CN108755722A - 隧道及地下结构的排水装置及排水方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种隧道及地下结构的排水装置及排水方法，排水装置包括使用时贯穿隧道衬砌或地下结构的外套管，下端伸入外套管上端内、与外套管螺纹连接的芯管，以及置入芯管内的排水结构控制单元；外套管的下部外壁上设置有若干第二泄水孔；所述芯管的下端具有承载部，且芯管的下部外壁上设置有若干第一泄水孔；所述排水结构控制单元包括置于芯管内、位于承载部上的稳定块，下端与稳定块上端固连的导向套，下端伸入导向套内、与导向套滑动配合的导向杆，与导向杆上端固连的连接件，安装于连接件上端、与芯管内壁液密封配合的密封件，套装于导向套上、两端分别与稳定块及连接件固连的弹簧，封闭芯管上端的顶盖，至少一根横向排水管。
Description
技术领域
本发明涉及隧道及地下工程设备技术领域，尤其是涉及一种隧道及地下结构的排水装置及排水方法。
背景技术
随着我国交通、市政工程建设的大发展，隧道、地铁及市政地下工程建设日渐增多，由于隧道及地下工程受地质条件影响，地下水赋存条件不尽相同，对结构周边围岩的地下水除了采取有效的防水措施外，还要进行排水疏导，以减少汇水对衬砌或地下结构混凝土的渗透压力。相关的研究表明隧道仰拱或地下结构浇筑后，仰拱衬砌和地下结构背后水压力呈现出逐渐增大的趋势，受到汇水压力影响而导致仰拱或地下结构上浮，极大的影响了线路运营和地下工程使用安全。因此，在隧道和地下工程建设期间采取行之有效的设计方案和可靠的施工措施进行主动排水，减小衬砌和地下结构外部水压是维持隧道及地下工程稳定，确保隧道运营安全和地下工程使用安全的最佳选择。
发明内容
本发明的目的旨在克服现有技术存在的不足，提供了一种可主动排水降低衬砌或地下结构水压的排水装置及排水方法。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种隧道及地下结构的排水装置，其包括使用时贯穿隧道衬砌或地下结构的外套管，下端伸入外套管上端内、与外套管螺纹连接的芯管，以及置入芯管内的排水结构控制单元；所述外套管的下部外壁上设置有若干第二泄水孔；所述芯管的下端具有承载部，且芯管的下部外壁上设置有若干第一泄水孔；所述排水结构控制单元包括置于芯管内、位于承载部上的稳定块，下端与稳定块上端固连的导向套，下端伸入导向套内、与导向套滑动配合的导向杆，与导向杆上端固连的连接件，安装于连接件上端、与芯管内壁液密封配合的密封件，套装于导向套上、两端分别与稳定块及连接件固连的弹簧，封闭芯管上端的顶盖，至少一根设置于芯管上部外壁上、与芯管连通的横向排水管，以及设置于稳定块上、用于检测水压的无线水压检测仪；当弹簧所受水压低于弹簧的额定值时，密封件的密封面不高于横向排水管的下缘，当弹簧所受水压大于弹簧的额定值时，密封件向上移动，使芯管的下部空间与横向排水管连通实现排水。
优选的是，还包括位于密封件上端拉环。
优选的是，还包括安装于外套管下端、由透水混凝土制成的集水箱。
优选的是，所述顶盖与芯管通过螺纹结构连接。
优选的是，所述横向排水管为两根，对称设置于芯管上。
优选的是，所述连接件与密封件为一体件。
优选的是，所述导向杆与连接件通过螺纹结构连接。
优选的是，所述导向套与稳定块通过螺纹结构连接。
优选的是，所述稳定块的侧壁设置安装无线水压监测仪的安装孔。
一种隧道及地下结构的排水方法，采用如上所述的排水装置，根据隧道或地下工程具体水文地质条件，在隧道或地下结构内按一定间距布置排水装置；按照设计要求在隧道初喷或地下结构浇筑之前在隧道边墙、仰拱底部或地下结构中预留设备安装位置；将外套管包裹无纺布后安装，安装空隙采用细卵石或粗砂回填稳定；待现场浇筑隧道二衬、仰拱或地下结构时外套管上部采用柱形模板保护，确保外套管在浇筑混凝土过程中不被封堵保证连接空间；随后进行喷射混凝土施工；将导向杆置于导向套内部，然后将导向杆通过螺纹和上部的连接件，将导向套通过螺纹和和下部的稳定块连接，将无线水压监测仪置于稳定块下部凹槽，