CN222596132U - 一种用于富水软弱围岩隧道底鼓处治装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于富水软弱围岩隧道底鼓处治装置，包括预应力锚索和仰拱排水装置；所述多根预应力锚索沿隧道的横向设置在隧道的仰拱底部，所述仰拱排水装置中设置有单向阀，仰拱排水装置的进水端位于仰拱底部围岩中，仰拱排水装置的出水端与隧道的中心排水沟连接；通过预应力锚索提前给隧道底部施加向外的预应力，使其承担软弱隧道的围岩压力，同时预应力锚索可以有效释放隧道底部的围岩应力，以防止底部隆起、隧道底鼓情况的发生；所设排水装置的排水方法简单，利用管道内的压强差使隧道底部的水排至中心排水沟处，减弱了水对软弱围岩的不利影响，能够自发高效的排水，减少了管道内的积水。

Description

一种用于富水软弱围岩隧道底鼓处治装置

技术领域

本实用新型涉及隧道施工领域，具体为一种用于富水软弱围岩隧道底鼓处治装置。

背景技术

近些年来，我国的山岭公路隧道建设不仅在数量及长度有极大的增长，而且修建在复杂地质条件下的山岭隧道也越来越多，给我国山岭隧道的设计施工也不断带来新的挑战。

富水软弱围岩隧道正是属于复杂地质条件下的一种隧道，富水软弱围岩的自承能力往往较低，在外力作用下容易发生较大的变形；另一方面，富水软弱围岩中往往含有遇水膨胀的矿物成分，且隧道基底围岩含水量较多，底部围岩吸水膨胀，围岩变形量增加，导致隧道仰拱裂缝、路面不平、隧道结构失稳等现象，恶化行车环境，严重影响了行车安全。

目前，富水软弱围岩隧道多采用封闭式钢架或者设置可让支护的支护方案，所谓可让支护，即支护结构可伸缩，在围岩压力作用下，较大的压力能够导致支护发生变形，通过使围岩发生位移从而减少围岩压力，使应力得到释放，支护结构集收缩功能和预留变形量为一体。然而，这种支护结构并未解决隧道底部岩体吸水膨胀导致隧道底鼓的问题，并且其实际应用上不能释放隧道底部围岩应力，不能有效避免底部隆起、隧道底鼓等状况。

实用新型内容

针对现有隧道底鼓以及隧道仰拱处排水的问题，本实用新型提供一种用于富水软弱围岩隧道底鼓处治装置，能够有效避免底部隆起和隧道底鼓等状况。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

一种用于富水软弱围岩隧道底鼓处治装置，包括预应力锚索和仰拱排水装置；

所述多根预应力锚索沿隧道的横向设置在隧道的仰拱底部，预应力锚索的上端与仰拱连接，预应力锚索的下端位于仰拱底部的围岩中；

所述仰拱排水装置中设置有单向阀，仰拱排水装置的进水端位于仰拱底部围岩中，仰拱排水装置的出水端与隧道的中心排水沟连接，当单向阀打开仰拱排水装置与中心排水沟连通。

优选的，所述多个预应力锚索设置在仰拱中心，以及仰拱的拱脚处。

优选的，所述预应力锚索包括注浆管，以及沿注浆管周向布置的多个无粘接钢绞线，无粘接钢绞线和注浆管的下端位于岩体中，无粘接钢绞线和注浆管的上端通过锚具与仰拱的弧形钢架连接。

