一种隧道虹吸排水系统及其建造方法
【专利摘要】本发明涉及一种隧道虹吸排水系统及其建造方法，该排水系统包括开设在隧道洞壁渗水点并向下倾斜的钻孔、设置在钻孔底部的储水器、与储水器依次连通的虹吸套管、蓄水桶及纵向排水沟，钻孔与铅垂方向的夹角为45?75°，虹吸套管的一端插入钻孔并与储水器连通，另一端从钻孔处竖直引出，并置于蓄水桶中，虹吸套管的出水口低于储水器40?60cm；建造时，先钻孔，再放置储水器和蓄水桶，之后将虹吸套管的两端分别插入储水器及蓄水桶中即可。与现有技术相比，本发明能够及时排出隧道洞壁渗水点附近地下水，且排水过程无需额外提供动力，排水流量和流动过程由水位变化自动控制，有效保证排水通畅。
【专利说明】
一种隧道虹吸排水系统及其建造方法
技术领域
[0001]本发明属于隧道及地下工程防排水技术领域，涉及一种隧道虹吸排水系统及其建造方法。
【背景技术】
[0002]隧道防排水设计遵循“防、排、截、堵，因地制宜，综合治理”的原则，现有的防排水结构主要为在喷射混凝土初支护和模筑混凝土二衬之间设置土工无纺布及防水板的柔性防水层，其中，防水板兼做隔离层。在实际使用过程中，该结构防水板隔离层存在一定的缺陷，例如，在IV、V、VI级围岩的隧道中，随着时间的推移，围岩中的微小颗粒日积月累，使土工无纺布产生板结现象而无法起到过滤作用，以致隧道衬砌背后的水无法顺畅地流入排水管内。调查发现，大部分隧道衬砌渗水是由于衬砌中设置的排水管不出水，无法满足排水需求，且管内产生泥沙淤积，衬砌背后水对衬砌产生腐蚀作用或隧道衬砌背后蓄积水量增多，水压增高，致使在衬砌质量薄弱处渗水或开裂。
[0003]申请公布号为CN102635402A的中国发明专利公开了一种隧道洞壁渗水处置的下倾钻孔虹吸排水法，该方法具体为:在隧道洞壁渗水点钻探形成下倾钻孔，钻孔的孔口与孔底相对高差小于Sm;虹吸排水管的一端插入孔底储水管，把孔底储水管连同虹吸排水管插入钻孔底部;虹吸排水管的另一端插入导流管的储水槽中；围岩入渗的地下水进入下倾钻孔引起孔内水位上升，发生虹吸过程，虹吸排水管将钻孔内的地下水实时排出到导流管中，导流管再把水导入隧道的排水沟内流出隧道。上述专利公布的技术方案中，通过疏而非堵的方式治理渗漏，避免了地下水渗漏范围的扩散，不会产生衬砌防渗层破坏而产生不良的后果。与上述专利相比，本发明的改进及技术效果如下:I)专利CN 102635402A没有明确指出施工虹吸管的钻孔角度及施工位置，给实际施工中造成不便，而本发明中使用钻孔角度45-75°，竖直引出，设置方式简单易行；2)专利CN 102635402A中虹吸管材料及设置参数不明确，而本发明中虹吸管采用PU管，钻孔打设长度为1.Sm，距隧道洞壁渗水点的隧道横剖面自洞底以上1.2m高度的边墙处，处理渗漏水方式更方便易行，且PU管造价合理经济，节约渗漏水处置成本;3)专利CN 102635402A中出水口使用集水槽，使得虹吸作用排出的集水不易沿排水沟流出，可能影响虹吸作用的持续进行，易产生虹吸作用失效，而本发明采用虹吸管出水口处排水沟内放置塑料桶，另在塑料桶上0.1-0.2m处开设排水孔，使得虹吸过程排水能及时流出，也在因出水口水量不足虹吸作用真空难以维持时，能及时适当补水，保证虹吸作用的顺利进行，工作简单、易操作;4)专利CN 102635402A中钻孔方式不明确，本发明采用气腿式手风钻，施工方便易操作;5)专利CN 102635402A中虹吸管出水段过短，另接导流管，两者连接处易发生漏水漏气现象，不利于虹吸作用的持续进行，而本发明中，虹吸管直接引出到出水口塑料桶中，避免了因为虹吸管漏水漏气影响虹吸作用的持续性，使得隧道渗漏水处理效果更加显著;6)本发明虹吸管采用聚氯乙烯管外套PU管，耐久性良好，有利于虹吸作用的长时间进行，同时节约了虹吸管材料更换成本，保证了虹吸管的使用年限。