一种隧道排水系统及其横向泄水管的施工方法与流程

1.本发明涉及隧道施工技术领域，具体地说，是涉及一种防止泄水孔钙化结晶封堵的隧道排水系统及其横向泄水管的施工方法。


背景技术：

2.参见图1和图2，在隧道工程工程施工中，在防排水系统的结构设计方面主要由环向排水管101和纵向排水管102形成衬砌排水系统，环向排水管101位于初期支护104和防水层105之间，每个环向排水管101的两端分别朝向对应的侧边水沟106一侧弯折并延伸至侧边水沟106靠近初期支护104一侧的侧壁1061，纵向排水管102沿着隧道的纵向延伸且其两端均朝向对应的侧边水沟106弯折，纵向排水管102的端部延伸至侧边水沟106靠近初期支护104一侧的侧壁1061，纵向排水管102和环向排水管101弯折后沿着横向延伸的部分也称为横向泄水管103。
3.随着在我国西南地区隧道的大量工程修建，在排水设施中均出现了一个较为棘手的问题：隧道排水管道出现钙化物结晶体，并且随着时间的变化其在管道内、管口淤积现象逐渐加重，甚至出现了管道堵塞的现象，直接对隧道工程的防排水体系造成破坏，产生严重的影响。
4.通过多家科研、施工单位针对该问题的前期现场勘查和调研工作，隧道内排水管道内钙化物结晶体与初支表面渗水部位的白色结晶体均为同一种物质，其是由碳酸钙和其他矿物质的沉积形成的。首先碳酸钙被含有二氧化碳的水分解后，生成碳酸氢钙溶液；而后水溶液顺沿着隧道内排水盲管、初支墙壁而下，直到抵达最终的出水口，此时，当溶液和空气接触，产生逆向的化学反应，碳酸钙被沉淀出来；进而导致隧道排水管道在孔口位置、初支表面产生白色的结晶体，类似于岩溶区域的钟乳石，其每年平均增长率为0.13毫米至3毫米，对隧道建设及后期维护使用都增加了难度。
5.现有一种隧道排水管道自动除结晶结构及具有该结构的隧道排水系统，通过对横向泄水管内采用物理旋转刷对管口进行清洗，从而解决隧道排水管内的钙质结晶堵塞排水管道的问题。该结构不能从根本上解决隧道泄水孔钙化结晶封堵的问题。
6.并且现有的针对隧道排水管道钙质结晶体的研究，主要是针对我国西南地区岩溶隧道中、灰岩地区的隧道而言，水质本身就含有大量的难溶性碳酸盐结晶。而成兰铁路隧道工程建设中所发现的堵塞问题，灰岩区段存在，非灰岩区段也同样会出现此类问题，故上述的现有研究技术成果并不全面，不能有效的指导所有铁路隧道工程的建设。


技术实现要素：

7.本发明的第一目的是提供一种防止泄水孔钙化结晶封堵的隧道排水系统，该隧道排水系统可适用于广泛区域的隧道泄水孔钙化结晶封堵的“预防”和“治理”两方面，彻底解决隧道内排水管道钙化物结晶体淤积堵塞的问题。
8.本发明的第二目的是提供一种上述隧道排水系统中横向泄水管的施工方法。
9.本发明的第三目的是提供另一种上述隧道排水系统中横向泄水管的施工方法。
10.本发明的第四目的是提供再一种上述隧道排水系统中横向泄水管的施工方法。
11.本发明的第五目的是提供还一种上述隧道排水系统中横向泄水管的施工方法。
12.为实现上述第一目的，本发明提供一种防止泄水孔钙化结晶封堵的隧道排水系统，隧道排水系统设置在隧道拱墙内，隧道拱墙包括沿着隧道径向自外而内依次布置的初期支护、防水层和二次衬砌，隧道拱墙的底部设置有沿着隧道的纵向延伸的侧边水沟；隧道排水系统包括环向排水管、纵向排水管和横向泄水管，环向排水管位于初期支护和防水层之间，纵向排水管埋设在隧道拱墙的底部并沿着隧道的纵向延伸，横向泄水管的内端与纵向排水管和/或环向排水管连通，横向泄水管的出水端延伸至侧边水沟；横向泄水管的内壁光滑，横向泄水管的斜度大于或等于5％，横向泄水管的出水端朝下弯折。
