CN211900696U - 一种岩溶隧道地下水开敞式疏泄结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了岩溶隧道地下水开敞式疏泄结构，包括集中疏泄结构，集中疏泄结构包括护拱层，设于隧道区域岩溶空腔内，护拱层位于隧道初期支护外侧，护拱层用于加强对隧道的支护；缓冲层，回填于岩溶空腔内，缓冲层位于护拱层外侧，缓冲层顶面到岩溶空腔顶部具有空隙，缓冲层用于减小岩溶空腔壁垮塌对隧道衬砌结构的冲击；集水孔，沿岩溶空腔周围设有若干集水孔，集水孔连通空隙；集水洞，设于岩溶空腔附近的隧道边墙外侧，沿集水洞周围设有若干与集水洞连通的集水孔；汇水管道，连通岩溶空腔和集水洞，汇水管道伸入空隙，用于将岩溶空腔中水引入集水洞；泄水管道，连通集水洞和隧道中心沟，泄水管道用于将集水洞中水引入中心沟。

Description

一种岩溶隧道地下水开敞式疏泄结构

技术领域

本实用新型涉及隧道工程领域，特别是涉及一种岩溶隧道地下水开敞式疏泄结构及方法。

背景技术

我国广西、云南及贵州等省区分部有大范围的岩溶喀斯特地貌，随着公路、铁路及水利工程的快速修建，越来越多的隧道及地下工程穿越富水岩溶地区，施工过程中揭示了许多岩溶形态及岩溶水，如充填、半充填/空溶洞、岩溶裂隙带、岩溶管道、地下暗河及岩溶地下湖泊等。由于岩溶及岩溶水具有复杂多变、不可预见等特性，受降雨影响，富水岩溶隧道运营期间在地下水的作用下，极易出现衬砌漏水、衬砌开裂甚至掉块、仰拱填充与仰拱衬砌脱落、无砟轨道底板变形开裂甚至上鼓、翻浆冒泥、沟槽涌水等病害类型，严重危及行车安全，且治理难度大，治理成本高。

目前，岩溶隧道均采用闭环二次衬砌结构，衬砌背后设置管径为φ50mm～φ150mm的纵、横向排水盲管对的地下水进行汇集、引排，施工期间揭示岩溶裂隙、管道时一般加密盲管或单独设置盲管引排岩溶水。施工期间揭示的溶洞根据其与隧道之间的不同位置关系，通常处理措施如下：衬砌结构加强、衬砌外侧施做混凝土护拱、护拱外侧回填缓冲层、溶腔壁喷锚支护、埋设导水管与环向盲管连接等。

但是，现有针对岩溶隧道的处理措施存在以下问题：

1、采用闭环衬砌结构施工时较为便捷，无需设置异形模板，无需扩挖，但由于施工期间封闭后，使得揭示的溶洞、岩溶裂隙、岩溶管道等岩溶不良地质情况无法在运营期间作为重点维护、观察，一旦发生岩溶水害时，难以查明其水害源头，因此难以采取针对性的有效措施。

2、纵环向排水系统施工简单、易行，在一定程度上可保证隧道衬砌结构的安全，但因纵、横向盲管均敷设在衬砌背后且盲管管径小，衬砌施作完成后，纵环向盲管极易堵塞且难以得到有效疏通，当隧道在富水期间运营时，由于衬砌背后岩溶水难以顺畅、及时有效的汇集、排出，而在衬砌背后形成高水压力导致衬砌结构变形、开裂、渗水等一些列水害问题，进而影响隧道运营安全。

3、岩溶隧道因施工时间不同，在旱季施工时揭示的溶腔、岩溶裂隙及管道等不一定发生水害，如何在运营期间精确、有效地观察岩溶地下水出水情况，目前一直未能得到有效解决。

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因施工时间不同，在旱季施工时揭示的溶腔、岩溶裂隙及管道等不一定发生水害，如何在运营期间精确、有效地观察岩溶地下水出水情况，目前一直未能得到有效解决的问题，提供一种岩溶隧道地下水开敞式疏泄结构及方法。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种岩溶隧道地下水开敞式疏泄结构，包括集中疏泄结构，集中疏泄结构包括：

