CN113417674B - 一种分区可调限量排放高水压力隧道压力的抗水压装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分区可调限量排放高水压力隧道压力的抗水压装置，包括防水结构单元、分区排水单元和信息采集控制单元；防水结构单元包括注浆圈、隧道初衬、防水板和隧道二衬；隧道抗水压段沿轴向方向分为若干分区，分区排水单元包括设置于每个分区的防水板边界处的环向遇水膨胀止水条、分布在每个分区的隧道初衬和防水板之间的多个纵向排水管以及分别用于将每个分区断面所有纵向排水管连接并将每个分区的隧道轴向蓄排水汇集排出的若干环向集水管；信息采集控制单元包括设置于各纵向排水管上的水压监测器、卸压阀和数据处理中心。与现有技术相比，本发明可对隧道进行分区限量排水，既满足各段不同排水需求，又可实时监测水压，按需自动限量排水。

Description

一种分区可调限量排放高水压力隧道压力的抗水压装置

技术领域

本发明属于隧道与地下建筑工程、降排水工程、地质工程、岩土工程技术领域，具体涉及一种分区可调限量排放高水压力隧道压力的抗水压装置。

背景技术

随着我国经济水平的提高和工程能力的增强，在高水压富水区修建山岭隧道已经逐步开展，但地下水的存在对隧道工程存在不利影响，主要表现为对隧道衬砌的侵蚀，会对隧道结构、洞内设施、行车安全、地面建筑等产生多种不良影响。

在隧道施工中，防水工程是最大难题，也是重中之重。常规隧道通常采用全量排放的方式，降低地下水位线，以直接卸除作用在衬砌上的外水压力；而高水压隧道或富水区的隧道由于水压或水量过大，施工难度和影响过大，不宜采用全量排放。但在实际隧道在运行中，往往会由于注浆圈施工质量难以控制渗透性，需要大量排水，进而引发地表塌陷、地下水枯竭以及浪费大量水资源等问题。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种分区可调限量排放高水压力隧道压力的抗水压装置。能够实现对高水压富水区修建的隧道限量排水的目标，对实现隧道排水工程绿色环保有重大意义。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

本发明第一方面提供一种分区可调限量排放高水压力隧道压力的抗水压装置，包括防水结构单元、分区排水单元和信息采集控制单元；

所述的防水结构单元包括沿径向方向从外到内依次设置的注浆圈、隧道初衬、防水板和隧道二衬；

隧道抗水压段沿轴向方向分为若干分区，所述的分区排水单元包括设置于每个分区的防水板边界处的环向遇水膨胀止水条、沿隧道轴线方向分布在每个分区的隧道初衬和防水板之间的多个纵向排水管、以及分别用于将每个分区断面的所有纵向排水管连接并将每个分区的隧道轴向蓄排水汇集后排出的若干环向集水管；

所述的信息采集控制单元包括设置于每个分区的各纵向排水管上的水压监测器和卸压阀，以及与水压监测器和卸压阀电连接的数据处理中心。

优选地，所述的纵向排水管的管壁上分布有孔洞。

优选地，所述的纵向排水管设置于拱顶、拱腰和仰拱处。

优选地，每个分区中，每个纵向排水管按照1～10m一段依次连接成型。

优选地，隧道抗水压段沿轴向方向每隔30～70m一段作为一个分区。

优选地，所述的分区排水单元还包括法兰和可塑性粘合剂，所述的法兰用于环向集水管从防水板引出穿过防水板，所述的可塑性粘合剂用于填充法兰引出处与防水板之间的空隙。

优选地，所述的可塑性粘合剂选用热熔胶。

优选地，所述的纵向排水管与环向集水管的连接处外包土工布并用细线绑扎。

优选地，所述的卸压阀为自动闸阀。

本发明第二方面提供所述的分区可调限量排放高水压力隧道压力的抗水压装置的使用方法，包括以下步骤：

S1：先完成隧道的开挖与初期支护工作，利用注浆形成的注浆圈实现减水；

S2：分区排水单元与隧道二衬施工同步进行，并在仰拱填充层及隧道二衬完成后施作隧道侧沟；

S3：分区排水单元施工过程中，隧道抗水压段沿轴向方向分为若干分区，沿着隧道轴线方向，在隧道初衬后，钻孔布设纵向排水管，纵向排水管引至分区边界处，纵向排水管的管端与环向集水管连接，环向集水管设置接头并引出；

