CN113833523A - 一种适用于富水软岩地层隧道台阶开挖的排水装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适用于富水软岩地层隧道台阶开挖的排水装置及方法，包括排水沟和排水管；所述排水沟设置于下台阶处，所述下台阶中沿水平方向设置排水管，所述排水管设置在排水沟的两侧，并与排水沟连通，所述排水管设有进水孔，以收集下台阶中的积水，并通过排水沟汇流排水管中的积水，以便于积水排出。能够在上下台阶法挖掘隧道时，实现下台阶处地层的排水，避免地下水淤积造成下台阶的上表面岩土体软化，避免隧道初期支护失稳坍塌，便于实现隧道的二次砌衬。
Description
技术领域
本发明属于隧道施工技术领域，具体涉及一种适用于富水软岩地层隧道台阶开挖的排水装置及方法。
背景技术
富水低强度软岩地质多属于粉砂质泥岩，强风化岩层，极为松软，抗压强度极低，黏结力差，极不稳定，且遇水强度大幅度降低。故而富水低强度软岩地层的开挖经常使用上下台阶开挖法，从而减小隧道围岩变形。
发明人了解到，当上台阶开挖完成后，经常有地下水渗漏进入下台阶，淤积在下台阶表层，进而恶化施工环境，进行钢拱架衬砌以实现拱顶支护时，拱脚处在地下水浸泡作用下，岩土体软化，容易造成初期支护失稳坍塌；且富水低强度软岩地层土体软弱，所流失细小颗粒易堵塞排水管道，长期排水效果差。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种适用于富水软岩地层隧道台阶开挖的排水装置及方法，能够在上下台阶法挖掘隧道时，使用装配式排水结构装置，实现下台阶处地层的高效排水，避免地下水淤积造成下台阶的上表面岩土体软化，避免隧道初期支护失稳坍塌，为上台阶支护和下台阶开挖提供相应的结构支撑和施工便利。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
第一方面，本发明提供一种适用于富水软岩地层隧道台阶开挖的排水装置，包括：排水沟和排水管；所述排水沟设置于下台阶处，所述下台阶中沿水平方向设置排水管，所述排水管设置在排水沟的两侧，并与排水沟连通，所述排水管设有进水孔，以收集下台阶中的积水，并通过排水沟汇流排水管中的积水。
本发明提供的适用于富水软岩地层隧道台阶开挖的排水装置，能够在上下台阶法挖掘隧道时，实现下台阶处地层的排水，避免地下水淤积造成下台阶的上表面岩土体软化，避免隧道初期支护失稳坍塌，便于实现隧道的二次砌衬。
作为可选择的实施方式，所述排水沟的上端贯穿下台阶的上表面，底面与下台阶的底面平齐。
作为可选择的实施方式，所述排水管的侧壁设有多个进水孔，所述进水孔处设有滤网。
作为可选择的实施方式，所述排水沟与隧道的延伸方向相同。
作为可选择的实施方式，所述排水沟的竖直对称面与隧道中心面重合。
作为可选择的实施方式，所述排水沟与积水池连通，所述积水池设置在隧道底面。
作为可选择的实施方式，所述排水沟中设有支撑结构，所述支撑结构用于排水沟内表面的支撑。
作为可选择的实施方式，所述支撑结构包括支撑排水沟侧壁的侧支撑板和支撑排水沟底壁的底板；所述侧支撑板上方设有盖板，所述侧支撑板、底板、盖板围合形成排水通道。
作为可选择的实施方式，所述排水沟呈倒梯形结构，所述排水沟的侧壁与竖直面呈设定夹角。
第二方面，本发明提供一种适用于富水软岩地层隧道台阶开挖的排水装置的施工方法，包括：
上台阶完成预定进尺后，整平上台阶；
在下台阶中心处开始挖掘排水沟，挖掘深度至下台阶底面；
在排水沟底部铺设底板，在两侧边坡铺设侧支撑板；
沿侧支撑板中的通孔向下台阶中钻孔至设定深度，将排水管插入钻孔中；
对侧支撑板进行支撑并盖上盖板。
本发明提供一种适用于富水软岩地层隧道台阶开挖的排水装置的施工方法，指导下台阶处排水结构的施工，在上台阶开挖的同时，使用装配式排水结构装置，实现下台阶短期高效的排水，极大缩短了施工周期，为上台阶支护和下台阶开挖提供相应的结构支撑和施工便利。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)采用在下台阶所在的地层设置排水管收集地下水的方式，多根排水管以及排水管上的进水孔可以形成收集地下水的管网，在不破坏下台阶支撑强度的情况下，完成地下水向排水沟的聚集，并最终从排水沟处将地下积水排出。排水沟与排水管的组合能够降低整个下台阶中的地下水淤积，进而减少下台阶上表面处因地下水淤积而造成岩土层松软、塌陷的情况；且排水效果明显，有利于后续上台阶的二衬的施工，并且增强工程安全系数。