护拱层，设于隧道区域岩溶空腔内，护拱层位于隧道初期支护外侧，护拱层用于加强对隧道的支护；

缓冲层，回填于岩溶空腔内，缓冲层位于护拱层外侧，缓冲层顶面到岩溶空腔顶部具有空隙，缓冲层用于减小岩溶空腔壁垮塌对隧道衬砌结构的冲击；

集水孔，沿岩溶空腔周围设有若干集水孔，集水孔连通空隙；

开敞式集水洞，设于岩溶空腔附近的隧道边墙外侧，沿集水洞周围设有若干与集水洞连通的集水孔；

汇水管道，连通岩溶空腔和集水洞，汇水管道伸入空隙，用于将岩溶空腔中水引入集水洞；

泄水管道，连通集水洞和隧道中心沟，泄水管道用于将集水洞中水引入中心沟。

本申请中岩溶空腔指的是充填、半充填/空溶洞、岩溶裂隙带、岩溶管道、地下暗河及岩溶地下湖泊。

优选地，沿岩溶空腔壁设置混凝土封闭层，沿岩溶空腔周围设置若干锚杆，混凝土封闭层用于封闭岩溶空腔壁裂隙发育区域，防止岩溶空腔壁岩体劣化，锚杆用于保证岩溶空腔周围岩体稳定。

优选地，集水洞壁上设有喷射混凝土层，喷射混凝土层内侧设有模筑衬砌，沿集水洞周围设有若干锚杆，喷射混凝土层用于封闭集水洞壁岩体，模筑衬砌用于集水洞成型，锚杆用于保证集水洞周围岩体稳定。

优选地，该岩溶隧道地下水开敞式疏泄结构还包括系统疏泄结构，疏泄结构包括隧道拱脚两侧分别设置的纵向盲管和沿隧道纵向间隔设置的若干环向盲管，环向盲管设于隧道正洞喷混凝土内侧，环向盲管连通于纵向盲管，纵向盲管连通中心沟。

进一步优选地，纵向盲管通过边墙横向联系管道连接侧沟，侧沟通过道床横向联系管道连接中心沟。

本实用新型还提供了一种岩溶隧道地下水开敞式疏泄结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤一，隧道施工时揭示岩溶空腔不良地质，清除岩溶空腔内填充物或岩溶空腔壁上危石块体结构，施做岩溶空腔壁上的锚杆，喷混凝土封闭岩溶空腔壁裂隙发育区域，形成混凝土封闭层，在岩溶空腔壁钻设集水孔；

步骤二，立模板施做混凝土护拱层加强支护，护拱层位于隧道正洞初期支护外侧，浇筑护拱层混凝土前预留缓冲层的泵送管道与用于连接集水洞的汇水管道，汇水管道高出护拱层部分的管段设置打孔，且外裹无纺布；

步骤三，隧道正洞开挖至集水洞洞室处，隧道正洞边墙集水洞轮廓线处初期支护喷混凝土与锚杆不施做，且隧道正洞钢架应按设计相应减小长度施做，并打设钢架的注浆锁脚锚管，以预留出集水洞洞室轮廓开挖范围；施做集水洞洞室与隧道中心沟钻孔，并预留中心沟泄水管道；

步骤四，架立集水洞洞室首榀钢架，在其脚部、边墙与拱部钢架连接处打设锁脚锚管使其固定，并通过接头及钢架纵向连接筋对集水洞洞室首榀钢架与隧道正洞钢架进行连接，喷混凝土进行封闭，使集水洞洞室钢架与隧道正洞钢架形成整体受力结构；

