本發(fā)明屬于高水壓隧道排水型襯砌設(shè)計(jì)與施工，具體涉及一種雙層外剛內(nèi)柔復(fù)合式襯砌排水系統(tǒng)及其施工方法。

背景技術(shù)：

1、富水地層高水壓力隧道隨著運(yùn)營服役時(shí)間的增長，襯砌開裂漏水、仰拱隆起、軌道變形等水患病害頻繁發(fā)生，危及行車安全與運(yùn)營穩(wěn)定，究其原因是常規(guī)排水系統(tǒng)普遍設(shè)置于初期支護(hù)與二次襯砌之間，地下水透過初期支護(hù)后才能進(jìn)入排水系統(tǒng)，且總是采用諸如土工布、軟式透水管、凹凸排水板帶等柔性排水材料，容易變形引起排水不暢甚至異常堵塞，地下水會(huì)在二次襯砌背后大量積聚，導(dǎo)致其實(shí)際承受的外水壓力遠(yuǎn)大于預(yù)期，結(jié)構(gòu)受力與變形完全不符合設(shè)計(jì)初衷，長此久往誘發(fā)水患病害。

2、通常，引起常規(guī)排水系統(tǒng)異常堵塞的原因不外乎以下4種：1)初期支護(hù)受地下水腐蝕透水性逐漸增強(qiáng)，初期支護(hù)內(nèi)部地下水量超出設(shè)計(jì)排水能力；

3、2)柔性排水材料在圍巖形變壓力作用下發(fā)生縮徑或厚度變薄，削弱有效過水截面；

4、3)注漿效果持續(xù)劣化、初期支護(hù)腐蝕失效，大量異物雜質(zhì)進(jìn)入排水系統(tǒng)引發(fā)堵塞；

5、4)仰拱不設(shè)排水設(shè)施，其下方地下水未能及時(shí)排出引發(fā)水患病害，即便有些隧道仰拱設(shè)置了排水系統(tǒng)，由于仰拱、道床、回填等結(jié)構(gòu)自重以及行車動(dòng)力荷載的綜合作用，同樣會(huì)導(dǎo)致排水系統(tǒng)完全堵塞、形同虛設(shè)。

6、實(shí)際工程中，上述4種原因同時(shí)存在且相互促進(jìn)、形成惡性循環(huán)，運(yùn)營期間病害整改所付出的代價(jià)與費(fèi)用更是難以承受、不可估計(jì)，更有甚者需頻繁、長期中斷運(yùn)營，十分不利于民生且社會(huì)影響極大，目前越來越多高水壓隧道頻現(xiàn)水患病害且難以根治便是最好的佐證。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)面臨的難題，提出了一種雙層外剛內(nèi)柔復(fù)合式襯砌排水系統(tǒng)及其施工方法，其中以外層剛性排水裝置為核心排流泄壓設(shè)施，內(nèi)層柔性排水裝置為排水泄壓補(bǔ)償與儲(chǔ)備設(shè)施，兩者設(shè)置范圍有別、空間錯(cuò)位、有主有輔、排水有序、效果互補(bǔ)，共同解決上述技術(shù)難題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種雙層外剛內(nèi)柔復(fù)合式襯砌排水系統(tǒng)，包括外層剛性排水裝置和內(nèi)層柔性排水裝置，所述外層剛性排水裝置沿隧道全環(huán)布置，包括徑向?qū)す?、環(huán)向?qū)す堋⒖v向?qū)す芤约把龉爸行乃疁?，所述徑向?qū)艽怪辈迦雵鷰r之中，通過五通接頭與所述環(huán)向?qū)す?、縱向?qū)す苓B通，所述環(huán)向?qū)す?、縱向?qū)す茴A(yù)埋于二次襯砌內(nèi)部，所述環(huán)向?qū)す苣┒私尤胨鲅龉爸行乃疁希?/p>

3、所述內(nèi)層柔性排水裝置沿隧道半環(huán)布置且仰拱范圍不設(shè)，包括環(huán)向排水盲管、縱向集水盲管、橫向泄水盲管、防水隔離層以及排水邊溝，所述環(huán)向排水盲管設(shè)置在位于初期支護(hù)和二次襯砌之間的防水隔離層中，所述環(huán)向排水盲管的兩端與所述縱向集水盲管通過三通接頭連通，所述橫向泄水盲管兩端分別連接所述縱向集水盲管與所述排水邊溝，橫向排水盲管埋設(shè)在仰拱回填層內(nèi)部，一端接入所述排水邊溝底部，另一端伸入所述仰拱中心水溝內(nèi)部。

4、優(yōu)選的，所述防水隔離層包括面狀土工布和防水板，面狀土工布密貼初期支護(hù)基面鋪設(shè)，面狀土工布末端插入所述縱向集水盲管管壁預(yù)留凹槽，所述防水板密貼所述二次襯砌外側(cè)基面滿布鋪設(shè)，所述環(huán)向排水盲管位于面狀土工布和防水板之間。

5、優(yōu)選的，所述縱向集水盲管縱向通長布置，所述橫向泄水盲管縱向間隔設(shè)置且與所述環(huán)向?qū)す苄纬慑e(cuò)排布置關(guān)系。

6、優(yōu)選的，所述徑向?qū)す苡蓛?nèi)向外依次穿過防水板、面狀土工布、初期支護(hù)后插入圍巖之中；所述徑向?qū)す芄鼙谠O(shè)置透水小孔且外包無紡布并間隔設(shè)置倒刺；所述徑向?qū)す馨凑窄h(huán)縱雙向矩形方式布置；所述環(huán)向?qū)す艿目v向布置間距等于所述徑向?qū)す艿目v向布置間距；所述縱向?qū)す艿沫h(huán)向布置間距等于所述徑向?qū)す艿沫h(huán)向布置間距。

