NO340452B1

NO340452B1 - Spot drainage in tunnels

Info

Publication number: NO340452B1
Application number: NO20150889A
Authority: NO
Inventors: Kim Øyre; Bent Torvund
Original assignee: Alfa Og Omega As
Priority date: 2015-07-08
Filing date: 2015-07-08
Publication date: 2017-04-24
Also published as: NO20150889A1

Description

Foreliggende oppfinnelse angår dreneringsutstyr for tunneler. I henhold til et annet aspekt angår oppfinnelsen en fremgangsmåte for å etablere slikt utstyr. The present invention relates to drainage equipment for tunnels. According to another aspect, the invention relates to a method for establishing such equipment.

Bakgrunn Background

Ved bygging av veitunneler er det blitt vanlig å helfore tunnelløpet med, både av estetiske hensyn og av sikkerhetshensyn, så som å gjøre overflatene lysere og mer oversiktlige, for å hindre fuktighet og ising på kjørebane og for å hindre at løsmateriale kan falle ned på kjørbanene eller på passerende trafikanter. When building road tunnels, it has become common to completely line the tunnel, both for aesthetic reasons and for safety reasons, such as making the surfaces brighter and more clear, to prevent moisture and icing on the roadway and to prevent loose material from falling onto the roadways or on passing road users.

Imidlertid hefter det også ulemper ved denne metoden. For det første er det svært kostbart å fore hele tunnelløp. Dette tas det høyde for gjennom prosjektering av nye veitraséer som omfatter tunneler, og tunnelåpningene lages store nok til at det er plass til slike foringer. En annen ulempe er at materialene som er benyttet til foring, i stor grad har vært brennbare og representerer en betydelig fare for trafikantene dersom det oppstår for eksempel bilbrann inne i tunneler. However, there are also disadvantages to this method. Firstly, it is very expensive to line entire tunnel runs. This is taken into account through the design of new road routes that include tunnels, and the tunnel openings are made large enough to accommodate such liners. Another disadvantage is that the materials used for lining have largely been flammable and represent a significant danger to road users if, for example, a car fire occurs in tunnels.

For eldre tunneler er hel foring av tunnelløp svært kostbart, for det første fordi tunnelløpene som regel har for liten høyde og bredde til å tillate slik foring, og kostnadene ved slik etterforing av et betydelig antall tunneler i fjelland som Norge er betydelige, selv i de tilfeller hvor dimensjonen måtte være stor nok. For older tunnels, full lining of tunnel runs is very expensive, firstly because the tunnel runs are usually too small in height and width to allow such lining, and the costs of such relining of a significant number of tunnels in mountainous countries such as Norway are considerable, even in the cases where the dimension had to be large enough.

Fra JP patent nr. 2007 70952 er det kjent en metode og et utstyr ved plassering av fjellbolter i tunneltak eller vegger for de tilfeller at det oppstår lekkasje fra de hull som bores for innfesting av fjellbolter, det være seg om det forbores eller om boltene selv er av selvborende type. For formålet benyttes det en hul fjellbolt og en dreneringsenhet i tilknytning til den del av bolten som er synlig etter montering, på den utvendige side av innertak eller kledning som boltene skal holde på plass. Metoden og utstyret dreier seg om å håndtere lekkasjer som oppstår ved selve tunnelbyggingen, ikke for å ta hånd om lekkasjer som oppstår senere, spesielt i eldre tunneler og uavhengig av plassering av fjellbolter. From JP patent no. 2007 70952, a method and equipment is known for the placement of rock bolts in tunnel roofs or walls in the event that leakage occurs from the holes drilled for fixing rock bolts, be it pre-drilled or the bolts themselves is of the self-drilling type. For this purpose, a hollow rock bolt and a drainage unit are used in connection with the part of the bolt that is visible after installation, on the outside of the ceiling or cladding that the bolts are to hold in place. The method and equipment are about dealing with leaks that occur during the tunnel construction itself, not to deal with leaks that occur later, especially in older tunnels and regardless of the placement of rock bolts.

