一種穿越多年凍土區與非凍土區的隧道排水系統的製作方法

2023-06-25 02:18:26

專利名稱：一種穿越多年凍土區與非凍土區的隧道排水系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種隧道排水系統，具體涉及一種穿越多年凍土區與非凍土區的隧道排水系統。
背景技術：
寒區隧道凍害現象普遍比較嚴重，常導致隧道內路面結冰，形成冰柱，襯砌結構破壞甚至報廢，嚴重影響隧道的正常運行和安全，而水是寒區隧道產生凍害的根源，必須解決好寒區隧道的排水問題。當隧道既穿越多年凍土區又穿越非凍土區時，是最為複雜的一類隧道，在多年凍土段既要保護多年凍土，不被融化，防止季節融化層的凍融作用；在非凍土段應保溫防凍，防止圍巖被凍結以及凍融作用，防止地下水滲入。此類隧道的關鍵是要是排水系統暢通，防止寒季滲漏水並防止凍結，防止暖季多年凍土融化發生融沉。為了順利排除寒區隧道的地下水，防止地下水凍結，一般在隧址最大凍結深度以下修建深埋中心水溝或防寒洩水洞，利用地溫達到使水流不凍結的目的。當隧道既穿越多年凍土區又穿越非凍土區時，則需要在隧道非凍土段下修建深埋中心水溝或防寒洩水洞。為保證隧道排水溝(洞)的排水坡度，需在多年凍土段隧道下修建防寒洩水洞或深埋中心水溝，與非多年凍土段的深埋中心水溝相連接，將地下水排至洞外。以上排水系統布置方式存在的問題為首先在隧道多年凍土段下修建的防寒洩水洞或深埋中心水溝，施工擾動會成為一個熱源，會使多年凍土區的凍土融化，可能導致地層融沉變形，給隧道的整體結構安全帶來影響；第二，當防寒洩水洞和深埋中心水溝直接穿越多年凍土區時，需要採用相應的保溫隔熱措施來防止水流被凍結以及防止周圍凍土融化，如果處理不當，冬季會導致水流凍結，失去排水功能；夏季出現水流滲漏會使洩水洞周圍多年凍土融化，形成融化圈，可能使襯砌基礎發生不均勻沉降；第三，在隧道多年凍土區下部修築防寒洩水洞時，若防寒洩水洞先行，因其斷面小，施工進度慢，會影響主洞的開挖進度，而若主洞先行，再修築防寒洩水洞，則會影響主洞的結構安全。

實用新型內容本實用新型的目的是為了解決多年凍土區修建洩水洞的不足之處，提供一種能適應多年凍土區與非凍土區銜接過渡區域，避免隧道排水系統發生凍結的穿越多年凍土區與非凍土區的隧道排水系統。本實用新型所採用的技術方案是一種穿越多年凍土區與非凍土區的隧道排水系統，其特徵在於所述的隧道排水系統分為多年凍土段和非凍土段；所述非凍土段隧道左、右線各自設置有沿隧道環向鋪設的環向排水盲管，環向排水盲管接入位於隧道拱腳的縱向排水盲管，縱向排水盲管通過橫嚮導水管接入位於隧道路面下方中央位置的深埋中心水溝；所述的隧道左、右線的兩條深埋中心水溝在非凍土段和多年凍土段的交界處通過導水洞接入位於隧道左、右線之間中心位置最大凍結深度以下的防寒洩水洞中；所述的多年凍土段的隧道左、右線各自設置有沿隧道環向鋪設的環向排水盲管，環向排水盲管接入位於隧道拱腳的縱向排水盲管，縱向排水盲管通過橫嚮導水管接入位於隧道路面兩側的保溫水溝中。當在隧道多年凍土段與非凍土段的交界處有比經由洞口引排短的出口時，防寒洩水洞從該處直接引至山體表面。 當隧道左、右線間距較大時，防寒洩水洞在隧道左、右線中間處最大凍結深度以下，從多年凍土段和非凍土段的交界處，穿過多年凍土段引到隧道洞外；當隧道左、右線間距較小時，防寒洩水洞在左線或右線的外側一定距離處最大凍結深度以下，從多年凍土段和非凍土段的交界處，穿過多年凍土段引到隧道洞外；當為單線隧道時，防寒洩水洞在隧道軸線外側一定距離處最大凍結深度以下，從多年凍土段和非凍土段的交界處，穿過多年凍土段引到隧道洞外。