S4：隧道抗压水段初期支护的工作面铺设防水板，在每个分区的边界防水板外设置环向遇水膨胀止水条，防止渗入水量沿着防水板窜水，实现分区控制；

S5：环向集水管引出的接头穿过防水板和隧道二衬，并与隧道侧沟之间形成排水通道；

S6：在每个分区的各纵向排水管上的水压监测器和卸压阀，水压监测器自动采集水压数据，输送到数据处理中心，数据处理中心在高水位期以及渗水累积压力超过预定值后，自动开启卸压阀，水先通过注浆圈降低水头，由于水压差通过纵向排水管在卸压时进入纵向排水管，纵向排水管上的卸压阀开启汇入环向集水管，排入隧道内的隧道侧沟，完成隧道断面的卸压，将压力卸到预设值后，再自动关闭卸压阀，水自然聚集在纵向排水管处而又不对隧道安全施工造成压力与影响。

本发明的工作原理为：

在水压差的作用下，水通过排水管侧壁上开设的洞进入排水管。水压监测装置对水压进行实时监测，并传送监测数据至数据处理中心。当高水位期以及渗水累积压力超过预定值后，数据处理中心自动打开闸阀，水依次经排水管、集水管、集水管接头流入隧道内的隧道侧沟，完成排水。在水压降至设定值以下，数据处理中心自动关闭闸阀，完成限量排水，水自然聚集在排水管内而又不对隧道安全施工造成压力与影响。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

设立防水结构单元、分区排水单元和信息采集控制单元，通过结构减水、纵向监测、数据处理、分区限排等步骤，可以针对高水压富水区隧道不同分区段的不同需求进行限量排水，既能满足各分区段存在的不同排水需求，又可以实时监测隧道水压，按需要自动进行限量排水，防止过度排水，节约地下水资源，减小对环境影响，避免病害，对实现隧道排水工程绿色环保具有重大意义。

附图说明

图1为本发明的抗水压装置的结构示意图；

图2为本发明的抗水压装置的局部放大结构示意图；

图3为本发明实施例1的抗水压装置的工作流程图；

图中：11-注浆圈；12-隧道初衬；13-防水板；14-隧道二衬；15-预制孔；21- 遇水膨胀止水条；22-纵向排水管；23-环向集水管；24-法兰；25-可塑性粘合剂； 26-接头；31-水压监测器；32-卸压阀；33-数据处理中心。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种分区可调限量排放高水压力隧道压力的抗水压装置，如图1和图2所示，包括防水结构单元、分区排水单元和信息采集控制单元；防水结构单元包括沿径向方向从外到内依次设置的注浆圈11、隧道初衬12、防水板13和隧道二衬14；隧道抗水压段沿轴向方向分为若干分区，分区排水单元包括设置于每个分区的防水板 13边界处的环向遇水膨胀止水条21、沿隧道轴线方向分布在每个分区的隧道初衬 12和防水板13之间的多个纵向排水管22、以及分别用于将每个分区断面的所有纵向排水管22连接并将每个分区的隧道轴向蓄排水汇集后排出的若干环向集水管 23；信息采集控制单元包括设置于每个分区的各纵向排水管22上的水压监测器31 和卸压阀32，以及与水压监测器31和卸压阀32电连接的数据处理中心33。

更具体地：

本实施例中，防水结构单元的注浆圈11是注浆形成的最外层环隧道区域，用于保证隧道稳定和实现控制排放；隧道初衬12是隧道的初期支护，用于支撑围岩；防水板13置于隧道初衬12后，是以高分子聚合物为基本原料制成的一种防渗材料，用于分区的隔水防漏，上有预制孔，用于后续的环向集水管23穿过；隧道二衬14 是做安全储备之用的环形衬砌。

