鐵路隧道底部結構排水裝置及其設置方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及隧道排水技術領域，具體涉及鐵路隧道底部結構排水裝置及其設置方法。該排水裝置包括：一個以上的級配碎石包和導水管；級配碎石包設置于隧道基巖出水點處的空洞中；導水管的一端插入級配碎石包內(nèi)，另一端與中心排水管相連，中心排水管設置于隧道仰拱結構底部。本發(fā)明壓力裂隙水中圍巖顆粒被阻擋在土工布外，隨著圍巖顆粒的匯聚，對壓力水出水點形成封堵作用，阻止圍巖中細小顆粒持續(xù)流失；同時阻止圍巖顆粒進入隧道排水系統(tǒng)，減少隧道維護工作量；壓力裂隙水直接作用于級配碎石包，級配碎石耗散裂隙水壓力，裂隙水受到水位高差引起的靜水壓力作用流入導水管內(nèi)并引排至中心水管，避免壓力水對混凝土結構的沖刷，保證使用壽命。
【專利說明】
鐵路隧道底部結構排水裝置及其設置方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及隧道排水技術領域，具體涉及鐵路隧道底部結構排水裝置及其設置方法。
【背景技術】
[0002]結合中國鐵路總公司進行的鐵路隧道結構病害普查數(shù)據(jù)，襯砌滲漏水、襯砌開裂及底部結構損壞是鐵路隧道的主要病害類型，比例約占所有病害的97%，其中，隧道底部結構病害類型又可分為多種，如鋪底破壞、翻漿冒泥、側溝破損等，此類病害的產(chǎn)生與結構底部排水方案的優(yōu)劣存在直接聯(lián)系。
[0003]近年來，設計有仰拱的鐵路隧道底部排水方案經(jīng)過不斷優(yōu)化與改良，主要包含以下幾種:
[0004]第一種，僅在隧道兩側設置側溝。此方案中，側溝承接隧道環(huán)向盲管和縱向盲管匯集的滲水排至隧道外部。太中銀鐵路、朔黃鐵路部分隧道采用了此類方案。第二種，隧道兩側設置側溝，隧道中心設置排水管，中心排水管置于仰拱填充混凝土內(nèi)。此方案中，側溝承接隧道環(huán)向盲管和縱向盲管匯集的滲水并將一部分排至隧道外部，同時通過PVC導水管與中心排水管相連，將水引至中心排水管并排至隧道外。山西中南部鐵路通道、蒙西至華中鐵路通道部分隧道隧底采用了此類方案。第三種，隧道兩側設置側溝，隧道中心設置排水管，中心排水管置于仰拱結構底部。此方案中，側溝承接隧道環(huán)向盲管和縱向盲管匯集的滲水并將一部分排至隧道外部，側溝通過PVC導水管與中心排水管檢查井相連，可將水引至檢查井內(nèi)并通過中心排水管排至隧道外，同時在仰拱底部鋪設透水盲管并連接到中心排水管檢查井內(nèi)，可將仰拱底部積水和環(huán)向及縱向盲管部分積水匯集至檢查井并通過中心排水管排出。該方案能夠?qū)⑺淼姥龉暗撞糠e水順利引排。張家口至呼和浩特鐵路、吉林至琿春鐵路工程、武九客專瑞昌至九江鐵路部分隧道采用了此類方案。
[0005]以上是我國鐵路隧道底部排水設計所采用的主要方案，其效果能在不同程度上將隧道上部結構和底部結構外部的滲水和積水排出，對減少隧道底部滲漏水及次生病害的發(fā)生具有顯著作用。然而隧道開挖的過程造成了圍巖裂隙的擴張和裂隙水壓力改變，不但使更多的圍巖顆粒發(fā)生脫落和飄移，還在基巖面上形成一些出水點，隧道底部結構施做前會對裂隙水進行處理，但處理效果往往達不到預期，在效果較差的區(qū)域，具有一定壓力并挾裹有大量圍巖顆粒的裂隙水長期沖刷隧道底部結構，若利用導管直接引排則會出現(xiàn)以下問題:
[0006]問題一，圍巖裂隙內(nèi)的細顆粒會在壓力水流作用下脫落并流出，造成滲水量進一步增加甚至形成結構底部的圍巖空洞，對圍巖穩(wěn)定和結構受力產(chǎn)生不利影響；