在多年凍土與非凍土段形成的過渡區中，深埋中心水溝可通過一道或多道導水洞接入防寒洩水洞中。本實用新型具有以下優點和效果本實用新型在隧道左、右線中間或軸線外一側設置防寒洩水洞，在多年凍土段與非凍土段交界處將非多年凍土段的地下水不經多年凍土段而引至洞外，從而不需在多年凍土段隧道下部增加任何排水設施，極大的減少了排水設施施工對主洞結構安全和施工進度的影響，同時保護了多年凍土的原始狀態，有利於隧道結構的長期穩定。此外，用一條防寒洩水洞替代左右兩條隧道凍土段下部的排水設施，還可以節省建設投資。當隧道多年凍土段與非凍土段交界處有比從洞口排水短的山體表面出口時，可以通過防寒洩水洞直接將深埋中心水溝中的地下水引至一側出口，避免對隧道下方多年凍土的擾動，保護多年凍土，防止融沉；同時，這種排水系統的布置方式既不會影響主洞施工進度，又不會影響主洞結構安全；此外，防寒洩水洞埋置在與隧址圍巖最大凍結深度之下，利用地溫使水流不凍結，達到隧道排水通暢的目的，為今後類似工程提供了借鑑。四
圖I為隧道多年凍土段與非凍土段排水系統縱向剖面圖。圖2為防寒洩水洞布置在隧道左右線之間的排水系統橫向布置剖面圖。圖3為防寒洩水洞布置在隧道左右線之間提前出洞排水系統平面布置圖。圖4為防寒洩水洞布置在隧道左右線之間從洞口側出洞排水系統平面布置圖。圖5為防寒洩水洞布置在隧道右線或左線外一側的排水系統橫向布置剖面圖。圖6為防寒洩水洞布置在隧道右線或左線一側提前出洞排水系統縱向剖面圖。圖7為防寒洩水洞布置在隧道右線或左線一側從洞口側出洞排水系統平面布置圖。圖8為隧道多年凍土段排水系統橫向布置剖面圖。圖9為隧道非凍土段排水系統橫向布置剖面圖。圖中，I-縱向排水管，2-橫嚮導水管，3-深埋中心水溝，4-環向排水盲管，5-防寒洩水洞，6-導水洞，7-隧道多年凍土段，8-隧道非凍土段，9-隧道主洞，10-保溫水溝，11-隔熱保溫層。[0029]五具體實施方式
下面結合具體實施方式
對本實用新型進行詳細的說明。本實用新型提供一種穿越多年凍土區和非凍土區的寒區隧道排水系統，能減少對多年凍土的擾動，防止多年凍土融化，保證隧道結構的整體安全，避免寒區隧道排水系統發生凍結，保證地下水順暢排出，同時為隧道正常運營提供保障。該系統的基本工作原理是使隧道多年凍土段與非凍土段的排水管溝相互獨立，減少防寒洩水洞施工對多年凍土的擾動破壞以及對隧道結構安全和施工進度的影響。在隧道非凍土段，環向排水盲管與縱向排水管相互連接，並通過橫嚮導水管將襯砌背後的水引至中心深埋水溝，中心深埋水溝埋置於隧址最大凍結深度之下，利用地溫達到使水流不凍結的目的；在隧道多年凍土段，環向排水盲管與縱向排水管相互連接，並通過橫嚮導水管將多年凍土融化產生的少量地下水引至保溫水溝排出洞外；在多年凍土段與非凍土段交界處，根據隧道左、右線間距、地形、地貌等因素，分為二種情況將非多年凍土段的地下水不經多年凍土段隧道正下方的防寒洩水洞引至洞外一是在隧道多年凍土與非凍土段交界處，通 過防寒洩水洞直接將深埋中心水溝中的地下水排至一側山體之外(見圖2、圖3、圖5、圖6)，提早出洞；二是通過導水洞將隧道左右線深埋中心水溝內的地下水匯集到左右線中間或隧道軸線一側的防寒洩水洞中沿隧道軸線方向排出洞外(見圖I、圖2、圖4、圖5、圖7)。隧道多年凍土段排水系統布置見圖8，非凍土段排水系統布置見圖9。