防止重载铁路隧道翻浆冒泥及基底下沉的排水装置及方法与流程

本申请涉及铁路隧道工程，特别是涉及防止重载铁路隧道翻浆冒泥及基底下沉的排水装置及方法。

背景技术：

1、重载铁路隧道在运营过程中，隧道基底通常存在基底涌水和道心积水等病害，这些隧道基底病害严重影响了隧道基底的结构性能和稳定性，进而严重影响了列车的正常运行。

2、目前，对隧道基底翻浆冒泥、基底下沉的整治方法较为简单，未能有效解决基底深层排水问题，且加固结构多为单一柔性或刚性体，无法适应重载列车长期循环荷载作用下的水力耦合破坏机制，难以确保隧道结构的稳定性。

3、因此，如何确保重载铁路隧道结构的稳定性，是一个需要解决的问题。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供防止重载铁路隧道翻浆冒泥及基底下沉的排水装置及方法，用以提高重载铁路隧道结构的稳定性。

2、第一方面，本申请提供了一种防止重载铁路隧道翻浆冒泥及基底下沉的排水装置，包括：

3、排水系统、盾构隧道、盾构管片以及刚性基层加固结构；

4、所述排水系统包括多个集水钻孔以及纵向排水盲沟；每一所述集水钻孔设置在隧道仰拱下方并延伸至基岩裂隙发育带或地下水位以下，每一所述集水钻孔与滤水管连接，形成竖向排水通道；所述纵向排水盲沟沿隧道纵向设置在所述隧道仰拱的底部，并与每一所述竖向排水通道底部连通，用于将所述集水钻孔排出的深层地下水，沿所述隧道纵向汇集，并通过隧道的侧沟排出；

5、所述盾构隧道在所述隧道仰拱下方，且位于多个所述集水钻孔之间，所述盾构隧道中包括所述盾构管片，用于支护所述盾构隧道；所述盾构管片包括多个弧形的钢筋混凝土管片，多个所述钢筋混凝土管片沿弧长方向两两依次连接固定；

6、所述盾构隧道内设置有所述刚性基层加固结构，所述刚性基层加固结构基于在钢筋笼上进行混凝土浇筑形成。

7、在其中一个实施例中，每一所述钢筋混凝土管片内预埋有对应的钢管混凝土构件，所述钢管混凝土构件基于在弧形钢管内浇筑混凝土形成，且所述弧形钢管的表面设有波纹，每一所述钢筋混凝土管片的弧长与对应的所述钢管混凝土构件的弧长相等；多个所述钢筋混凝土管片中的所述钢管混凝土构件沿弧长方向两两依次连接，以使多个所述钢管混凝土构件形成承压环。

8、在其中一个实施例中，所述钢管混凝土构件沿弧长方向的两端分别设有单向插接头和销钉；每两个所述钢管混凝土构件沿弧长方向通过所述单向插接头与所述销钉卡接固定。

9、在其中一个实施例中，所述单向插接头包括弹性锲块、弹簧及套管；所述套管的朝外开口固定在所述钢管混凝土构件的一端，所述弹簧内置在所述套管内；所述套管沿开口朝内方向逐渐扩张形成喇叭形滑动腔室，所述弹性锲块滑动安装在所述腔室内；

10、所述销钉的外表面直径沿所述销钉对应连接的所述钢管混凝土构件的方向逐渐缩减，形成喇叭形接头；所述销钉抵住所述弹性锲块沿插入方向滑动，以使所述弹性锲块贴着所述腔室壁沿插入方向移动并沿径向扩张；所述弹簧逆着插入方向抵住所述弹性锲块，以使所述弹性锲块贴着所述腔室壁逆着插入方向移动，并与所述销钉过盈配合以卡住所述单向插接头。

11、在其中一个实施例中，所述钢筋笼包括多根竖直钢筋和一根螺旋钢筋，多根所述竖直钢筋等间距圆周环绕设置，所述螺旋钢筋设于多根所述竖直钢筋的外部，并与多根所述竖直钢筋固定连接形成整体钢筋笼；多根所述竖直钢筋的顶部均向外弯折，以使所述钢筋笼的顶部形成有伞状的外露端，所述钢筋笼的底部为插入端，且所述外露端的直径大于所述插入端的直径。

12、在其中一个实施例中，所述外露端的端面上固定连接弹簧或弹性橡胶垫层。

13、在其中一个实施例中，所述钢筋笼的外露端与插入端的衔接处设有45°的过渡面，且所述外露端的长度是所述插入端长度的六分之一。

14、在其中一个实施例中，所述钢筋混凝土管片上，开设有多个贯穿所述盾构管片壁的排水孔，所述排水孔在所有所述盾构管片拼装完成后，与所述纵向排水盲沟和/或所述集水钻孔的孔口位置相对应，所述排水孔内设有控制阀或单向阀。

15、在其中一个实施例中，所述盾构隧道内壁的底部铺设有由级配碎石或透水混凝土构成的透水过渡层。

16、第二方面，本申请还提供了一种排水装置的形成方法，包括：

17、在隧道仰拱的下沿隧道纵向钻设多个集水钻孔，每一所述集水钻孔向下延伸至基岩裂隙发育带或地下水位以下；每一所述集水钻孔与滤水管连接，以形成竖向排水通道；

18、沿隧道纵向在所述隧道仰拱的底部设置纵向排水盲沟，以使所述纵向排水盲沟与每一所述竖向排水通道的底部相连通，形成排水系统，以将所述集水钻孔排出的深层地下水，沿所述隧道纵向汇集，并通过隧道的侧沟排出；