13.由上述方案可见，通过将横向泄水管设置成内壁光滑，斜度大，且端部向下弯折的方式，从而加快了横向泄水管的出水端接触空气一瞬间的排水速度，进而减少了出水端出来的水接触空气钙化反应的时间，使其结晶体不宜留存且不宜结晶堆积，从而在最大程度上减少了现有的方案中诱发出水口结晶的因素，整体结构设计简单有效、成本低廉、操作方便快捷，实施效果很好，在最大程度上解决了泄水孔钙化结晶体堵塞排水管的难题。该隧道排水系统可适用于广泛区域的隧道泄水孔钙化结晶封堵的“预防”和“治理”两方面，彻底解决隧道内排水管道钙化物结晶体淤积堵塞的问题。
14.一个优选的方案是，横向泄水管包括由硬质pvc材料制成的管主体和包裹在管主体外的过滤层，管主体的管壁上贯穿地设有多个进水孔。
15.由此可见，硬质pvc材料制成的管主体的内壁光滑，可以进一步提高横向泄水管内的水流速度。
16.一个优选的方案是，隧道拱墙内钻设有纵向坡度大于或等于5％的泄水孔，泄水孔自侧边水沟靠近隧道拱墙一侧的第一侧壁延伸至纵向排水管和/或所述环向排水管处，横向泄水管安装在泄水孔内。
17.一个优选的方案是，隧道拱墙内钻设有纵向坡度大于或等于5％的泄水孔，泄水孔包括第一泄水孔段和第二泄水孔段；第一泄水孔段自侧边水沟靠近隧道拱墙一侧的第一侧壁延伸至纵向排水管和/或环向排水管处，横向泄水管安装在第一泄水孔段内；第二泄水孔段自纵向排水管处穿过初期支护并延伸至初期支护径向外侧的围岩内，第二泄水孔段内设置有pvc泄水管，pvc泄水管与纵向排水管连接。
18.由此可见，对于隧道中富水段和围岩初期支护结晶体严重的段落，可以设置穿入围岩内的pvc泄水管，使水通过pvc泄水管进入纵向排水管内，进而通过横向泄水管排至侧边水沟。
19.为实现上述第二目的，本发明提供一种上述隧道排水系统中横向泄水管的施工方法，侧边水沟位于水沟电缆槽段；在完成水沟电缆槽段施工后，横向泄水管的施工方法包括：采用钻机，自水沟电缆槽段的外壁穿过侧边水沟并朝向初期支护一侧钻设泄水孔，泄水孔的纵向坡度大于或等于5％，泄水孔的内端延伸至纵向排水管和/或环向排水管处；将横向泄水管安装至泄水孔；采用环氧砂浆封堵水沟电缆槽段的外壁上的钻孔或者在水沟电缆槽段的外壁的钻孔内设置密封塞。
20.由上述方案可见，通过将横向泄水管设置成内壁光滑，斜度大，且端部向下弯折的
方式，从而加快了横向泄水管的出水端接触空气一瞬间的排水速度，进而减少了出水端出来的水接触空气钙化反应的时间，使其结晶体不宜留存且不宜结晶堆积，从而在最大程度上减少了现有的方案中诱发出水口结晶的因素，整体结构设计简单有效、成本低廉、操作方便快捷，实施效果很好，在最大程度上解决了泄水孔钙化结晶体堵塞排水管的难题。该隧道排水系统可适用于广泛区域的隧道泄水孔钙化结晶封堵的“预防”和“治理”两方面，彻底解决隧道内排水管道钙化物结晶体淤积堵塞的问题。此外，对于已完成水沟电缆槽段施工的隧道，可采用钻机自水沟电缆槽段的外壁穿过侧边水沟并朝向初期支护一侧钻设泄水孔后，在泄水孔内安装该横向泄水管，安装方式简单，且在安装横向泄水管后封堵水沟电缆槽段的外壁上的钻孔即可。另外，通过在水沟电缆槽段的外壁的钻孔内设置密封塞便于后期对横向泄水管的维护。
21.一个优选的方案是，横向泄水管的出水端向下延伸至靠近侧边水沟的底壁处，横向泄水管的折弯位置的顶部开设有排气孔。