[0007]問題二，隨著裂隙水進入排水系統(tǒng)，其中的圍巖顆粒不斷匯聚和沉積，往往使導管甚至中心水管發(fā)生堵塞，從而加大了隧道維護的工作量，若維護不及時，不但會降低排水系統(tǒng)的排水能力，還將導致積水長期停留，加劇隧道底部結構病害的產(chǎn)生；
[0008]問題三，利用導管直接引排裂隙水時，導管接入口周邊的混凝土襯砌結構將受到壓力水流的長時間沖刷，而混凝土結構的抗沖刷磨蝕性和抗?jié)B性有限，其使用壽命將大為縮短。
[0009]對于具有一定壓力的圍巖裂隙水，上文提到的多種排水方案均缺乏應對措施。隧道底部排水系統(tǒng)的優(yōu)劣對隧道基底病害的防治具有關鍵作用，結合隧道排水系統(tǒng)的工作機制和破壞機理采取針對性措施，設計一種能夠穩(wěn)定有效地保持排水系統(tǒng)持久工作的裝置和方案已成為工程亟需。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的實施例提供一種鐵路隧道底部結構排水裝置及設置方法，能夠解決對挾裹圍巖顆粒的壓力裂隙水進行過濾并消抵水壓力的問題。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的提供一種鐵路隧道底部結構排水裝置，其包括:一個以上的級配碎石包和導水管;所述級配碎石包設置于隧道基巖出水點處的空洞中；所述導水管的一端插入所述級配碎石包內(nèi)，另一端與中心排水管相連，所述中心排水管設置于隧道仰拱結構底部。
[0012 ]在一些實施例中，優(yōu)選為，插入所述級配碎石包內(nèi)的導水管垂直穿過隧道仰拱面。
[0013]在一些實施例中，優(yōu)選為，所述級配碎石包在與導入管的連接處設置封口環(huán)。
[0014]在一些實施例中，優(yōu)選為，所述封口環(huán)的兩側分別設置防脫環(huán)。
[0015]在一些實施例中，優(yōu)選為，所述導水管包括第一段導水管、第二段導水管，所述第一段導水管的一端插入所述級配碎石包內(nèi)，另一端穿過隧道仰拱面設定長度后，通過彎頭與所述第二段導水管相連，所述第二段導水管與所述中心排水管相連。
[0016]在一些實施例中，優(yōu)選為，所述設定長度為20-30毫米。
[0017]在一些實施例中，優(yōu)選為，所述空洞直徑在400-500毫米;和/或所述級配碎石包內(nèi)導入管的長度為15cm O
[0018]在一些實施例中，優(yōu)選為，所述級配碎石包包括:土工布和包裹于所述土工布內(nèi)的級配碎石。
[0019]在一些實施例中，優(yōu)選為，所述級配碎石的骨料粒徑為30-60毫米。
[0020]在一些實施例中，優(yōu)選為，所述的鐵路隧道底部結構排水裝置還包括:橫向引水管，所述橫向引水管的一端連接環(huán)向盲管或縱向盲管，另一端連接所述中心排水管。
[0021]本發(fā)明還提供了一種鐵路隧道底部結構排水裝置的設置方法，其包括:
[0022]在隧道基巖出水點處開挖空洞；
[0023]將級配碎石包放置于所述空洞中；
[0024]將導水管的一端插入級配碎石包內(nèi)，穿過隧道仰拱面，進入襯砌后，另一端與中心排水管相連;所述中心排水管設置于隧道仰拱結構底部；
[0025]通過澆筑混凝土構建隧道底部結構，將所述導水管、所述中心排水管澆筑在混凝土內(nèi)。
[0026]在一些實施例中，優(yōu)選為，所述導水管的一端插入級配碎石包內(nèi)包括:
[0027]插入步驟，將導水管自級配碎石包的包口插入所述級配碎石包內(nèi)；
[0028]綁扎步驟，在所述包口采用封口環(huán)進行封口綁扎。
