一种可承压的隧道底部结构排水体系的制作方法

本实用新型涉及隧道排水设施技术领域，尤其涉及一种可承压的隧道底部结构排水体系。

背景技术：

随着我国交通基础设施大规模建设,公路、铁路隧道施工面临的各类病害及风险层出不穷。目前设计隧道底部结构一般为带仰拱(或底板)结构，地下水排放路径为：围岩→初期支护→排水盲管→侧沟→横向排水管→中心排水沟；即隧道结构周边的水通过初期支护渗透经由排水盲管引排至隧道结构体内的中心排水沟，最终排出洞外。

传统的排水体系是将中心水沟设于隧道结构之内，地下水在隧道体内排放，称作隧道体内排水。体外排水是将隧道底部结构的中心水沟置于底板结构之外，地下水在隧道体外排放。无论体内排水还是体外排水其侧沟水引排至中心排水沟时采用的都是φ100mm的PVC排水管。

如图1所示，地下水通过初期支护(序号1)渗透到环向排水盲管(序号2)，环向排水盲管(序号2)沿纵向每隔10m沿洞周环向铺设，其下端与纵向排水盲管(序号8)相连，纵向排水盲管(序号8)每隔10-20m留有一出水口，通过横向排水盲管(序号5)与排水侧沟(序号6)连接，侧沟(序号6)主要用于汇集地下水并将地下水通过PVC排水管(序号26)引入中央排水沟(序号7)，最终将地下水排出隧道体外。其缺点是PVC管热稳定较差，在隧道底部浇筑时因施工荷载以及产生水化热导致PVC管变形；PVC管柔性较差，在施工荷载以及热应力作用下容易开裂。

此外，传统的排水体系，隧道底部(简称隧底)主要包括：底部围岩、仰拱初期支护、仰拱混凝土二衬、仰拱填充、路面结构、路侧边沟、深埋水沟、路缘石、电缆槽等。由于缺乏有效的隧道底部排水体系，体内排水无法将隧道底部水排出，导致隧道仰拱以下的积水无法有效引排，使得仰拱承受部分水压，从而引起仰拱隆起、道床变形、衬砌裂损等水害事件，维修治理极其困难。

技术实现要素：

本实用新型旨在提供一种可承压的隧道底部结构排水体系，在中心沟与侧沟之间设置可承压透水材料，可承压透水材料具有“水过砂不过”特性及立模骨架支撑作用，可顺利将侧沟水引排至中心水沟，透水性能好，耐压能力强。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种可承压的隧道底部结构排水体系，隧道内设有中央排水沟，隧道两侧各设一个排水侧沟，将可承压透水材料预埋在隧道内形成连通中央排水沟与排水侧沟的横向排水通道，所述横向排水通道间隔设有多个。

进一步的，一种可承压的隧道底部结构排水体系包括仰拱，在中央排水沟下方预埋可承压透水材料形成竖向排水通道，所述竖向排水通道间隔设有多个，所述中央排水沟底部间隔设有多个进水口，所述竖向排水通道一端伸出仰拱，竖向排水通道另一端与中央排水沟的进水口连接，所述进水口设有单向装置。

进一步的，可承压的隧道底部结构排水体系还包括拱墙，所述拱墙包括从外至内设置的初期支护、防水层和二次衬砌，所述初期支护与防水层之间间隔设有环向排水盲管，所述环向排水盲管的两端分别连接纵向排水盲管，所述纵向排水盲管的管壁上间隔设有多个出水口，所述出水口通过横向排水盲管连通排水侧沟，所述纵向排水盲管高于中央排水沟。

进一步的，所述可承压透水材料为织物，所述织物多层叠置或卷成束。织物包括针织布、梭织布或编织物，进一步优选地，所述织物为麻织物。

进一步的，所述可承压透水材料为绳索。

进一步的，所述可承压透水材料为织物或绳。所述绳为麻绳。

进一步的，所述可承压透水材料的两端均设置有螺栓钢套管端头固定装置，所述螺栓钢套管端头固定装置包括套管和中心固定螺栓，所述套管包括上环和下环，所述上环和下环左端和右端均轴向设有套管侧向翼板，所述上环的套管侧向翼板与下环的套管侧向翼板可拆卸连接，所述上环和下环的尾端径向设有套管尾部翼环，所述可承压透水材料的端部嵌套在套管之中并伸出套管尾部，所述中心固定螺栓径向穿过套管。

进一步的，所述单向装置包括压缩弹簧和用于盖住进水口的活动盖板，所述活动盖板的一侧与中央排水沟转动连接，所述活动盖板位于进水口上方，所述压缩弹簧一端与中央排水沟的顶板连接，压缩弹簧另一端与活动盖板连接。