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能够及时排出隧道洞壁渗水点附近地下水且便于施工的隧道虹吸排水系统及其建造方法。
[0005]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0006]一种隧道虹吸排水系统，该排水系统包括开设在隧道洞壁渗水点并向下倾斜的钻孔、设置在钻孔底部的储水器、与储水器依次连通的虹吸套管、蓄水桶及纵向排水沟，所述的钻孔与铅垂方向的夹角为45-75°，所述的虹吸套管的一端插入钻孔并与储水器连通，另一端从钻孔处竖直引出，并置于蓄水桶中，所述的虹吸套管的出水口低于储水器40-60cm。
[0007]所述的钻孔开设在隧道洞壁渗水点的隧道横剖面边墙处，并且所述的钻孔高于隧道洞底1.0-1.5m。
[0008]所述的钻孔的直径为35-45mm，长度为1.2-2.0m。
[0009]所述的虹吸套管包括至少两根虹吸管以及套设在虹吸管外侧的保护套管。
[0010]所述的虹吸管为PU虹吸管，该PU虹吸管的公称直径为1/8-3/8英寸。
[0011]所述的保护套管为聚氯乙烯管，该聚氯乙烯管的公称直径为1/2-1英寸。
[0012]所述的储水器为聚氯乙烯储水器，该聚氯乙烯储水器的长度为50-80cm，外径为38_42mm0
[0013]所述的蓄水桶的直径为15-30cm，高度为25-30cm，设置在纵向排水沟中，并且所述的蓄水桶上设有排水孔，该排水孔的高度为0.1-0.2m，方便蓄水桶内集水适时排出。
[0014]一种隧道虹吸排水系统的建造方法，该方法具体包括以下步骤:
[0015]步骤S1:在隧道洞壁渗水点的隧道横剖面自洞底以上1.0-1.5m高度的边墙处，按与铅垂方向成45-75°，采用钻孔器斜向钻探一个直径为35-45mm，长度为1.2-2.0m的钻孔；
[0016]步骤S2:在钻孔的底部放置储水器，并在纵向排水沟中设置蓄水桶；
[0017]步骤S3:将虹吸套管的一端插入钻孔并与储水器连通，另一端从钻孔处竖直引出，并置于蓄水桶中即可。
[0018]其中，步骤SI所述的钻孔器为气腿式手风钻或内燃凿岩机。
[0019]在虹吸套管安放完成后，采用喷雾器从虹吸管出水口向钻孔内逆向灌水，使得虹吸管中充满水，实现初始虹吸;使虹吸管保持有水状态，在钻孔的孔口周围用防水密封材料将钻孔封闭，防止钻孔外气体进入钻孔，保持钻孔内部空气处于负压状态;在虹吸管出水口处安装一个流量控制水表，便于监控出水量。
[0020]所述的防水密封材料优选土工布。
[0021]本发明的工作原理如下:隧道洞壁渗水点附近的地下水自然渗流到钻孔内，汇集于储水器中，储水器水位上升后，钻孔内气压增大，促使储水器中的水沿着虹吸管流入蓄水桶中，即发生虹吸过程，直到钻孔内气压恢复到之前的负压状态为止;蓄水桶中的水积累到预定高度后经排水孔流入纵向排水沟并沿着纵向排水沟排出隧道。