[0029]在一些實施例中，優(yōu)選為，所述綁扎步驟包括:
[0030]依次在包口套設第一環(huán)向防脫環(huán)、封口環(huán)、第二環(huán)向防脫環(huán)。
[0031]在一些實施例中，優(yōu)選為，所述導水管包括第一段導水管、第二段導水管，所述第一段導水管的一端插入所述級配碎石包內(nèi)，另一端穿過隧道仰拱面設定長度后，通過彎頭與所述第二段導水管相連，所述第二段導水管與所述中心排水管相連。
[0032]本發(fā)明提供的方案中級配碎石包的設置，壓力裂隙水中的圍巖顆粒被阻擋在土工布外，隨著圍巖顆粒的不斷匯聚，對壓力水的出水點形成一定封堵作用，阻止了圍巖中細小顆粒的持續(xù)流失，保持了圍巖的完整和穩(wěn)定;在排出積水的同時阻止了圍巖顆粒進入隧道排水系統(tǒng)，不但減少了隧道維護工作量，而且保證了隧道排水系統(tǒng)穩(wěn)定有效地持久工作;壓力裂隙水的壓力直接作用于級配碎石包上，由彈性土工布包裹的級配碎石耗散了裂隙水的壓力，裂隙水受到水位高差引起的靜水壓力作用流入與級配碎石包連接的PVC導水管內(nèi)并引排至中心水管，由此避免了壓力水對混凝土結構的沖刷，保證了其使用壽命。
【附圖說明】
[0033]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，以下將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖進行論述，顯然，在結合附圖進行描述的技術方案僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖所示實施例得到其它的實施例及其附圖。
[0034]圖1是本發(fā)明一個實施例中鐵路隧道底部結構排水裝置的結構示意圖；
[0035]圖2是圖1中A處的放大圖；
[0036]圖3是環(huán)狀防脫環(huán)的截面示意圖。
[0037]圖4是本發(fā)明一個實施例中鐵路隧道底部結構排水裝置設置方法的示意圖。
[0038]注:I環(huán)向盲管；2縱向盲管；3橫向引水管;4級配碎石包;5導水管；7中心排水管;8隧道中線；9封口環(huán)；10防脫環(huán)；11級配碎石；12土工布;51第一段PVC導水管；52PVC彎頭;53第二段PVC導水管。
【具體實施方式】
[0039]以下將結合附圖對本發(fā)明各實施例的技術方案進行清楚完整的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在不需要創(chuàng)造性勞動的前提下所得到的所有其它實施例，都在本發(fā)明所保護的范圍內(nèi)。
[0040]考慮到現(xiàn)有我國既有鐵路隧道底部排水設計方案具有排出圍護結構外部滲水和積水的功能，然而對于具有一定壓力的圍巖裂隙水缺乏應對措施，具有一定壓力的圍巖裂隙水對隧道結構產(chǎn)生的影響十分不利，本實施例提供了一種鐵路隧道底部結構排水裝置及設置方法。
[0041]該排水裝置包括:一個以上的級配碎石包和導水管；級配碎石包設置于隧道基巖出水點處的空洞中；導水管的一端插入級配碎石包內(nèi)，另一端與中心排水管相連，中心排水管設置于隧道仰拱結構底部。
[0042]其設置方法包括:
[0043]在隧道基巖出水點處開挖空洞；
[0044]將級配碎石包放置于空洞中；
[0045]將導水管的一端插入級配碎石包內(nèi)，穿過隧道仰拱面，進入襯砌后，另一端與中心排水管相連;中心排水管設置于隧道仰拱結構底部；