步骤五，开挖集水洞洞室，施作集水洞初支，在集水洞初支内侧施作集水洞洞室的模筑衬砌，护拱层外侧回填缓冲层，泵送缓冲层至设计厚度；

步骤六，施工隧道二次衬砌结构。

优选地，在步骤五之后，施做纵向盲管和环向盲管，并预留边墙横向联系管道，再实施步骤六。

优选地，在步骤五之后，在隧道正洞初期支护壁上铺设土工布及防水板，防水板位于土工布内侧，再实施步骤六。

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、本项实用新型直接从过去的封闭式岩溶处理转化到了开敞式岩溶处理，在设计思路、设计理念等方面均得到优化调整。

2、采用本实用新型后运营期间可以从集水洞准确观察岩溶出水情况，为设计和岩溶处理提供有力数据。

3.本实用新型可将隧道施工期间揭示的位于隧道及其周边范围的岩溶裂隙、管道及溶洞内的岩溶水进行针对性的汇集和引排，排水能力更强，更高效。

4.本实用新型可在隧道纵环向盲管堵塞时亦可有效对地下水进行集中引排至隧道中心沟，排水系统更可靠。

5.本实用新型直接将溶腔、岩溶裂隙内的地下水引排至集水洞，及时泄压，可避免隧道拱墙衬砌因溶腔局部高水压而引起衬砌结构渗漏水、变形开裂等危害。

6.本实用新型通过设置集水管连通隧底与集水洞，可极大程度对隧道仰拱底部岩溶水进行泄压，从而避免因隧底局部高水压力造成的仰拱/底板上鼓等危害。

7.本实用新型为采用开敞式的地下水疏泄系统，与传统方法相比，可第一时间，使得隧道结构便于在隧道运营期间进行检查、维护、维修。

8.本实用新型有利于在雨季对地下水准确进行定期、定点观测，以便采取针对性的防突水措施。

9.当地下水在雨季超过隧道排水能力需要增设泄水洞时，本实用新型结构可作为连接泄水洞的泄水通道，对过量地下水进行针对性引排。

10.本实用新型结构采用与主体结构同级别混凝土，使用期限长，耐久性可得到保证

11、采用本实用新型，可提升隧道全寿命周期经济效益，降低运营期间隧道维修维护成本。

附图说明

图1是实施例1所述集中疏泄结构的断面示意图；

图2是图1中A-A剖视图；

图3是图1中B-B剖视图；

图4是实施例1所述集中疏泄结构的俯视示意图；

图5是实施例1所述系统疏泄结构的断面示意图；

图6是实施例2中步骤一的示意图；

图7是实施例2中步骤二的示意图；

图8是实施例2中步骤三的示意图；

图9是实施例2中步骤四的示意图；

图10是实施例2中步骤五的示意图一；

图11是实施例2中步骤五的示意图二；

图12是实施例2中步骤六的示意图一；

图13是实施例2中步骤六的示意图二；

图14是实施例2中步骤七的示意图一；

图15是实施例2中步骤七的示意图二；

图16是实施例2中步骤八的示意图一；

图17是实施例2中步骤八的示意图二；

图18是实施例2中步骤九的示意图一；

图19是实施例2中步骤九的示意图二；

图20是实施例2中步骤十二的示意图。

图标：1-隧道，11-中心沟，12-侧沟，13-边墙横向联系管道，14-道床横向联系管道，15-初期支护，16-二次衬砌，2-岩溶空腔，21-护拱层，22-缓冲层，23-混凝土封闭层，24-汇水管道，3-锚杆，4-集水孔，5-集水洞，51-泄水管道，52-喷射混凝土层，53-模筑衬砌，54-钢爬梯，55-栅栏门，6-钢架，7-锁脚锚管，8-纵向盲管，9-环向盲管。

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

如图1-5所示，本实用新型所述的一种岩溶隧道地下水开敞式疏泄结构，包括集中疏泄结构和系统疏泄结构。

集中疏泄结构包括：

护拱层21，设于隧道1区域岩溶空腔2内，护拱层21位于隧道1初期支护15外侧，护拱层21用于加强对隧道1的支护，如图4中上面的岩溶空腔2为溶洞结构，下面的岩溶空腔2为岩溶管道结构；

