專利名稱：一種穿越多年凍土區(qū)與非凍土區(qū)的隧道排水系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種隧道排水系統(tǒng)，具體涉及一種穿越多年凍土區(qū)與非凍土區(qū)的隧道排水系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
寒區(qū)隧道凍害現(xiàn)象普遍比較嚴(yán)重，常導(dǎo)致隧道內(nèi)路面結(jié)冰，形成冰柱，襯砌結(jié)構(gòu)破壞甚至報(bào)廢，嚴(yán)重影響隧道的正常運(yùn)行和安全，而水是寒區(qū)隧道產(chǎn)生凍害的根源，必須解決好寒區(qū)隧道的排水問題。當(dāng)隧道既穿越多年凍土區(qū)又穿越非凍土區(qū)時(shí)，是最為復(fù)雜的一類隧道，在多年凍土段既要保護(hù)多年凍土，不被融化，防止季節(jié)融化層的凍融作用；在非凍土段應(yīng)保溫防凍，防止圍巖被凍結(jié)以及凍融作用，防止地下水滲入。此類隧道的關(guān)鍵是要是排水系統(tǒng)暢通，防止寒季滲漏水并防止凍結(jié)，防止暖季多年凍土融化發(fā)生融沉。為了順利排除寒區(qū)隧道的地下水，防止地下水凍結(jié)，一般在隧址最大凍結(jié)深度以下修建深埋中心水溝或防寒泄水洞，利用地溫達(dá)到使水流不凍結(jié)的目的。當(dāng)隧道既穿越多年凍土區(qū)又穿越非凍土區(qū)時(shí)，則需要在隧道非凍土段下修建深埋中心水溝或防寒泄水洞。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泄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(tǒng)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泄水洞或深埋中心水溝，施工擾動(dòng)會成為一個(gè)熱源，會使多年凍土區(qū)的凍土融化，可能導(dǎo)致地層融沉變形，給隧道的整體結(jié)構(gòu)安全帶來影響；第二，當(dāng)防寒泄水洞和深埋中心水溝直接穿越多年凍土區(qū)時(shí)，需要采用相應(yīng)的保溫隔熱措施來防止水流被凍結(jié)以及防止周圍凍土融化，如果處理不當(dāng)，冬季會導(dǎo)致水流凍結(jié)，失去排水功能；夏季出現(xiàn)水流滲漏會使泄水洞周圍多年凍土融化，形成融化圈，可能使襯砌基礎(chǔ)發(fā)生不均勻沉降；第三，在隧道多年凍土區(qū)下部修筑防寒泄水洞時(shí)，若防寒泄水洞先行，因其斷面小，施工進(jìn)度慢，會影響主洞的開挖進(jìn)度，而若主洞先行，再修筑防寒泄水洞，則會影響主洞的結(jié)構(gòu)安全。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了解決多年凍土區(qū)修建泄水洞的不足之處，提供一種能適應(yīng)多年凍土區(qū)與非凍土區(qū)銜接過渡區(qū)域，避免隧道排水系統(tǒng)發(fā)生凍結(jié)的穿越多年凍土區(qū)與非凍土區(qū)的隧道排水系統(tǒng)。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是一種穿越多年凍土區(qū)與非凍土區(qū)的隧道排水系統(tǒng)，其特征在于所述的隧道排水系統(tǒng)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(shè)置有沿隧道環(huán)向鋪設(shè)的環(huán)向排水盲管，環(huán)向排水盲管接入位于隧道拱腳的縱向排水盲管，縱向排水盲管通過橫向?qū)芙尤胛挥谒淼缆访嫦路街醒胛恢玫纳盥裰行乃疁希凰龅乃淼雷?、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(dǎo)水洞接入位于隧道左、右線之間中心位置最大凍結(jié)深度以下的防寒泄水洞中；所述的多年凍土段的隧道左、右線各自設(shè)置有沿隧道環(huán)向鋪設(shè)的環(huán)向排水盲管，環(huán)向排水盲管接入位于隧道拱腳的縱向排水盲管，縱向排水盲管通過橫向?qū)芙尤胛挥谒淼缆访鎯蓚?cè)的保溫水溝中。當(dāng)在隧道多年凍土段與非凍土段的交界處有比經(jīng)由洞口引排短的出口時(shí)，防寒泄水洞從該處直接引至山體表面。 當(dāng)隧道左、右線間距較大時(shí)，防寒泄水洞在隧道左、右線中間處最大凍結(jié)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(dāng)隧道左、右線間距較小時(shí)，防寒泄水洞在左線或右線的外側(cè)一定距離處最大凍結(jié)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(dāng)為單線隧道時(shí)，防寒泄水洞在隧道軸線外側(cè)一定距離處最大凍結(jié)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(qū)中，深埋中心水溝可通過一道或多道導(dǎo)水洞接入防寒泄水洞中。