[0022]与现有技术相比，本发明具有以下特点:
[0023]I)采用虹吸套管防排水，避免了衬砌背后因水流使土工无纺布产生板结现象而导致排水不畅或衬砌薄弱处渗水开裂，提高了隧道衬砌混凝土的耐久性；
[0024]2)排水过程无需额外提供动力，隧道虹吸排水流量和流动过程由水位变化自动控制;
[0025]3)用在IV、V、VI级围岩隧道、硬质岩石隧道富水段、节理裂隙发育段和断层构造处，可以适应隧道围岩地下水位变化，有效实现围岩深部地下水的及时排出，保证排水通畅；
[0026]4)施工方法简单，成本低，破坏坡面范围小，维修养护方便。
【附图说明】
[0027]图1为实施例1中隧道虹吸排水系统的剖面结构示意图；
[0028]图2为实施例1中虹吸套管的结构示意图；
[0029]图中标记说明:
[0030]I 一钻孔、2—储水器、3—虹吸管、4 一虹吸套管、5—蓄水桶、6—纵向排水沟、7—隧道洞壁、8—保护套管。
【具体实施方式】
[0031 ]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0032]实施例1:
[0033]—种隧道虹吸排水系统，该排水系统包括开设在隧道洞壁7渗水点并向下倾斜的钻孔1、设置在钻孔I底部的储水器2、与储水器2依次连通的虹吸套管4、蓄水桶5及纵向排水沟6，钻孔I与铅垂方向的夹角为45°，虹吸套管4的一端插入钻孔I并与储水器2连通，另一端从钻孔I处竖直引出，并置于蓄水桶5中，虹吸套管4的出水口低于储水器2的位置40cm。
[0034]钻孔I开设在隧道洞壁7渗水点的隧道横剖面边墙处，并且钻孔I高于隧道洞底1.0m。钻孔I的直径为35mm，长度为1.2m。
[0035]虹吸套管4包括2根虹吸管3以及套设在虹吸管外侧的保护套管8。
[0036]虹吸管3为PU虹吸管，该PU虹吸管的公称直径为1/8英寸。
[0037]保护套管8为聚氯乙烯管，该聚氯乙烯管的公称直径为1/2英寸。
[0038]储水器2为聚氯乙稀储水器，该聚氯乙稀储水器的长度为50cm，外径为38mm。
[0039]蓄水桶5的直径为15cm，高度为15cm，设置在纵向排水沟6中，并且该蓄水桶5上设有排水孔，该排水孔的高度为0.2m，方便蓄水桶内集水适时排出。
[0040]一种隧道虹吸排水系统的建造方法，该方法具体包括以下步骤:
[0041 ]步骤SI:在隧道洞壁7渗水点的隧道横剖面自洞底以上1.0m高度的边墙处，按与铅垂方向成45°，采用钻孔器斜向钻探一个直径为35mm，长度为1.2m的钻孔I;
[0042]步骤S2:在钻孔I的底部放置储水器2，并在纵向排水沟6中设置蓄水桶5;
[0043]步骤S3:将虹吸套管4的一端插入钻孔I并与储水器2连通，另一端从钻孔I处竖直引出，并置于蓄水桶5中即可。
[0044]其中，步骤SI所述的钻孔器为气腿式手风钻。
[0045]在虹吸套管4安放完成后，采用喷雾器从虹吸管3出水口向钻孔I内逆向灌水，使得虹吸管3中充满水，实现初始虹吸;使虹吸管3保持有水状态，在钻孔I的孔口周围用防水密封材料将钻孔I封闭，防止钻孔I外气体进入钻孔I，保持钻孔I内部空气处于负压状态;在虹吸管3出水口处安装一个流量控制水表，便于监控出水量。
[0046]其中，防水密封材料为土工布。
