CN211230546U - 一种岩溶隧道引流式排水系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种岩溶隧道引流式排水系统，包括钻孔、排水网络、排水管和隧道排水沟，钻孔为下倾钻孔，钻孔为从隧道拱墙打向岩溶发育区域的下倾钻孔，排水网络位于钻孔底端附近的土体或岩体，排水网络至少有部分位于岩溶发育区域，排水网络包括多条裂隙，裂隙中填充有透水混凝土，所有裂隙相互连通，钻孔内铺设有排水管，排水管的进水口与排水网络相连通，排水管的出水口与隧道排水沟相连通，排水管的进水口的高程低于排水管的出水口的高程，且钻孔顶端的高程高于排水管的出水口的高程。本实用新型的岩溶隧道引流式排水系统，利用虹吸作用，只要地下水发生汇聚，就能自动高效实时排出隧道围岩内多余地下水，无需任何外部动力，无需人工维护。

Description

一种岩溶隧道引流式排水系统

技术领域

本实用新型涉及隧道工程技术领域，特别是一种岩溶隧道排水系统。

背景技术

近年来，我国铁路、公路等交通事业快速发展，隧道的数量和里程不断增加。受复杂地质环境和水文地质条件的影响，隧道的建设与运营过程目前仍面临很多工程病害问题。西南的地区岩溶隧道分布广泛，岩溶水对隧道衬砌结构造成极大的危害，水压力作用在衬砌上，改变衬砌结构的受力特征，衬砌背后较大的水压力增大隧道结构背后荷载，造成隧道衬砌开裂、仰拱隆起、翻浆冒泥等病害的产生。因此，对于衬砌背后的地下水的引排就显得尤为重要。但是，由于岩溶地区岩溶裂隙分布的无规律，目前采用的衬砌背后环纵向盲管排水往往存在排水盲点，且后期岩体裂隙形成的排水通道堵塞后，无法进行长期有效的排水，进而导致排水不畅造成隧道衬砌破坏等问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：针对现有技术存在的岩溶隧道排水困难的问题，提供一种岩溶隧道引流式排水系统。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种岩溶隧道引流式排水系统，包括钻孔、排水网络、排水管和隧道排水沟，所述钻孔为下倾钻孔，所述钻孔为从隧道拱墙打向岩溶发育区域的下倾钻孔，所述排水网络位于所述钻孔底端附近的土体或岩体，所述排水网络至少有部分(或全部)位于所述岩溶发育区域，所述排水网络包括多条裂隙，所述裂隙中填充有透水混凝土，所有所述裂隙相互连通，所述钻孔内铺设有排水管，所述排水管的进水口与所述排水网络相连通，所述排水管的出水口与所述隧道排水沟相连通，所述排水管的进水口的高程低于所述排水管的出水口的高程，且所述钻孔顶端的高程高于所述排水管的出水口的高程。

随着岩溶发展，地下水通过排水网络逐渐集中至排水管的进水口附近，当排水管进水口处的地下水位线提高时，由于虹吸作用，地下水将通过排水管输送至隧道排水沟，直至所述排水管进水口处的水位等于所述排水管的出水口处的水位，则完成一次自动排水。在隧道运营期间，上述自动排水过程将多次发生。

本实用新型所述的岩溶隧道引流式排水系统，利用虹吸作用，只要地下水发生汇聚，就能自动高效实时排出隧道围岩内多余的地下水，无需任何外部动力，无需人工维护。本实用新型通过高压将透水混凝土压入隧道围岩中，透水混凝土凝固后形成高空隙率的排水网络，使地下水汇集在钻孔附近，扩大单个排水孔产生降落漏斗的影响范围，一次性高效排水，能够显著提高排水效率。

作为本实用新型的优选方案，沿着所述钻孔环向布置有多个喷射孔，每条所述裂隙至少与一个所述喷射孔相连通。所述喷射孔将所述裂隙和所述钻孔相连通，所述喷射孔便于喷射透水混凝土。