(2)在排水沟中设置支撑结构，避免排水沟在下台阶处地层的挤压下发生塌陷、变形的情况；采用排水沟底面与下台阶底面平齐的方式，能够保证排水沟完成下台阶中任意高度处地下水的积聚。
(3)排水结构设施为临时设置，在预制的底板和盖板上设有连接槽，两个侧支撑板上下各边设有“L”型凸起结构，可直接插入连接槽，形成侧向支撑板与底板、盖板的嵌套。采用装配式、嵌套式的排水装置，保证了排水系统的密封性，装置安装、拆除的施工工艺简单，操作简便，提高了劳动效率，减少了排水结构施工工作量，极大地缩短了施工周期。
(4)采用侧支撑板、底板、盖板围合形成排水通道的方式，能够避免从排水管流出的地下水直接与排水沟中的岩土接触，避免地下水重新与岩土接触形成浆液状态，便于地下水从排水沟处汇流排出。
(5)排水结构的施工方法对于环境要求低，在上台阶挖掘过程中便可进行排水沟、排水管的挖掘，对施工进度影响甚微；同时排水管的施工也可为后续施工作为铺垫，如前面的排水时的钻孔可作为后续的炸药孔，为下台阶开挖和支护提供便利；
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例中采用台阶开挖法时隧道横断面示意图；
图2为本发明实施例中排水管的结构示意图；
图3为本发明实施例中排水沟处支撑结构示意图；
图4为本发明实施例中排水沟的横断面示意图；
图5为本发明实施例中侧支撑板的结构示意图；
图6为本发明实施例中侧支撑板的三维示意图；
图7为本发明实施例中底板的结构示意图；
图中：1、拱架；2、排水沟；3、排水管；4、上台阶；5、隧道中心面；6、积水池；7、下台阶；8、侧支撑板；9、底板；10、连接槽；11、通孔；12、支护孔；13、进水孔；14、盖板；15、支护杆。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1所示，在上台阶4挖掘一定的进程后，需要以下台阶7的表面为支撑，利用拱架1实现隧道拱顶的支撑，拱架1的拱脚直接与下台阶7的上表面接触。那么当上台阶开挖完成后，地下水渗漏进入下台阶，淤积在下台阶表层，进行钢拱架衬砌以实现拱顶支护时，拱脚处在地下水浸泡作用下，岩土体软化，容易造成初期支护失稳坍塌的问题。
为解决排水问题，本实施例提供一种适用于富水低强度软岩地层隧道台阶开挖的排水装置，包括：排水沟2和排水管3；所述排水沟2设置于下台阶7处，所述下台阶7中沿水平方向设置排水管3，所述排水管3设置在排水沟2的两侧，并与排水沟2连通，所述排水管3设有进水孔13，以收集下台阶7中的积水，并通过排水沟2汇流排水管3中的积水。
在一些实施方式中，所述排水沟2与隧道的延伸方向相同。
所述排水沟2的上端贯穿下台阶7的上表面，所述排水沟2的底面与下台阶7的底面平齐。
所述排水沟2与积水池6连通，所述积水池6设置在隧道的底面处。
在一些实施方式中，为了便于排水沟2的开挖以及排水管3的集水，所述排水沟2的竖直对称面与隧道中心面5重合；但在实际施工过程中，排水沟2的竖直对称面很难与隧道中心面5重合，因此只要保证排水沟2对称面与隧道中心面5的偏差值保持在设定范围内即可。
在一些实施方式中，如图2所示，所述排水管3的侧壁设有多个进水孔13，所述进水孔13处设有滤网，所述排水管3能够通过滤网处的渗透作用收集下台阶7中的积水，并通过所述排水沟2汇流排水管3中的积水，以便于积水排出。
具体的，排水管3侧壁上的多个进水孔13呈梅花状结构布置，在整个排水管3的外壁上缠绕土工布，土工布在进水孔13处形成滤网结构。
在一些实施方式中，为实现排水管3在下台阶7中的布置，在下台阶7中钻孔，以便于排水管3的插入。
在一些实施方式中，因为排水管3的长度大于排水沟2的宽度，可以采用软管材质的排水管3，或者将排水管3设置成多节拼接的方式。
在一些实施方式中，所述排水沟2中设有支撑结构，所述支撑结构能够完成排水沟2内表面的支撑。
具体的，如图3所示，所述支撑结构包括支撑排水沟2侧壁的侧支撑板8、支撑排水沟2底壁的底板9；所述侧支撑板8上方设有盖板14，所述侧支撑板8、底板9、盖板14能够围合形成排水通道，如图4所示。