本實用新型所述的一種穿越多年凍土區與非凍土區的隧道排水系統的具體布置方案如下隧道排水系統分為非凍土段和多年凍土段非凍土段的隧道左、右線各自設置有沿隧道環向鋪設的環向排水盲管4，環向排水盲管4接入位於隧道拱腳的縱向排水管1，縱向排水管I通過橫嚮導水管2接入位於隧道路面下方的深埋中心水溝3 ;隧道左、右線的兩條深埋中心水溝3在非凍土段和多年凍土段的交界處通過導水洞6接入位於隧道左、右線之間中心位置處最大凍結深度以下的防寒洩水洞5中；多年凍土段隧道左、右線各自設置有沿隧道環向鋪設的環向排水盲管4，環向排水盲管4接入位於隧道拱腳的縱向排水管1，縱向排水管I通過橫嚮導水管2接入位於隧道路面兩側的保溫水溝10。當隧道多年凍土段與非凍土段的交界處有比沿洞口方向排水短的山體表面出口時，防寒洩水洞5從該處引出山體外。若為非凍土，則只需使防寒洩水洞5的埋深大於隧址最大凍結深度即可，利用地溫避免水流在冬季被凍結，而無需再採取任何保溫措施。當隧道左、右線間距較大時，在左、右線之間合適位置布置防寒洩水洞5，使多年凍土段隧道左、右線位於防寒洩水洞5施工開挖影響範圍之外，以保證主洞結構安全；同時使隧道左、右線多年凍土段位於防寒洩水洞5凍融影響範圍之外，以避免主洞附近多年凍土融化，產生融沉現象。此外，因隧道左、右線中間的防寒洩水洞5直接穿過多年凍土，所以應採取適當的保溫措施，以避免水流凍結，保證排水系統的通暢。防寒洩水洞5沿隧道軸線方向從多年凍土段與非凍土段交界處開始，至隧道洞口外洩水洞保溫出水口處截止。在非凍土段隧道左、右線下部布置中心深埋水溝3，並通過橫嚮導水洞6與環、縱向排水盲管相連，在隧道多年凍土段與非凍土段交界處將左、右線中心深埋水溝3中的水經導水洞6引至防寒洩水洞5並排出洞外。當隧道左、右線間距較小時，根據地形、地質條件及出口山坡情況，在隧道左線或右線外側合適位置布設防寒洩水洞5，使隧道左、右線多年凍土段位於防寒洩水洞施工開挖以及凍融影響範圍之外。此外，應使多年凍土段與非凍土段交界處的中心深埋水溝3到防寒洩水洞5的距離最短，以節省建設投資。若防寒洩水洞沿隧道軸向方向所穿越地層為多年凍土，則應採取適當的保溫隔熱措施以避免水流凍結；若為非凍土，則只需使防寒洩水洞5的埋深大於隧址最大凍結深度即可，利用地溫避免水流在冬季被凍結，而無需再採取保溫措施。防寒洩水洞5沿隧道軸線方向從多年凍土段與非凍土段交界處開始，至隧道洞口外洩水洞保溫出水口處截止。在非凍土段隧道左、右線下部布置中心深埋水溝3，並通過橫向排水管2與環、縱向排水盲管相連。在隧道多年凍土段與非凍土段交界處將左、右線中心深埋水溝3中的水經導水洞6引至防寒洩水洞5並排出洞外。考慮到受外界氣候條件影響，多年凍土與非凍土界線會發生變化；隧道開通運營後在不同季節洞內溫度場會發生變化，會在多年凍土與非凍土段形成一過渡區，變為季節性凍土段，針對上述情況，所述的深埋中心水溝3可通過一道或多道導水洞6接入防寒洩水洞5中。上述排水系統的施工由以下步驟實現
·[0040]步驟一隧道開挖分為多年凍土段與非凍土段。在多年凍土段應選擇在冬季施工，本著「保護凍土，防止融化」的原則組織施工；非冬季進行洞口段開挖時應設置遮陽棚或防曬網，防止邊仰坡融沉破壞，洞頂凍土融化。在非凍土段施工應本著「隔熱、防止圍巖凍融」的原則組織施工。隧道開挖後，首先對開挖範圍內的圍巖進行預加固，採用機械開挖或弱爆破開挖，開挖後及時噴射低溫混凝土、架立鋼拱架、打設鎖腳錨杆等初期支護，變形量超過警戒值時增加臨時仰拱。步驟二 在多年凍土段初期支護及二襯仰拱完成後，沿隧道環向鋪設環向排水管，拱腳處鋪設縱向排水管，並通過橫向排水管與保溫水溝連接。然後再鋪設防水板、保溫層，最後施作二襯及襯砌內表面隔熱保溫層。步驟三根據隧道左右線間距情況選擇防寒洩水洞的布設位置，從洞口處開始採用暗挖法按設計埋深在隧道左右線中間或一側施工防寒洩水洞，挖至多年凍土與非凍土段交界處。