缓冲层22，回填于岩溶空腔2内，缓冲层22位于护拱层21外侧，缓冲层22顶面到岩溶空腔2顶部具有空隙，缓冲层22用于减小岩溶空腔2壁垮塌对隧道1衬砌结构的冲击；

集水孔4，沿岩溶空腔2周围设有若干集水孔4，集水孔4连通空隙，沿岩溶空腔2壁设置混凝土封闭层23，沿岩溶空腔2周围设置若干锚杆3，混凝土封闭层23用于封闭岩溶空腔2壁裂隙发育区域，防止岩溶空腔2壁岩体劣化，锚杆3用于保证岩溶空腔2周围岩体稳定；

开敞式集水洞5，设于岩溶空腔2附近的隧道1边墙外侧，沿集水洞5周围设有若干与集水洞5连通的集水孔4，集水洞5壁上设有喷射混凝土层52，喷射混凝土层52内侧设有模筑衬砌53，沿集水洞5周围设有若干锚杆3，喷射混凝土层52用于封闭集水洞5壁岩体，模筑衬砌53用于集水洞5成型，锚杆3用于保证集水洞5周围岩体稳定；

汇水管道24，连通岩溶空腔2和集水洞5，汇水管道24伸入空隙，用于将岩溶空腔2中水引入集水洞5；

泄水管道52，连通集水洞5和隧道1中心沟11，泄水管道52用于将集水洞5中水引入中心沟11。

集水孔4孔径不小于φ50mm，长度不小于3m，汇水管道24为PVC管，管径φ200～φ350mm，汇水管道24数量根据推测岩溶过水量综合计算结果设计。

集中疏泄结构疏泄路径为：

①围岩中的地下水→岩溶空腔2洞周集水孔4→岩溶空腔2内部→汇水管道24→集水洞5内→中心沟11→隧道外；

②围岩中的地下水→集水洞5周集水孔4→集水洞5内→中心沟11→隧道外。

系统疏泄结构包括隧道1拱脚两侧分别设置的纵向盲管8和沿隧道1纵向间隔设置的若干环向盲管9，环向盲管9设于隧道1正洞喷混凝土内侧，环向盲管9连通于纵向盲管8，纵向盲管8连通中心沟11，纵向盲管8通过边墙横向联系管道13连接侧沟12，侧沟12通过道床横向联系管道14连接中心沟11，环向盲管9为φ50～φ100mm的HDPE打孔波纹管，沿隧道纵向间距3～5m，环向盲管9外裹无纺布，纵向盲管8为φ150～φ200mm的HDPE打孔波纹管，纵向盲管8外裹无纺布，边墙横向联系管道13为φ100mm的PVC管，沿隧道1纵向间距10～20m，道床横向联系管道14为φ100mm的PVC管，沿隧道1纵向间距，中心沟11为混凝土中心沟，强度等级与二次衬砌16混凝土同级别，侧沟12为混凝土侧沟，强度等级与二次衬砌16混凝土同级别。

系统疏泄结构疏泄路径为围岩中的地下水→环向盲管9内→纵向盲管8内→边墙横向联系管道13→侧沟12内→道床横向联系管道14→中心沟11内→隧道外。

实施例2

如图1-20所示，一种如实施例1所述岩溶隧道地下水开敞式疏泄结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤一，如图6所示，隧道1施工时揭示岩溶空腔2不良地质，调查岩溶空腔2过水情况，评估岩溶空腔2发育程度，将隧道1初期支护15钢架6间距加密20％；清除岩溶空腔2内填充物或岩溶空腔2壁上危石块体结构；施做岩溶空腔2壁上的锚杆3，保证岩体稳定，具体在岩溶空腔2拱部区域采用Φ25涨壳式低预应力中空注浆锚杆3进行加固，锚杆3长度不小于2.5m，初始张拉力不小于20kN，防止洞壁坍塌。