弹簧通过连接件和稳定块上预留螺旋形孔洞安装固定，从而组成排水结构控制单元；将该控制单元整体置于芯管内，之后通过顶盖上螺纹以及芯管上部螺纹安装顶盖对芯管进行封闭；待二次衬砌或地下结构施做完毕后，通过芯管拧入外套管安装；枯水期水压较小时，弹簧处于自由状态，芯管中封闭件封堵排水管通道，处于隧道或地下结构内部正常排水不会通过芯管渗入衬砌或地下结构背后；在地下水富集水压变大后，地下水经外套管过滤后进入芯管内，从而对芯管内的密封件形成顶推，在水压达到设定值时，弹簧拉伸，水压推动密封件沿导向杆整体平稳向上移动，从而打开地下水的排水通道，实现隧道衬砌或地下结构背后地下水主动***。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明使用时在隧道边墙、仰拱或地下结构预先施作降排水结构，从而实现主动***地下汇水降低隧道衬砌或地下结构水压力的目的，同时保证了隧道或地下结构内部排水不会进入仰拱拱底或地下结构底部，防止常规排水进入隧道二衬或地下结构背后造成的衬砌环境恶化。
2、本发明各部分相互独立，可独立更换而不影响其他部分结构功能，使用维护方便。
3、本发明的芯管上部设置螺纹，加设了顶盖结构，可以方便内部结构的检修更换。
4、本发明的外套管和芯管之间采用螺纹连接，密封性较好，确保了隧道或地下结构外侧汇水进入腔室后只能经由芯管排出，确保了水压监测的准确性，同时也方便了结构之间的更换检修。
5、本发明通过增加稳定块，避免了内部控制结构底端必须与芯管连接成一体的弊端，内部控制结构可以单独成为一个整体进行方便的拆卸安装；同时在密封件上部设置了拉环，在开盖检修时，可以通过拉环将内部控制结构取出检修更换，而不必将芯管取出。
6、本发明采用外套管汇水，开挖尺寸小，对隧道或地下工程原有结构稳定性影响较小；而当地质条件差，隧道或地下工程预测涌水量大时，可采用增设透水混凝土箱的方式增加汇水面积，加大排水量。
7、本发明的无线水压监测仪置于连接块下部，用于监测衬砌外部水压，并可将监测信号实时无线传输至接收终端，实现隧道运营期间的智能化管理。
8、本发明在竖向排水管两侧接横向排水管，在竖向排水管拆卸安装过程中，可以增大力臂长度方便拆装。
9、本发明在弹簧内部设置了导向杆，可以在水压变化时，保证内部结构的移动方向，确保移动的平稳；同时导向杆可以在隧道或地下结构内部正常排水时，固定封闭件的位置，保证排水的单向性。
10、本发明的弹簧与上部的连接件和下部的稳定块通过预留的螺旋形孔进行连接，安装方便并可根据水文地质条件调整弹簧，适应不同的排水需求。
附图说明
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。
图1为本发明在隧道仰拱布置的示意图，其中使用了集水箱；
图2为本发明的立体图；
图3为本发明的主视图；
图4为图3的左视图；
图5为图3的俯视图；
图6为本发明中芯管及顶盖组装的立体图；
图7为本发明中芯管及顶盖组装的主视图；
图8为图7的左视图；
图9为图7的俯视图；
图10为本发明中芯管的立体图；
图11为本发明中顶盖的立体图；
图12为本发明中排水结构控制单元的立体图；
图13为本发明中排水结构控制单元的剖视图；
图14为本发明的剖视图（枯水期）；
图15为本发明的剖视图（丰水期）；
图中各标号为：1—顶盖；2—横向排水管；3—芯管；4—外套管；5—第一泄水孔；6—拉环；7—密封件；8—连接件；9—导向杆；10—弹簧；11—导向套；12—稳定块；13—无线水压检测仪；14—集水箱，15—第二泄水孔。
具体实施方式
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付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在以下描述中，为了清楚展示本发明的结构及工作方式，将以附图为基准，借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。