进一步的，所述可承压透水材料的直径为100mm，相邻两个横向排水通道间距5m-50m，相邻两个竖向排水通道间距5m-50m。进一步优选地，相邻两个横向排水通道间距10m，相邻两个环向排水盲管间距10m，所述横向排水通道与环向排水盲管轴向对齐。

进一步的，相邻两个竖向排水通道间距10m。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1.本实用新型在隧道底部侧沟与中心沟设置可承压透水材料，可顺利将侧沟水引排至中心水沟，透水性能好，同时耐压能力强；

2.本实用新型在中心沟与隧道底部设置可承压透水材料，顺利将地下富水引排至中心水沟，有效降低隧道底部水压，减小隧道底部水压对隧道结构破坏；设置的单向装置可防止侧沟水倒灌进入隧道底部；

3.本实用新型采用可承压透水材料代替现有技术中的PVC排水管，透水、排水性能好，不仅能满足隧道排水量需求，而且可防止排水通道阻塞；它克服了其他排水管材的诸多弊端，排、渗水效果强，集透水、排水一气呵成，具有满足工程设计要求的耐压能力和透水性。其施工简便、无接头，对地质地形无特殊要求，任何需要暗排水的地方都可以随心所欲的使用；

4.施工完成后，允许材料破坏且不考虑材料使用寿命，随着隧道使用年限增加，隧道排水效果越来越好；

5.选择织物或绳作为排水通道，其整体连续性好，无接头，施工简便且一次施工成型，便于大规模推广。

附图说明

图1是现有技术中隧道排水系统横断面的结构示意图；

图2是本实用新型横断面的结构示意图；

图3是本实用新型纵断面的结构示意图；

图4是本实用新型的局部放大图；

图5是螺栓钢套管端头固定装置的立体图；

图6是使用时螺栓钢套管端头固定装置的拼装固定方法示意图；

图7是无排水模式时竖向排水通道的结构示意图；

图8是排水模式时竖向排水通道的结构示意图；

图中：1-初期支护、2-环向排水盲管、3-防水层、4-二次衬砌、5-横向排水盲管、6-排水侧沟、7-中央排水沟、8-纵向排水盲管、9-横向排水通道、10-竖向排水通道、11-螺栓钢套管端头固定装置、12-套管主体结构、13-套管尾部翼环、14-中心固定螺母、15-中心固定螺栓、16-侧翼固定螺母、17-侧翼固定螺栓、18-套管侧向翼板、19-可承压透水材料、20-顶板、21-压缩弹簧、22-活页转轴、23-活动盖板、24-上环、25-下环、26-PVC排水管。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。

如图2、3所示，本实用新型公开的可承压的隧道底部结构排水体系，隧道内设有中央排水沟7，隧道两侧各设一个排水侧沟6，将可承压透水材料19预埋在隧道内形成连通中央排水沟7与排水侧沟6的横向排水通道9，横向排水通道9间隔设有多个。为了便于排水，横向排水通道9的横坡度为2％。

可承压透水材料19为织物或者绳索，织物多层叠置或卷成束以承压。织物包括针织布、梭织布或编织物。绳索为条状物，可为实心，可为空心。绳索可以由多种分类方法。按采用的纤维种类分类，可将绳索分成天然纤维绳和化学纤维绳，亚麻绳、天麻绳属于天然纤维绳索，而Kevlar绳、Vectran绳则属于化学纤维绳；按制造工艺分类，可分为捻绳、编织绳和平行纤维绳；按绳索直径大小分类，可分为绳、索、缆。绳一般有塑料绳、麻绳、尼龙绳、棉绳、草绳等种类。进一步优选地，织物优选麻织物，绳优选麻绳。

可承压透水材料19具有以下优点：全方位透水、透水性能好；耐压且不需考虑材料使用寿命；不需考虑材料腐蚀及抗微生物侵蚀。绳还具有以下优点：整体连续性好，无接头，衔接方便；重量轻，施工简易便捷；一次施工成型，不需立模。

如图2、3所示，可承压的隧道底部结构排水体系还包括拱墙，拱墙包括从外至内设置的初期支护1、防水层3和二次衬砌4，初期支护1与防水层3之间间隔设有环向排水盲管2，环向排水盲管2的两端分别连接纵向排水盲管8，纵向排水盲管8的管壁上间隔设有多个出水口，出水口通过横向排水盲管5连通排水侧沟6，纵向排水盲管8高于中央排水沟7。地下水通过初期支护1渗透进入埋设于二次衬砌4内的环向排水盲管2，再分别经由纵向排水盲管8与横向排水盲管5进入排水侧沟6，在仰拱与仰拱填充混凝土浇筑时，预先将直径Φ＝100mm可承压透水材料19埋设固定在预定位置进行一体浇筑，当浇筑混凝土固化成型后埋设其中的可承压透水材料19例如麻绳即形成天然的横向排水通道9，排水侧沟6中汇集的水通过横向排水通道9进入中央排水沟7，最终排出隧道体外。