22.由此可见，通过将横向泄水管的出水端向下延伸至靠近侧边水沟的底壁处，从而使得横向泄水管的出水端插入侧边水沟内排水面以下，可以隔绝空气，从而减少化学反应的条件，最大程度减少了化学反应的因素。另外，顶部预设排气孔的方式解决整体侧边水沟内水位淹没横向泄水管的出水端时所形成的大气压“密闭”现象，该方式可在很大程度上降低泄水孔出水口处钙化结晶形成的因素，且后期维护中可通过更换直角弯头即可实现。同时利用排气孔的设计还可以轻松解决排水通道的“密封”和后期维护的问题。
23.进一步的方案是，横向泄水管的出水端端部与侧边水沟的底壁之间的距离小于或等于3厘米。
24.由此可见，保证了出水端的端部能够伸入侧边水沟的排水面以下。
25.为实现上述第三目的，本发明提供另一种上述隧道排水系统中横向泄水管的施工方法，侧边水沟位于水沟电缆槽段；在完成水沟电缆槽段施工后，横向泄水管的施工方法包括：采用钻机，自水沟电缆槽段的外壁穿过侧边水沟并朝向初期支护一侧钻设泄水孔，泄水孔的纵向坡度大于或等于5％，泄水孔的内端穿过初期支护并延伸至初期支护径向外侧的围岩内；在围岩内的第二泄水孔段中安装pvc泄水管；在第一泄水孔段中安装横向泄水管；采用环氧砂浆封堵水沟电缆槽段的外壁上的钻孔或者在水沟电缆槽段的外壁的钻孔内设置密封塞。
26.由此可见，对于隧道中富水段和围岩初期支护结晶体严重的段落，可以设置穿入围岩内的pvc泄水管，使水通过pvc泄水管进入纵向排水管内，进而通过横向泄水管排至侧边水沟。
27.为实现上述第四目的，本发明提供再一种上述隧道排水系统中横向泄水管的施工方法，侧边水沟位于水沟电缆槽段，隧道拱墙的底部设置有仰拱，仰拱与二次衬砌通过矮边墙连接，水沟电缆槽段位于矮边墙远离初期支护的一侧；在完成矮边墙施工后且在水沟电缆槽段施工前，横向泄水管的施工方法包括：采用钻机，自矮边墙远离初期支护一侧的侧壁朝向初期支护一侧钻设泄水孔，泄水孔的纵向坡度大于或等于5％，泄水孔的内端延伸至纵向排水管和/或环向排水管处；将横向泄水管安装至泄水孔。
28.由此可见，对于未完成水沟电缆槽段施工的隧道，可采用钻机自矮边墙远离初期支护一侧的侧壁朝向初期支护一侧钻设泄水孔后，在泄水孔内安装该横向泄水管，安装方
式简单，且在安装横向泄水管后封堵水沟电缆槽段的外壁上的钻孔即可。
29.为实现上述第五目的，本发明提供还一种上述隧道排水系统中横向泄水管的施工方法，侧边水沟位于水沟电缆槽段，隧道拱墙的底部设置有仰拱，仰拱与二次衬砌通过矮边墙连接，水沟电缆槽段位于矮边墙远离初期支护的一侧；在完成矮边墙施工后且在水沟电缆槽段施工前，横向泄水管的施工方法包括：采用钻机，自矮边墙远离初期支护一侧的侧壁朝向初期支护一侧钻设泄水孔，泄水孔的纵向坡度大于或等于5％，泄水孔的内端穿过初期支护并延伸至初期支护径向外侧的围岩内；在围岩内的第二泄水孔段中安装pvc泄水管；在第一泄水孔段中安装横向泄水管。
附图说明
30.图1是现有的隧道的结构示意图。
31.图2是现有的隧道排水系统的局部示意图。
32.图3是采用本发明隧道排水系统第一实施例的隧道的结构示意图。
33.图4是采用本发明隧道排水系统第一实施例的隧道的局部结构示意图。
34.图5是本发明隧道排水系统第一实施例的结构示意图。
35.图6是本发明隧道排水系统第一实施例中横向泄水管的结构示意图。
36.图7是采用本发明隧道排水系统的横向泄水管的施工方法第二实施例形成的隧道的局部结构示意图。
37.图8是采用本发明隧道排水系统第二实施例的隧道的局部结构示意图。
