CN109611150B - 隧道防水排水结构及隧道防水排水方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道防水排水结构及防水排水方法，该隧道防水排水结构包括在开挖隧道的壁面依次设置的初期支护层、防水卷材层、二次模筑衬砌层组成的隧道拱墙，在开挖隧道底面衬砌结构的两侧分别设有纵向延伸的侧沟，在隧道拱墙底部埋设有纵向盲管，纵向盲管的两端向内弯曲并连通到侧沟初期支护层和防水卷材层之间间隔设有环向排水板，在隧道拱墙的底部还设有横向的备用泄水管，备用泄水管的外端连通到对应的侧沟，里端位于初期支护层，本发明通过设置备用泄水管，在纵向盲管的两端口被凝固的混凝土堵塞后，可启用备用泄水管，降低隧道拱墙背面的水压力，防止由于水压过高导致隧道结构受损。

Description

隧道防水排水结构及隧道防水排水方法

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种隧道防水排水结构。

背景技术

隧道工程中，需要在构筑的隧道壁内埋设环向排水通道和纵向排水通道，一般环向排水通道连通到纵向排水通道，环向排水通道和纵向排水通道均为透水结构，使隧道衬砌背后的积水由纵向排水通道的出口排出到隧道两侧的测沟内，减少衬砌结构背后水压力。

隧道衬砌回填注浆施工时，由于注入台车模板内的混凝土有一定压力，注浆时浆液可能会进入纵向排水通道和环向排水通道并流出，为防止浆液流出，需将纵向排水通道的出口堵塞，因此排水管道内会累积一定量的水泥浆液导致纵向排水通道的排水口发生堵塞，隧道衬砌结构背后水不能顺利排出，衬砌结构背后水压力增大会严重影响隧道结构的稳定性，衬砌渗水的几率大大提高。

公开号为CN104879164A的中国专利文献公开了一种隧道环向排水结构，该隧道环向排水结构采用易腐蚀的麻绳埋设在初期支护层与二次衬砌层之间，在工程建成初期，只能依靠麻绳的吸水性小量排水，需等到麻绳腐蚀完成后，才能形成自然的排水通道，在工程建成初期到麻绳腐蚀间隔时间太长，这期间隧道壁背面水压力较高，隧道壁有较大的损坏漏水的风险。

公开号为CN207297089U的中国专利文献记载了一种适用于无砟道床隧道仰拱的新型防排水系统，其包括具有隧道侧沟、隧道中心水沟的隧道排水系统，隧底结构包括仰拱和仰拱初期支护，该隧道防水系统设置的纵向盲管容易发生堵塞，后期需要维修，由于排水口数量较多，维修费用较高。

基于上述原因，有必要提供一种可降低后期维修成本、能够有效将隧道背面水排出以降低隧道背面水压的防水排水结构。

发明内容

本发明旨在提供一种隧道防水排水结构及隧道防水排水方法，解决现有技术中隧道的排水孔容易发生堵塞，使得隧道衬砌结构背面水压力增大，进而导致隧道衬砌结构有损伤风险的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明的第一方面是：

提供一种隧道防水排水结构，包括在开挖隧道的壁面依次设置的初期支护层、防水卷材层、二次模筑衬砌层组成的隧道拱墙，在开挖隧道底面衬砌结构的两侧分别设有纵向延伸的侧沟，在隧道拱墙底部埋设有纵向盲管，所述纵向盲管的两端向内弯曲并连通到所述侧沟，所述初期支护层和防水卷材层之间间隔设有环向排水盲管或/和在施工缝两侧设有环向排水板，所述环向排水板或/和环向排水盲管的两端连通到对应的所述纵向盲管；在隧道拱墙的底部还设有横向的备用泄水管，所述备用泄水管的外端连通到对应的所述侧沟，里端位于所述初期支护层。