图1-15所示隧道及地下结构的排水装置，其包括使用时贯穿隧道衬砌20或地下结构的外套管4，下端伸入外套管4上端内、与外套管4螺纹连接的芯管3，以及置入芯管3内的排水结构控制单元；所述外套管4的下部外壁上设置有若干第二泄水孔15；所述芯管3的下端具有承载部，且芯管3的下部外壁上设置有若干第一泄水孔5；所述排水结构控制单元包括置于芯管3内、位于承载部上的稳定块12，下端与稳定块12上端固连的导向套11，下端伸入导向套11内、与导向套11滑动配合的导向杆9，与导向杆9上端固连的连接件8，安装于连接件8上端、与芯管3内壁液密封配合的密封件7，套装于导向套11上、两端分别与稳定块12及连接件8固连的弹簧10，封闭芯管3上端的顶盖1，两根设置于芯管3上部外壁上、与芯管3连通的横向排水管2，以及设置于稳定块12上、用于检测水压的无线水压检测仪13；当弹簧10所受水压低于弹簧10的额定值时，密封件7的密封面不高于横向排水管2的下缘，当弹簧10所受水压大于弹簧10的额定值时，密封件7向上移动，使芯管3的下部空间与横向排水管2连通实现排水。
具体的是，还包括位于密封件7上端拉环6，便于密封件及相应部件从芯管内取出，密封件可采用橡胶活塞，或者金属活塞加密封环的结构形式，如打气筒活塞。
具体的是，还包括安装于外套管4下端、由透水混凝土制成的集水箱14，集水箱的尺寸可尺寸根据水文地质条件以及预测涌水量确定。
具体的是，所述顶盖1与芯管3通过螺纹结构连接，显然还可采用法兰结构等进行连接。
具体的是，本实施例的两根横向排水管2对称设置于芯管3上，显然横向排水管2的数量可根据管径及流通截面进行合理的增减。
具体的是，所述连接件8与密封件7为一体件。
具体的是，所述导向杆9与连接件8通过螺纹结构连接，可以保证紧密连接，显然还可采用焊接或者卡接等。
具体的是，所述导向套11与稳定块12通过螺纹结构连接，显然还可采用焊接或者卡接等。
具体的是，所述稳定块12的侧壁设置安装无线水压监测仪的安装孔，便于无线水压监测仪的拆装和维护。无线水压监测仪用于监测仰拱下部水压，可将监测信号实时无线传输至接收终端。
本实施例中的密封件7由隔水材料制成，弹簧10由防水耐腐蚀材料制成。
本发明的排水方法如下：采用如上所述的排水装置，根据隧道或地下工程具体水文地质条件，在隧道或地下结构内按一定间距布置排水装置；按照设计要求在隧道初喷或地下结构浇筑之前在隧道边墙、仰拱底部或地下结构中预留设备安装位置，根据水文地质情况，确定是否采用集水箱14。将外套管包裹无纺布后安装，安装空隙采用细卵石或粗砂回填稳定；待现场浇筑隧道二衬、仰拱或地下结构时外套管上部采用柱形模板保护，确保外套管在浇筑混凝土过程中不被封堵保证连接空间；随后进行喷射混凝土施工。将导向杆9置于导向套11内部，然后将导向杆9通过螺纹和上部的连接件8，将导向套11通过螺纹和和下部的稳定块12连接，将无线水压监测仪13置于稳定块12下部凹槽，弹簧10通过连接件8和稳定块12上预留螺旋形孔洞安装固定（显然还可焊接或者螺栓连接等），从而组成排水结构控制单元；将该控制单元整体置于芯管13内，之后通过顶盖上螺纹以及芯管上部螺纹安装顶盖1对芯管3进行封闭；待二次衬砌或地下结构施做完毕后，通过芯管3拧入外套管4安装。枯水期水压较小时，弹簧10处于自由状态，芯管3中封闭件7封堵排水管通道，处于隧道或地下结构内部正常排水不会通过芯管3渗入衬砌或地下结构背后从而造成衬砌或地下结构环境恶化。在地下水富集水压变大后，地下水经外套管4过滤后进入芯管3内，从而对芯管3内的密封件7形成顶推，在水压达到设定值时，弹簧10拉伸，水压推动密封件7沿导向杆9整体平稳向上移动，从而打开地下水的排水通道，实现隧道衬砌或地下结构背后地下水主动***，降低隧道或地下结构外部水压，防止衬砌开裂。待地下水压降低后，弹簧10带动密封件7恢复到原位置，对排水通道进行封闭。本结构可用于隧道边墙、仰拱底部，市政工程全包防水段，地铁车站，地下室等工程部位，可结合工程需要，安装无线水压监测仪13对衬砌或地下结构背后水压进行实时监测，提高了隧道或地下工程后期维护治理的准确性和科技化水平。