38.图9是采用本发明隧道排水系统的横向泄水管的施工方法第四实施例形成的隧道的局部结构示意图。
39.以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
40.隧道排水系统及其横向泄水管的施工方法第一实施例：
41.参见图3至图5，本实施例的一种防止泄水孔钙化结晶封堵的隧道排水系统设置在隧道拱墙10内，隧道拱墙10包括沿着隧道径向自外而内依次布置的初期支护11、防水层12和二次衬砌13，隧道拱墙10的底部设置有仰拱15以及沿着隧道的纵向延伸的水沟电缆槽段14，水沟电缆槽段14设置有沿着隧道的纵向延伸的侧边水沟141和电缆槽142。仰拱15与二次衬砌13通过矮边墙16连接，水沟电缆槽段14位于矮边墙16远离初期支护11的一侧。
42.隧道排水系统包括多个环向排水管2、多个纵向排水管3和多个横向泄水管4，多个环向排水管2均位于初期支护11和防水层12之间并沿着隧道的纵向依次平行布置，每个环向排水管2的两端分别朝向对应的侧边水沟141一侧弯折，多个纵向排水管3均埋设在隧道拱墙10的底部并沿着隧道的纵向延伸，隧道的左右两侧均设置有多个纵向排水管3，且隧道同侧的纵向排水管3沿着隧道的纵向间隔布置，每个纵向排水管3的两端均朝向侧边水沟141弯折。隧道的纵向每版衬砌100的左右两侧各有一个环向排水管2、一个纵向排水管3和三个横向泄水管4，环向排水管2位于纵向排水管3的中部。位于隧道的纵向每版衬砌100同侧的三个横向泄水管4中，其中两个横向泄水管4分别连接在纵向排水管3的两端，另外一个横向泄水管4连接在环向排水管2的端部。
43.每个横向泄水管4的出水端均横向延伸至侧边水沟141内,且横向泄水管4的出水端朝下弯折并延伸至靠近侧边水沟141的底壁1411处，横向泄水管4的出水端端部与侧边水沟141的底壁1411之间的距离小于或等于3厘米，横向泄水管4的斜度大于或等于5％。
44.环向排水管2和纵向排水管3的结构均与现有技术相同，两者均采用外面包裹有过滤层的波纹管，并且环向排水管2和纵向排水管3均为盲管，即两个排水管的两端均被过滤层42包裹封堵。
45.参见图6，横向泄水管4包括由硬质pvc材料制成的管主体41和包裹在管主体41外的过滤层42，过滤层42采用土工布等，管主体41的端头处采用土工布进行包裹封堵，横向泄水管4与纵向排水管3连接位置处也采用土工布进行包裹密封。
46.管主体41的内壁光滑，管主体41的管壁上贯穿地设有多个进水孔410,进水孔410的直径在6毫米至8毫米范围内，沿着横向泄水管4的轴向上，相邻两个进水孔410错位布置，可选地，沿着横向泄水管4的轴向，相邻两个进水孔410在轴向上的间距d1为30厘米至40厘米范围内；沿着横向泄水管4的周向，相邻两个进水孔410在周向上的间距d2为3厘米至5厘米范围内。
47.管主体41包括泄水管段411、第一接头套管412、第二接头套管413和直角弯头414，泄水管段411与纵向排水管3/环向排水管2的端部通过第二接头套管413进行连接，泄水管段411与直角弯头414通过第一接头套管412连接，直角弯头414位于横向泄水管4的出水端。优选地，直角弯头414的下端延伸至靠近侧边水沟141的底壁1411处；或者在直角弯头414的下端部连接一竖直方向延伸的排水管，且排水管的下端延伸至靠近侧边水沟141的底壁1411处。