本实施例中，隧道抗水压段沿轴向方向每隔30～70m一段作为一个分区，优先每隔50m一段作为一个分区。纵向排水管22的管壁上分布有孔洞，可以采用钻孔的方式形成孔洞。优选纵向排水管22设置于拱顶、拱腰和仰拱处，如图1所示，在隧道断面上，共设置6个纵向排水管22。每个分区中，每个纵向排水管22按照 1～10m一段依次连接成型，优选每个纵向排水管22按照5m一段依次连接成型。分区排水单元还包括法兰24和可塑性粘合剂25，法兰24用于环向集水管23从防水板13引出穿过防水板23，可塑性粘合剂25用于填充法兰24引出处与防水板13 之间的空隙。优选可塑性粘合剂25选用热熔胶。优选纵向排水管22与环向集水管 23的连接处外包土工布并用细线绑扎。

本实施例中的环向遇水膨胀止水条21设置在每个分区的防水板13边界，防止渗入水量沿着防水板窜水，实现分区控制；纵向排水管22在每个分区沿着隧道轴线方向，在隧道初衬12和防水板13之间的拱顶、拱腰和仰拱处布设，纵向排水管 22上打孔，在高水压期间通过水压差聚水排水；环向集水管23是环绕着隧道圈的集水管，是将上述的分区断面的所有纵向排水管22分别连接，用于将每个区段的隧道轴向需排水汇集后排出；法兰24是管端之间相互连接的零件，用于将上述的环向集水管23引出穿过防水板13上的预制孔；热熔胶25是可塑性粘合剂，用于充填于法兰24引出处与防水板13之间的空隙。

本发明的水压监测装置31设置在不同分区的每根纵向排水管22上，用于实时监测隧道的水压，并采集水压数据，实时传输至终端的数据处理中心33；卸压阀32也是安装在纵向排水管22上的阀门，通过数据处理中心33控制；数据处理中心33(优选为PC机)用于实时接收水压的监测数据，在高水位期以及渗水累积压力超过预定值后，控制自动闸阀32开关限量排水。优选卸压阀32为自动闸阀。

本实施例的技术方案：(1)利用隧道注浆圈11实现减水，利用隧道初衬12 后防水板13实现全断面封水。(2)对隧道抗水压段进行分区(例如30～70m一段，优选50m一段)，在每个分区边界防水板13外设置环向遇水膨胀止水条21，防止渗入水量沿着防水板13窜水，实现分区控制。(3)在每个分区沿着隧道轴线方向，在隧道初衬12外和防水板13之间在拱顶、拱腰和仰拱处布设纵向排水管22，纵向排水管22打孔。(4)纵向排水管22连接引至分区连接处，在防水板13上开预制孔，接头通过法兰24引出，用法兰24压住接口处，用可塑性粘接剂25密封。 (5)在六条纵向排水管22上安装水压监测器31和卸压阀32(优选自动闸阀)。(6) 水压监测器31自动采集水压数据，在高水位期以及渗水累积压力超过预定值后，自动开启自动闸阀卸压，将压力卸到预定值后，自动关闭自动闸阀。以上系统，可以按需自动开启卸压阀排水卸压，按需要限量排水，不用常年排水，节约地下水资源，减小对环境影响，避免病害，真正实现绿色环保。

上述分区可调限量排放高水压力隧道压力的抗水压装置的使用方法，包括以下步骤：

S1：先完成隧道的开挖与初期支护工作，利用注浆形成的注浆圈11实现减水；

S2：分区排水单元与隧道二衬14施工同步进行，并在仰拱填充层及隧道二衬 14完成后施作隧道侧沟；

S3：分区排水单元施工过程中，隧道抗水压段沿轴向方向分为若干分区，沿着隧道轴线方向，在隧道初衬12后，钻孔布设纵向排水管22，纵向排水管22引至分区边界处，纵向排水管22的管端与环向集水管23连接，环向集水管23设置接头并引出；

S4：隧道抗压水段初期支护的工作面(高水压段全初支面)铺设防水板13，在每个分区的边界防水板13外设置环向遇水膨胀止水条21，防止渗入水量沿着防水板13窜水，实现分区控制；