[0047]本发明的工作原理如下:隧道洞壁7渗水点附近的地下水自然渗流到钻孔I内，汇集于储水器2中，储水器2水位上升后，钻孔I内气压增大，促使储水器2中的水沿着虹吸管3流入蓄水桶5中，即发生虹吸过程，直到钻孔I内气压恢复到之前的负压状态为止;蓄水桶5中的水积累到预定高度后经排水孔流入纵向排水沟6并沿着纵向排水沟6排出隧道。
[0048]实施例2:
[0049]—种隧道虹吸排水系统，该排水系统包括开设在隧道洞壁7渗水点并向下倾斜的钻孔1、设置在钻孔I底部的储水器2、与储水器2依次连通的虹吸套管4、蓄水桶5及纵向排水沟6，钻孔I与铅垂方向的夹角为75°，虹吸套管4的一端插入钻孔I并与储水器2连通，另一端从钻孔I处竖直引出，并置于蓄水桶5中，虹吸套管4的出水口低于储水器2的位置60cm。
[0050]钻孔I开设在隧道洞壁7渗水点的隧道横剖面边墙处，并且钻孔I高于隧道洞底1.5m。钻孔I的直径为45mm，长度为2.0m。
[0051 ] 虹吸套管4包括3根虹吸管3以及套设在虹吸管外侧的保护套管8。
[0052]虹吸管3为PU虹吸管，该PU虹吸管的公称直径为3/8英寸。
[0053]保护套管8为聚氯乙烯管，该聚氯乙烯管的公称直径为I英寸。
[0054]储水器2为聚氯乙稀储水器，该聚氯乙稀储水器的长度为80cm，外径为42mm。
[0055]蓄水桶5的直径为20cm，高度为20cm，设置在纵向排水沟6中，并且该蓄水桶5上设有排水孔，该排水孔的高度为0.1m，方便蓄水桶内集水适时排出。
[0056]一种隧道虹吸排水系统的建造方法，该方法具体包括以下步骤:
[0057]步骤SI:在隧道洞壁7渗水点的隧道横剖面自洞底以上1.5m高度的边墙处，按与铅垂方向成75°，采用钻孔器斜向钻探一个直径为45mm，长度为2.0m的钻孔I;
[0058]步骤S2:在钻孔I的底部放置储水器2，并在纵向排水沟6中设置蓄水桶5;
[0059]步骤S3:将虹吸套管4的一端插入钻孔I并与储水器2连通，另一端从钻孔I处竖直引出，并置于蓄水桶5中即可。
[0060]其中，步骤SI所述的钻孔器为内燃凿岩机。
[0061 ] 实施例3:
[0062]一种隧道虹吸排水系统，该排水系统包括开设在隧道洞壁7渗水点并向下倾斜的钻孔1、设置在钻孔I底部的储水器2、与储水器2依次连通的虹吸套管4、蓄水桶5及纵向排水沟6，钻孔I与铅垂方向的夹角为60°，虹吸套管4的一端插入钻孔I并与储水器2连通，另一端从钻孔I处竖直引出，并置于蓄水桶5中，虹吸套管4的出水口低于储水器2的位置50cm。
[0063]钻孔I开设在隧道洞壁7渗水点的隧道横剖面边墙处，并且钻孔I高于隧道洞底1.2m。钻孔I的直径为42mm，长度为1.8m。
[0064]虹吸套管4包括4根虹吸管3以及套设在虹吸管外侧的保护套管8。
[0065]虹吸管3为PU虹吸管，该PU虹吸管的公称直径为2/8英寸。
[0066]保护套管8为聚氯乙烯管，该聚氯乙烯管的公称直径为3/4英寸。
[0067]储水器2为聚氯乙稀储水器，该聚氯乙稀储水器的长度为70cm，外径为40mm。
[0068]蓄水桶5的直径为18cm，高度为17cm，设置在纵向排水沟6中，并且该蓄水桶5上设有排水孔，该排水孔的高度为0.15m，方便蓄水桶内集水适时排出。
[0069]一种隧道虹吸排水系统的建造方法，该方法具体包括以下步骤:
[0070]步骤SI:在隧道洞壁7渗水点的隧道横剖面自洞底以上1.2m高度的边墙处，按与铅垂方向成60°，采用钻孔器斜向钻探一个直径为42mm，长度为1.8m的钻孔I;