48.隧道拱墙10内钻设有纵向坡度大于或等于5％的多个泄水孔17，一部分泄水孔17自侧边水沟141靠近隧道拱墙10一侧的第一侧壁143延伸至纵向排水管3的端部，另一部分泄水孔17自侧边水沟141靠近隧道拱墙10一侧的第一侧壁143延伸至环向排水管2的端部，横向泄水管4安装在泄水孔17内，因此横向泄水管4的斜度等于泄水孔17的纵向坡度。
49.横向泄水管4上直角弯头414的顶部开设有排气孔415，排气孔415为圆孔，排气孔415的直径大于8毫米，通过将横向泄水管4的出水端插入侧边水沟141内排水面以下，可以隔绝空气，从而减少化学反应的条件，最大程度减少了化学反应的因素。同时利用排气孔415的设计还可以轻松解决排水通道的“密封”和后期维护的问题。
50.若在隧道排水系统铺设之前设置横向泄水管，只需要将纵向排水管3和环向排水管2朝向侧边水沟延伸的部分截短并在端部设置本发明的横向泄水管4即可。若在完成水沟电缆槽段14的施工后再设置横向泄水管4，其具体的施工方法包括如下步骤。首先，采用钻机，自水沟电缆槽段14的外壁144穿过侧边水沟141并沿着图4箭头方向朝向初期支护11一侧钻设泄水孔17，泄水孔17的纵向坡度大于或等于5％，泄水孔17的内端延伸至纵向排水管3和/或环向排水管2处。接着，将横向泄水管4安装至泄水孔17内并将横向泄水管4的内端与对应的第二接头套管413连接。最后，采用环氧砂浆封堵水沟电缆槽段14的外壁144上的钻孔145或者在水沟电缆槽段14的外壁144的钻孔145内设置密封塞。
51.由上可见，通过将横向泄水管设置成内壁光滑，斜度大，且端部向下弯折的方式，从而加快了横向泄水管的出水端接触空气一瞬间的排水速度，进而减少了出水端出来的水接触空气钙化反应的时间，使其结晶体不宜留存且不宜结晶堆积，另外，通过将横向泄水管
的出水端插入侧边水沟内排水面以下，可以隔绝空气，从而减少化学反应的条件，从而在最大程度上减少了现有的方案中诱发出水口结晶的因素，整体结构设计简单有效、成本低廉、操作方便快捷，实施效果很好，在最大程度上解决了泄水孔钙化结晶体堵塞排水管的难题。
52.该隧道排水系统可适用于广泛区域的隧道泄水孔钙化结晶封堵的“预防”和“治理”两方面，彻底解决隧道内排水管道钙化物结晶体淤积堵塞的问题。此外，对于已完成水沟电缆槽段施工的隧道，可采用钻机自水沟电缆槽段的外壁穿过侧边水沟并朝向初期支护一侧钻设泄水孔后，在泄水孔内安装该横向泄水管，安装方式简单，且在安装横向泄水管后封堵水沟电缆槽段的外壁上的钻孔即可。另外，通过在水沟电缆槽段的外壁的钻孔内设置密封塞便于后期对横向泄水管的维护。
53.隧道排水系统的横向泄水管的施工方法第二实施例：
54.作为本发明隧道排水系统中横向泄水管的施工方法第二实施例的说明，以下仅对与上述隧道排水系统中横向泄水管的施工方法第一实施例的不同之处予以说明。
55.参见图7，本实施例的横向泄水管24是在完成矮边墙216施工后且在水沟电缆槽段214施工前进行设置。
56.本实施例的横向泄水管24的施工方法包括：首先，采用钻机，自矮边墙216远离初期支护211一侧的侧壁2161朝向初期支护211一侧钻设泄水孔217，泄水孔217的内端延伸至纵向排水管23和/或环向排水管2的端部处。接着，将横向泄水管24安装至泄水孔217内并将横向泄水管24的内端与对应的第二接头套管2413连接。然后便可进行水沟电缆槽段214的施工。
57.隧道排水系统第二实施例：
58.作为本发明隧道排水系统第二实施例的说明，以下仅对与上述隧道排水系统第一实施例的不同之处予以说明。