优选的，所述无粘接钢绞线靠近弧形钢架的一段为锚固段，靠近岩体的一段为自由端，无粘接钢绞线的自由端上套设防护层。

优选的，所述仰拱排水装置的上端与隧道的横向排水管连接，横向排水管与中心排水沟连通。

优选的，所述仰拱排水装置包括多个排水装置，多个排水装置沿隧道的纵向中心对称布置，排水装置的上端与横向排水管连接。

优选的，所述排水装置包括减压管，其下端伸入岩体中，单向阀固定在减压管中，减压管的上端与横向排水管连通。

优选的，所述减压阀包括阀片、防水橡胶垫圈和支撑架；

所述支撑架设置在减压管中，防水橡胶垫圈位于支撑架的顶部并紧贴减压管的管壁，阀片的中心与支撑架连接，阀片的边缘覆盖在防水橡胶垫圈上。

优选的，所述阀片为橡胶阀片，该阀片沿中心至边缘厚度逐步递减，阀片的中心与支撑架的中心连接，阀片的边缘覆盖在防水橡胶垫圈上。

优选的，所述单向阀包括阀片、压力球和弹簧；

所述阀片包括两个半圆形的拨片，两个拨片的直边转动连接，阀片的中心与支撑架的中心连接，支撑架固定在减压管中，压力球设置在阀片的中心，压力球的顶部设置有固定架，固定架与减压管的管壁连接，弹簧设置在固定架与压力球之间，弹簧的上端与固定架连接，弹簧的下端与压力球连接，固定架上设置有镂空区域。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型提供的一种用于富水软弱围岩隧道底鼓处治装置，在隧道的仰拱底部设置预应力锚索和单向排水装置，通过预应力锚索提前给隧道底部施加向外的预应力，使其承担软弱隧道的围岩压力，同时预应力锚索可以有效释放隧道底部的围岩应力，以防止底部隆起、隧道底鼓情况的发生；排水装置的下端伸入至围岩中，排水装置的上端与排水沟连通，仰拱处的排水装置将仰拱底部的水通过压强差经由横向排水管最后排入中心排水沟处，防止了隧道底部的围岩吸水膨胀从而避免隧道底鼓的发生。所设排水装置的排水方法简单，利用管道内的压强差使隧道底部的水排至中心排水沟处，减弱了水对软弱围岩的不利影响，能够自发高效的排水，减少了管道内的积水。

附图说明

图1为本实用新型的整体示意图。

图2为本实用新型中预应力锚索的示意图。

图3为本实用新型中排水装置工作与未工作状态时的对比图。

图4为图2中的a-a剖面图。

图5为图3中的b-b剖面图。

图中：横向排水管1，预应力锚索2，仰拱排水装置3，中心排水沟4，滤网5，防水橡胶垫圈6，减压管7，阀片8，支撑架9，弹簧11，压力球12，弧形钢架13，承压板14，锚具15，封锚16，无粘接钢绞线17，注浆管18，水泥浆体19。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。

参阅图1-5，一种用于富水软弱围岩隧道底鼓处治装置，包括预应力锚索2和仰拱排水装置3。

所述多根预应力锚索2沿隧道的横向设置在隧道的仰拱底部和拱脚位置，通过预应力锚索2提前给隧道底部施加向外的预应力，使其承担软弱隧道的围岩压力，能够有效防止隧道底鼓的发生。

所述仰拱排水装置3设置在隧道仰拱的底部，排水装置的下端伸入至围岩中，排水装置的上端与排水沟连通，仰拱处的排水装置将仰拱底部的水通过压强差经由横向排水管1最后排入中心排水沟4处，防止了隧道底部的围岩吸水膨胀从而避免隧道底鼓的发生。

如图1所示，所述多个预应力锚索2的数量为6-10根，优先为6根，通过多个预应力锚索为隧道的仰拱底部以及拱脚处提供适当的预应力，同时预应力锚索2可以将破碎的围岩与结构良好的围岩固定到一起，将锚固体与土层的粘结摩擦作用增大，增加锚固体的承压作用以提高隧道基底围岩的承载力；

如图2所示，预应力锚索包括四根无粘接钢绞线17；在四根无粘接钢绞线17的中间设置注浆管18；四根无粘接钢绞线17的靠近弧形钢架13的位置为自由段，远离弧形钢架13的位置为锚固段；在自由段，每根无粘接钢绞线17的外面套设钢绞线防护层，钢绞线防护层为塑料管；锚索置入锚索孔后，通过注浆管18注满水泥浆体19；对于自由段，无粘接钢绞线17相对钢绞线防护层可张拉；在锚固段，无粘接钢绞线17与水泥浆体19和锚索孔周围岩体结合固定。封锚16用于封闭预应力锚具15的端部，防止锚具15内部受到环境中的湿气、腐蚀物质等的侵蚀，保护锚具15的长期稳定性和可靠性。

