压调节装置，对防水板本体充气，并通过气压监测装置检查防水板本体的气密性；

S6、防水板本体预充气：对防水板本体进行预充气，预充气压力与二次衬砌混凝土施工压力相等；

S7、设置二次衬砌：在防水板本体内侧壁外设置二次衬砌。

防水板本体的外侧壁与初期支护结构紧密粘结固定，从而使支撑柱设置在初期支护结构与二次衬砌之间，起到良好的支撑作用，并且围岩渗透水可以由防水板外侧壁上的过水沟槽流入排水系统。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，在步骤S4中，相邻防水板本体采用粘结或者焊接。

相邻防水板本体之间需通过粘结或焊接紧密连接，避免出现缝隙裂痕而使渗透水泄漏。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，气压调节装置与控制装置连接的信号线沿排水管路。

利用现有的排水管道安装信号线，无需重新设置布线管道，安装方便快捷，不影响原有隧道结构。

本发明具有以下有益效果：

本发明中提供了一种适用于寒区隧道的可调压防水板及施工方法，该防水板采用中空结构，利用气压监测装置实时监测压力并通过气压调节装置改变内部气压以适应冻胀力带来的压力变化，操作简单、成本低，降低防水板的导热系数可对隧道围岩更好的保温，从而更好的适应了寒区特殊的气候条件，减小了衬砌背后部分存水冻融循环对结构的冻害，提高了寒区隧道运营的安全与稳定。

附图说明

图1为本实施例中适用于寒区隧道的可调压防水板的主视结构示意图；

图2为本实施例中适用于寒区隧道的可调压防水板的俯视结构示意图；

图3为本实施例中适用于寒区隧道的可调压防水板的安装结构示意图；

图4为图3的局部放大图A。

其中：1－防水板本体；11－内侧壁；12－外侧壁；121－凹槽；122－过水沟槽；2－支撑柱；3－初期支护；4－纵向排水沟；5－二次衬砌。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例

参照图1，一种适用于寒区隧道的可调压防水板，包括：防水板本体1以及设置在防水板本体1内的多根支撑柱2，防水板本体1为中空结构，并且防水板本体1整体呈与隧道相匹配的弧形结构，防水板本体1设有内侧壁11和外侧壁12，外侧壁12上设有与支撑柱2相匹配的凹槽121，支撑柱2的一端设置在内侧壁11上，支撑柱2的另一端设置在凹槽121中从而在防水板本体1外形成可容纳渗透水的过水沟槽122，支撑柱2沿防水板本体1的径向延伸设置，即支撑柱2的轴线均指向弧形防水板本体1的中心，支撑柱2采用各向异性弹性材质，并且支撑柱2沿隧道径向刚度大于环向刚度。

参照图2，在本实施例中，支撑柱2沿隧道的延伸方向成排设置，从而可以在防水板本体1的外侧壁12上形成规则的过水沟槽122，便于渗透水排出。防水板本体1中设有气压监测装置，防水板本体1外接气压调节装置，气压监测装置和气压调节装置分别与控制装置通信连接。气压监测装置为气压计，气压调节装置为充放气装置，气压监测装置通过无线传输系统传输参数气压数据，气压调节装置可通过布设在排水系统中的导线，连接到深埋中心水沟的控制中心。在本实施例中采用蓝牙传输系统，该技术为现有技术，此处不做过多介绍。

参照图3和图4，一种采用上述适用于寒区隧道的可调压防水板的施工方法，包括以下步骤：

S1、设置初期支护3：开挖隧道并出碴后，在隧道壁面喷射混凝土作为初期支护3，并对初期支护3内表面进行整平处理；

S2、设置排水系统：在隧道中设置排水管路，排水系统采用现有排水管路铺设方式即可；

S3、铺设防水板本体1：将防水板本体1的外侧壁12与初期支护3通过粘贴紧密固定，使防水板本体1覆盖初期支护3的两顶壁和侧壁，防水板本体1上的过水沟槽122与排水系统中的纵向排水沟4连通；

气压调节装置与控制装置连接的信号线沿排水管路设置；

S4、重复步骤S3，沿隧道的延伸方向依次铺设防水板本体1，相邻防水板本体1之间紧密连接，在本实施例中，相邻防水板本体1之间采用焊接紧密连接；

S5、防水板本体1气密性检测：通过气压调节装置，对防水板本体1充气，并通过气压监测装置检查防水板本体1的气密性；

S6、防水板本体1预充气：当防水板气密性良好后，对防水板本体1进行预充气，预充气压力与二次衬砌5混凝土施工压力相等；

S7、设置二次衬砌5：在防水板本体1内侧壁11外设置二次衬砌5，使二次衬砌5结构和防水板本体1的内侧壁11紧密固定，保证支撑柱2设置在二次衬砌5和初次支护结构之间。

