一种适用于富水地层的隧道导流系统及施工方法与流程

1.本发明涉及一种适用于富水地层的隧道导流系统及施工方法，属于隧道建设技术领域，尤其适用于围岩富水段落的隧道排水结构施工。


背景技术：

2.隧道修建过程中常遭遇围岩富水段落，若施工期间对地下水的处治措施不到位，可能会对隧道支护结构产生不利影响，进而给隧道运营安全留下隐患。针对隧道穿越围岩富水段落的情况，相对可靠的做法是对隧道周边的地下水进行引排处理，以减小作用在隧道结构上的水压，并降低后期运营阶段隧道渗漏水的风险。但是，受限于排水管的管径，常规隧道防排水系统的排水能力有限，不足以应对大股状出水的情况。同时，设置在初期支护与二次衬砌间的环向排水管径向刚度极其有限，在二次衬砌浇筑施工过程中存在挤压变形乃至破裂的可能，进而严重影响隧道排水系统的通畅性。
3.可以看出，现有利用排水管对地下水进行引排的隧道防排水系统在功能上存在一定的局限性，不足以应对集中股状出水的围岩富水段落，而一旦地下水无法及时引排，则存在一定的施工风险及运营风险。鉴于上述考虑，研究一种适用于富水地层的隧道导流系统及施工方法已经成为工程界亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.鉴于此，本发明的目的是提供一种适用于富水地层的隧道导流系统及施工方法，可以克服现有技术的不足。
5.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种适用于富水地层的隧道导流系统，其包括设置在初期支护两榀工字钢之间且与隧道轮廓相对应的环形槽钢结构；环形槽钢结构两端出水口依次通过边墙集水井、横向暗埋沟槽与中心排水沟连通。
6.在前述隧道围岩内设有若干与环形槽钢结构连通的径向或斜向排水孔，为附近段落提供泄水通道；排水孔内插有全环打孔的排水管，以预防排水孔坍塌堵塞泄水通道。
7.前述的环形槽钢结构包括若干沿隧道拱顶至拱脚全范围布设的槽钢单元，槽钢单元通过锚固螺栓锚固在初期支护表面，且相邻槽钢单元相互焊接形成封闭的环形流道结构，在环形流道结构内壁设有防水结构。
8.前述槽钢单元为［形、内侧开口的梯形、矩形、圆形或椭圆形结构；其两侧设置有与带螺栓孔的扩大钢垫板，使槽钢单元通过打入初期支护的锚固螺栓固定在初期支护表面；并且在两侧底端的槽钢单元设有出水口，出水口与边墙集水井连接。
9.前述边墙集水井设置在隧道边墙角，上部进水口与环形槽钢结构连通，下部出水口与横向暗埋沟槽连接；并且在边墙集水井的出水口处设有滤渣钢丝网；在边墙集水井外侧、隧道电缆沟的上方设有检修口，检修口上设有检查门。
10.前述横向暗埋沟槽相对中心排水沟倾斜向下设置，其横向坡度不小于3%。
11.一种适用于富水地层的隧道施工方法，其包括以下步骤：s1、隧道开挖过程中观测围岩出水情况，根据隧道围岩出水情况灵活调整隧道施工工序，若隧道开挖过程中，初喷初期支护混凝土完成、两侧的工字钢架设完成，且尚未进行复喷初期支护混凝土时，发现围岩面有股状出水，在出水位置打设斜向或径向排水孔，孔内塞入排水管，其后喷射混凝土复喷施工时在集中出水点前后的两榀工字钢间预留出排水凹槽的空间，并直接进入步骤s3；若复喷初期支护混凝土施工完成后，发现某一初期支护段落出水严重，则进入步骤s2；s2、通过监控量测，确定该段初期支护变形情况及剩余的预留变形量，根据剩余的预留变形量确定初期支护的掏槽深度；在集中出水点位置打设排水孔，对地下水进行提前卸压；沿集中出水点前后的两榀工字钢间掏挖排水凹槽；掏槽完成后再在排水孔内塞入排水管；s3、在排水凹槽内进行槽钢单元的安装，直至完成全环形槽钢结构的组装施工；s4、采用喷射混凝土对环形槽钢结构外部进行二次封闭；s5、在环形槽钢结构下端出水口处依次布设与之相连通的边墙集水井、横向暗埋沟槽与中心排水沟，再依次进行仰拱、仰拱回填浇筑施工；s6、进行初期支护表面土工布和防水板的铺设、二衬钢筋的绑扎，其后浇筑二次衬砌结构。