优选的，所述备用泄水管的里端口用透明胶带封口，外端口绑扎土工布，在所述备用泄水管底部设置支撑钢筋，所述支撑钢筋的里端插入隧道壁面。

优选的，在隧道环向施工缝的两侧各设置一根所述备用泄水管，隧道环向施工缝两侧的相邻两根所述备用泄水管间距50-80cm。

优选的，所述纵向盲管为打孔波纹管，所述纵向盲管位于所述初期支护层和防水卷材层之间，所述纵向盲管周围浇筑C15无砂砼排水体；所述备用泄水管和纵向盲管外均包裹一层土工布，所述初期支护层和防水卷材层之间铺设有一层土工布。

优选的，在开挖隧道底面衬砌结构以下两侧分别设有纵向延伸的底部排水盲管，所述底部排水盲管之间设有横向排水盲管。

优选的，在隧道拱墙的环向施工缝和变形施工缝的中部设有中埋式橡胶止水带，顶部位于所述防水卷材层下方设有背贴式橡胶止水带。

优选的，在隧道仰拱的环向施工缝和变形施工缝的底部设有背贴式橡胶止水带，中部设有中埋式橡胶止水带；在隧道仰拱的变形施工缝处还间隔埋设有纵向的无缝钢管，所述无缝钢管内填充黄油。

优选的，在隧道拱墙的顶部防水卷材层下方沿纵向设有预贴软式透水管，所述预贴软式透水管的一端设有竖向的镀锌钢管，所述镀锌钢管的一端连通到所述预贴软式透水管，另一端连通到隧道拱墙的下表面。

本发明的第二方面是：

设计一种隧道防水排水方法，包括，

在开挖隧道的壁面依次设置初期支护层、防水卷材层、二次模筑衬砌层，在开挖隧道底面设置纵向延伸的侧沟，在隧道拱墙底部埋设纵向盲管，所述纵向盲管的两端向内弯曲并连通到所述侧沟；

在所述初期支护层和防水卷材层之间间隔设置环向排水板，所述环向排水板的两端连通到对应的所述纵向盲管；

在隧道拱墙的底部埋设横向的备用泄水管，所述备用泄水管的外端连通到对应的所述侧沟，里端位于所述初期支护层。

优选的，在隧道拱墙的顶部防水卷材下方沿纵向设有预贴软式透水管，所述预贴软式透水管的一端设有竖向的镀锌钢管，所述镀锌钢管的一端连通到所述预贴软式透水管，另一端连通到隧道拱墙的下表面，通过所述镀锌钢管向内注入水泥砂浆，进行衬砌背后回填注浆，当注浆压力达到0.2Mpa时，结束注浆。

本发明的有益技术效果在于：

1.本发明提供的隧道防水排水结构设有备用泄水管备用泄水管，在纵向盲管的两端口被凝固的混凝土堵塞后，可启用备用泄水管，备用泄水管为直管，其外端采用透明胶带密封，隧道拱墙浇筑后，采用刀具环切透明胶带即可通水，降低隧道拱墙背面的水压力，防止由于水压过高导致隧道结构受损。

2.纵向盲管的两端口被凝固的混凝土堵塞后，不需要对其进行维修打通，降低维修费用，并降低维修带来的隧道结构损伤的风险。

3.在隧道仰拱的变形施工缝地段设有无缝钢管，既可适应结构纵向伸缩的变形要求，又可协调变形施工缝两侧的沉降，有利于减少不均匀沉降，减少止水带拉伸量，延长止水带使用寿命，增强防水效果。