[0046]通過澆筑混凝土構建隧道底部結構，將導水管、中心排水管澆筑在混凝土內(nèi)。
[0047]由于本發(fā)明中級配碎石包的設置，壓力裂隙水中的圍巖顆粒被阻擋在土工布外，隨著圍巖顆粒的不斷匯聚，對壓力水的出水點形成一定封堵作用，阻止了圍巖中細小顆粒的持續(xù)流失，保持了圍巖的完整和穩(wěn)定;在排出積水的同時阻止了圍巖顆粒進入隧道排水系統(tǒng)，不但減少了隧道維護工作量，而且保證了隧道排水系統(tǒng)穩(wěn)定有效地持久工作;壓力裂隙水的壓力直接作用于級配碎石包上，由彈性土工布包裹的級配碎石耗散了裂隙水的壓力，裂隙水受到水位高差引起的靜水壓力作用流入與級配碎石包連接的PVC導水管內(nèi)并引排至中心水管，由此避免了壓力水對混凝土結構的沖刷，保證了其使用壽命。
[0048]接下來，再通過一些實施例來詳細描述鐵路隧道底部結構排水裝置及設置方法:
[0049]—種鐵路隧道底部結構排水裝置，如圖1-3所示，其包括:一個以上的級配碎石包4和導水管5;級配碎石包4的數(shù)量取決于隧道基巖出水點的數(shù)量，在這些出水點處挖空洞，空洞直徑和深度根據(jù)出水點范圍和水壓力的大小進行設定，在本實施例中為400-500毫米，將級配碎石包4放置其內(nèi)，最好能夠二者緊密貼合。導水管5的一端插入級配碎石包4內(nèi)，另一端與中心排水管7相連，中心排水管7設置于隧道仰拱結構底部處于隧道中線8上。壓力裂隙水的壓力直接作用于級配碎石包4上，由彈性土工布12包裹的級配碎石11耗散了裂隙水的壓力，裂隙水受到水位高差引起的靜水壓力作用流入與級配碎石包4連接的PVC導水管5內(nèi)并引排至中心水管，由此避免了壓力水對混凝土結構的沖刷，保證了其使用壽命。
[0050]級配碎石包4內(nèi)置級配碎石11，級配碎石11外包裹土工布12。彈性土工布12為由合成纖維通過針刺或編織而成的透水性土工合成材料，具有彈性好、抗拉強度高、耐腐蝕、透水性好等特點，能夠起到過濾圍巖顆粒的作用；級配碎石11是由各種不同粒級的骨料組成的混合料，其骨料粒徑控制在30?60_范圍內(nèi)。
[0051 ]導水管5可選PVC材質(zhì)的預制管。外徑尺寸視情況而定，在本實施例中為10mm的PVC預制管。在本實施例中級配碎石包4內(nèi)導入管的長度為15cm。
[0052]為了順利將水導出，插入級配碎石包4內(nèi)的導水管5垂直穿過隧道仰拱面，即垂直隧道仰拱面放置，垂直放置后，穿過隧道仰拱的距離最短，且穿入、穿出仰拱的端面面積最小，對仰拱的破壞程度最小。
[0053]為了將PVC導水管5穩(wěn)定在級配碎石包4內(nèi)，級配碎石包4在與導入管的連接處設置封口環(huán)9。該封口環(huán)9的樣式可以有多種，比如:樣式一，具有較好柔韌性的金屬線，繞過封口形成封口環(huán);樣式二，聚乙烯繩綁扎在封口處，形成封口環(huán)。聚乙烯繩具有高強度、耐腐蝕、耐低溫等特點。
[0054]另外，在其他的實施例中，基于上述封口環(huán)還可以在封口環(huán)兩側設置防脫環(huán)10，三個環(huán)均套在導水管5上，將導水管5和級配碎石包4穩(wěn)固在一起，又避免強大壓力下，土工布12滑脫。
[0055]導水管5的樣式很多，可以為一根管，根據(jù)位置不同做不同的彎折，也可以為分體式，分體式方便現(xiàn)場安裝。接下來給出一種分體式的設置方式:導水管5由第一段PVC導水管51、第二段PVC導水管53通過PVC彎頭52連接。第一段PVC導水管51的一端插入級配碎石包4內(nèi)，另一端延伸至仰拱內(nèi)部的填充混凝土內(nèi)，其放置方向垂直于隧道仰拱面穿過隧道仰拱面設定長度(在本實施例中為20mm?30mm)，隨后通過PVC彎頭52與第二段PVC導水管53相連，第二段PVC導水管53與中心排水管7相連。