Fra US patentsøknad nr. 2005/0097845 er det kjent en innretning for drenering av vann fra tunneltak eller lignende hvor det benyttes en vanntett duk som festes til taket i aktuelt område og som innrettes med helning mot en renne som igjen leder fuktigheten til et enkelt vertikalt nedløp. Utstyret er naturlig nok plasskrevende og ikke spesielt egnet for punktformet lekkasje. From US patent application no. 2005/0097845, a device is known for draining water from tunnel roofs or the like where a waterproof cloth is used which is attached to the roof in the relevant area and which is arranged with a slope towards a gutter which in turn leads the moisture to a single vertical downspout. The equipment naturally takes up space and is not particularly suitable for point-shaped leaks.

Det er derfor en utfordring å tilveiebringe et system og/ eller en fremgangsmåte for å hindre drypp og isdannelse fra tunneltak som er rimeligere enn hel foring av tunnelløpene og som kan benyttes også i eldre tunneler hvor det heller ikke er plass og penger til foring av tunnelløpene. It is therefore a challenge to provide a system and/or a method to prevent dripping and ice formation from tunnel roofs that is less expensive than lining the tunnels entirely and that can also be used in older tunnels where there is also no space and money for lining the tunnels .

Formål Purpose

Det er således et formål å tilveiebringe et system og en fremgangsmåte for å drenere tunneler, primært eldre veitunneler og jernbanetunneler, for å eliminere drypp og eventuell ising ned på kjørebane eller skinner. It is thus an aim to provide a system and a method for draining tunnels, primarily older road tunnels and railway tunnels, in order to eliminate dripping and possible icing onto the roadway or rails.

Det er et avledet formål å oppnå det ovennevnte med rimelige midler og til en brøkdel av kostnadene forbundet med foring av tunnelløpet. It is a secondary purpose to achieve the above by reasonable means and at a fraction of the costs associated with lining the tunnel course.

Foreliggende oppfinnelse Present invention

De ovenfor nevnte formål er oppnådd gjennom et dreneringsutstyr som definert i patentkrav 1 The above-mentioned purposes are achieved through a drainage device as defined in patent claim 1

I henhold til et annet aspekt omhandler foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for å etablere et dreneringsutstyr som definert i patentkrav 9. According to another aspect, the present invention relates to a method for establishing a drainage device as defined in patent claim 9.

Foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige patentkrav. Preferred embodiments of the invention appear from the independent patent claims.

Utstyret ifølge oppfinnelsen oppnår formålene og er spesielt godt egnet til å fjerne drypp fra gamle, uforede tunneler. Den kan imidlertid også benyttes der det oppstår lekkasjer i forede tunneler, og ved drypp som oppstår under boring av tunneler (stuffen) som ellers gir et utrivelig arbeidsmiljøfor den som oppholder seg der. The equipment according to the invention achieves the objectives and is particularly well suited to removing drips from old, unlined tunnels. However, it can also be used where leaks occur in lined tunnels, and in the case of drips that occur during the drilling of tunnels (stuffing) which otherwise provides an unpleasant working environment for those who stay there.

Manuell tilpasning og montering fungerer fint ved montering av et begrenset antall enheter mens automatisk måling av konturer er arbeidsbesparende og mer foretrukket ved større montasjearbeider. Manual adaptation and assembly work well when assembling a limited number of units, while automatic measurement of contours is labor-saving and more preferred for larger assembly works.

Nærmer om foreliggende oppfinnelse med referanse til de vedlagte tegninger. More about the present invention with reference to the attached drawings.

Figur 1 viser et snitt av en tunnel hvor systemet ifølge foreliggende oppfinnelse er montert. Figure 1 shows a section of a tunnel where the system according to the present invention is mounted.

Figur 2 viser et snitt av en montert punktdreneringsenhet ifølge foreliggende oppfinnelse. Figure 2 shows a section of a mounted point drainage unit according to the present invention.

Figur 3 og 4 viser et skiveformet element og hvordan dette kan benyttes for å gjennomføre fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse. Figures 3 and 4 show a disc-shaped element and how this can be used to carry out the method according to the present invention.