4.该隧道防水排水结构在各环向施工缝和变形缝地段设有背贴式止水带和中埋式止水带，使得较薄弱的隧道环向施工缝和变形缝地段具有较好的防水性能。

5.在隧道的底部设有底部纵向盲管，可通过底部纵向盲管将隧道衬砌结构底部外的水排出，防止隧道衬砌结构底部水压力过大。

附图说明

图1为本发明实施例1隧道防水排水结构的横截面结构示意图；

图2为图1中的A部放大图；

图3为本发明实施例1隧道防水排水结构中防水卷材层的平铺示意图；

图4为本发明实施例1隧道防水排水结构中防水卷材层的安装固定示意图；

图5为本发明实施例1隧道防水排水结构中环向排水板的安装示意图；

图6为本发明实施例1隧道防水排水结构中备用泄水孔的安装平面图；

图7为本发明实施例1隧道防水排水结构中备用泄水孔的安装横截面图；

图8为本发明实施例1隧道防水排水结构中环向施工缝地段和变形施工缝地段的横截面结构示意图；

图9为本发明实施例1隧道防水排水结构中环向施工缝地段的纵向截面结构示意图；

图10为本发明实施例1隧道防水排水结构中变形施工缝地段的纵向截面结构示意图；

图11为本发明实施例1隧道防水排水结构中拱顶背后回填注浆示意图；

图12为本发明实施例1隧道防水排水结构中拱顶背后回填注浆的纵向剖面图；

图13为本发明实施例2隧道防水排水结构的横截面结构示意图；

图14为本发明实施例2隧道防水排水结构中隧道仰拱的环向施工缝地段的纵向截面结构示意图；

图15为本发明实施例2隧道防水排水结构中隧道仰拱的变形施工缝地段的纵向截面结构示意图；

图16为本发明实施例3隧道防水排水方法的流程图。

图中，各标号示意为：初期支护层11、围岩111、防水卷材层12、土工布121、铆接组件122、热熔衬垫1221、射钉1222、金属垫圈1223、边墙部123、顶拱部124、二次模筑衬砌层13、二次模筑衬砌层根部131、纵向施工缝132、中埋式橡胶止水带133、环向施工缝134、台车模板135、模板开孔1351、中埋式橡胶止水带136、背贴式橡胶止水带137、变形施工缝138、脱空部139、底板141、背贴式橡胶止水带1411、排水渠道142、侧沟1421、侧边排水沟1422、填充层143、道床1431、中埋式橡胶止水带1432、纵向盲管151、弯曲部1511、C15无砂砼排水体1512、环向排水板16、备用泄水管17、透明胶带171、支撑钢筋172、预贴软式透水管181、镀锌钢管182、隧道中线191、内轨顶面192、初期支护层21、防水卷材层22、二次模筑衬砌层23、变形施工缝232、无缝钢管233、底部初期支护层241、背贴式橡胶止水带2411、底部二次模筑衬砌层242、中埋式橡胶止水带2421、填充层243。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。

整条隧道施工过程中，根据围岩等级确定隧道衬砌结构的施工方式，Ⅰ、Ⅱ级围岩的层间结合良好，一般不会出现不稳定块体，而Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩洞段的结构面的咬合力弱，具有较多的不稳定块体，因此，在Ⅰ、Ⅱ级围岩洞段，隧道衬砌结构的底部为底板施工方式，在Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩洞段，隧道衬砌结构的底部需要进行仰拱施工。

实施例1：

一种隧道防水排水结构，请一并参阅图1至图12。

如图1和图2所示，本实施例提供的隧道防水排水结构用于Ⅰ、Ⅱ级围岩洞段，该隧道防水排水结构包括在开挖隧道的壁面依次设置的初期支护层11、防水卷材层12、二次模筑衬砌层13，初期支护层11为喷射在开挖隧道壁面上的混凝土泥浆或先在开挖隧道壁面上打入锚杆再喷射混凝土泥浆，初期支护层11和防水卷材层12之间铺设有一层土工布121,土工布121具有良好透水性能，且能够保护防止防水卷材层12，防止其被刺破，二次模筑衬砌层13是通过在土工布121下方支护台车模板后浇筑混凝土形成。由初期支护层11、防水卷材层12、二次模筑衬砌层13组成隧道拱墙。

如图3和图4所示，防水卷材层12通过铆接组件122固定在围岩111上浇筑的初期支护层11上，防水卷材层12的上下两侧为边墙部123，中间部分为顶拱部124，边墙部123对应于铺设在隧道拱墙的边墙上，顶拱部124对应于铺设在隧道拱墙的拱顶上，边墙部123上的铆接组件122较为稀疏，顶拱部124上的铆接组件122较为稠密。