本发明的原理为：寒区隧道在温暖季节，部分围岩渗透水会沿着防水板本体1的过水沟槽122流入纵向排水沟4，但由于一定原因，这部分水会在衬砌背后留有残余。当温度降低达到负温，过水沟槽122中的残存渗透水凝结成冰，水结冰体积膨胀约9％，从而挤压支撑柱2以及防水板本体1，造成防水板本体1内部压力增加。在防水板本体1中设置有蓝牙气压计，隧道维护人员可乘坐轨道车沿途收集气压数据，第一时间监测不同位置防水板本体1内压力的变化，通过气压调节装置降低防水板内部压力，减弱冻胀力对初期支护3，二次衬砌5的影响，保障隧道稳定与行车安全。当气温回暖，冰化水后沿着过水沟槽122流入纵向排水沟4，通过气压调节装置增加中空结构的压力，便可恢复之前状态，减少渗漏。支撑柱在初次支护和二次衬砌之间起到支撑作用，减小了对衬砌结构挤压作用，二次降低了冻胀力带来的危害。

以上所述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，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种适用于寒区隧道的可调压防水板，其特征在于，包括：防水板本体(1)以及设置在所述防水板本体(1)内的多根支撑柱(2)，所述防水板本体(1)为中空结构，并且所述防水板本体(1)整体呈与隧道相匹配的弧形结构，所述防水板本体(1)包括内侧壁(11)和外侧壁(12)，所述外侧壁(12)上设有与所述支撑柱(2)相匹配的凹槽(121)，所述支撑柱(2)的一端设置在所述内侧壁(11)上，所述支撑柱(2)的另一端设置在所述凹槽(121)中从而在所述防水板本体(1)与初期支护之间形成过水沟槽(122)；所述防水板本体(1)中设有气压监测装置，所述防水板本体(1)外接气压调节装置，所述气压监测装置和所述气压调节装置分别与控制装置通信连接。

2.根据权利要求1所述的适用于寒区隧道的可调压防水板，其特征在于，所述支撑柱(2)沿防水板本体(1)的径向延伸设置。

3.根据权利要求2所述的适用于寒区隧道的可调压防水板，其特征在于，所述支撑柱(2)采用各向异性弹性材质，并且所述支撑柱(2)沿所述防水板本体(1)径向的刚度大于所述支撑柱(2)沿所述防水板本体(1)环向的刚度。

4.根据权利要求1至3任一项所述的适用于寒区隧道的可调压防水板，其特征在于，所述气压监测装置为气压计。

5.根据权利要求4所述的适用于寒区隧道的可调压防水板，其特征在于，所述气压调节装置为充放气装置。

6.根据权利要求1所述的适用于寒区隧道的可调压防水板，其特征在于，所述气压监测装置通过无线传输系统传输气压数据。

7.一种采用权利要求1－6任一项所述的适用于寒区隧道的可调压防水板的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、设置初期支护(3)：开挖隧道并出碴后，在隧道壁面喷射混凝土作为初期支护(3)，并对初期支护(3)内表面进行整平处理；

S2、设置排水系统：在隧道中设置排水管路；

S3、铺设防水板本体(1)：将防水板本体(1)的外侧壁(12)与初期支护(3)紧密固定，使防水板本体(1)覆盖初期支护(3)的两侧壁以及顶壁，防水板本体(1)上的过水沟槽(122)与排水系统中的纵向排水沟(4)连通；

S4、重复步骤S3，沿隧道的延伸方向依次铺设防水板本体(1)，相邻防水板本体(1)之间紧密连接；

S5、防水板本体(1)气密性检测：通过气压调节装置，对防水板本体(1)充气，并通过气压监测装置检查防水板本体(1)的气密性；

S6、防水板本体(1)预充气：对防水板本体(1)进行预充气，预充气压力与二次衬砌(5)混凝土施工压力相等；

S7、设置二次衬砌(5)：在防水板本体(1)内侧壁(11)外设置二次衬砌(5)。

8.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于，在步骤S4中，相邻两幅防水板本体(1)搭接方式采用粘结或者焊接。

9.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于，气压调节装置与控制装置连接的信号线沿排水管路设置。

Images