所述预应力锚索2在安装时，其弧形钢架13两端焊接于两个相邻的工字钢翼板上，锚索的自由段穿过钢筋网的空隙。

预应力锚索2的工作原理：通过对锚索施加预应力，使预应力锚索2通过承压板14将拉力传至弧形钢架13，进而由弧形钢架13承担围岩压力，本实用新型不仅可以有效控制隧道围岩变形，而且可以有效避免隧道基底承担来自围岩压力的荷载，从而避免隧道底鼓的发生。

仰拱排水装置3包括多个排水结构，多个排水结构沿隧道中线为轴线对称分布，隧道两侧各设四组共八组，利用管道内的压强差使隧道底部的水排至中心排水沟4处，减弱了水对软弱围岩的不利影响，减少了隧道围岩底部的积水。

所述排水结构的下端连接隧道底部围岩，排水结构的上端与隧道的横向排水管1连通，排水结构包括减压管7和单向阀，单向阀固定减压管的上端，减压管7的上端与横向排水管连通，单向阀用于阻止横向排水管的水进入到减压管中，使减压管中的水流在压差作用下进入到横向排水管排出。

所述单向阀包括阀片8、防水橡胶垫圈6和支撑架9；所述支撑架设置在减压管的中上部，防水橡胶垫圈6位于支撑架的顶部并紧贴减压管的管壁，阀片的中心与支撑架连接，阀片的边缘覆盖在防水橡胶垫圈6上。

所述阀片为橡胶阀片，该阀片沿中心至边缘厚度逐步递减，阀片的中心与支撑架的中心连接，阀片的边缘覆盖在防水橡胶垫圈6上；当围岩中的水压增大，在压差作用下水流经过减压管上涌冲击阀片，阀片的边缘与防水橡胶垫圈6分离形成水流通道，使减压管和横向排水管连通；在常态下，阀片的边缘贴合在防水橡胶垫圈6上并密封，横向排水管1处的水可以顺利流向中心排水沟4而不会通过仰拱排水装置3流至隧道底部，同时横向排水管1中的水流会对阀片产生重力产生的压力，因此会使阀片和防水橡胶垫圈6形成密封状态。

所述支撑架包括固定环，以及设置在其内部的十字型支撑杆，支撑杆的端部与固定环的内壁连接，固定环与减压管的内部固接，防水橡胶垫圈6设置在固定环的顶部，防水橡胶垫圈6的中心与支撑杆的中心连接。

如图3和图5，在另一实施例中，所述单向阀包括阀片、压力球和弹簧。所述阀片包括两个半圆形的拨片，两个拨片的直边转动连接，阀片的中心与支撑架9的中心连接，例如，两个拨片的直边采用合页连接，合页设置在拨片的中心，合页设置在支撑架的中心，压力球设置在阀片的中心，压力球的顶部设置有固定架，弹簧设置在固定架与压力球之间，弹簧的上端与固定架连接，弹簧的下端与压力球连接，固定架上设置有多个镂空区域，使涌水能够进入到横向排水管。当减压管发生涌水，水流冲击阀片使两个拨片沿中心向上相对转动，同时弹簧压缩压力球上移，拨片的边缘与防水橡胶垫圈6分离形成水流通道，使减压管中的水流进入横向排水管中，在常态下，弹簧对压力球施加压力并作用在拨片上，使阀片与防水橡胶垫圈6密封，避免横向排水管的水流进入到减压管中。

所述减压管的下端设置有滤网5，用于对进入减压管中的涌水进行过滤，避免杂物堵塞减压管。滤网5为微孔滤网，具有非常小的孔径，可以将土颗粒隔离在外而仅允许水分子通过，以防止土颗粒进入仰拱排水装置3发生堵塞。