作为本实用新型的优选方案，所述透水混凝土的渗透系数大于或等于0.01m/d，所述透水混凝土采用骨料、水泥、增强剂、水制成。

作为本实用新型的优选方案，所述钻孔内设有至少两根排水管，提高排水效率。

作为本实用新型的优选方案，所述排水管的一部分铺设在所述钻孔内，所述排水管的另一部分固定在隧道内壁上。

作为本实用新型的优选方案，所述排水管的扬程小于施工地大气压对应的水柱高度。

作为本实用新型的优选方案，所述钻孔的倾斜角度为10度-30度。

作为本实用新型的优选方案，所述钻孔的直径大于或等于70mm。

作为本实用新型的优选方案，所述排水管为PU管。

作为本实用新型的优选方案，所述排水管的直径大于或等于4mm。

作为本实用新型的优选方案，所述隧道排水沟为隧道侧沟，且所述隧道侧沟内设有集水槽，所述排水管的出水口位于所述集水槽内。

本实用新型还公开了一种岩溶隧道引流式排水方法，包括如下步骤：

步骤一：根据地质勘察结果，初步确定隧道的岩溶发育区域，从隧道拱墙打设朝向所述岩溶发育区域的下倾钻孔。如果所述钻孔能直接钻设至所述岩溶发育区域，则直接钻设至所述岩溶发育区域，如果所述钻孔无法直接钻设至所述岩溶发育区域，则尽量钻设至所述岩溶发育区域附近，从而使得注入透水混凝土后，形成的排水网络能至少有部分位于所述岩溶发育区域，从而引出所述岩溶发育区域的地下水。

步骤二：在所述钻孔的底端放置多喷头套管，所述多喷头套管包括注浆孔、多个喷射孔和活动套管，将所述活动套管分别与所述注浆孔、高压泵连接，将所述活动套管与高压泵连接，利用所述高压泵向所述多喷头套管内注入透水混凝土。

步骤三：注入透水混凝土完毕后，拆除所述活动套管，将排水管的进水口放入所述钻孔的底端；

步骤四：从所述排水管的出水口逆向灌水，将所述排水管中的空气全部排出后停止逆向灌水，将所述排水管的出水口放入隧道排水沟中。根据计算得到的排水管的容积，注入大于或等于该容积的水量，从而能排出排水管中的全部空气。

本实用新型所述的排水方法，利用高压泵向多喷头套管注入透水混凝土，透水混凝土从喷射孔进入土体或岩体，透水混凝土沿着土体或岩体的薄弱区域发展，在压裂地层岩土同时，充满整个裂隙空间并凝固，形成空间高渗透性排水网络，将地下水引流至钻孔处。再在钻孔和隧道排水沟之间连通排水管，当排水管的进水口的水位高于出水口的水位，发生虹吸作用，自动将地下水排出，一次排水过程结束后，排水管的进水口、出水口均处于水面以下，空气不会进入排水管中，使得排水管保持真空状态。当进水口处的地下水位再次升高时，虹吸作用再次发生，排水管再次发生排水。

本实用新型所述的排水方法，仅需一次施工，就能在整个隧道运营期间，多次自动实时排出地下水，排水过程自动发生，不需要人工维护。本实用新型利用透水混凝土注入钻孔中，在岩溶发育区域不确定的情况下，更容易沿着岩土体裂隙方向准确定位到岩溶发育区域。

作为本实用新型的优选方案，所有所述喷射孔沿着所述多喷头套管的环向均匀设置。

作为本实用新型的优选方案，所述多喷头套管为金属套管。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型所述的岩溶隧道引流式排水系统，利用虹吸作用，只要地下水发生汇聚，就能自动高效实时排出隧道围岩内多余的地下水，无需任何外部动力，无需人工维护。

2、本实用新型通过高压将透水混凝土压入隧道围岩中，透水混凝土凝固后形成高空隙率的排水网络，使地下水汇集在钻孔附近，扩大单个排水孔产生降落漏斗的影响范围，一次性高效排水，能够显著提高排水效率。