可承压的隧道底部结构排水体系还包括仰拱，传统方法中侧沟水引排至中心排水沟时采用的都是φ100mm的PVC排水管，其缺点是PVC管热稳定较差，在隧道底部仰拱与填充(共同)浇筑时因施工荷载以及产生水化热导致PVC管变形，PVC管柔性较差，在施工荷载以及热应力作用下容易开裂。而且，针对隧道底部即仰拱下方无法通过埋设于二次衬砌内4的排水盲管系统排出隧道体外的地下水，本实用新型进一步的，在中央排水沟7下方埋设可承压透水材料19形成竖向排水通道10，将可承压透水材料19埋在混凝土内。竖向排水通道10间隔设有多个，中央排水沟7底部间隔设有多个进水口，竖向排水通道10一端伸出仰拱，竖向排水通道10另一端与中央排水沟7的进水口连接。由于仰拱上部地下水通过排水盲管系统以及横向排水通道最终汇集流入中央排水沟7中，为防止中央排水管7中汇集的地下水通过竖向排水通道10倒流进入隧道底部，在竖向排水通道10的出水口或中央排水管7的进水口设有单向装置。

将适当长度的可承压透水材料19例如麻绳一端固定在隧道底部围岩上，另一端则固定在中央排水沟7底部中心位置，当初期支护1喷射混凝土以及仰拱与仰拱填充共同浇筑混凝土固化成型之后，可承压透水材料19在中央排水沟7与隧道底部地下水之间形成竖向排水通道10，隧道底部积水在水头压力作用下打开单向装置进入中央排水沟7。

单向装置可以为现有的单向阀，本实用新型公开另一种结构的单向装置，如图7、8所示，单向装置包括压缩弹簧21和用于盖住进水口的活动盖板23，活动盖板23的一侧与中央排水沟7转动连接，活动盖板23位于进水口上方，压缩弹簧21一端与中央排水沟7的顶板20连接，压缩弹簧21另一端与活动盖板23连接。活动盖板23通过活页与中央排水沟7转动连接。

本实用新型在竖向排水通道10的出口处设计一块可转动的活动盖板23，并采用一定刚度的压缩弹簧21连接中央排水沟顶板20与活动盖板23。如图8所示，当隧道底部仰拱下方积水水压大于活动盖板23的自重与压缩弹簧21的压力之和时，隧道底部积水就在水头压力的作用下，隧道底部积水在水头压力作用下进入竖向排水通道10，推动活动盖板23绕活页转轴结构22转动，顶开活动盖板23进入中央排水沟7，最终排出隧道体外；如图7所示，当隧道底部水压力减小，积水水压小于活动盖板23的自重与压缩弹簧21的压力之和时，活动盖板23即在压缩弹簧21和盖板自重重量的作用下重新合上，从而使得中央排水沟中的水不会沿竖向排水通道10倒流进入仰拱下部。

本实用新型还公开可承压的隧道底部结构排水体系的施工方法，包括以下步骤:

步骤1、初期支护喷射混凝土固化成型后，架立排水侧沟6与中央排水沟7的混凝土浇筑模板；

步骤2、将作为横向排水通道9用的可承压透水材料19的一端固定在排水侧沟6浇筑模板的内侧壁，其另一端固定在中央排水沟7浇筑模板的侧壁上；

步骤3、浇筑混凝土，待混凝土固化成型后，预埋的可承压透水材料19就形成横向排水通道9；

步骤4、在中央排水沟7的浇筑模板中浇筑中央排水沟7，在排水侧沟6的浇筑模板中浇筑排水侧沟6。

当隧道包括仰拱时，可承压的隧道底部结构排水体系的施工方法，包括以下步骤:

步骤1、在初期支护施工前，将作为竖向排水通道10用的可承压透水材料19的一端固定在隧道底部围岩上，然后喷射混凝土施作初期支护；

步骤2、初期支护喷射混凝土固化成型后，架立排水侧沟6与中央排水沟7的混凝土浇筑模板；

步骤3、将作为竖向排水通道10用的可承压透水材料19的另一端固定在中央排水沟7的浇筑模板底面中央；将作为横向排水通道9用的可承压透水材料19的一端固定在排水侧沟6浇筑模板的内侧壁，其另一端固定在中央排水沟7浇筑模板的侧壁上；