Figur 5 viser skiven fra figur 3 sett i perspektiv og med måltall. Figure 5 shows the disc from Figure 3 seen in perspective and with measurement figures.

Figurene 6 viser overføring av måltall for avstand til et element av en punktdreneringsenhet. Figures 6 show the transfer of target numbers for distance to an element of a point drainage unit.

Figur 7 viser en alternativ metode til metoden vist i figurene 3 og 4. Figure 7 shows an alternative method to the method shown in figures 3 and 4.

Figur 1 viser en fjellformasjon 11 gjennom hvilken det er boret en uforet tunnel 12 for kjøretøyer, med en støpt eller asfaltert såle 13. Det fremgår av de indre vegger av tunnelen ikke er helt glatte. Videre vises en sprekk 15 i fjellet som leder inn til et punkt på tunnelveggen hvor det drypper vann. På dette punktet er det montert en punktdreneringsenhet 20 ifølge foreliggende oppfinnelse, fra hvilken det er ført et nedløp i form av en dreneringsslange 21 omgitt av en kappe av termisk isolasjon 22. Slangen 21 kan i seg selv omfatte et termisk isolerende materiale eller den kan være omsluttet av en termisk isolerende kappe 22. Ved den nedre ende av dreneringsslangen 21 er det anordnet en vannlås 23, blant annet for å hindre at kald luft kan trenge inn i nedløpet og bringe vannet til å fryse vintertid. Figure 1 shows a rock formation 11 through which an unlined tunnel 12 for vehicles has been drilled, with a cast or asphalted sole 13. It is clear from the inner walls of the tunnel that they are not completely smooth. Furthermore, a crack 15 is shown in the rock leading into a point on the tunnel wall where water is dripping. At this point, a point drainage unit 20 according to the present invention is mounted, from which a downspout is led in the form of a drainage hose 21 surrounded by a sheath of thermal insulation 22. The hose 21 may itself comprise a thermally insulating material or it may be enclosed by a thermally insulating jacket 22. At the lower end of the drainage hose 21, a water trap 23 is arranged, among other things to prevent cold air from penetrating the downspout and causing the water to freeze in winter.

Figur 2 viser punktdreneringsenheten 20 forstørret, med en temperaturisolert hatt 205 som har en delvis sylindrisk flate og en til denne tettsluttende sirkulær endeflate, en fjellbolt 206 plassert i en utboring i fjellet ved en sprekk 15, en første skive 208 og en første mutter 209 på fjellbolten for å ekspandere og feste denne i utboringen, deretter en langmutter 210 festet til enden på fjellbolten, en gjengestang 211 inn i andre enden av langmutteren, en O-ring 212 rundt gjengetangen i anlegg mot den sirkulære endeflate av hatten 205, utenfor hatten 205 en trykkplate 213 med et sentralt hull som omslutter gjengestangen 211, idet trykkplatens diameter i hovedsak svarer til diameteren av hatten 205, men med en omkretsliggende kant som i et periferiområde omslutter den delvis sylindriske flate av hatten 205, videre en andre skive 214 utenfor trykkplaten 213 samt en ytre mutter 215 for å stramme trykkplaten til hatten og derved hatten til fjellveggen 11. Figure 2 shows the point drainage unit 20 enlarged, with a temperature-insulated hat 205 which has a partially cylindrical surface and a circular end surface close to it, a rock bolt 206 located in a borehole in the rock at a crack 15, a first washer 208 and a first nut 209 on the rock bolt to expand and secure it in the bore, then a long nut 210 attached to the end of the rock bolt, a threaded rod 211 into the other end of the long nut, an O-ring 212 around the threaded rod in contact with the circular end face of the cap 205, outside the cap 205 a pressure plate 213 with a central hole which encloses the threaded rod 211, the diameter of the pressure plate essentially corresponding to the diameter of the cap 205, but with a circumferential edge which in a peripheral area encloses the partially cylindrical surface of the cap 205, further a second disk 214 outside the pressure plate 213 as well as an outer nut 215 to tighten the pressure plate to the hat and thereby the hat to the rock wall 11.