3、本实用新型所述的排水方法，仅需一次施工，就能在整个隧道运营期间，多次自动实时排出地下水，排水过程自动发生，不需要人工维护。

4、本实用新型利用透水混凝土注入钻孔中，在岩溶发育区域不确定的情况下，更容易沿着岩土体裂隙方向准确定位到岩溶发育区域。

附图说明

图1是本实用新型所述的一种岩溶隧道引流式排水系统的结构示意图一。

图2是本实用新型所述的一种岩溶隧道引流式排水系统的结构示意图二。

图3是本实用新型所述的多喷头套管的结构示意图。

图4是本实用新型所述的隧道侧沟的横断面图。

图5是本实用新型所述的隧道侧沟的平面图。

图标：1-隧道，2-钻孔，3-多喷头套管，31-注浆孔，32-喷射孔，33-活动套管，4-透水混凝土，5-排水管，6-隧道侧沟，61-集水槽，7-岩溶发育区域，8-地下水位线。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

一种岩溶隧道引流式排水系统，包括钻孔2、排水网络、排水管5和隧道排水沟。

所述钻孔2为下倾钻孔，所述钻孔2的倾斜角度为10度-30度，所述钻孔2的直径大于或等于70mm。所述钻孔2直接打入隧道1的岩溶发育区域7，如图1所示；或钻孔2未打入所述隧道1的岩溶发育区域7，但位于所述岩溶发育区域7附近，如图2所述。

在所述钻孔2底端设有多喷头套管3，如图3所示，所述多喷头套管3包括注浆孔31、多个喷射孔32和活动套管33，所有所述喷射孔32沿着所述多喷头套管3环向布置。所述注浆孔31位于所述钻孔2内，所述注浆孔31和所述活动套管33可拆卸连接，将所述活动套管33与高压泵连接，利用高压泵向多喷头套管3注入透水混凝土4，透水混凝土4从喷射孔32进入土体或岩体，透水混凝土32沿着土体或岩体的薄弱区域发展，在压裂地层岩土同时，充满整个裂隙空间并凝固，形成空间高渗透性排水网络。透水混凝土4注入完毕后，拆除所述活动套管33，并将所述注浆孔31与所述排水管5相连通。图3箭头所示为注浆方向。

所述排水网络位于所述钻孔2底端附近的土体或岩体，所述排水网络至少有部分(或全部)位于所述岩溶发育区域7，所述排水网络包括多条裂隙，所述裂隙中填充有透水混凝土4，所有所述裂隙相互连通，每条所述裂隙至少与一个所述喷射孔32相连通，所述透水混凝土4的渗透系数大于或等于0.01m/d，所述透水混凝土4采用骨料、水泥、增强剂、水制成。

所述钻孔2内铺设有至少两根排水管5，所述排水管5为直径4mm的PU管，所述排水管5的扬程小于施工地大气压对应的水柱高度。所述排水管5的一部分铺设在所述钻孔内，所述排水管5的另一部分固定在隧道1内壁上。所述排水管5的进水口与所述排水网络相连通，所述排水管5的出水口与所述隧道排水沟相连通。具体的，如图4-图5所示，所述隧道排水沟为隧道侧沟6，所述隧道侧沟6内设有集水槽61，所述排水管5的出水口位于所述集水槽61内。

所述排水管5的进水口的高程低于所述排水管5的出水口的高程，且所述钻孔2顶端的高程高于所述排水管5的出水口的高程。

由于设置了上述的排水系统，地下水通过排水网络逐渐集中至排水管5的进水口附近，当排水管5进水口处的地下水位线8提高时，由于虹吸作用，地下水将通过排水管5输送至集水槽61，直至所述排水管5进水口处的水位等于所述排水管5的出水口处的水位，则完成一次自动排水。在隧道运营期间，上述自动排水过程将多次发生。

实施例2

如图1-图5所示，一种岩溶隧道引流式排水方法，包括如下步骤：

步骤一：根据地质勘察结果，初步确定隧道1的岩溶发育区域7，从隧道1拱墙打设朝向所述岩溶发育区域7的下倾钻孔2。如果所述钻孔2能直接钻设至所述岩溶发育区域7，则直接钻设至所述岩溶发育区域7，如果所述钻孔2无法直接钻设至所述岩溶发育区域7，则尽量钻设至所述岩溶发育区域7附近，从而使得注入透水混凝土4后，形成的排水网络能至少有部分位于所述岩溶发育区域7，从而引出所述岩溶发育区域7的地下水。