本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果本實(shí)用新型在隧道左、右線中間或軸線外一側(cè)設(shè)置防寒泄水洞，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(jīng)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(shè)施，極大的減少了排水設(shè)施施工對主洞結(jié)構(gòu)安全和施工進(jìn)度的影響，同時(shí)保護(hù)了多年凍土的原始狀態(tài)，有利于隧道結(jié)構(gòu)的長期穩(wěn)定。此外，用一條防寒泄水洞替代左右兩條隧道凍土段下部的排水設(shè)施，還可以節(jié)省建設(shè)投資。當(dāng)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(shí)，可以通過防寒泄水洞直接將深埋中心水溝中的地下水引至一側(cè)出口，避免對隧道下方多年凍土的擾動(dòng)，保護(hù)多年凍土，防止融沉；同時(shí)，這種排水系統(tǒng)的布置方式既不會影響主洞施工進(jìn)度，又不會影響主洞結(jié)構(gòu)安全；此外，防寒泄水洞埋置在與隧址圍巖最大凍結(jié)深度之下，利用地溫使水流不凍結(jié)，達(dá)到隧道排水通暢的目的，為今后類似工程提供了借鑒。四
圖I為隧道多年凍土段與非凍土段排水系統(tǒng)縱向剖面圖。圖2為防寒泄水洞布置在隧道左右線之間的排水系統(tǒng)橫向布置剖面圖。圖3為防寒泄水洞布置在隧道左右線之間提前出洞排水系統(tǒng)平面布置圖。圖4為防寒泄水洞布置在隧道左右線之間從洞口側(cè)出洞排水系統(tǒng)平面布置圖。圖5為防寒泄水洞布置在隧道右線或左線外一側(cè)的排水系統(tǒng)橫向布置剖面圖。圖6為防寒泄水洞布置在隧道右線或左線一側(cè)提前出洞排水系統(tǒng)縱向剖面圖。圖7為防寒泄水洞布置在隧道右線或左線一側(cè)從洞口側(cè)出洞排水系統(tǒng)平面布置圖。圖8為隧道多年凍土段排水系統(tǒng)橫向布置剖面圖。圖9為隧道非凍土段排水系統(tǒng)橫向布置剖面圖。圖中，I-縱向排水管，2-橫向?qū)埽?-深埋中心水溝，4-環(huán)向排水盲管，5-防寒泄水洞，6-導(dǎo)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(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)的說明。本實(shí)用新型提供一種穿越多年凍土區(qū)和非凍土區(qū)的寒區(qū)隧道排水系統(tǒng)，能減少對多年凍土的擾動(dòng)，防止多年凍土融化，保證隧道結(jié)構(gòu)的整體安全，避免寒區(qū)隧道排水系統(tǒng)發(fā)生凍結(jié)，保證地下水順暢排出，同時(shí)為隧道正常運(yùn)營提供保障。該系統(tǒng)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(dú)立，減少防寒泄水洞施工對多年凍土的擾動(dòng)破壞以及對隧道結(jié)構(gòu)安全和施工進(jìn)度的影響。在隧道非凍土段，環(huán)向排水盲管與縱向排水管相互連接，并通過橫向?qū)軐⒁r砌背后的水引至中心深埋水溝，中心深埋水溝埋置于隧址最大凍結(jié)深度之下，利用地溫達(dá)到使水流不凍結(jié)的目的；在隧道多年凍土段，環(huán)向排水盲管與縱向排水管相互連接，并通過橫向?qū)軐⒍嗄陜鐾寥诨a(chǎn)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(jù)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(jīng)多年凍土段隧道正下方的防寒泄水洞引至洞外一是在隧道多年凍土與非凍土段交界處，通 過防寒泄水洞直接將深埋中心水溝中的地下水排至一側(cè)山體之外(見圖2、圖3、圖5、圖6)，提早出洞；二是通過導(dǎo)水洞將隧道左右線深埋中心水溝內(nèi)的地下水匯集到左右線中間或隧道軸線一側(cè)的防寒泄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(tǒng)布置見圖8，非凍土段排水系統(tǒng)布置見圖9。本實(shí)用新型所述的一種穿越多年凍土區(qū)與非凍土區(qū)的隧道排水系統(tǒng)的具體布置方案如下隧道排水系統(tǒng)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(shè)置有沿隧道環(huán)向鋪設(shè)的環(huán)向排水盲管4，環(huán)向排水盲管4接入位于隧道拱腳的縱向排水管1，縱向排水管I通過橫向?qū)?