19、在所述排水系统设置完成后，于所述隧道仰拱的下方开挖盾构隧道，在所述盾构隧道开挖过程中同步拼装盾构管片，所述盾构管片包括多个弧形钢筋混凝土管片，多个所述钢筋混凝土管片沿弧长方向两两依次连接固定；

20、在所述盾构隧道贯通后，于所述盾构管片内壁的底部铺设由级配碎石或透水混凝土构成的透水过渡层；

21、将钢筋笼放入所述盾构隧道内，所述钢筋笼的底部为插入端，顶部为直径大于所述插入端的外露端，所述外露端的端面固定连接弹簧或弹性橡胶垫层；放置时，以使所述钢筋笼的插入端向下插入基底，并利用所述外露端卡接在所述透水过渡层或基底表面上，以限制所述钢筋笼的倾斜与偏位；

22、向所述盾构隧道内进行混凝土浇筑，在浇筑过程中，首先浇筑微膨胀混凝土使其渗入基底深层空隙形成加固区，随后浇筑钢纤维混凝土形成基层加固结构。

23、第三方面，本申请还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现第二方面的排水装置的形成方法的步骤。

24、第四方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现第二方面的排水装置的形成方法的步骤。

25、第五方面，本申请还提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现第二方面的排水装置的形成方法的步骤。

26、在上述实现过程中，通过竖向排水通道和纵向排水盲沟形成的排水系统，能够将基底深层地下水沿隧道纵向汇集，并通过隧道的侧沟排出，切断了隧道中水与细颗粒土结合产生泥浆的通道，从源头治理隧道翻浆冒泥的问题。并在隧道仰拱下方设置盾构隧道，以及在盾构隧道中设置由多个弧形的钢筋混凝土管片构成的盾构管片，使盾构管片支撑盾构隧道，从而提高盾构隧道的刚度和承载力，进而提高隧道衬砌的稳定性。然后在盾构隧道中增设由钢筋笼上进行混凝土浇筑形成的刚性基层加固结构，进一步地通过钢筋混凝土结构来提高盾构隧道的稳定性，以提高隧道在复杂地质条件下结构的稳定性。

1.一种防止重载铁路隧道翻浆冒泥及基底下沉的排水装置，其特征在于，包括：排水系统、盾构隧道、盾构管片以及刚性基层加固结构；

2.根据权利要求1所述的排水装置，其特征在于，每一所述钢筋混凝土管片内预埋有对应的钢管混凝土构件，所述钢管混凝土构件基于在弧形钢管内浇筑混凝土形成，且所述弧形钢管的表面设有波纹，每一所述钢筋混凝土管片的弧长与对应的所述钢管混凝土构件的弧长相等；多个所述钢筋混凝土管片中的所述钢管混凝土构件沿弧长方向两两依次连接，以使多个所述钢管混凝土构件形成承压环。

3.根据权利要求2所述的排水装置，其特征在于，所述钢管混凝土构件沿弧长方向的两端分别设有单向插接头和销钉；每两个所述钢管混凝土构件沿弧长方向通过所述单向插接头与所述销钉卡接固定。

4.根据权利要求3所述的排水装置，其特征在于，所述单向插接头包括弹性锲块、弹簧及套管；所述套管的朝外开口固定在所述钢管混凝土构件的一端，所述弹簧内置在所述套管内；所述套管沿开口朝内方向逐渐扩张形成喇叭形滑动腔室，所述弹性锲块滑动安装在所述腔室内；

5.根据权利要求1所述的排水装置，其特征在于，所述钢筋笼包括多根竖直钢筋和一根螺旋钢筋，多根所述竖直钢筋等间距圆周环绕设置，所述螺旋钢筋设于多根所述竖直钢筋的外部，并与多根所述竖直钢筋固定连接形成整体钢筋笼；多根所述竖直钢筋的顶部均向外弯折，以使所述钢筋笼的顶部形成有伞状的外露端，所述钢筋笼的底部为插入端，且所述外露端的直径大于所述插入端的直径。

6.根据权利要求5所述的排水装置，其特征在于，所述外露端的端面上固定连接弹簧或弹性橡胶垫层。

7.根据权利要求5所述的排水装置，其特征在于，所述钢筋笼的外露端与插入端的衔接处设有45°的过渡面，且所述外露端的长度是所述插入端长度的六分之一。

8.根据权利要求1所述的排水装置，其特征在于，所述钢筋混凝土管片上，开设有多个贯穿所述盾构管片壁的排水孔，所述排水孔在所有所述盾构管片拼装完成后，与所述纵向排水盲沟和/或所述集水钻孔的孔口位置相对应，所述排水孔内设有控制阀或单向阀。

9.根据权利要求1所述的排水装置，其特征在于，所述盾构隧道内壁的底部铺设有由级配碎石或透水混凝土构成的透水过渡层。

10.一种排水装置的形成方法，其特征在于，所述方法包括：