铆接组件122包括热熔衬垫1221、射钉1222、金属垫圈1223，固定土工布121采用射钉枪，将金属垫圈1223压在射钉1222下，将热熔衬垫1221压在金属垫圈1223之下，热熔垫圈1221与防水卷材层12间焊接采用压焊器，防水卷材层12上相邻防水卷材的焊接采用双缝热熔焊机。

开挖隧道底面衬砌结构包括底板141和排水渠道142，排水渠道142内侧设有纵向延伸的侧沟1421，外侧设有侧边排水沟1422，底板141为混凝土浇筑层，其顶部为填充层143，填充层143采用C20砼浇筑，底板141的强度要高于填充层143，填充层143顶部为道床1431，道床1431顶部为内轨顶面192，道床1431上铺设碎石，碎石上铺设轨道，整个隧道在隧道中线191两侧相对称。

侧边排水沟1422和道床1431的顶面通过横向泄水管1423连通到侧沟1421，横向泄水管1423为内径50mm管道，其在侧沟1421旁沿纵向3-5m间隔布设。排水时，内轨顶面的水排入侧边排水沟1422，侧边排水沟1422和道床1431中的水均排入侧沟1421，最终通过侧沟1421排到隧道外。

在隧道拱墙底部埋设有纵向盲管151，纵向盲管外包裹一层土工布，纵向盲管151的两端为弯曲部1511，弯曲部1511向内弯曲并连通到侧沟1421，二次模筑衬砌层13的底部为二次模筑衬砌层根部131，二次模筑衬砌层根部131与二次模筑衬砌层13上部的主体之间设有纵向施工缝132，纵向施工缝132中间设有中埋式橡胶止水带133，纵向盲管151埋设在初期支护层11和防水卷材层12之间，在纵向盲管151外包裹一层土工布，纵向盲管151为内径107mm的打孔波纹管，纵向盲管151的周围浇筑C15无砂砼排水体1512，C15无砂砼排水体1512内部为粗孔结构，具有透水性能，围岩中的水通过初期支护层11上的裂缝进入C15无砂砼排水体1512，并最终进入纵向盲管151排入到侧沟1421内。

如图5所示，初期支护层11和防水卷材层12之间在施工缝两侧各设有一个环向排水板16，每一个环向排水板16的宽度L1为50cm，

每一环隧道拱墙的两侧分别埋设一根纵向盲管151，这两个环向排水板16同一侧的端头连通到对应的纵向盲管151，围岩中的水通过初期支护层11上的裂缝进入环向排水板16，再由环向排水板16排入纵向盲管151，最终排入到侧沟1421内，以减小隧道拱墙背面的水压力。

进一步的，在富水地段，按照纵向间距2m还布置有φ50mm的环向排水盲管，该环向排水盲管的两端也连通到对应的纵向盲管。

进一步的，如图6-1和图6-2所示，在隧道拱墙的底部还设有横向的备用泄水管17，具体的，一环隧道拱墙长度约10米，纵向盲管151的两端口之间间距约9米，一环隧道拱墙在纵向盲管151的两侧各设有一根备用泄水管17，备用泄水管17与纵向盲管151位于同一高程。备用泄水管17的外端连通到对应的侧沟1421且绑扎土工布，里端位于初期支护层11且用透明胶带171封口。

台车模板135对应于纵向盲管151的弯曲部1511端头和备用泄水管17的外端均设有模板开孔1351，在预埋备用泄水管17时，备用泄水管17外包裹一层土工布，备用泄水管17的外端穿过台车模板135的模板开孔1351，在备用泄水管17底部设置支撑钢筋172，支撑钢筋172的里端插入隧道壁面的初期支护层11和围岩内，支撑钢筋172直径16mm，以保证支撑稳固。

相邻两环隧道拱墙之间为环向施工缝134，在隧道环向施工缝134的两侧各设置一根备用泄水管17，隧道环向施工缝134两侧的相邻两根备用泄水管17之间间距60cm。

当纵向盲管151的弯曲部1511端头堵塞后，水在纵向盲管151中累积导致纵向盲管151附近水压增大，而备用泄水管17与初期支护层11之间接触点水压小，水会从高压处流到低压处并沿备用泄水管17排除，防止隧道拱墙背面水压过大导致衬砌结构不稳定或发生损坏。