步骤4、同时浇筑仰拱与仰拱填充混凝土，待共同浇筑混凝土结构固化成型后，预埋的两个可承压透水材料分别形成横向排水通道9与竖向排水通道10；

步骤4、在中央排水沟7的浇筑模板中浇筑中央排水沟7，在排水侧沟6的浇筑模板中浇筑排水侧沟6。

为了便于安装可承压透水材料19，本实用新型在可承压透水材料19的两端均设置有螺栓钢套管端头固定装置11，如图4、5、6所示，螺栓钢套管端头固定装置11包括套管和中心固定螺栓15，套管包括上环24和下环25，上环24和下环25左端和右端均轴向设有套管侧向翼板18，上环24的套管侧向翼板18与下环25的套管侧向翼板18可拆卸连接，上环24和下环25的尾端径向设有套管尾部翼环13，可承压透水材料19的端部嵌套在套管之中并伸出套管尾部，中心固定螺栓15径向穿过套管。

使用时，将可承压透水材料例如麻绳嵌套在套管之中，上下半环通过套管两侧的套管侧向翼板上的八颗侧翼固定螺母16与四颗侧翼固定螺栓17贴合固定。如图6所示图中箭头为装置构件拼装方向，通过将中心固定螺栓15经由上环24和下环25的开孔插入并贯穿可承压透水材料19，再用两颗中心固定螺母14进行固定，从而实现可承压透水材料19与套管主体结构12的紧固。并且通过套管尾部翼环13使得螺栓钢套管端头固定装置11与固定平面间具有更大的接触面积，进而使可承压透水材料19与相关紧固件能够更加稳定持久的固定于预定位置，保障了竖向排水通道10与横向排水通道9的一次准确浇筑成型。

实际工程中隧道底部结构施工顺序为：初期支护喷射混凝土→架立模板→仰拱及仰拱填充混凝土浇筑→浇筑排水侧沟及中央排水沟。在初期支护施工前，将作为竖向排水通道10用的可承压透水材料19例如麻绳下端通过螺栓钢套管端头固定装置11固定在底部围岩上，然后喷射混凝土施作初期支护1。

初期支护喷射混凝土固化成型后架立排水侧沟6与中央排水沟7的混凝土浇筑模板。模板架立完毕后，将可承压透水材料上端通过螺栓钢套管端头固定装置11固定在中央排水沟7浇筑模板底面中央部位；将作为横向排水通道9用的可承压透水材料19例如麻绳一端通过螺栓钢套管端头固定装置11固定在排水侧沟6浇筑模板的内侧壁，另一端同样使用螺栓钢套管端头固定装置11固定在按照设计要求的横向排水坡度2％预先计算设定的位于中央排水沟浇筑模板侧壁的预定位置上。

其中，相邻两个横向排水通道9间距5m-50m，相邻两个竖向排水通道10间距5m-50m。进一步优选地，相邻两个横向排水通道9间距10m，相邻两个竖向排水通道10间距10m。如图3所示，相邻两个横向排水通道9的中心位置设有1个竖向排水通道10。此外相邻两个环向排水盲管2间距10m，横向排水通道9与环向排水盲管2轴向对齐；纵向排水盲管8直径100mm，环向排水盲管2直径50mm。

将作为竖向排水通道10用的可承压透水材料与作为横向排水通道9用的可承压透水材料预埋完成后，再同时浇筑仰拱与仰拱填充部分混凝土，待共同浇筑混凝土结构固化成型后，预埋的可承压透水材料就会分别形成横向排水通道9与竖向排水通道10。此时即可拆卸相关的螺栓钢套管端头固定装置11，拆卸下来的螺栓钢套管端头固定装置11按相关要求保管，以便于后续施工中的重新拼装固定使用。同时可剪断可承压透水材料例如麻绳在固定端头多余的部分，便于后续排水侧沟与中央排水沟混凝土的浇筑工作。最后在预先架立的模板中分别浇筑排水侧沟6与中央排水沟7。

本实用新型预先在隧道底部侧沟与中心沟、中心沟与隧道底部设置可承压透水材料例如麻绳。具有以下优点：①可顺利将侧沟水引排至中心水沟；②顺利将地下富水引排至中心水沟，有效降低隧道底部水压，减小隧道底部水压对隧道结构破坏；③通过设置受压弹簧及盖板，可防止侧沟水倒灌进入隧道底部；④透水、排水性能好，能满足隧道排水量需求，而且可防止排水通道阻塞；⑤施工完成后，允许材料破坏且不考虑材料使用寿命，随着隧道使用年限增加，隧道排水效果越来越好；⑥整体连续性好，无接头，施工简便且一次施工成型，便于大规模推广。

当然，本实用新型还可有其它多种实施方式，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。