一种隧道衬砌背后地下水限量排放装置及系统

1.本发明属于建筑工程技术领域的隧道衬砌背后地下水限量排放，具体涉及公路、铁路、市政等富水或环境敏感区隧道地下水限量排放装置，进一步涉及相关隧道衬砌背后地下水限量排放系统。


背景技术：

2.当前交通行业隧道衬砌背后的pvc出水排放管功能原则有，但开发的不够深入和全面，尤其是钻爆法施工的隧道涉及富水和环境敏感点的地下水排放设计，更需要深入创新性研发限量排放装置，其不仅可以保护隧道衬砌结构，还可以保护隧道建成后周边水资源和可持续发展的原生态环境，这是对社会自然资源和环境的尊重和重视。所以积极提高隧道绿色智能建造技术，可以更好地服务我们国家交通隧道建设，提高隧道建设质量和水平，大力推动环境敏感点或富水交通隧道科技进步。
3.目前有关隧道衬砌背后地下水排放型式多样，但限量排放做得不够深入，效果不理想。因此，有必要设计一种新的隧道衬砌背后地下水限量排放装置及系统，以克服上述问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供了一种隧道衬砌背后地下水限量排放装置及系统，本发明至少解决了现有技术中的部分问题。
5.本发明是这样实现的：
6.本发明提供一种隧道衬砌背后地下水限量排放装置，该装置位于隧道边墙墙脚处，沿水流方向始于初喷混凝土层，通过复喷混凝土层，贯穿防水板，通过二次衬砌和检修井，与隧道排水边沟连通，该装置包括出水排放管、出水排放管始端地下水聚引作用的篦笼结构、出水排放管中部检修段中可依据水压实时调节排放流量的限流阀结构。
7.进一步地，所述篦笼结构为碗型篦笼，碗型篦笼一部分设于所述复喷混凝土层内，一部分设于二次衬砌外侧空间，位于复喷混凝土层内的部分大于位于二次衬砌外侧空间的部分，所述碗型篦笼的碗口设有一过水篦网，扣在所述初喷混凝土层壁上，所述碗型篦笼的碗底端与所述出水排放管进水端相连通，所述碗型篦笼的碗壁四周与衬砌背后环向和纵向的排水盲管相连通，或者所述碗型篦笼的碗壁亦具备过水能力，碗壁四周与衬砌背后环向和纵向的排水带相连通。
8.进一步地，所述防水板供所述出水排放管贯穿处设有管板联结密封件，所述管板联结密封件包裹的所述出水排放管的外壁四周不透水。
9.进一步地，所述限流阀结构放置于所述检修井内。
10.进一步地，所述限流阀结构外型为倒t形，所述倒t形的横“一”为所述限流阀结构的水力通道，与所述出水排放管的水力通道一致，所述倒t形的竖“1”为所述限流阀结构上部设可安放或取出检修桶的空间，所述空间竖向内侧环壁与所述检修桶环向外壁密贴，所
述空间顶部为限流阀检修口，所述检修桶顶端正面中心设有便于安放或取出所述检修桶的固定提拉鼻，所述检修桶的底板依水流方向分别设有与底板垂直且与所述水力通道正交的固定弧面板和固定矩形面板，所述弧面板固定于所述检修桶底板迎水面前端，所述矩形面板固定于所述检修桶底板的中心附近，所述弧面板和所述矩形面板设置深度为所述水力通道的横断面中间部位，所述矩形面板的底端采用合页型式以转动轴铰接固定阀芯叶瓣，所述转动轴水平设置且与所述水力通道正交，所述阀芯叶瓣围绕所述转动轴可沿切线方向即所述水力通道方向转动，所述弧面板下缘与所述阀芯叶瓣下部面对面间通过弹簧相连，所述阀芯叶瓣无水压时与所述水力通道方向正交，即与所述水力通道横断面的下半断面内壁密贴，所述阀芯叶瓣受最大水压时围绕所述转动轴转动角度幅限30
°
～60
°
。
11.进一步地，所述限流阀检修口设有机械防水封盖。
12.本发明还提供一种隧道衬砌背后地下水限量排放系统，包括隧道结构和若干上述的一种隧道衬砌背后地下水限量排放装置，各所述隧道衬砌背后地下水限量排放装置沿隧道的长度方向间隔设置。
13.本发明具有以下有益效果：