S5：环向集水管23引出的接头穿过防水板13和隧道二衬14，并与隧道侧沟之间形成排水通道；

S6：在每个分区的各纵向排水管22上的水压监测器31和卸压阀32，水压监测器31自动采集水压数据，输送到数据处理中心33，数据处理中心33在高水位期以及渗水累积压力超过预定值后，自动开启卸压阀32，水先通过注浆圈11降低水头，由于水压差通过纵向排水管22在卸压时进入纵向排水管22，纵向排水管22 上的卸压阀32开启汇入环向集水管23，排入隧道内的隧道侧沟，完成隧道断面的卸压，将压力卸到预设值后，再自动关闭卸压阀32，水自然聚集在纵向排水管22 处而又不对隧道安全施工造成压力与影响。

更具体地，参照3所示，采用以下步骤：

本实施例中，先完成隧道的开挖与初期支护工作，利用注浆形成的隧道注浆圈 11实现减水。沿着隧道轴线方向，在隧道初衬12后，在拱顶、拱腰和仰拱处钻机钻孔布设纵向排水管22，纵向排水管22上打孔，按照5m一段连接形成纵向排水管22。分区排水单元与隧道二衬14施工同步进行，隧道内两侧设置水沟(隧道侧沟)，在仰拱填充层及隧道二衬14完成后施作。纵向排水管22引至分区连接处，管端与环向集水管23可靠相连通，环向集水管23的接头通过法兰24引出。再按照50m一段，对隧道抗水压段进行分区，高水压段全初支面铺设防水板13，在每个分区边界防水板13外设置环向遇水膨胀止水条21，防止渗入水量沿着防水板13 窜水，实现分区控制，在防水板13上开预制孔。环向集水管23穿过防水板13上的预制孔，用法兰24压住接口处，其余可能渗漏部位用热熔胶25密封。纵向排水管22必须与环向集水管23可靠连接，通常在接头处外包土工布并用细线绑扎，保证与隧道侧沟之间形成畅通的排水通道。在六条纵向排水管22上安装水压监测器 31(采用市售的水压监测装置)和自动闸阀32，水压监测器31自动采集水压数据，输送到数据处理中心33，数据处理中心33在高水位期以及渗水累积压力超过预定值后，自动开启自动闸阀32，水先通过注浆圈11降低水头，由于水压差通过纵向排水管22上孔洞在卸压时进入排水管22，排水管22上自动闸阀32开启汇入环向集水管23，管口通过法兰24引出防水板13排入隧道内排水沟渠(隧道侧沟)，完成隧道断面的卸压，将压力卸到预设值后，再自动关闭自动闸阀32，水自然聚集在纵向排水管22处而又不对隧道安全施工造成压力与影响。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种分区可调限量排放高水压力隧道压力的抗水压装置，其特征在于，包括防水结构单元、分区排水单元和信息采集控制单元；

所述的防水结构单元包括沿径向方向从外到内依次设置的注浆圈（11）、隧道初衬（12）、防水板（13）和隧道二衬（14）；

隧道抗水压段沿轴向方向分为若干分区，所述的分区排水单元包括设置于每个分区的防水板（13）边界处的环向遇水膨胀止水条（21）、沿隧道轴线方向分布在每个分区的隧道初衬（12）和防水板（13）之间的多个纵向排水管（22）、以及分别用于将每个分区断面的所有纵向排水管（22）连接并将每个分区的隧道轴向蓄排水汇集后排出的若干环向集水管（23）；

所述的信息采集控制单元包括设置于每个分区的各纵向排水管（22）上的水压监测器（31）和卸压阀（32），以及与水压监测器（31）和卸压阀（32）电连接的数据处理中心（33）；

所述的纵向排水管（22）的管壁上分布有孔洞；

所述的纵向排水管（22）设置于拱顶、拱腰和仰拱处；

每个分区中，每个纵向排水管（22）按照1~10m一段依次连接成型；

隧道抗水压段沿轴向方向每隔30~70m一段作为一个分区；

所述抗水压装置的使用方法包括以下步骤：

S1：先完成隧道的开挖与初期支护工作，利用注浆形成的注浆圈（11）实现减水；

S2：分区排水单元与隧道二衬（14）施工同步进行，并在仰拱填充层及隧道二衬（14）完成后施作隧道侧沟；

S3：分区排水单元施工过程中，隧道抗水压段沿轴向方向分为若干分区，沿着隧道轴线方向，在隧道初衬（12）后，钻孔布设纵向排水管（22），纵向排水管（22）引至分区边界处，纵向排水管（22）的管端与环向集水管（23）连接，环向集水管（23）设置接头并引出；