步骤二，如图7所示，喷混凝土封闭岩溶空腔2壁裂隙发育区域，形成混凝土封闭层23，防止岩溶空腔2壁岩体劣化，喷层厚度不小于10cm，喷混凝土强度等级不低于C25，再在岩溶空腔2壁钻设集水孔4。

步骤三，如图8所示，立模板施做1m-2m厚的混凝土护拱层21加强支护，护拱层21位于隧道1正洞初期支护15外侧，浇筑护拱层21混凝土前预留缓冲层22的泵送管道与用于连接集水洞5的PVC汇水管道24，汇水管道24高出护拱层21部分的管段应均匀设置Φ8～Φ12mm打孔，且外裹无纺布。

步骤四，如图9所示，在隧道1正洞开挖至集水洞5附近的隧道1仰拱区域时，施做集水洞5洞室与隧道1中心沟11钻孔，并预留中心沟11泄水管道51，完成后再施做隧底初期支护15。

步骤五，如图10和11所示，在岩溶空腔2附近的隧道1边墙外侧设置开敞式集水洞5，隧道1正洞开挖至集水洞5洞室处，隧道1正洞边墙集水洞5轮廓线(图11中虚线)处初期支护15喷混凝土与锚杆3不施做，且隧道1正洞钢架6应按设计相应减小长度施做，并打设钢架6的φ42注浆锁脚锚管7，以预留出集水洞5洞室轮廓开挖范围，拟开挖的集水洞5沿隧道1方向尺寸为4m，沿隧道1横向尺寸为2m，设计容量不小于20m³，集水洞5深度根据围岩级别设置不同深度，III、IV、V级围岩段集水洞5设置深度分别不低于2.6m、2.9m、3.1m。

步骤六，如图12和13所示，架立集水洞5洞室首榀钢架6(图12中所示竖向设置的钢架以及图13中所示的弧形钢架)，钢架6型号不小于I20a，在其脚部、边墙与拱部钢架6连接处打设φ42注浆锁脚锚管7使其固定，并通过专用接头及钢架6纵向连接筋对集水洞5洞室首榀钢架6与隧道1正洞钢架6进行连接，喷混凝土进行封闭，使集水洞5洞室钢架6与隧道1正洞钢架6形成整体受力结构。

步骤七，如图14和15所示，沿侧沟12盖板顶面标高按照设计轮廓开挖集水洞5洞室上半部分，并施做钢筋网、钢架6、喷混凝土形成喷射混凝土层52及拱部锚杆3，集水洞5顶部平台与侧沟12盖板顶面平齐，其中，喷射混凝土层52喷混凝土厚度6cm～15cm，强度等级不低于C25，钢筋网采用钢筋φ6～φ8，网格间距不大于25cm×25cm，锚杆3支护采用Φ25涨壳式低预应力中空注浆锚杆3，锚杆3长度2.5m，锚杆3间距1.0m～1.5m。

步骤八，如图16和17所示，按照设计轮廓开挖集水洞5洞室下半部分，集水洞5底部与隧道1仰拱初期支护15底部平齐，以保证仰拱底部集水可及时排泄至集水洞5内，同时施做边墙下部钢筋网、钢架6、喷射混凝土层52及边墙锚杆3等初支，集水洞5洞室先后开挖部分的钢架6应连接牢固，钢架6底部打设φ42锁脚锚管7，其中，喷射混凝土层52喷混凝土厚度6cm～15cm，强度等级不低于C25，钢筋网采用钢筋φ6～φ8，网格间距不大于25cm×25cm，锚杆3支护采用Φ25涨壳式低预应力中空注浆锚杆3，锚杆3长度2.5m，锚杆3间距1.0m～1.5m。

