CN211230546U - 一种岩溶隧道引流式排水系统 - Google Patents
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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
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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CN201922419672.7U CN211230546U (zh) | 2019-12-27 | 2019-12-27 | 一种岩溶隧道引流式排水系统 |
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CN201922419672.7U CN211230546U (zh) | 2019-12-27 | 2019-12-27 | 一种岩溶隧道引流式排水系统 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN111005760A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-04-14 | 中铁二院工程集团有限责任公司 | 一种岩溶隧道引流式排水系统 |
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2019
- 2019-12-27 CN CN201922419672.7U patent/CN211230546U/zh active Active
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