CN114607463B - 一种用于岩溶或断层隧道非均衡富水区的排水体系及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及隧道工程技术领域，尤其涉及一种用于岩溶或断层隧道非均衡富水区的排水体系及方法，隧道的两侧均设有排水沟，每一所述排水沟与对应侧的防排水板通过排水管连通，所述排水沟之间设有引水管，所述引水管用于使隧道两侧的排水沟相互连通，通过设置引水管连通隧道两侧的排水沟，解决了隧道洞身位于非均衡富水构造区，单侧排水沟水量过大会导致水溢出排水沟，汇集在隧道路基上，影响隧道结构的稳定性，以及对隧道内行车安全造成影响的问题。

Description

一种用于岩溶或断层隧道非均衡富水区的排水体系及方法

技术领域

本发明涉及隧道工程技术领域，尤其涉及一种用于岩溶或断层隧道非均衡富水区的排水体系及方法。

背景技术

在隧道运营期间，排水不畅容易导致隧道床积水，衬砌承受额外的水压力，不仅会影响隧道结构的稳定性，还容易对隧道内行车安全造成影响，目前隧道围岩地下水排出，主要靠排水沟或中心沟排水，如果隧道洞身地处非均衡富水构造区如岩溶区或断层区，在隧道两侧的排水沟内汇集水量不均，单侧排水沟水量过大会导致水溢出排水沟，溢出排水沟的水汇集在隧道道床上，另外，在隧道某侧布设斜井数量多，斜井涌水量大，同样会产生隧道两侧排水沟水量不均的问题。

因此，需要提出一种用于岩溶或断层隧道非均衡富水区的排水体系及方法，能够解决单侧排水沟水量过大导致水溢出排水沟，影响隧道结构的稳定性，还容易对隧道内行车安全造成影响的问题。

发明内容

本发明的目的在于：针对隧道洞身位于非均衡富水构造区，单侧排水沟水量过大会导致水溢出排水沟，汇集在隧道路基上，影响隧道结构的稳定性，以及对隧道内行车安全造成影响的问题，提供一种用于岩溶或断层隧道非均衡富水区的排水体系及方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于岩溶或断层隧道非均衡富水区的排水体系，在隧道的两侧均设有排水沟，每一所述排水沟与对应侧的防排水板通过排水管连通，所述排水沟之间设有引水管，所述引水管用于使隧道两侧的排水沟相互连通。

每一所述排水沟与对应侧的防排水板通过排水管连通，在隧道两侧的排水沟之间设置连通的引水管，在非均衡富水区，当隧道一侧排水沟内的水量多于另一侧排水沟的水量时，在水压作用下，水能够沿引水管从水量多的排水沟进入水量少的排水沟内，从而避免水在水量多的排水沟内溢出进入隧道内，通过设置引水管连通隧道两侧的排水沟，解决了隧道洞身位于非均衡富水构造区，单侧排水沟水量过大会导致水溢出排水沟，汇集在隧道路基上，影响隧道结构的稳定性，以及对隧道内行车安全造成影响的问题。

优先的，所述排水管包括纵向水管和若干横向水管，所述横向水管沿所述纵向水管的延伸方向布置，所述纵向水管与所述防排水板连通，每一所述横向水管均与所述排水沟连通。沿纵向水管的延伸方向间隔3m～5m设置一根横向水管，每一横向水管的一端与纵向水管连通，另一端与排水沟连通，纵向水管与所述防排水板连通，隧道内的防排水板上的渗透水，通过纵向水管，沿横向水管，最后进入排水沟内，实现对隧道内渗透水的及时排放，避免排水不畅容易导致隧道床积水。

优选的，沿所述排水沟延伸方向平行设置有若干引水管。在非均衡富水区内，通过沿排水沟的延伸方向平行设置若干引水管，能够将水量多的排水沟内的水引入水量少的排水沟内，从而有效避免水在排水沟内溢出。

优选的，相邻的所述引水管之间的间距相等。

优选的，所有所述引水管均布置于同一水平面内。

优选的，所述引水管与竖直面的夹角α的范围为30°～60°。

优选的，所述引水管的两端分别与相对应的所述排水沟侧壁的底部连通。

一种用于岩溶或断层隧道非均衡富水区的方法，所述引水管为正方形管，正方形管(31)流量的表达式为：

q＝(|b₁-b₂|×K₁×K₁/s)×0.5；

其中，b₁为隧道(1)一侧排水沟的深度，单位为m；b₂为隧道另一侧排水沟的深度，单位为m；c为正方形管(31)的周长，单位为m，表达式为：c＝4L，其中，L为正方形管(31)的边长；r为正方形管(31)水力半径，单位为m，表达式为：r＝L×L/c；K₁为流量系数，K₁＝L×L/n×r^2/3；s为正方形管(31)长度，s＝w/cosα，单位为m，其中，w为隧道(1)两侧排水沟(2)的距离，α为正方形管(31)与水平向夹角。

一种用于岩溶或断层隧道非均衡富水区的方法，所述引水管为圆形管，圆形管流量的表达式为：

q＝(|b₁-b₂|×K₂×K₂/s)×0.5；

其中，b₁为隧道(1)一侧排水沟(2)的深度，单位为m；b₂为隧道(1)另一侧排水沟(2)的深度，单位为m；c为圆形管的周长，表达式为：c＝2πR，其中，R为圆形管(32)半径；r为圆形管(32)水力半径，表达式为：r＝πR×R/c，单位为m；K₂为流量系数，表达式为：K₂＝L×L/n×r^2/3；s为圆形管(32)的长度，单位为m，表达式为：s＝w/cosα，其中，w为隧道(1)两侧排水沟(2)之间的距离，α为圆形管(32)与竖直面的夹角。