[0056]另外鐵路隧道底部結構排水裝置還包括:橫向引水管3，橫向引水管3的一端連接環(huán)向盲管I或縱向盲管2，另一端連接中心排水管7。
[0057]下面具體說明上述鐵路隧道底部結構排水裝置的設置方法，如圖4所示，具體包括如下步驟:
[0058]步驟110，確定隧道基巖出水點；
[0059 ]步驟210，在隧道基巖出水點處開挖空洞；
[0060]空洞直徑和深度根據(jù)出水點范圍和水壓力的大小而定，比如可控制在400mm?5 O Omm之間。
[0061 ] 步驟310，配置級配碎石和級配碎石包；
[0062]將碎石骨料粒徑控制在30?60mm范圍內(nèi)；用土工布包裹配置好的級配碎石。
[0063]步驟410，將級配碎石包放置于空洞中；
[0064]將級配碎石包放置在開挖好的空洞內(nèi)，使級配碎石包與空洞洞壁保持貼合；
[0065]步驟510，將導水管的一端插入級配碎石包內(nèi)，穿過隧道仰拱面，進入襯砌后，另一端與中心排水管相連;中心排水管設置于隧道仰拱結構底部；
[ΟΟ??]步驟610，通過饒筑混凝土構建隧道底部結構，將導水管、中心排水管饒筑在混凝土內(nèi)。
[0067]固定PVC導水管位置，澆筑混凝土施做隧道底部結構，使PVC導水管和中心排水管被饒筑在結構內(nèi)部。
[0068]其中，步驟510可分解為如下的步驟:
[0069]插入步驟，將導水管自級配碎石包的包口插入級配碎石包內(nèi)；
[0070]綁扎步驟，在包口采用封口環(huán)進行封口綁扎。
[0071]該綁扎步驟具體為:依次在包口套設第一環(huán)向防脫環(huán)、封口環(huán)、第二環(huán)向防脫環(huán)。
[0072]因為在一些實施例中導水管采用分體式，導水管包括第一段導水管、第二段導水管，第一段導水管的一端插入級配碎石包內(nèi)，另一端穿過隧道仰拱面設定長度后，通過彎頭與第二段導水管相連，第二段導水管與中心排水管相連。
[0073]因此其安裝方式為:將第一段(PVC)導水管一端插入土工布包裹的級配碎石內(nèi)；用土工布包裹級配碎石和插入碎石的第一段PVC導水管一端，采用聚乙烯繩將土工布綁扎在第一段PVC導水管外壁上的2個環(huán)向防脫環(huán)之間，起到密封、緊固和防滑脫的效果，由此形成級配碎石包；第一段PVC導水管與級配碎石包連接的一端插入級配碎石包的距離控制在15cm左右，另一端伸入襯砌結構的長度控制在15cm?25cm之間；將伸入襯砌結構的第一段PVC管和PVC彎頭連接，將PVC彎頭的另一端與連接中心排水管的第二段PVC管連接，由此完成PVC導水管的連接。
[0074]本發(fā)明提供的各種實施例可根據(jù)需要以任意方式相互組合，通過這種組合得到的技術方案，也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。顯然，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，本領域技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型。如果對本發(fā)明的這些改動和變型是在本發(fā)明的權利要求及其等同方案的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也將包含這些改動和變型。
【主權項】