12.前述的导流方法，排水凹槽的施工与隧道初期支护的施工交替进行，即上、中台阶初期支护施工过程中预留或掏槽施工上、中台阶的排水凹槽，并施工排水孔，下台阶初期支护施工过程中预留或掏槽施工下台阶排水凹槽并施工排水孔；全环排水凹槽施工完成后，一次性进行槽钢单元的安装。
13.前述的导流方法，在排水凹槽内设置的槽钢单元不侵入二次衬砌限界的前提下，尽量减少排水凹槽的深度，以减少对初期支护结构的扰动破坏；同时，若初期支护存在较大变形，在排水凹槽周围的影响段落增设临时环向支撑进行必要的加固处治。
14.前述的导流方法，采用高压水冲法、静态破碎、切割拆除或任一一种扰动性小的掏槽方式进行排水凹槽施工。
15.与现有技术比较，本发明公开的一种适用于富水地层的隧道导流系统及施工方法，其包括设置在初期支护两榀工字钢之间且与隧道轮廓相对应的环形槽钢结构；环形槽钢结构两端出水口依次通过边墙集水井、横向暗埋沟槽与中心排水沟连通。在隧道开挖过程中，初喷初期支护混凝土完成、两侧的工字钢架设完成，且尚未进行复喷初期支护混凝土时，发现围岩面有股状出水，可在喷射混凝土复喷施工时在集中出水点前后的两榀工字钢间预留出排水凹槽的空间；若复喷初期支护混凝土施工完成后才发现某一初期支护段落出水严重，则沿集中出水点前后的两榀工字钢间掏挖排水凹槽，最后在排水凹槽内进行环形槽钢结构的组装施工，将通过打入围岩内部排水孔汇集的大股状出水引入环形槽钢结构，再经边墙集水井、横向暗埋沟槽汇入中心排水沟。本发明施工简单，不需要预判扩挖，通用性强，通过利用两榀工字钢之间的间隙埋设环形槽钢结构进行排水，大幅提高了隧道的环
向排水能力及排水结构的可靠性，可有效满足富水地层隧道的排水需求，实用性强。
16.本发明的有益效果是：（1）本发明结构简单，施工成本低廉，整个排水系统结构可靠性高，布置灵活性强，排水能力大，适用范围广，尤其适用于富水地层隧道的排水，实用性强；（2）本发明所述的隧道环形槽钢结构，其通过在两榀工字钢之间设置排水凹槽，进而利用［形槽钢结构单元对排水凹槽进行覆盖封闭，可形成一个相对封闭的排水通道，排水通道的尺寸根据出水情况、工字钢间的净距、初期支护厚度及预留变形量大小灵活选用，其排水能力相较于环向排水管、ω型半圆排水管等常规排水管有较大幅度的提升，排水通道不易被压瘪，结构可靠性高，可有效应对集中大股状出水的情况；（3）本发明可根据围岩面出水位置或初期支护表面出水位置，在工字钢间隙内设置排水通道，空间占用率低，布置灵活性强，且排水通道在二次衬砌浇筑施工过程中所承受的挤压作用力较小，兼之排水通道结构刚度较大，可有效杜绝排水通道挤压变形的风险，大幅提高隧道排水系统的可靠性；（4）本发明所述的隧道环形槽钢结构，其出水端依次与边墙集水井、横向暗埋沟槽及中心排水沟连通，边墙集水井设置在隧道边墙角，在边墙集水井出水口位置增加过滤网，大排量出水极易携带大颗粒杂质，通过增加过滤网可以进行过滤，使过滤后的水经横向暗埋沟槽排入中心排水沟，避免堵塞沟道，可有效预防排水管道堵塞问题，排水性能好。同时，过滤后的大颗粒杂质沉积在边墙集水井，通过边墙集水井侧部预留的检查口进行清除，操作简单，省时高效。
17.本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