59.参见图8，本实施例中，泄水孔317包括第一泄水孔段3171和第二泄水孔段3172。第一泄水孔段3171自侧边水沟341靠近隧道拱墙310一侧的第一侧壁3411延伸至纵向排水管33处，横向泄水管34安装在第一泄水孔段3171内。第二泄水孔段3172自纵向排水管33处穿过初期支护311并延伸至初期支护311径向外侧的围岩300内，第二泄水孔段3172内设置有pvc泄水管35，pvc泄水管35与纵向排水管33连接，泄水孔317在围岩300内延伸的深度大于或等于2米，pvc泄水管35的结构与横向泄水管34的结构相同，在此不再赘述，pvc泄水管35远离横向泄水管34的一端被土工布等过滤层包裹封堵。本实施例中，泄水孔317位于纵向排水管33的两端，环向排水管的端部仅开设有第一泄水孔段3171，安装在该第一泄水孔段3171内的横向泄水管34的内端与环向排水管的端部连接。
60.隧道排水系统的横向泄水管的施工方法第三实施例：
61.本实施例中的隧道排水系统中横向泄水管的施工方法是针对隧道排水系统第二实施例的施工方法。
62.参见图8，若在完成水沟电缆槽段314的施工后设置隧道排水系统第二实施例中的横向泄水管34，其具体的施工方法包括如下步骤。首先，采用钻机，自水沟电缆槽段314的外壁3141穿过侧边水沟341并朝向初期支护311一侧钻设泄水孔317，泄水孔317的纵向坡度大于或等于5％，泄水孔317的内端穿过初期支护311并延伸至初期支护311径向外侧的围岩300内。接着，在围岩300内的第二泄水孔段3172中安装pvc泄水管35。接着，在第一泄水孔段
3171中安装横向泄水管34，pvc泄水管35、纵向排水管33和横向泄水管34通过三通连接，横向泄水管34与环向排水管通过第二接头套管连接。最后，采用环氧砂浆封堵水沟电缆槽段314的外壁3141上的钻孔3140或者在水沟电缆槽段314的外壁3141的钻孔3140内设置密封塞。
63.由此可见，对于隧道中富水段和围岩初期支护结晶体严重的段落，可以设置穿入围岩内的pvc泄水管，使水通过pvc泄水管进入纵向排水管内，进而通过横向泄水管排至侧边水沟。
64.隧道排水系统的横向泄水管的施工方法第四实施例：
65.本实施例中的隧道排水系统中横向泄水管的施工方法是针对隧道排水系统第二实施例的另一种施工方法。
66.参见图9，本实施例的横向泄水管34是在完成矮边墙316施工后且在水沟电缆槽段314施工前进行设置。
67.本实施例的横向泄水管34的施工方法包括：采用钻机，自矮边墙316远离初期支护311一侧的侧壁3161朝向初期支护311一侧钻设泄水孔317，泄水孔317的内端穿过初期支护311并延伸至初期支护311径向外侧的围岩300内。接着，在围岩300内的第二泄水孔段3172中安装pvc泄水管35。最后，在第一泄水孔段3171中安装横向泄水管34，pvc泄水管35、纵向排水管33和横向泄水管34通过三通连接，横向泄水管34与环向排水管通过第二接头套管连接。然后便可进行水沟电缆槽段314的施工。
68.此外，环向排水管的两端也可以通过三通与对应的纵向排水管连接，这样，横向泄水管仅设置在纵向排水管的两端。排气孔的形状和尺寸可以根据需要进行改变。横向泄水管的出水端端部与侧边水沟的底壁之间的距离也可以大于3厘米，也即横向泄水管也可以靠近或高于侧边水沟的水面。上述改变也能实现本发明的目的。
69.最后需要强调的是，以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。