14.本发明提供的隧道衬砌背后地下水限量排放装置，结构简单，可实现地下水有压限量排放，控水效果好，且可对限流阀结构中的阀芯叶瓣或弹簧进行维护或更新，延长装置的使用寿命。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
16.图1为本发明实施例提供的隧道两侧墙脚出水排放管的安装环境示意图；
17.图2为本发明实施例提供的图1中a处放大示意图；
18.图3为本发明实施例提供的图1中b处放大示意图；
19.图4为本发明实施例提供的图3的倒t形限流阀结构细部放大图；
20.图5为本发明实施例提供的图3立面图中c-c剖面图；
21.图6为本发明实施例提供的图3立面图中d-d剖面图；
22.图7为本发明实施例提供的图3立面图中e-e俯视图。
23.附图标记：1—喷混凝土层；1-1—初喷混凝土层；1-2—复喷混凝土层；2—防水板；3—二次衬砌；4—地层围岩；5—隧道净空；6—仰拱填充；7—仰拱；8—电缆沟；8-1—检修井；9—出水排放管；10—篦笼结构；11—篦网；12—管板联结密封件；13—限流阀结构；13-1—限流阀水力通道；13-2—限流阀检修口；14—检修桶；15—提拉鼻；16—弧面板；17—矩形面板；18—叶瓣转动合页；19-阀芯叶瓣；19-1—叶瓣封水位置；19-2—叶瓣转动位置；20—弧形板下缘的拉鼻；21—叶瓣下缘的拉鼻；22—弹簧；23—机械防水封盖；24-排水边沟；25-中心水沟。
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
25.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
26.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“若干”的含义是两个或两个以上。
27.如图1～图7，本发明实施例一提供一种隧道衬砌背后地下水限量排放装置中，该装置位于隧道边墙墙脚处，沿水流方向始于初喷混凝土层1-1，通过复喷混凝土层1-2，贯穿防水板2，通过二次衬砌3和检修井8-1，与隧道排水边沟24连通，检修井采用可供出水排放管通过的限流阀结构13的专用检修井，该装置包括出水排放管9、出水排放管9始端地下水聚引作用的的篦笼结构10、出水排放管9中部检修段中可依据水压实时调节排放流量的限流阀结构13，篦笼结构10设于出水排放管9的起始端(如图1中a处)，限流阀结构13设于出水排放管9的中部检修段(如图1中b处)，出水排放管9静水自然水力坡度由高处篦笼结构10排至低处限流阀结构13，然后排至较低处排水边沟24，隧道有中心水沟的接着排至更低处中心水沟25。
28.所述篦笼结构10为碗型篦笼，如图2，主要设于所述复喷混凝土层1-2内，稍许占用二次衬砌3外侧空间，所述碗型篦笼的碗口设有一过水篦网11，扣在所述初喷混凝土层1-1壁上，所述碗型篦笼的碗底端与所述出水排放管9进水端相连通，所述碗型篦笼的碗壁亦具备过水能力，碗壁四周与衬砌背后环向和纵向的排水盲管(沟)相连通，或者碗壁四周与衬砌背后环向和纵向的排水带相连通。篦笼和周边盲沟(排水带)能够自然汇聚围岩裂隙水，当碗型篦笼堵塞时，可以通过柔性探管对其清洗维护。
29.出水排放管9贯穿防水板2和二次衬砌3，所述防水板2供所述出水排放管9贯穿处设有管板联结密封件12，所述管板联结密封件12包裹的所述出水排放管9的外壁四周不透水。所述管板联结密封件12包括依次套设于所述出水排放管9上的固定小垫圈、第一活动大垫圈、第二活动大垫圈和锁固螺母，所述固定小垫圈与所述出水排放管9固定连接，所述固定小垫圈位于喷混凝土层1的复喷混凝土层1-2旁，所述第一活动大垫圈位于所述固定小垫圈与所述防水板2之间且紧贴所述防水板2设置，所述锁固螺母紧连二次衬砌3，所述第二活动大垫圈位于所述锁固螺母与所述防水板2之间且紧贴所述防水板2设置，通过锁紧所述锁固螺母，确保防水板2上供所述出水排放管9通过的位置四周密封不透水。