7、優(yōu)選的，所述無紡布、防水板以及面狀土工布在徑向?qū)す芪恢蒙烊攵我r砌內(nèi)部相互壓槎、搭接，并利用金屬環(huán)箍緊固收口止水，所述金屬環(huán)箍末端設(shè)置遇水膨脹止水膠條。

8、優(yōu)選的，所述外層剛性排水裝置的排流路徑為：圍巖中地下水進(jìn)入所述徑向?qū)す?，而后，進(jìn)入所述環(huán)向?qū)す芘c所述縱向?qū)す?，最后，由所述環(huán)向?qū)す軈R入所述仰拱中心水溝。

9、優(yōu)選的，所述內(nèi)層柔性排水裝置的排流路徑為：未能由外層剛性排水裝置排走的地下水滲透進(jìn)入所述初期支護(hù)內(nèi)部，而后，沿著面狀土工布與環(huán)向排水盲管進(jìn)入縱向集水盲管，之后，通過橫向泄水盲管引排至所述排水邊溝，最后，由橫向排水盲管匯入所述仰拱中心水溝。

10、優(yōu)選的，所述仰拱中心水溝有效過水截面面積需大于兩側(cè)所述排水邊溝有效過水截面面積之和，避免匯水能力不足漫灌道床。

11、優(yōu)選的，所述仰拱中心水溝有效過水截面應(yīng)大于兩側(cè)所述排水邊溝，避免匯水能力不足漫灌道床。

12、本發(fā)明保護(hù)的另外一個(gè)技術(shù)方案：一種雙層外剛內(nèi)柔復(fù)合式襯砌排水系統(tǒng)的施工方法，其特征在于：按照以下步驟進(jìn)行：

13、步驟s1：施作隧道超前帷幕注漿止水與支護(hù)加固措施；

14、步驟s2：開挖隧道土體并施作初期支護(hù)，貫通后找平基面，依次鋪設(shè)面狀土工布、環(huán)向排水盲管、縱向集水盲管、防水板；

15、步驟s3：打設(shè)徑向?qū)す?，綁扎二次襯砌迎水面鋼筋骨架；

16、步驟s4：布設(shè)環(huán)向?qū)す?、縱向?qū)す?、橫向泄水盲管，并通過定位鋼筋固定牢固，利用管道接頭將各個(gè)盲管有序接通；

17、步驟s5：利用金屬環(huán)箍對(duì)面狀土工布、防水板、無紡布進(jìn)行防水收口，末端設(shè)置多道遇水膨脹止水膠條；

18、步驟s6：綁扎二次襯砌剩余鋼筋骨架并架設(shè)模板，澆筑二次襯砌混凝土；

19、步驟s7：養(yǎng)護(hù)至設(shè)計(jì)強(qiáng)度后拆除模板，布置橫向排水盲管，模筑排水邊溝、仰拱中心水溝并施作仰拱回填層。

20、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為。

21、1、本發(fā)明的雙層排水系統(tǒng)具有排水降壓效果顯著、安全儲(chǔ)備高、經(jīng)久耐用等優(yōu)點(diǎn)，能夠靈活應(yīng)對(duì)工程范圍地下水位的異常變化，尤其可以抵御雨季、汛期、潮汐引起的水位驟升，保證隧道結(jié)構(gòu)受力安全與變形可控。

22、2、由于圍巖透水性能遠(yuǎn)大于初期支護(hù)，因此大量地下水會(huì)優(yōu)先通過外層剛性排水裝置排走，僅極少量地下水可以進(jìn)入初期支護(hù)內(nèi)部，降低地下水對(duì)初期支護(hù)與二次襯砌的腐蝕作用，顯著提高復(fù)合式襯砌的耐久性，延長隧道服役年限。

23、3、本發(fā)明的內(nèi)層柔性排水裝置作為排水泄壓補(bǔ)償與儲(chǔ)備設(shè)施，能夠有效消除因外層剛性排水裝置排水不暢或者異常堵塞所帶來的隱患，無需面臨常規(guī)排水系統(tǒng)因頻繁堵塞引起襯砌開裂、結(jié)構(gòu)漏水的弊端與缺點(diǎn)。

24、4、通過在徑向?qū)す芄鼙陂g隔設(shè)置倒刺，相當(dāng)于多點(diǎn)支撐的外錨結(jié)構(gòu)，可以給二次襯砌提供徑向朝外的有利拉力，防止與初期支護(hù)光滑接觸界面發(fā)生徑向脫離，明顯改善結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布，緩解結(jié)構(gòu)變形尤其是仰拱隆起。

25、5、在仰拱下方設(shè)置不受襯砌、道床、回填等結(jié)構(gòu)自重與行車動(dòng)載影響的外層剛性排水裝置，有效緩解仰拱受到的外水壓力作用，避免道床唧泥、軌道變形等嚴(yán)重危及行車安全與運(yùn)營穩(wěn)定的水患病害。

26、6、排水邊溝接收地下水量極小且最終匯入仰拱中心水溝，服役期間只需對(duì)仰拱中心水溝進(jìn)行正常檢修維護(hù)即可，無需中斷運(yùn)營實(shí)施跨軌檢修排水邊溝，顯著降低隧道運(yùn)營壓力與檢修風(fēng)險(xiǎn)。