18.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：图1为本发明的结构示意图。
19.图2为环形槽钢结构的截面结构示意图。
20.图3为环形槽钢结构的立体结构示意图。
21.图4为初期支护上排水凹槽的布置结构示意图。
22.图5为环形槽钢结构与边墙集水井的连接结构示意图。
具体实施方式
23.以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
24.如图1-图5所示，一种适用于富水地层的隧道导流系统，包括设置在初期支护1两榀工字钢101之间且与隧道轮廓相对应的环形槽钢结构3；环形槽钢结构3两端设有出水口301，出水口301依次通过边墙集水井4、横向暗埋沟槽5与中心排水沟6连通。
25.在隧道围岩内设有若干与环形槽钢结构3连通的径向或斜向排水孔7。径向或斜向排水孔为附近段落提供泄水通道，根据围岩出水位置灵活设置，具体打设数量和位置根据后续初期支护表面的出水情况而定，应将附近段落地下水基本引排至排水孔内为较佳效果，在径向或斜向排水孔7内可根据需要插入全环打孔的排水管，以预防排水孔坍塌堵塞泄水通道。排水管出水端与环形槽钢结构3连通，可以将围岩内富聚的水排入环形槽钢结构3，并经边墙集水井4、横向暗埋沟槽5汇入中心排水沟6。
26.所述的环形槽钢结构3包括若干沿隧道拱顶至拱脚全范围布设的槽钢单元，槽钢单元通过锚固螺栓302锚固在初期支护1表面，且相邻槽钢单元相互焊接形成封闭的环形流道结构，在环形流道结构内壁设有防水结构。所述防水结构为喷涂在环形流道结构内壁的防水涂料层或者为铺设在环形流道结构内壁的防水卷材。优选采用喷涂的防水涂料层，施工更加便捷。
27.所述槽钢单元为［形、内侧开口的梯形、矩形、圆形或椭圆形结构；其两侧设置有与锚固螺栓连接的扩大钢垫板303，使槽钢单元通过打入初期支护1的锚固螺栓302固定在初期支护1表面；并且在两侧底端的槽钢单元设置出水口301，出水口301与边墙集水井4连接。
28.所述边墙集水井4设置在隧道边墙角，上部进水口与环形槽钢结构3连通，下部出水口与横向暗埋沟槽5进水口连接；在边墙集水井4的出水口处设有滤渣钢丝网8，作为过滤泥沙等固体颗粒的装置，预防堵塞中心排水沟6，而过滤后的固体颗粒可以沉积在边墙集水井4内，后期清理干净即可。
29.在边墙集水井4外侧、隧道电缆沟9的上方设有检修口401，检修口401上设有检查门，正常运营期间通过检查门进行封闭，当需要检查、清渣时可以将检查门打开进行相关操作。
30.所述横向暗埋沟槽5相对中心排水沟6倾斜向下设置，其横向坡度不小于3%，以有效保证排水的通畅性。
31.基于上述导流系统的导流方法，其包括以下步骤：s1、隧道开挖过程中观测围岩出水情况，根据隧道围岩出水情况灵活调整隧道施工工序，若隧道开挖过程中，初喷初期支护混凝土完成、两侧的工字钢架设完成，且尚未进行复喷初期支护混凝土时，发现围岩面有股状出水，在出水位置打设斜向或径向排水孔7，孔内塞入排水管，其后喷射混凝土复喷施工时在集中出水点前后的两榀工字钢101间预留出排水凹槽的空间，并直接进入步骤s3；若复喷初期支护混凝土施工完成后，发现某一初期支护段落出水严重，则进入步骤s2；s2、通过监控量测，确定该段初期支护变形情况及剩余的预留变形量，根据剩余的预留变形量确定初期支护的掏槽深度；在集中出水点位置打设排水孔，对地下水进行提前卸压；沿集中出水点前后的两榀工字钢101间掏挖排水凹槽；掏槽完成后再在排水孔内塞入打孔的排水管，排水管在掏槽完成后安装可以防止掏槽施工破坏排水管；s3、在排水凹槽内进行槽钢单元的安装，直至完成全环形槽钢结构3的组装施工；