在两环隧道拱墙的施工缝和变形施工缝处，对防水能力要求更高，因此，如图8所示，在环向施工缝134或变形施工缝138处，在底板141顶部设有背贴式橡胶止水带1411，在填充层143中部埋设有中埋式橡胶止水带1432。如图9和图10所示，在二次模筑衬砌层13内设有中埋式橡胶止水带136，在二次模筑衬砌层13的顶部位于防水卷材层12下方设有背贴式橡胶止水带137，中埋式橡胶止水带136、中埋式橡胶止水带1432宽L2均为40cm。

进一步的，在底板141下方两侧分别设有纵向延伸的底部排水盲管，底部排水盲管之间设有横向排水盲管，通过横向排水盲管将底板141下方的水排入底部排水盲管，在通过底部排水盲管将水排到隧道外，防止底板141下方水压过大。

如图11和图12所示，在浇筑二次模筑衬砌层13时，二次模筑衬砌层13的顶部会存在脱空部139，导致隧道拱墙顶部不密实，不利于防水排水，因此，在隧道拱墙的顶部防水卷材层12下方沿纵向设有预贴软式透水管181，预贴软式透水管181靠近台车模板端面1352的一端设有竖向的镀锌钢管182，镀锌钢管182内径30cm，其一端连通到预贴软式透水管181，另一端连通到隧道拱墙的下表面，当台车模板135移走后，可通过镀锌钢管182向预贴软式透水管181注入混凝土浆，混凝土浆沿预贴软式透水管181充满整个脱空部139，使隧道拱墙顶部填充密实。

实施例2

一种隧道防水排水结构，请一并参阅图13至图15。

如图13所示，本实施例提供的隧道防水排水结构用于Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩洞段，与实施例1的区别在于，不仅在开挖隧道的上部设置有由初期支护层21、防水卷材层22、二次模筑衬砌层23组成的隧道拱墙，还在开挖隧道的底部设有隧道仰拱，隧道仰拱包括底部初期支护层241、底部二次模筑衬砌层242和填充层243，以增强整个隧道的支护能力。

如图14所示，在隧道仰拱的环向施工缝231地段，在底部二次模筑衬砌层242中间设有中埋式橡胶止水带2421，在底部二次模筑衬砌层242的下表面埋设有背贴式橡胶止水带2411，中埋式橡胶止水带2421和背贴式橡胶止水带2411宽度均在40cm，防止水由环向施工缝231渗入。

进一步的，如图15所示，在隧道仰拱的变形施工缝232地段的底部还间隔埋设有纵向的无缝钢管233，无缝钢管233内填充黄油，防止无缝钢管233生锈，无缝钢管233起到连接两环隧道仰拱的作用，防止隧道仰拱局部发生形变破坏防水能力。

实施例3

一种隧道防水排水方法，包括：

（1）主防水排水结构施工：在开挖隧道的壁面依次设置初期支护层、防水卷材层、二次模筑衬砌层，在开挖隧道底面设置纵向延伸的侧沟，在隧道拱墙底部埋设纵向盲管，纵向盲管的两端向内弯曲并连通到侧沟；在初期支护层和防水卷材层之间间隔设置环向排水板，环向排水板的两端连通到对应的纵向盲管。

防水卷材层上铺设一层土工布以防止被扎破，防水卷材层构成隧道拱墙的主防水结构，而通过上述的环向排水板和纵向盲管组成隧道拱墙的主排水结构。

进一步的，在隧道拱墙的顶部防水卷材下方沿纵向设有预贴软式透水管，预贴软式透水管的一端设有竖向的镀锌钢管，镀锌钢管的一端连通到预贴软式透水管，另一端连通到隧道拱墙的下表面，通过镀锌钢管向内注入水泥砂浆，当注浆压力达到0.2Mpa时，结束注浆。由于隧道拱墙的二次模筑衬砌层顶部会存在脱空，导致其顶部不够密实，防水能力较差，通过二次注浆可增加拱墙顶部的密实度，增强防水能力。