步骤二：在所述钻孔2的底端放置多喷头套管3，所述多喷头套管3包括注浆孔31、多个喷射孔32和活动套管33，将所述活动套管33分别与所述注浆孔31、高压泵连接，利用所述高压泵向所述多喷头套管3内注入透水混凝土4。透水混凝土4从喷射孔32进入土体或岩体，透水混凝土32沿着土体或岩体的薄弱区域发展，在压裂地层岩土同时，充满整个裂隙空间并凝固，形成空间高渗透性排水网络。

步骤三：注入透水混凝土4完毕后，拆除所述活动套管33，将排水管5的进水口放入所述钻孔2的底端。

步骤四：从所述排水管5的出水口逆向灌水，将所述排水管5中的空气全部排出后停止逆向灌水，将所述排水管5的出水口放入隧道侧沟6的集水槽61内。根据计算得到的排水管5的容积，注入大于或等于该容积的水量，从而能排出排水管5中的全部空气。

本实用新型所述的排水方法，利用高压泵向多喷头套管注入透水混凝土，透水混凝土从喷射孔进入土体或岩体，形成空间高渗透性排水网络，将地下水引流至钻孔处。再在钻孔和隧道排水沟之间连通排水管，当排水管的进水口的水位高于出水口的水位，发生虹吸作用，自动将地下水排出，一次排水过程结束后，排水管的进水口、出水口均处于水面以下，空气不会进入排水管中，使得排水管保持真空状态。当进水口处的地下水位再次升高时，虹吸作用再次发生，排水管再次发生排水。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种岩溶隧道引流式排水系统，其特征在于，包括钻孔、排水网络、排水管和隧道排水沟，所述钻孔为从隧道拱墙打向岩溶发育区域的下倾钻孔，所述排水网络位于所述钻孔底端附近的土体或岩体，所述排水网络至少有部分位于所述岩溶发育区域，所述排水网络包括多条裂隙，所述裂隙中填充有透水混凝土，所有所述裂隙相互连通，所述钻孔内铺设有排水管，所述排水管的进水口与所述排水网络相连通，所述排水管的出水口与所述隧道排水沟相连通，所述排水管的进水口的高程低于所述排水管的出水口的高程，且所述钻孔顶端的高程高于所述排水管的出水口的高程。

2.根据权利要求1所述的一种岩溶隧道引流式排水系统，其特征在于，沿着所述钻孔环向布置有多个喷射孔，每条所述裂隙至少与一个所述喷射孔相连通。

3.根据权利要求1所述的一种岩溶隧道引流式排水系统，其特征在于，所述透水混凝土的渗透系数大于或等于0.01m/d，所述透水混凝土采用骨料、水泥、增强剂、水制成。

4.根据权利要求1所述的一种岩溶隧道引流式排水系统，其特征在于，所述钻孔内设有至少两根排水管。

5.根据权利要求4所述的一种岩溶隧道引流式排水系统，其特征在于，所述排水管的一部分铺设在所述钻孔内，所述排水管的另一部分固定在隧道内壁上。

6.根据权利要求1所述的一种岩溶隧道引流式排水系统，其特征在于，所述排水管的扬程小于施工地大气压对应的水柱高度。

7.根据权利要求1-6任一所述的一种岩溶隧道引流式排水系统，其特征在于，所述钻孔的倾斜角度为10度-30度。

8.根据权利要求1-6任一所述的一种岩溶隧道引流式排水系统，其特征在于，所述钻孔的直径大于或等于70mm。

9.根据权利要求1-6任一所述的一种岩溶隧道引流式排水系统，其特征在于，所述排水管为PU管，所述排水管的直径大于或等于4mm。

10.根据权利要求1-6任一所述的一种岩溶隧道引流式排水系统，其特征在于，所述隧道排水沟为隧道侧沟，且所述隧道侧沟内设有集水槽，所述排水管的出水口位于所述集水槽内。

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