[0071]步骤S2:在钻孔I的底部放置储水器2，并在纵向排水沟6中设置蓄水桶5;
[0072]步骤S3:将虹吸套管4的一端插入钻孔I并与储水器2连通，另一端从钻孔I处竖直引出，并置于蓄水桶5中即可。
[0073]其中，步骤SI所述的钻孔器为气腿式手风钻。
[0074]上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种隧道虹吸排水系统，其特征在于，该排水系统包括开设在隧道洞壁(7)渗水点并向下倾斜的钻孔(I)、设置在钻孔(I)底部的储水器(2)、与储水器(2)依次连通的虹吸套管(4)、蓄水桶(5)及纵向排水沟(6)，所述的钻孔(I)与铅垂方向的夹角为45-75°，所述的虹吸套管(4)的一端插入钻孔(I)并与储水器(2)连通，另一端从钻孔(I)处竖直引出，并置于蓄水桶(5)中，所述的虹吸套管(4)的出水口低于储水器(2) 40-60cm。2.根据权利要求1所述的一种隧道虹吸排水系统，其特征在于，所述的钻孔(I)开设在隧道洞壁(7)渗水点的隧道横剖面边墙处，并且所述的钻孔(I)高于隧道洞底1.0-1.5m。3.根据权利要求2所述的一种隧道虹吸排水系统，其特征在于，所述的钻孔(I)的直径为35-45mm，长度为1.2-2.0m。4.根据权利要求1所述的一种隧道虹吸排水系统，其特征在于，所述的虹吸套管(4)包括至少两根虹吸管(3)以及套设在虹吸管外侧的保护套管(8)。5.根据权利要求4所述的一种隧道虹吸排水系统，其特征在于，所述的虹吸管(3)为PU虹吸管，该PU虹吸管的公称直径为I/8-3/8英寸。6.根据权利要求4所述的一种隧道虹吸排水系统，其特征在于，所述的保护套管(8)为聚氯乙烯管，该聚氯乙烯管的公称直径为1/2-1英寸。7.根据权利要求1所述的一种隧道虹吸排水系统，其特征在于，所述的储水器(2)为聚氯乙稀储水器，该聚氯乙稀储水器的长度为50-80cm，外径为38-42mm。8.根据权利要求1所述的一种隧道虹吸排水系统，其特征在于，所述的蓄水桶(5)设置在纵向排水沟(6)中，并且所述的蓄水桶(5)上设有排水孔，该排水孔的高度为0.1-0.2m。9.一种如权利要求1至8任一项所述的隧道虹吸排水系统的建造方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤: 步骤S1:在隧道洞壁(7)渗水点的隧道横剖面自洞底以上1.0-1.5m高度的边墙处，按与铅垂方向成45-75°，采用钻孔器斜向钻探一个直径为35-45mm，长度为1.2-2.0m的钻孔(I)； 步骤S2:在钻孔(I)的底部放置储水器(2)，并在纵向排水沟(6)中设置蓄水桶(5); 步骤S3:将虹吸套管(4)的一端插入钻孔(I)并与储水器(2)连通，另一端从钻孔(I)处竖直引出，并置于蓄水桶(5)中即可。10.根据权利要求9所述的一种隧道虹吸排水系统的建造方法，其特征在于，步骤SI所述的钻孔器为气腿式手风钻或内燃凿岩机。
【文档编号】E21F16/02GK105822347SQ201610242676
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年4月19日
【发明人】许建聪, 金彩虹
【申请人】同济大学