Hatten 205 er betegnet som delvis sylindrisk fordi den i utgangspunktet sylindriske flate blir skåret til før bruk som her beskrevet slik at kanten som vender inn mot fjellveggen er irregulær. Mellom den irregulære kant og fjellveggen benyttes det typisk en tetningsmasse 207 for å sikre at overgangen blir væsketett. The hat 205 is designated as partially cylindrical because the basically cylindrical surface is cut before use as described here so that the edge facing the rock wall is irregular. A sealant 207 is typically used between the irregular edge and the rock wall to ensure that the transition is liquid-tight.

Videre vises en åpning 216 i den sylindriske del av hatten 205 for tilkobling av dreneringsslangen 21. Furthermore, an opening 216 is shown in the cylindrical part of the hat 205 for connecting the drainage hose 21.

Det er fordelaktig om hele punktdreneringsenheten til slutt dekkes av et brannhemmende materiale 217. It is advantageous if the entire point drainage unit is eventually covered by a fire-retardant material 217.

Det gis i det følgende et eksempel på etablering av slik punktdrenering. Ved etablering av dreneringssystemet ifølge foreliggende oppfinnelse, bores det et hull i hvilket det forankres en fjellbolt 206 rett ved punktet hvor det finnes en lekkasje. Etter at fjellbolten er fast festet i fjellet og videre utstyrt med langmutter 210 og gjengestang 211, skyves en sektorinndelt skive 25 som illustrert i figur 3 inn på gjengestangen og festes med mutter, som vist i figur 4. Den i figur 3 viste skiven har 16 sektorer inndelt med viste sektorlinjer. En sentral åpning 26 for gjengestangen er akkurat passe stor til å skyves inn på denne. An example of the establishment of such point drainage is given below. When establishing the drainage system according to the present invention, a hole is drilled in which a rock bolt 206 is anchored right at the point where there is a leak. After the rock bolt is firmly fixed in the rock and further equipped with long nut 210 and threaded rod 211, a segmented disc 25 as illustrated in Figure 3 is pushed onto the threaded rod and secured with a nut, as shown in Figure 4. The disc shown in Figure 3 has 16 sectors divided by sector lines shown. A central opening 26 for the threaded rod is just large enough to be pushed onto it.

Det må påses at posisjonen på tunnelveggen som skal svare til en gitt sektorlinje, for eksempel sektorlinjen hvor laveste punkt av hatten 205 blir beliggende etter montering, ikke mistes da dette bestemmer orienteringen av hatten 205 og plasseringen av åpningen 216 for dreneringsslangen 21.1 figur 3 er denne posisjonen bestemt å ligge ved sektorlinje 8 og er markert som 216<*>. It must be ensured that the position on the tunnel wall which must correspond to a given sector line, for example the sector line where the lowest point of the hat 205 is located after assembly, is not lost as this determines the orientation of the hat 205 and the location of the opening 216 for the drainage hose 21.1 Figure 3 is this the position determined to lie at sector line 8 and is marked as 216<*>.

Det kan benyttes skiver med ulike diametere, for eksempel med diameter mellom 25 og 40 cm alt etter hvilken størrelse man benytter på hatten. Foretrukket benyttes et lite utvalg av standardiserte størrelser. Det kan benyttes skiver med flere enn, men også færre enn de viste 16 sektorer. Discs with different diameters can be used, for example with a diameter between 25 and 40 cm, depending on which size is used on the hat. A small selection of standardized sizes is preferably used. Discs with more than, but also fewer than, the 16 sectors shown can be used.