具体的，如图5-6所示，在侧支撑板8上设置支护孔12和通孔11，通孔11用于实现排水管3的安装，以使得排水管3与排水沟2的内腔连通；
所述通孔11在侧支撑板8上呈多层结构布置，支护孔12在两个侧支撑板8之间相对设置，以使得水平布置的支护杆15的两端能够分别插入支护孔12中，完成两个侧支撑板8之间的支护；
在侧支撑板8上下各边设置有“L”型凸起结构，可直接插入连接槽，形成侧向支撑板与底板、盖板的嵌套，形成装配式、嵌套式的排水装置，施工工艺简单，操作简便，缩短施工周期。
具体的，如图7所示，在底板9上设置连接槽10，所述连接槽10用于插接侧支撑板8，保证流入排水通道中的积水不会从侧支撑板8与底板9之间的间隙流出。
所述排水沟2的侧壁与竖直面呈设定夹角，所述排水沟2呈倒梯形结构。
实施例2
本实施例提供一种适用于富水低强度软岩地层隧道台阶开挖的排水装置的施工方法，包括以下步骤：
步骤1：待上台阶4挖掘完成预定进尺后，整平上台阶4；
步骤2：在下台阶7中心处开始挖掘排水沟2，挖掘深度至下台阶7底面；
步骤3：整平排水沟2的边坡和底部，在排水沟2底部铺底板9，然后分别在两侧边坡铺侧支撑板8；完成排水沟2的平整与支撑后，在隧道底面靠近排水沟2端面处挖掘积水池6，所处积水池6的能够汇集排水沟2中排出的积水。
步骤4：使用钻孔机沿侧支撑板8中的通孔11，向下台阶7中钻孔至设定深度；
步骤5：清洗钻孔，将排水管3插入钻孔中；
步骤6：使用支护件完成侧支撑板8的支护，防止侧支撑板8受地层挤压而变形，并盖上盖板14。
步骤7：待上台阶4开挖支护稳定，下台阶7排水量较低时，拆除下台阶装配式排水结构设施，即侧支撑板8、地板9与盖板14，开挖下台阶7，将通孔11中作为炸药孔，在已埋设好的排水管3中加入适量炸药，完成下台阶的开挖爆破。
步骤8：清理下台阶7开挖产生的土体和破碎岩石，将积水池6作为隧道长期排水沟，为后期隧道排水提供便利。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种适用于富水软岩地层隧道台阶开挖的排水装置，其特征在于，包括：排水沟和排水管；所述排水沟设置于下台阶处，所述下台阶中沿水平方向设置排水管，所述排水管设置在排水沟的两侧，并与排水沟连通，所述排水管设有进水孔，以收集下台阶中的积水，并通过排水沟汇流排水管中的积水。
2.如权利要求1所述的一种适用于富水软岩地层隧道台阶开挖的排水装置，其特征在于，所述排水沟的上端贯穿下台阶的上表面，底面与下台阶的底面平齐。
3.如权利要求1所述的一种适用于富水软岩地层隧道台阶开挖的排水装置，其特征在于，所述排水管的侧壁设有多个进水孔，所述进水孔处设有滤网。
4.如权利要求1所述的一种适用于富水软岩地层隧道台阶开挖的排水装置，其特征在于，所述排水沟与隧道的延伸方向相同。
5.如权利要求1所述的一种适用于富水软岩地层隧道台阶开挖的排水装置，其特征在于，所述排水沟的竖直对称面与隧道中心面重合。
6.如权利要求1所述的一种适用于富水软岩地层隧道台阶开挖的排水装置，其特征在于，所述排水沟与积水池连通，所述积水池设置在隧道底面。
7.如权利要求1所述的一种适用于富水软岩地层隧道台阶开挖的排水装置，其特征在于，所述排水沟中设有支撑结构，所述支撑结构用于排水沟内表面的支撑。
8.如权利要求7所述的一种适用于富水软岩地层隧道台阶开挖的排水装置，其特征在于，所述支撑结构包括支撑排水沟侧壁的侧支撑板和支撑排水沟底壁的底板；所述侧支撑板上方设有盖板，所述侧支撑板、底板、盖板围合形成排水通道。
9.如权利要求1所述的一种适用于富水软岩地层隧道台阶开挖的排水装置，其特征在于，所述排水沟呈倒梯形结构，所述排水沟的侧壁与竖直面呈设定夹角。
10.一种适用于富水软岩地层隧道台阶开挖的排水装置的施工方法，其特征在于，包括：
上台阶完成预定进尺后，整平上台阶；
在下台阶中心处开始挖掘排水沟，挖掘深度至下台阶底面；
在排水沟底部铺设底板，在两侧边坡铺设侧支撑板；
沿侧支撑板中的通孔向下台阶中钻孔至设定深度，将排水管插入钻孔中；
对侧支撑板进行支撑并盖上盖板。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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