步驟四在非凍土段下臺階落底後，分段施作(或臨時封閉)初支仰拱，開挖隧底中心深埋水溝，預埋橫向排水管，水溝埋設後完成中間剩餘初支仰拱，澆築二襯仰拱。然後再鋪設防水板、保溫層，最後施作二襯。在非凍土段與多年凍土交界段，施作導水洞與中心深埋水溝相接，導水洞與防寒洩水洞相接。步驟五當山體地貌有條件在多年凍土與非凍土段交界處直接引至山體一側時，則從山體表面出口處開始開挖防寒洩水洞，開挖至多年凍土與非凍土交界處時，施作導水管與深埋中心水溝連接；步驟六當隧道開挖至非凍土段，按設計深度及尺寸施工深埋中心水溝，埋深橫向排水管與拱腳處的縱向排水管相連接，施作初支仰拱，然後施工二次襯砌仰拱，鋪設防水板澆築二次襯砌，鋪設二次襯砌內表面隔熱保溫層。
權利要求1.一種穿越多年凍土區與非凍土區的隧道排水系統，其特徵在於 所述的隧道排水系統分為多年凍土段和非凍土段； 所述非凍土段隧道左、右線各自設置有沿隧道環向鋪設的環向排水盲管(4)，環向排水盲管(4)接入位於隧道拱腳的縱向排水盲管(I )，縱向排水盲管(I)通過橫嚮導水管(2)接入位於隧道路面下方中央位置的深埋中心水溝(3)；所述的隧道左、右線的兩條深埋中心水溝(3)在非凍土段和多年凍土段的交界處通過導水洞(6)接入位於隧道左、右線之間中心位置最大凍結深度以下的防寒洩水洞(5)中；所述的多年凍土段的隧道左、右線各自設置有沿隧道環向鋪設的環向排水盲管(4)，環向排水盲管(4)接入位於隧道拱腳的縱向排水盲管(1)，縱向排水盲管(I)通過橫嚮導水管(2)接入位於隧道路面兩側的保溫水溝(10)中。
2.根據權利要求I所述的一種穿越多年凍土區與非凍土區的隧道排水系統，其特徵在於 當在隧道多年凍土段與非凍土段的交界處有比經由洞口引排短的出口時，防寒洩水洞(5)從該處直接引至山體表面。
3.根據權利要求I或2所述的一種穿越多年凍土區與非凍土區的隧道排水系統，其特徵在於 當隧道左、右線間距較大時，防寒洩水洞(5)在隧道左、右線中間處最大凍結深度以下，從多年凍土段和非凍土段的交界處，穿過多年凍土段引到隧道洞外； 當隧道左、右線間距較小時，防寒洩水洞(5)在左線或右線的外側一定距離處最大凍結深度以下，從多年凍土段和非凍土段的交界處，穿過多年凍土段引到隧道洞外； 當為單線隧道時，防寒洩水洞(5)在隧道軸線外側一定距離處最大凍結深度以下，從多年凍土段和非凍土段的交界處，穿過多年凍土段引到隧道洞外。
4.根據權利要求3所述的一種穿越多年凍土區與非凍土區的隧道排水系統，其特徵在於 在多年凍土與非凍土段形成的過渡區中，深埋中心水溝(3)可通過一道或多道導水洞(6)接入防寒洩水洞(5)中。
專利摘要本實用新型涉及一種穿越多年凍土區與非凍土區的隧道排水系統。在多年凍土段隧道下方設置防寒洩水洞，防寒洩水洞施工擾動會使多年凍土發生融化，導致地層融沉及凍脹，影響隧道整體結構安全。本實用新型在與多年凍土相接非凍土段設置單層隔熱層防凍，設置中心深埋水溝或防寒洩水洞排水；在多年凍土段設置內外雙層隔熱層防凍與防融化，設置雙側保溫邊溝排水。通過在多年凍土段與非凍土段交界處設導水洞將洞內非多年凍土段的地下水引至位於隧道下方以外的防寒洩水洞引至洞外，從而不需在多年凍土段隧道下方增加任何排水設施，減少了洩水洞施工對主洞結構安全和施工進度的影響，同時保護凍土的原始狀態，利於隧道結構的穩定。
文檔編號E21F16/02GK202690131SQ20122024211
公開日2013年1月23日 申請日期2012年5月28日 優先權日2012年5月28日
發明者韓常領, 夏才初, 納啟財, 王掌軍, 王宇順, 陳紅偉 申請人:中交第一公路勘察設計研究院有限公司