Det vises nå til figur 4. Skiven 25 skyves inn på gjengestangen inntil den kommer til anlegg mot f.eks. en O-ring. Skiven sikres midlertidig i denne posisjonen, typisk med en mutter. Med skiven i den nevnte posisjon måles avstanden mellom skivens periferi og tunnelveggen ved alle eller utvalgte sektorlinjer. Er tunnelveggen på det aktuelle sted ganske jevn, kan det være tilstrekkelig med færre målepunkter, er den ujevn, kan det benyttes mange målepunkter. Det skal bemerkes at illustrasjonen i figurene 3 og 4 kun er et eksempel. Reference is now made to figure 4. The disc 25 is pushed onto the threaded rod until it comes into contact with e.g. an O-ring. The disc is temporarily secured in this position, typically with a nut. With the disc in the aforementioned position, the distance between the disc's periphery and the tunnel wall is measured at all or selected sector lines. If the tunnel wall at the location in question is fairly even, fewer measurement points may be sufficient, if it is uneven, many measurement points may be used. It should be noted that the illustration in Figures 3 and 4 is only an example.

I figur 5 er det vist et tenkt eksempel på målinger ved hver og en av de 16 sektorlinjene, hvorav kun sektorlinje 4, 8 og 12 er identifisert. Avstanden til tunnelveggen varierte i dette eksempel fra 1,5 cm ved sektorlinjene 11 og 12 til 5 centimeter ved sektorlinjene 4 og 5. Figure 5 shows an imaginary example of measurements at each of the 16 sector lines, of which only sector lines 4, 8 and 12 have been identified. The distance to the tunnel wall varied in this example from 1.5 cm at sector lines 11 and 12 to 5 centimeters at sector lines 4 and 5.

I figur 6 vises den sylindriske delen av hatten 205 som en todimensjonal flate på hvilken avstandene målt mellom skive og fjellvegg blir avtegnet og deretter skåret vekk. Det skal understrekes at hatten typisk leveres som en ferdig enhet, og at det kun er for illustrasjonsformål at dens sylindriske flate her er vist som et «utbrettet» rektangel. Hullet 216 for dreneringsslangen blir også normalt skåret ut før montering, og gir en ytterligere visuell indikasjon på hva som skal være laveste punkt av hatten etter montering. In Figure 6, the cylindrical part of the hat 205 is shown as a two-dimensional surface on which the distances measured between disc and rock wall are drawn and then cut away. It should be emphasized that the hat is typically delivered as a finished unit, and that it is only for illustration purposes that its cylindrical surface is shown here as an "unfolded" rectangle. The hole 216 for the drain hose is also normally cut out before assembly, and provides a further visual indication of what should be the lowest point of the cap after assembly.

Hatten 205 er laget av et materiale med en viss termisk isolasjonsevne, i det minste for bruk i områder hvor temperaturen kan falle ned under frysepunktet for vann. Skjønt det normale vil være å benytte prefabrikkerte hatter, er det også innenfor oppfinnelsens ramme å benytte hatteemner som skjæres til og tilpasses på stedet. The hat 205 is made of a material with a certain thermal insulation ability, at least for use in areas where the temperature can drop below the freezing point of water. Although the normal thing would be to use prefabricated hats, it is also within the scope of the invention to use hat blanks that are cut to size and adapted on site.

Figur 7 viser en alternativ og mer automatisert metode for avstandsmåling enn den som er beskrevet med henvisning til figurene 3 og 4. Her monteres en optisk avstandsmåler 71 på gjengestangen, hvilken avstandsmåler er innrettet til å måle avstand til fjellveggen langs en sirkellinje 711 med gitt, aktuell radius og ut fra dette beregne den aktuelle perpendikulære avstand fra sirkellinjen, svarende til den aktuelle «høyde» av hatten 205 rundt dennes periferi. Denne perpendikulære avstanden - avstanden i en retning parallell med fjellbolten - kan finnes ved enkel geometri når man kjenner enten avstanden den optiske leser har fra fjellveggen langs fjellbolten eller når man kjenner vinkelen mellom fjellbolten og den linjen langs hvilken avstanden blir målt. Avstandsmåleren 71 kan i seg selv omfatte en prosessorenhet som gir de aktuelle avstander langs periferilinjen av hatten 205 eller kommunisere med en prosessor som gir dette, for eksempel inkludert i en PC eller smarttelefon. Figure 7 shows an alternative and more automated method for distance measurement than that described with reference to Figures 3 and 4. Here, an optical distance meter 71 is mounted on the threaded rod, which distance meter is designed to measure the distance to the rock face along a circular line 711 with given, current radius and from this calculate the current perpendicular distance from the circle line, corresponding to the current "height" of the hat 205 around its periphery. This perpendicular distance - the distance in a direction parallel to the rock bolt - can be found by simple geometry when you know either the distance the optical reader has from the rock wall along the rock bolt or when you know the angle between the rock bolt and the line along which the distance is measured. The distance meter 71 can itself comprise a processor unit that provides the relevant distances along the peripheral line of the hat 205 or communicate with a processor that provides this, for example included in a PC or smartphone.