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。
Claims (10)
1.一种隧道及地下结构的排水装置，其特征在于：包括使用时贯穿隧道衬砌或地下结构的外套管（4），下端伸入外套管（4）上端内、与外套管（4）螺纹连接的芯管（3），以及置入芯管（3）内的排水结构控制单元；所述外套管（4）的下部外壁上设置有若干第二泄水孔（15）；所述芯管（3）的下端具有承载部，且芯管（3）的下部外壁上设置有若干第一泄水孔（5）；所述排水结构控制单元包括置于芯管（3）内、位于承载部上的稳定块（12），下端与稳定块（12）上端固连的导向套（11），下端伸入导向套（11）内、与导向套（11）滑动配合的导向杆（9），与导向杆（9）上端固连的连接件（8），安装于连接件（8）上端、与芯管（3）内壁液密封配合的密封件（7），套装于导向套（11）上、两端分别与稳定块（12）及连接件（8）固连的弹簧（10），封闭芯管（3）上端的顶盖（1），至少一根设置于芯管（3）上部外壁上、与芯管（3）连通的横向排水管（2），以及设置于稳定块（12）上、用于检测水压的无线水压检测仪（13）；当弹簧（10）所受水压低于弹簧（10）的额定值时，密封件（7）的密封面不高于横向排水管（2）的下缘，当弹簧（10）所受水压大于弹簧（10）的额定值时，密封件（7）向上移动，使芯管（3）的下部空间与横向排水管（2）连通实现排水。
2.根据权利要求1所述隧道及地下结构的排水装置，其特征在于：还包括位于密封件（7）上端拉环（6）。
3.根据权利要求1或2所述隧道及地下结构的排水装置，其特征在于：还包括安装于外套管（4）下端、由透水混凝土制成的集水箱（14）。
4.根据权利要求1或2所述隧道及地下结构的排水装置，其特征在于：所述顶盖（1）与芯管（3）通过螺纹结构连接。
5.根据权利要求1或2所述隧道及地下结构的排水装置，其特征在于：所述横向排水管（2）为两根，对称设置于芯管（3）上。
6.根据权利要求1或2所述隧道及地下结构的排水装置，其特征在于：所述连接件（8）与密封件（7）为一体件。
7.根据权利要求1或2所述隧道及地下结构的排水装置，其特征在于：所述导向杆（9）与连接件（8）通过螺纹结构连接。
8.根据权利要求1或2所述隧道及地下结构的排水装置，其特征在于：所述导向套（11）与稳定块（12）通过螺纹结构连接。
9.根据权利要求1或2所述隧道及地下结构的排水装置，其特征在于：所述稳定块（12）的侧壁设置安装无线水压监测仪的安装孔。
10.一种隧道及地下结构的排水方法，其特征在于采用如权利要求1所述的排水装置，其包括以下内容：根据隧道或地下工程具体水文地质条件，在隧道或地下结构内按一定间距布置排水装置；按照设计要求在隧道初喷或地下结构浇筑之前在隧道边墙、仰拱底部或地下结构中预留设备安装位置；将外套管包裹无纺布后安装，安装空隙采用细卵石或粗砂回填稳定；待现场浇筑隧道二衬、仰拱或地下结构时外套管上部采用柱形模板保护，确保外套管在浇筑混凝土过程中不被封堵保证连接空间；随后进行喷射混凝土施工；将导向杆置于导向套内部，然后将导向杆通过螺纹和上部的连接件，将导向套通过螺纹和和下部的稳定块连接，将无线水压监测仪置于稳定块下部凹槽，弹簧通过连接件和稳定块上预留螺旋形孔洞安装固定，从而组成排水结构控制单元；将该控制单元整体置于芯管内，之后通过顶盖上螺纹以及芯管上部螺纹安装顶盖对芯管进行封闭；待二次衬砌或地下结构施做完毕后，通过芯管拧入外套管安装；枯水期水压较小时，弹簧处于自由状态，芯管中封闭件封堵排水管通道，处于隧道或地下结构内部正常排水不会通过芯管渗入衬砌或地下结构背后；在地下水富集水压变大后，地下水经外套管过滤后进入芯管内，从而对芯管内的密封件形成顶推，在水压达到设定值时，弹簧拉伸，水压推动密封件沿导向杆整体平稳向上移动，从而打开地下水的排水通道，实现隧道衬砌或地下结构背后地下水主动***。
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