S4：隧道抗压水段初期支护的工作面铺设防水板（13），在每个分区的边界防水板（13）外设置环向遇水膨胀止水条（21），防止渗入水量沿着防水板（13）窜水，实现分区控制；

S5：环向集水管（23）引出的接头穿过防水板（13）和隧道二衬（14），并与隧道侧沟之间形成排水通道；

S6：在每个分区的各纵向排水管（22）上的水压监测器（31）和卸压阀（32），水压监测器（31）自动采集水压数据，输送到数据处理中心（33），数据处理中心（33）在高水位期以及渗水累积压力超过预定值后，自动开启卸压阀（32），水先通过注浆圈（11）降低水头，由于水压差通过纵向排水管（22）在卸压时进入纵向排水管（22），纵向排水管（22）上的卸压阀（32）开启汇入环向集水管（23），排入隧道内的隧道侧沟，完成隧道断面的卸压，将压力卸到预设值后，再自动关闭卸压阀（32），水自然聚集在纵向排水管（22）处而又不对隧道安全施工造成压力与影响。

2.根据权利要求1所述的一种分区可调限量排放高水压力隧道压力的抗水压装置，其特征在于，所述的分区排水单元还包括法兰（24）和可塑性粘合剂（25），所述的法兰（24）用于环向集水管（23）从防水板（13）引出穿过防水板（13），所述的可塑性粘合剂（25）用于填充法兰（24）引出处与防水板（13）之间的空隙。

3.根据权利要求2所述的一种分区可调限量排放高水压力隧道压力的抗水压装置，其特征在于，所述的可塑性粘合剂（25）选用热熔胶。

4.根据权利要求1所述的一种分区可调限量排放高水压力隧道压力的抗水压装置，其特征在于，所述的纵向排水管（22）与环向集水管（23）的连接处外包土工布并用细线绑扎。

5.根据权利要求1所述的一种分区可调限量排放高水压力隧道压力的抗水压装置，其特征在于，所述的卸压阀（32）为自动闸阀。

6.一种如权利要求1~5任一所述的分区可调限量排放高水压力隧道压力的抗水压装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：先完成隧道的开挖与初期支护工作，利用注浆形成的注浆圈（11）实现减水；

S2：分区排水单元与隧道二衬（14）施工同步进行，并在仰拱填充层及隧道二衬（14）完成后施作隧道侧沟；

S3：分区排水单元施工过程中，隧道抗水压段沿轴向方向分为若干分区，沿着隧道轴线方向，在隧道初衬（12）后，钻孔布设纵向排水管（22），纵向排水管（22）引至分区边界处，纵向排水管（22）的管端与环向集水管（23）连接，环向集水管（23）设置接头并引出；

S4：隧道抗压水段初期支护的工作面铺设防水板（13），在每个分区的边界防水板（13）外设置环向遇水膨胀止水条（21），防止渗入水量沿着防水板（13）窜水，实现分区控制；

S5：环向集水管（23）引出的接头穿过防水板（13）和隧道二衬（14），并与隧道侧沟之间形成排水通道；

S6：在每个分区的各纵向排水管（22）上的水压监测器（31）和卸压阀（32），水压监测器（31）自动采集水压数据，输送到数据处理中心（33），数据处理中心（33）在高水位期以及渗水累积压力超过预定值后，自动开启卸压阀（32），水先通过注浆圈（11）降低水头，由于水压差通过纵向排水管（22）在卸压时进入纵向排水管（22），纵向排水管（22）上的卸压阀（32）开启汇入环向集水管（23），排入隧道内的隧道侧沟，完成隧道断面的卸压，将压力卸到预设值后，再自动关闭卸压阀（32），水自然聚集在纵向排水管（22）处而又不对隧道安全施工造成压力与影响。

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