30.所述限流阀结构13为可维护的水压无级调节限流阀，所述限流阀结构13放置于检修井8-1内。
31.所述限流阀结构13包括限流阀水力通道13-1，所述出水排放管9与所述限流阀水
力通道13-1连通，所述限流阀水力通道13-1内设有依据水压实时调节排放流量的阀芯叶瓣19。
32.所述限流阀结构13外型为倒t形，其横“一”和竖“1”的横断面形状有多种，本次实施方式均假定为常见圆形结构形状。所述倒t形的横“一”为所述限流阀结构13的限流阀水力通道13-1，与所述出水排放管9的水力通道一致；所述倒t形的竖“1”为所述限流阀结构13上部设可安放或取出检修桶14的空间，所述空间竖向内侧环壁与所述检修桶14环向外壁密贴，所述空间顶部为限流阀检修口13-2，所述限流阀检修口13-2设有机械防水封盖23，检修桶14顶端正面中心设有便于安放或取出检修桶14的固定提拉鼻15，检修桶14的底板依水流方向设有与底板垂直且与所述水力通道正交的固定弧面板16和固定矩形面板17，所述矩形面板17的底端以合页型式转动轴铰接固定阀芯叶瓣19，所述转动轴水平设置且与所述水力通道正交，所述阀芯叶瓣19围绕所述转动轴可沿切线方向即所述水力通道方向转动，转角幅度限30
°
～60
°
，所述阀芯叶瓣19无水压时与所述水力通道下半断面内壁密贴，所述弧面板下缘与所述阀芯叶瓣下部面对面间通过弹簧22相连。
33.所述限流阀结构13的顶部设有机械防水封盖23，机械防水封盖23与限流阀结构13螺旋连接，机械防水封盖23可防止水从限流阀结构13中外溢到检修井中，检修桶14上顶面设有便于取放阀内检修桶14的提拉鼻15，通过提拉鼻15可方便将阀内检修桶14从限流阀结构13中提出或安放于限流阀结构13中，若长期使用过程中阀内检修桶14或阀芯与限流阀结构13间结垢，或篦笼结构淤积砂泥而结垢，需要打开机械防水封盖23后向限流阀检修孔13-2中喷洒弱酸性液体，或再取阀内检修桶14后，利用管道疏通器对出水排放管9始端的篦笼结构进行机械疏通，或通过软管灌洒弱酸性液体去除污垢。
34.所述弧面板16与所述阀芯叶瓣19间通过弹簧22相连，弹簧22一端与弧面板下缘的拉鼻20相连，弹簧22另一端与阀芯叶瓣下缘的拉鼻21相连，阀芯叶瓣通过叶瓣转动合页18与矩形面板17的底部铰接，阀芯叶瓣不受水压而只受弹簧弹力作用时，位于叶瓣封水位置19-1，当水压对叶瓣表面作用时，阀芯叶瓣19转动，图4中虚线为叶瓣转动位置19-2。在上述实施方式中阀芯叶瓣19形状与限流阀水力通道13-1断面的一半一致，采用半圆叶瓣与矩形面板17的下缘转动连接，进一步地，还可采用排水孔道全断面叶瓣等其它形式：在另外的实施方式中采用一个大叶瓣代替矩形面板17和半圆叶瓣，大叶瓣转动轴转动位置就变为与阀内检修桶14下面的水力通道中间位置，弹簧22就变为圆形叶瓣的两侧设置，两处弹簧22的固定端可分别选取阀内检修桶14下端迎水面和背水面的下缘设置。
35.所述限流阀结构13阀芯转动轴处限流阀水力通道13-1的横断面形状为“上部
‘
半径
×
直径’的矩形 下部
‘
半圆形
’”
(即矩形面板17 半圆叶瓣，矩形面板17的宽度为阀内检修桶14的直径，矩形面板17的高度为限流阀水力通道13-1高度的一半)，因此有两种办法可以固定检修桶：一是利用阀芯处上下空间形状变化处固定检修桶14(即采用卡接的方式，该方法简单、直接且方便)；二是在阀芯处限流阀水力通道13-1内、即横“一”与竖“1”交接部位的内壁上焊接一环检修桶下放的凸起“止步坎”，此时检修桶底板外缘要与凸起“止步坎”形状对应做成凹形。(即限流阀结构13竖“1”空间的下缘内壁上环绕阀内检修桶14设置一圈若干凸块，阀内检修桶14的底部设有沿周向分布的一圈若干凹槽，所述凹槽与所述凸块一一对应配合，各所述凸块用于支撑固定所述阀内检修桶14)，当然，阀内检修桶14的固定方式不限于上述两种。