1.一種鐵路隧道底部結構排水裝置，其特征在于，包括:一個以上的級配碎石包和導水管；所述級配碎石包設置于隧道基巖出水點處的空洞中；所述導水管的一端插入所述級配碎石包內(nèi)，另一端與中心排水管相連，所述中心排水管設置于隧道仰拱結構底部。2.如權利要求1所述的鐵路隧道底部結構排水裝置，其特征在于，插入所述級配碎石包內(nèi)的導水管垂直穿過隧道仰拱面。3.如權利要求1所述的鐵路隧道底部結構排水裝置，其特征在于，所述級配碎石包在與導入管的連接處設置封口環(huán)。4.如權利要求3所述的鐵路隧道底部結構排水裝置，其特征在于，所述封口環(huán)的兩側分別設置防脫環(huán)。5.如權利要求1-4任一項所述的鐵路隧道底部結構排水裝置，其特征在于，所述導水管包括第一段導水管、第二段導水管，所述第一段導水管的一端插入所述級配碎石包內(nèi)，另一端穿過隧道仰拱面設定長度后，通過彎頭與所述第二段導水管相連，所述第二段導水管與所述中心排水管相連。6.如權利要求5所述的鐵路隧道底部結構排水裝置，其特征在于，所述設定長度為20-30毫米。7.如權利要求1-6任一項所述的鐵路隧道底部結構排水裝置，其特征在于，所述空洞直徑為400-500毫米;和/或所述級配碎石包內(nèi)導入管的長度為15cm。8.如權利要求1-7任一項所述的鐵路隧道底部結構排水裝置，其特征在于，所述級配碎石包包括:土工布和包裹于所述土工布內(nèi)的級配碎石。9.如權利要求8所述的鐵路隧道底部結構排水裝置，其特征在于，所述級配碎石的骨料粒徑為30-60毫米。10.如權利要求1-9任一項所述的鐵路隧道底部結構排水裝置，其特征在于，還包括:橫向引水管，所述橫向引水管的一端連接環(huán)向盲管或縱向盲管，另一端連接所述中心排水管。11.一種如權利要求1-10任一項鐵路隧道底部結構排水裝置的設置方法，其特征在于，包括: 在隧道基巖出水點處開挖空洞； 將級配碎石包放置于所述空洞中； 將導水管的一端插入級配碎石包內(nèi)，穿過隧道仰拱面，進入襯砌后，另一端與中心排水管相連;所述中心排水管設置于隧道仰拱結構底部； 通過澆筑混凝土構建隧道底部結構，將所述導水管、所述中心排水管澆筑在混凝土內(nèi)。12.如權利要求11所述的設置方法，其特征在于，所述導水管的一端插入級配碎石包內(nèi)包括: 插入步驟，將導水管自級配碎石包的包口插入所述級配碎石包內(nèi)； 綁扎步驟，在所述包口采用封口環(huán)進行封口綁扎。13.如權利要求12所述的設置方法，其特征在于，所述綁扎步驟包括: 依次在包口套設第一環(huán)向防脫環(huán)、封口環(huán)、第二環(huán)向防脫環(huán)。14.如權利要求11-13任一項所述的設置方法，其特征在于，所述導水管包括第一段導水管、第二段導水管，所述第一段導水管的一端插入所述級配碎石包內(nèi)，另一端穿過隧道仰拱面設定長度后，通過彎頭與所述第二段導水管相連，所述第二段導水管與所述中心排水 管相連。
【文檔編號】E21D11/10GK106089297SQ201610618912
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月29日 公開號201610618912.4, CN 106089297 A, CN 106089297A, CN 201610618912, CN-A-106089297, CN106089297 A, CN106089297A, CN201610618912, CN201610618912.4
【發(fā)明人】彭斌, 趙勇, 倪光斌, 林傳年, 魏峰, 呂剛, 陳學峰, 劉建友, 陳志廣, 王楊, 于鶴然, 劉方, 張礦三, 張延
【申請人】中鐵工程設計咨詢集團有限公司