下面对仰拱排水装置3的工作原理进行阐述。

正常状态下，减压管中无涌水，单向阀处于关闭状态，横向排水管1中的水可以顺利流向中心排水沟4而不会通过仰拱排水装置3流至隧道底部。

在工作状态时，当来自底部围岩的水压足够大时，涌水进入减压管，在压力作用下减压阀打开，来自隧道底部的涌水通过单向阀进入横向排水管1从而流至中心排水沟4排出。

本申请通过在隧道仰拱的底部设置预应力锚索2和单向流通的仰拱排水装置3装置，所设预应力锚索2可以有效控制隧道围岩变形，而且可以有效避免隧道基底承担来自围岩压力的荷载，有效释放隧道底部的围岩应力，以防止底部隆起、隧道底鼓情况的发生；所设排水装置的排水方法简单，利用管道内的压强差使隧道底部的水排至中心排水沟4处，减弱了水对软弱围岩的不利影响，能够自发高效的排水，减少了隧道底部围岩的积水。

以上内容仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于富水软弱围岩隧道底鼓处治装置，其特征在于，包括预应力锚索和仰拱排水装置；

所述多根预应力锚索沿隧道的横向设置在隧道的仰拱底部，预应力锚索的上端与仰拱连接，预应力锚索的下端位于仰拱底部的围岩中；

所述仰拱排水装置中设置有单向阀，仰拱排水装置的进水端位于仰拱底部围岩中，仰拱排水装置的出水端与隧道的中心排水沟连接，当单向阀打开仰拱排水装置与中心排水沟连通。

2.根据权利要求1所述的一种用于富水软弱围岩隧道底鼓处治装置，其特征在于，所述多个预应力锚索设置在仰拱中心，以及仰拱的拱脚处。

3.根据权利要求1所述的一种用于富水软弱围岩隧道底鼓处治装置，其特征在于，所述预应力锚索包括注浆管，以及沿注浆管周向布置的多个无粘接钢绞线，无粘接钢绞线和注浆管的下端位于岩体中，无粘接钢绞线和注浆管的上端通过锚具与仰拱的弧形钢架连接。

4.根据权利要求3所述的一种用于富水软弱围岩隧道底鼓处治装置，其特征在于，所述无粘接钢绞线靠近弧形钢架的一段为锚固段，靠近岩体的一段为自由端，无粘接钢绞线的自由端上套设防护层。

5.根据权利要求1所述的一种用于富水软弱围岩隧道底鼓处治装置，其特征在于，所述仰拱排水装置的上端与隧道的横向排水管连接，横向排水管与中心排水沟连通。

6.根据权利要求5所述的一种用于富水软弱围岩隧道底鼓处治装置，其特征在于，所述仰拱排水装置包括多个排水装置，多个排水装置沿隧道的纵向中心对称布置，排水装置的上端与横向排水管连接。

7.根据权利要求6所述的一种用于富水软弱围岩隧道底鼓处治装置，其特征在于，所述排水装置包括减压管，其下端伸入岩体中，单向阀固定在减压管中，减压管的上端与横向排水管连通。

8.根据权利要求1-7任一项所述的一种用于富水软弱围岩隧道底鼓处治装置，其特征在于，所述单向阀包括阀片、防水橡胶垫圈和支撑架；

所述支撑架设置在减压管中，防水橡胶垫圈位于支撑架的顶部并紧贴减压管的管壁，阀片的中心与支撑架连接，阀片的边缘覆盖在防水橡胶垫圈上。

9.根据权利要求8所述的一种用于富水软弱围岩隧道底鼓处治装置，其特征在于，所述阀片为橡胶阀片，该阀片沿中心至边缘厚度逐步递减，阀片的中心与支撑架的中心连接，阀片的边缘覆盖在防水橡胶垫圈上。

10.根据权利要求1-7任一项所述的一种用于富水软弱围岩隧道底鼓处治装置，其特征在于，所述单向阀包括阀片、压力球和弹簧；

所述阀片包括两个半圆形的拨片，两个拨片的直边转动连接，阀片的中心与支撑架的中心连接，支撑架固定在减压管中，压力球设置在阀片的中心，压力球的顶部设置有固定架，固定架与减压管的管壁连接，弹簧设置在固定架与压力球之间，弹簧的上端与固定架连接，弹簧的下端与压力球连接，固定架上设置有镂空区域。