36.所述限流阀结构13的阀芯叶瓣布置在限流阀水力通道13-1下部，阀芯叶瓣19制成“l”形状以合页型式受弹簧22拉和水压力推作用而转动，转动合页固定焊接于检修桶下端中间的矩形面板上，转轴与水道垂直，叶瓣受拉弹簧的两端拉鼻分别固定焊接于检修桶下端迎水弧面板下缘和转动叶瓣中部或下缘，其不受水压而只受弹簧弹力作用时，叶瓣合拢堵塞水道，当水压对叶瓣表面作用时，叶瓣转动而水道被有限度打开，水道中通过阀的流量大小受水压实时控制，叶瓣转动最大角度由构成合页的“l”型叶瓣横向和竖向夹角控制。
37.与出水排放管9中部检修段限流阀结构13位置对应的检修井8-1，可设置于隧道检修道或人行道下方、电缆沟8的底部，所述限流阀结构13正上方的属于倒t形限流阀结构的一部分，可以通过检修孔方便取出或放回附带固定阀芯的检修桶，取出时可对叶瓣或弹簧进行维护，限流阀检修口13-2部对应设置机械防水封盖23。
38.隧道内富水段两侧墙脚纵向每隔8～15m对称设置一处限量排放管装置，其篦笼、阀壳、检修桶、封盖和出水排放管可以用pvc或橡塑材质等，叶瓣可以采用不锈钢，弹簧以弹性大小可以采用外包防水材料镀锌铁质或不锈钢质，一套限流排放系统成本估计250元，一座单洞隧道长度1000m，出水口间距按10m设置，需要200套出水排放管系统，系统直接费共计5万元，投资相对很低，但使用用途很重要。
39.本发明实施例二提供一种隧道衬砌背后地下水限量排放系统，包括隧道结构和若干上述的隧道衬砌背后地下水限量排放装置，各所述隧道衬砌背后地下水限量排放装置沿隧道的长度方向间隔设置，根据隧道各段地下水压力和相应段落覆盖层地下水位线留置要求，以及衬砌段落承受水压的能力，选取各衬砌段落所述弹簧种类和固定类型，从而满足隧道衬砌背后地下水排放要求，共同构成所述一种隧道衬砌背后地下水限量排放系统。所述隧道结构包括由外向内依次设置的喷混凝土层1、防水板2、二次衬砌3，篦笼结构主要设于所述喷混凝土层1内，稍许占用二次衬砌3外侧空间，出水排放管9贯穿防水板2和二次衬砌3。
40.用于隧道衬砌背后地下水限量排放系统包括出水排放管、篦笼结构和限流阀结构，本发明涉及的管板联结密封件结构详见其他发明2021113240412(该其他发明属于“一种隧道衬砌背后预留径向注浆装置及系统”，当两种隧道发明同时应用时，注浆前需要对注浆点附近的隧道两侧墙脚出水排放管管腔填充软塑固态物质封闭，注浆完成后，整体取出附近出水排放管中的填充物，恢复本发明装置设置)，本发明两个结构分别安装于出水排放管的起始端和中部检修段。篦笼结构为碗型篦笼，担负出水排放管始端地下水聚引作用。倒t形限流阀结构为可维护的水压无级调节限流阀，担负中部检修任务的倒t形限流阀结构设置于检修井中。出水排放管静水自然水力坡度由高处篦笼结构排至较处倒t形限流阀结构，然后排至低处洞内水沟，出水排放管穿透防水层处孔管管壁外设密封件。所述倒t形限流阀结构为一实时水压自动调节流量的阀。所述出水排放管，是一种隧道传统性排水圆管，圆管始端设置于碗型篦笼内，终端至排水边沟24或中心水沟25，中间设置一处限流阀结构。
41.本发明提供的隧道衬砌背后地下水限量排放装置，结构简单，排水效果好，可实现限量排放，且可对倒t形限流阀结构进行维护，延长装置的使用寿命。
42.本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
43.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。