接入位于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(dǎo)水洞6接入位于隧道左、右線之間中心位置處最大凍結(jié)深度以下的防寒泄水洞5中；多年凍土段隧道左、右線各自設(shè)置有沿隧道環(huán)向鋪設(shè)的環(huán)向排水盲管4，環(huán)向排水盲管4接入位于隧道拱腳的縱向排水管1，縱向排水管I通過橫向?qū)?接入位于隧道路面兩側(cè)的保溫水溝10。當(dāng)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(shí)，防寒泄水洞5從該處引出山體外。若為非凍土，則只需使防寒泄水洞5的埋深大于隧址最大凍結(jié)深度即可，利用地溫避免水流在冬季被凍結(jié)，而無需再采取任何保溫措施。當(dāng)隧道左、右線間距較大時(shí)，在左、右線之間合適位置布置防寒泄水洞5，使多年凍土段隧道左、右線位于防寒泄水洞5施工開挖影響范圍之外，以保證主洞結(jié)構(gòu)安全；同時(shí)使隧道左、右線多年凍土段位于防寒泄水洞5凍融影響范圍之外，以避免主洞附近多年凍土融化，產(chǎn)生融沉現(xiàn)象。此外，因隧道左、右線中間的防寒泄水洞5直接穿過多年凍土，所以應(yīng)采取適當(dāng)?shù)谋卮胧员苊馑鲀鼋Y(jié)，保證排水系統(tǒng)的通暢。防寒泄水洞5沿隧道軸線方向從多年凍土段與非凍土段交界處開始，至隧道洞口外泄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，并通過橫向?qū)?與環(huán)、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(jīng)導(dǎo)水洞6引至防寒泄水洞5并排出洞外。當(dāng)隧道左、右線間距較小時(shí)，根據(jù)地形、地質(zhì)條件及出口山坡情況，在隧道左線或右線外側(cè)合適位置布設(shè)防寒泄水洞5，使隧道左、右線多年凍土段位于防寒泄水洞施工開挖以及凍融影響范圍之外。此外，應(yīng)使多年凍土段與非凍土段交界處的中心深埋水溝3到防寒泄水洞5的距離最短，以節(jié)省建設(shè)投資。若防寒泄水洞沿隧道軸向方向所穿越地層為多年凍土，則應(yīng)采取適當(dāng)?shù)谋馗魺岽胧┮员苊馑鲀鼋Y(jié)；若為非凍土，則只需使防寒泄水洞5的埋深大于隧址最大凍結(jié)深度即可，利用地溫避免水流在冬季被凍結(jié)，而無需再采取保溫措施。防寒泄水洞5沿隧道軸線方向從多年凍土段與非凍土段交界處開始，至隧道洞口外泄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，并通過橫向排水管2與環(huán)、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(jīng)導(dǎo)水洞6引至防寒泄水洞5并排出洞外?？紤]到受外界氣候條件影響，多年凍土與非凍土界線會發(fā)生變化；隧道開通運(yùn)營后在不同季節(jié)洞內(nèi)溫度場會發(fā)生變化，會在多年凍土與非凍土段形成一過渡區(qū)，變?yōu)榧竟?jié)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(dǎo)水洞6接入防寒泄水洞5中。上述排水系統(tǒng)的施工由以下步驟實(shí)現(xiàn)
·[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(yīng)選擇在冬季施工，本著“保護(hù)凍土，防止融化”的原則組織施工；非冬季進(jìn)行洞口段開挖時(shí)應(yīng)設(shè)置遮陽棚或防曬網(wǎng)，防止邊仰坡融沉破壞，洞頂凍土融化。在非凍土段施工應(yīng)本著“隔熱、防止圍巖凍融”的原則組織施工。隧道開挖后，首先對開挖范圍內(nèi)的圍巖進(jìn)行預(yù)加固，采用機(jī)械開挖或弱爆破開挖，開挖后及時(shí)噴射低溫混凝土、架立鋼拱架、打設(shè)鎖腳錨桿等初期支護(hù)，變形量超過警戒值時(shí)增加臨時(shí)仰拱。步驟二 在多年凍土段初期支護(hù)及二襯仰拱完成后，沿隧道環(huán)向鋪設(shè)環(huán)向排水管，拱腳處鋪設(shè)縱向排水管，并通過橫向排水管與保溫水溝連接。然后再鋪設(shè)防水板、保溫層，最后施作二襯及襯砌內(nèi)表面隔熱保溫層。步驟三根據(jù)隧道左右線間距情況選擇防寒泄水洞的布設(shè)位置，從洞口處開始采用暗挖法按設(shè)計(jì)埋深在隧道左右線中間或一側(cè)施工防寒泄水洞，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后，分段施作(或臨時(shí)封閉)初支仰拱，開挖隧底中心深埋水溝，預(yù)埋橫向排水管，水溝埋設(shè)后完成中間剩余初支仰拱，澆筑二襯仰拱。