s4、采用喷射混凝土对环形槽钢结构3外部进行二次封闭；s5、在环形槽钢结构3下端出水口处依次布设与之相连通的边墙集水井4、横向暗埋沟槽5与中心排水沟6，再依次进行仰拱、仰拱回填浇筑施工；s6、进行初期支护1表面土工布和防水板的铺设、二衬钢筋的绑扎，其后浇筑二次衬砌2结构。
32.步骤s1和s2中，所述排水凹槽的施工与隧道初期支护的施工交替进行：首先进行上、中台阶初期支护施工过程中预留或掏槽施工上、中台阶的排水凹槽，并施工排水孔，下台阶初期支护施工过程中预留或掏槽施工下台阶排水凹槽并施工排水孔；全环排水凹槽施工完成后，一次性进行槽钢单元的安装。
33.步骤s2中，在排水凹槽内设置的槽钢单元不侵入二次衬砌限界的前提下，尽量减少排水凹槽的深度，以减少对初期支护结构的扰动破坏；同时，若初期支护存在较大变形，在排水凹槽周围的影响段落增设临时环向支撑进行必要的加固处治；可采用高压水冲法、静态破碎、切割拆除或任一一种扰动性小的掏槽方式进行排水凹槽施工。
34.步骤s3中，在槽钢单元内侧提前喷涂防水涂料层，再采用焊接方式将相邻槽钢单元焊接密封，保证拼接组装而成的环形槽钢结构3具有良好的防水性能和排水能力。
35.步骤s4中，进行环形槽钢结构3外部二次封闭时，环形槽钢结构3两侧底端不封闭，留有与边墙集水井4连通的出水口。
36.步骤s5中，在隧道边墙设置集水井模板；在隧道仰拱顶面架设横向暗埋沟槽模板及中心排水沟模板，其后进行仰拱结构和二次衬砌的浇筑施工；或者，进行边墙集水井4模板架设，并采用混凝土预制件安装方式进行横向暗埋沟槽5和中心排水沟6的安装，再进行仰拱结构和二次衬砌结构的浇筑施工。
37.后期运营阶段，可根据需要打开检查门，通过检查口401进行必要的检修作业。
38.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式保密的限制，任何未脱离本发明技术方案内容、依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

技术特征：
1.一种适用于富水地层的隧道导流系统，其特征在于：包括设置在初期支护（1）两榀工字钢（101）之间且与隧道轮廓相对应的环形槽钢结构（3）；环形槽钢结构（3）两端出水口依次通过边墙集水井（4）、横向暗埋沟槽（5）与中心排水沟（6）连通。2.根据权利要求1所述的适用于富水地层的隧道导流系统，其特征在于：在隧道围岩内设有若干与环形槽钢结构（3）连通的径向或斜向排水孔（7），为附近段落提供泄水通道；排水孔（7）内插有全环打孔的排水管，以预防排水孔坍塌堵塞泄水通道。3.根据权利要求2所述的适用于富水地层的隧道导流系统，其特征在于：所述的环形槽钢结构（3）包括若干沿隧道拱顶至拱脚全范围布设的槽钢单元，槽钢单元通过锚固螺栓锚固在初期支护表面，且相邻槽钢单元相互焊接形成封闭的环形流道结构，在环形流道结构内壁设有防水结构。4.根据权利要求3所述的适用于富水地层的隧道导流系统，其特征在于：所述槽钢单元为［形、内侧开口的梯形、矩形、圆形或椭圆形结构；其两侧设置有与带螺栓孔的扩大钢垫板（303），使槽钢单元通过打入初期支护的锚固螺栓（302）固定在初期支护表面；并且在两侧底端的槽钢单元设有出水口（301），出水口（301）与边墙集水井（4）连接。5.根据权利要求1-4任一所述的适用于富水地层的隧道导流系统，其特征在于：所述边墙集水井（4）设置在隧道边墙角，上部进水口与环形槽钢结构（3）连通，下部出水口与横向暗埋沟槽（5）连接；并且在边墙集水井（4）的出水口处设有滤渣钢丝网（8）；在边墙集水井（4）外侧、隧道电缆沟（9）的上方设有检修口（401），检修口（401）上设有检查门。