Selv om oppfinnelsen er beskrevet i relasjon til drenering i tunneler og primært finner sin anvendelse der, er den mulig å realisere i tilknytning til drypp og lekkasjer fra enhver bratt eller overhengende fjelloverflate. Although the invention is described in relation to drainage in tunnels and primarily finds its application there, it is possible to realize it in connection with drips and leaks from any steep or overhanging mountain surface.

Claims

1. Drainage equipment for tunnels, comprising a liquid-tight point drainage unit (20) which is closed at the end which is arranged to face away from the rock wall and open at the end which is arranged to face towards the rock wall (11) and is arranged to to be attached to a drip point on a surface of a rock wall (11) using a rock bolt (206), further comprising a downspout (21) for the frost-proof descent of water from the drip point, characterized in that the end of the point drainage unit (20) which is arranged to face the rock wall (11), is contour cut to follow the rock wall's surface.

2. Drainage equipment in accordance with patent claim 1, in that the point drainage unit (20) and the drainage hose (21) are temperature insulated.

3. Drainage equipment in accordance with patent claim 1 or 2, the point drainage unit (20) being cylindrical.

4. Drainage equipment in accordance with one of patent claims 1 -3, in that the contour-cut edge of the point drainage unit (20) is designed to be applied with sealant for liquid-tight assembly to the rock wall (11).

5. Drainage equipment in accordance with any of the preceding patent claims, the point drainage unit (20) comprising a temperature-insulating, mainly cylindrical hat (205), closed at one end and open at the opposite end, further comprising a pressure plate (213) arranged to press the temperature insulating cap against a surface of a rock wall (11) using a nut (215) and a threaded rod (211) attached as an extension to the rock bolt (206).

6. Drainage equipment in accordance with any one of the preceding patent claims, the drainage hose (21) being led down to a water trap (23).

7. Drainage equipment in accordance with any of the preceding patent claims, the drainage hose (21) being continuously or pointwise attached to the tunnel wall.

8. Drainage equipment in accordance with any one of the preceding patent claims, the point drainage unit (20) comprising an outer, fire-retardant layer.

9. Method for eliminating dripping and icing from the surface of a rock face, comprising I. identifying a dripping point, II. to drill an anchor point for a rock bolt at the drop point, III. to fasten a mountain bolt (206) in the anchoring point, IV. to attach the point drainage unit to the rock wall using the rock bolt, V. to attach a drainage hose (21) to the point drainage unit (20). characterized by - before point iv - measuring the contours of the surface of the rock wall along a circular line with a circumference corresponding to the circumference of a point drainage unit (20) which is closed at the end which is arranged to face away from the rock wall and open at the end which is arranged to face the rock wall (11), - to shape-cut the open side of the point drainage unit (20) according to the contours of the rock wall, - to apply sealing compound to the shape-cut edge of the point drainage unit (20).

10. Method in accordance with patent claim 9, in that the point drainage unit (20) is attached to the rock bolt (206) by extending this with a long nut (210) and a threaded rod (211), as well as by using a pressure plate (213) and a nut ( 215).

11. Method in accordance with patent claim 9 or 10, in that the measurement of the contours of the surface of the rock wall is measured manually along the circumference of a disk divided into sectors (25).

12. Method in accordance with patent claim 9 or 10, in that measurement of the contours of the surface of the rock face is measured with an optical distance meter (71).

13. Method in accordance with patent claim 9 or 10, in that the drainage hose (21) is stretched down to a water trap (23).