然后再鋪設(shè)防水板、保溫層，最后施作二襯。在非凍土段與多年凍土交界段，施作導(dǎo)水洞與中心深埋水溝相接，導(dǎo)水洞與防寒泄水洞相接。步驟五當(dāng)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(cè)時(shí)，則從山體表面出口處開始開挖防寒泄水洞，開挖至多年凍土與非凍土交界處時(shí)，施作導(dǎo)水管與深埋中心水溝連接；步驟六當(dāng)隧道開挖至非凍土段，按設(shè)計(jì)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，然后施工二次襯砌仰拱，鋪設(shè)防水板澆筑二次襯砌，鋪設(shè)二次襯砌內(nèi)表面隔熱保溫層。
權(quán)利要求1.一種穿越多年凍土區(qū)與非凍土區(qū)的隧道排水系統(tǒng)，其特征在于 所述的隧道排水系統(tǒng)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(shè)置有沿隧道環(huán)向鋪設(shè)的環(huán)向排水盲管(4)，環(huán)向排水盲管(4)接入位于隧道拱腳的縱向排水盲管(I )，縱向排水盲管(I)通過橫向?qū)?2)接入位于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(dǎo)水洞(6)接入位于隧道左、右線之間中心位置最大凍結(jié)深度以下的防寒泄水洞(5)中；所述的多年凍土段的隧道左、右線各自設(shè)置有沿隧道環(huán)向鋪設(shè)的環(huán)向排水盲管(4)，環(huán)向排水盲管(4)接入位于隧道拱腳的縱向排水盲管(1)，縱向排水盲管(I)通過橫向?qū)?2)接入位于隧道路面兩側(cè)的保溫水溝(10)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種穿越多年凍土區(qū)與非凍土區(qū)的隧道排水系統(tǒng)，其特征在于 當(dāng)在隧道多年凍土段與非凍土段的交界處有比經(jīng)由洞口引排短的出口時(shí)，防寒泄水洞(5)從該處直接引至山體表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種穿越多年凍土區(qū)與非凍土區(qū)的隧道排水系統(tǒng)，其特征在于 當(dāng)隧道左、右線間距較大時(shí)，防寒泄水洞(5)在隧道左、右線中間處最大凍結(jié)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(dāng)隧道左、右線間距較小時(shí)，防寒泄水洞(5)在左線或右線的外側(cè)一定距離處最大凍結(jié)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(dāng)為單線隧道時(shí)，防寒泄水洞(5)在隧道軸線外側(cè)一定距離處最大凍結(jié)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(jù)權(quán)利要求3所述的一種穿越多年凍土區(qū)與非凍土區(qū)的隧道排水系統(tǒng)，其特征在于 在多年凍土與非凍土段形成的過渡區(qū)中，深埋中心水溝(3)可通過一道或多道導(dǎo)水洞(6)接入防寒泄水洞(5)中。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種穿越多年凍土區(qū)與非凍土區(qū)的隧道排水系統(tǒng)。在多年凍土段隧道下方設(shè)置防寒泄水洞，防寒泄水洞施工擾動(dòng)會使多年凍土發(fā)生融化，導(dǎo)致地層融沉及凍脹，影響隧道整體結(jié)構(gòu)安全。本實(shí)用新型在與多年凍土相接非凍土段設(shè)置單層隔熱層防凍，設(shè)置中心深埋水溝或防寒泄水洞排水；在多年凍土段設(shè)置內(nèi)外雙層隔熱層防凍與防融化，設(shè)置雙側(cè)保溫邊溝排水。通過在多年凍土段與非凍土段交界處設(shè)導(dǎo)水洞將洞內(nèi)非多年凍土段的地下水引至位于隧道下方以外的防寒泄水洞引至洞外，從而不需在多年凍土段隧道下方增加任何排水設(shè)施，減少了泄水洞施工對主洞結(jié)構(gòu)安全和施工進(jìn)度的影響，同時(shí)保護(hù)凍土的原始狀態(tài)，利于隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)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(yōu)先權(quán)日2012年5月28日
發(fā)明者韓常領(lǐng), 夏才初, 納啟財(cái), 王掌軍, 王宇順, 陳紅偉 申請人:中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司