（2）备用排水结构施工：在隧道拱墙的底部埋设横向的备用泄水管，备用泄水管的外端连通到对应的侧沟，里端位于初期支护层。

由于纵向盲管的两端口容易被凝固的混凝土堵塞，后期隧道投入使用后，部分洞段排水困难，而通过备用泄水管可排除水，既降低隧道拱墙背面的水压力，防止由于水压过高导致隧道结构受损，同时避免了重新钻取泄水孔，节约了成本。

上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。

Claims (3)

1.一种隧道防水排水结构，包括在开挖隧道的壁面依次设置的初期支护层、防水卷材层、二次模筑衬砌层组成的隧道拱墙，在开挖隧道底面衬砌结构的两侧分别设有纵向延伸的侧沟，在隧道拱墙底部埋设有纵向盲管，所述纵向盲管的两端向内弯曲并连通到所述侧沟，其特征在于，所述初期支护层和防水卷材层之间间隔设有环向排水盲管，在施工缝两侧设有环向排水板，所述环向排水板和环向排水盲管的两端连通到对应的所述纵向盲管；在隧道拱墙的底部还设有横向的备用泄水管，所述备用泄水管的外端连通到对应的所述侧沟，里端位于所述初期支护层；所述备用泄水管的里端口用透明胶带封口，外端口绑扎土工布，所述纵向盲管堵塞后切开透明胶带可实现所述备用泄水管通水，从而降低隧道拱墙背面的水压力；

在所述备用泄水管底部设置支撑钢筋，所述支撑钢筋的里端插入隧道壁面；

在隧道环向施工缝的两侧各设置一根所述备用泄水管，隧道环向施工缝两侧的相邻两根所述备用泄水管间距50-80cm；

所述纵向盲管为打孔波纹管，所述纵向盲管位于所述初期支护层和防水卷材层之间，所述纵向盲管周围浇筑C15无砂砼排水体；所述备用泄水管和纵向盲管外均包裹一层土工布；所述初期支护层和防水卷材层之间铺设有一层土工布；

在开挖隧道底面衬砌结构以下两侧分别设有纵向延伸的底部排水盲管，所述底部排水盲管之间设有横向排水盲管；

在隧道拱墙的环向施工缝和变形施工缝的中部设有中埋式橡胶止水带，顶部位于所述防水卷材层下方设有背贴式橡胶止水带；

在隧道仰拱的环向施工缝和变形施工缝的底部设有背贴式橡胶止水带，中部设有中埋式橡胶止水带；在隧道仰拱的变形施工缝处还间隔埋设有纵向的无缝钢管，所述无缝钢管内填充黄油；

在隧道拱墙的顶部防水卷材层下方沿纵向设有预贴软式透水管，所述预贴软式透水管的一端设有竖向的镀锌钢管，所述镀锌钢管的一端连通到所述预贴软式透水管，另一端连通到隧道拱墙的下表面，用以向预贴软式透水管内注入水泥砂浆。

2.一种隧道防水排水方法，其特征在于，基于权利要求1所述的隧道防水排水结构而实施，包括，

在开挖隧道的壁面依次设置初期支护层、防水卷材层、二次模筑衬砌层，在开挖隧道底面设置纵向延伸的侧沟，在隧道拱墙底部埋设纵向盲管，所述纵向盲管的两端向内弯曲并连通到所述侧沟；

在所述初期支护层和防水卷材层之间间隔设置环向排水板，所述环向排水板的两端连通到对应的所述纵向盲管；

在隧道拱墙的底部埋设横向的备用泄水管，所述备用泄水管的外端连通到对应的所述侧沟，里端位于所述初期支护层。

3.根据权利要求2所述的隧道防水排水方法，其特征在于，在隧道拱墙的顶部防水卷材下方沿纵向设有预贴软式透水管，所述预贴软式透水管的一端设有竖向的镀锌钢管，所述镀锌钢管的一端连通到所述预贴软式透水管，另一端连通到隧道拱墙的下表面，通过所述镀锌钢管向内注入水泥砂浆，进行衬砌背后回填注浆，当注浆压力达到0.2Mpa时，结束注浆。