6.根据权利要求5所述的适用于富水地层的隧道导流系统，其特征在于：所述横向暗埋沟槽（5）相对中心排水沟（6）倾斜向下设置，其横向坡度不小于3%。7.一种适用于富水地层的隧道施工方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、隧道开挖过程中观测围岩出水情况，根据隧道围岩出水情况灵活调整隧道施工工序，若隧道开挖过程中，初喷初期支护混凝土完成、两侧的工字钢架设完成，且尚未进行复喷初期支护混凝土时，发现围岩面有股状出水，在出水位置打设斜向或径向排水孔（7），孔内塞入排水管，其后喷射混凝土复喷施工时在集中出水点前后的两榀工字钢（101）间预留出排水凹槽的空间，并直接进入步骤s3；若复喷初期支护混凝土施工完成后，发现某一初期支护段落出水严重，则进入步骤s2；s2、通过监控量测，确定该段初期支护变形情况及剩余的预留变形量，根据剩余的预留变形量确定初期支护的掏槽深度；在集中出水点位置打设排水孔，对地下水进行提前卸压；沿集中出水点前后的两榀工字钢（101）间掏挖排水凹槽；掏槽完成后再在排水孔内塞入排水管；s3、在排水凹槽内进行槽钢单元的安装，直至完成全环形槽钢结构（3）的组装施工；s4、采用喷射混凝土对环形槽钢结构（3）外部进行二次封闭；s5、在环形槽钢结构（3）下端出水口处依次布设与之相连通的边墙集水井（4）、横向暗埋沟槽（5）与中心排水沟（6），再依次进行仰拱、仰拱回填浇筑施工；s6、进行初期支护（1）表面土工布和防水板的铺设、二衬钢筋的绑扎，其后浇筑二次衬砌（2）结构。
8.根据权利要求7所述的适用于富水地层的隧道施工方法，其特征在于：排水凹槽的施工与隧道初期支护的施工交替进行，即上、中台阶初期支护施工过程中预留或掏槽施工上、中台阶的排水凹槽，并施工排水孔，下台阶初期支护施工过程中预留或掏槽施工下台阶排水凹槽并施工排水孔；全环排水凹槽施工完成后，一次性进行槽钢单元的安装。9.根据权利要求8所述的适用于富水地层的隧道施工方法，其特征在于：在排水凹槽内设置的槽钢单元不侵入二次衬砌限界的前提下，尽量减少排水凹槽的深度，以减少对初期支护结构的扰动破坏；同时，若初期支护存在较大变形，在排水凹槽周围的影响段落增设临时环向支撑进行必要的加固处治。10.根据权利要求8所述的适用于富水地层的隧道施工方法，其特征在于：采用高压水冲法、静态破碎、切割拆除或任一一种扰动性小的掏槽方式进行排水凹槽施工。

技术总结
本发明公开了一种适用于富水地层的隧道导流系统及施工方法，包括设置在初期支护两榀工字钢之间且与隧道轮廓相对应的环形槽钢结构；环形槽钢结构两端出水口依次通过边墙集水井、横向暗埋沟槽与中心排水沟连通。在隧道开挖过程中，发现围岩面或初期支护表面有股状出水，可在集中出水点前后的两榀工字钢间设置出排水凹槽，排水凹槽内设置环形槽钢结构进行排水。本发明施工简单，不需要预判扩挖，通用性强，通过利用两榀工字钢之间的间隙埋设环形槽钢结构进行排水，大幅提高了隧道的环向排水能力及排水结构的可靠性，可有效满足富水地层隧道的排水需求，实用性强。实用性强。实用性强。


技术研发人员：胡强 杨洪 李本云 张安睿 春军伟 杨春平 邓少军 周立
受保护的技术使用者：贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司
技术研发日：2022.01.12
技术公布日：2022/3/8