步骤九，如图18所示，护拱层21外侧回填缓冲层22，具体采用砂层，减小岩溶空腔2壁垮塌对隧道1衬砌结构的冲击，泵送缓冲层22至设计厚度，同时如图19所示，再在集水洞5初支内侧绑扎钢筋并搭设模板浇筑集水洞5洞室的模筑衬砌53结构，模筑衬砌53采用钢筋混凝土结构，厚度25cm～35cm，混凝土强度等级与隧道1正洞衬砌相同，均根据规范进行耐久性设计，浇筑顺序为底板→边墙→拱部，浇筑衬砌前应预留好连接岩溶空腔2的PVC汇水管道24，以及预留好集水洞5衬砌连接集水孔4的PVC管，最后再安装集水洞5内部的附属结构，如钢爬梯54、栅栏门55等，钢爬梯54为方便维修检查，设置于集水洞5靠近隧道1衬砌一侧的边墙上，栅栏门55为保证人员安全，设置于集水洞5顶部平台。

步骤十，如图5所示，施做纵向盲管8和环向盲管9，并预留边墙横向联系管道13。

步骤十一，在隧道1正洞初期支护15壁上铺设土工布及防水板，防水板位于土工布内侧。

步骤十二，如图20所示，绑扎衬砌钢筋后立模板浇筑隧道1二次衬砌16结构。

步骤十三，如图5所示，施做隧道1正洞内横向联系管道13连接纵向盲管8和侧沟12，侧沟12通过道床横向联系管道14连接中心沟11，最终形成上述岩溶隧道地下水开敞式疏泄结构。

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 (5)

1.一种岩溶隧道地下水开敞式疏泄结构，其特征在于，包括集中疏泄结构，集中疏泄结构包括：

护拱层(21)，设于隧道(1)区域岩溶空腔(2)内，护拱层(21)位于隧道(1)初期支护(15)外侧；

缓冲层(22)，回填于岩溶空腔(2)内，缓冲层(22)位于护拱层(21)外侧，缓冲层(22)顶面到岩溶空腔(2)顶部具有空隙；

集水孔(4)，沿岩溶空腔(2)周围设有若干集水孔(4)，集水孔(4)连通空隙；

开敞式集水洞(5)，设于岩溶空腔(2)附近的隧道(1)边墙外侧，沿集水洞(5)周围设有若干与集水洞(5)连通的集水孔(4)；

汇水管道(24)，连通岩溶空腔(2)和集水洞(5)，汇水管道(24)伸入空隙，用于将岩溶空腔(2)中水引入集水洞(5)；

泄水管道(51)，连通集水洞(5)和隧道(1)中心沟(11)，泄水管道(51)用于将集水洞(5)中水引入中心沟(11)。

2.根据权利要求1所述的岩溶隧道地下水开敞式疏泄结构，其特征在于，沿岩溶空腔(2)壁设置混凝土封闭层(23)，沿岩溶空腔(2)周围设置若干锚杆(3)。

3.根据权利要求1所述的岩溶隧道地下水开敞式疏泄结构，其特征在于，集水洞(5)壁上设有喷射混凝土层(52)，喷射混凝土层(52)内侧设有模筑衬砌(53)，沿集水洞(5)周围设有若干锚杆(3)。

4.根据权利要求1-3任一项所述的岩溶隧道地下水开敞式疏泄结构，其特征在于，还包括系统疏泄结构，疏泄结构包括隧道(1)拱脚两侧分别设置的纵向盲管(8)和沿隧道(1)纵向间隔设置的若干环向盲管(9)，环向盲管(9)设于隧道(1)正洞喷混凝土内侧，环向盲管(9)连通于纵向盲管(8)，纵向盲管(8)连通中心沟(11)。

5.根据权利要求4所述的岩溶隧道地下水开敞式疏泄结构，其特征在于，纵向盲管(8)通过边墙横向联系管道(13)连接侧沟(12)，侧沟(12)通过道床横向联系管道(14)连接中心沟(11)。

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