优选的，第i段上引水管(3)之间的纵向间距为Di(m)的表达式为：

其中，隧道(1)划分为i个区段，第i个区段长度为Ti，单位为m；；每个区段中隧道左侧涌水量A_i1，单位为m³/s；右侧涌水量为A_i2，单位为m³/s；第i段上左侧斜井涌水量为B_m，单位为m³/s；第i段上右侧斜井涌水量为B_n，单位为m³/s；

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明一种用于岩溶或断层隧道非均衡富水区的排水体系及方法，每一所述排水沟与对应侧的防排水板通过排水管连通，在隧道两侧的排水沟之间设置连通的引水管，在非均衡富水区，当隧道一侧排水沟内的水量多于另一侧排水沟的水量时，在水压作用下，水能够沿引水管从水量多的排水沟进入水量少的排水沟内，从而避免水在水量多的排水沟内溢出进入隧道内，通过设置引水管连通隧道两侧的排水沟，解决了隧道洞身位于非均衡富水构造区，单侧排水沟水量过大会导致水溢出排水沟，汇集在隧道路基上，影响隧道结构的稳定性，以及对隧道内行车安全造成影响的问题。

通过排水计算方法确定引水管的间距参数，既可以保证两侧排水沟均衡排水避免隧道内积水，又可以节约施工成本，能够解决引水管设置过多施工成本大，还容易引起隧道底部结构开裂的问题。

本申请其他实施方式的有益效果是：

1.在非均衡富水区内，通过沿排水沟的延伸方向等间距平行设置若干引水管，能够将水量多的排水沟内的水引入水量少的排水沟内，从而有效避免水在排水沟内溢出进入隧道内。

2.排水管包括纵向水管和若干横向水管，所述横向水管沿所述纵向水管的延伸方向布置，所述纵向水管与所述防排水板连通，每一所述横向水管均与所述排水沟连通，沿纵向水管的延伸方向间隔3m～5m设置一根横向水管，每一横向水管的一端与纵向水管连通，另一端与排水沟连通，纵向水管与所述防排水板连通，隧道内的防排水板上的渗透水，通过纵向水管，沿横向水管，最后进入排水沟内，实现对隧道内渗透水的及时排放，避免排水不畅导致隧道床积水。

附图说明

图1为本发明一种用于岩溶或断层隧道非均衡富水区的排水体系的结构示意图。

图2为正方形管的结构示意图。

图3为图2安装于隧道内的结构示意图。

图4为圆形管的结构示意图。

图5为图4安装于隧道内的结构示意图。

附图标记

1-隧道，2-排水沟，3-引水管，31-正方形管，32-圆形管，4-初期支护，5-防排水板，6-二次模筑衬砌，7-排水管，7a-纵向水管，7b-横向水管。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1所示本实施例一种用于岩溶或断层隧道非均衡富水区的排水体系及方法，隧道1的两侧均设有排水沟2，在初期支护4和二次模筑衬砌6之间设有防排水板5，防排水板5通过排水管7与对应侧的排水沟2连通，所述排水沟2之间设有引水管3，所述引水管3用于使隧道1两侧的排水沟2相互连通，且引水管3的两端分别与相对应的所述排水沟2侧壁的底部连通，在非均衡富水区，当进入隧道1一侧排水沟2内的水量多于另一侧排水沟2的水量时，水量多的排水沟2与水量少的排水沟2产生水压差，在水压差的作用下，水能够沿引水管3从水量多的排水沟2进入水量少的排水沟2内，从而避免水在水量多的排水沟2内溢出进入隧道1内，通过设置引水管3连通隧道1两侧的排水沟2，解决了隧道1洞身位于非均衡富水构造区，单侧排水沟2水量过大会导致水溢出排水沟2，汇集在隧道1路基上，影响隧道1结构的稳定性，以及对隧道1内行车安全造成影响的问题。

排水管7包括纵向水管7a和若干横向水管7b，所述横向水管7b沿所述纵向水管7a的延伸方向布置，所述纵向水管7a与所述防排水板5连通，每一所述横向水管7b均与所述排水沟2连通，沿纵向水管7a的延伸方向间隔3m～5m设置一根横向水管7b，每一横向水管7b的一端与纵向水管7a连通，另一端与排水沟2连通，纵向水管7a与所述防排水板5连通，隧道1内的防排水板5上的渗透水，通过纵向水管7a，沿横向水管7b，最后进入排水沟2内，实现对隧道1内渗透水的及时排放。

在非均衡富水区内，通过沿排水沟2的延伸方向等间距平行设置若干引水管3，所有所述引水管3均布置于同一水平面内，所述引水管3与竖直面的夹角α的范围为30°～60°，能够将水量多的排水沟2内的水引入水量少的排水沟2内，从而有效避免水在排水沟2内溢出进入隧道1内。

实施例2

如图1～图3所示，本实施例中，由于隧道1的宽度不变，引水管3与竖直面的夹角确定后，引水管3的长度不变，在隧道1不同的区段，引水管3之间的间距过大，起不到均衡排水的作用；引水管3的间距过小，沿排水沟2的设置密度过高，增加施工成本，并且容易引起隧道1底部结构的开裂渗水，因此，合理设置引水管3间距至关重要，隧道1一侧排水沟2的深度为b₁，另一侧排水沟2的深度为b₂，引水管3采用正方形管31时，正方形管31边长L，周长c，c＝4L；正方形管31水力半径r，r＝L×L/c；流量系数为K₁，K₁＝L×L/n×r^2/3；正方形管31长度为s，s＝w/cosα，w为隧道1两侧排水沟2的距离；α为正方形管31与竖直面的夹角；引水管3流量为q；q＝(|b₁-b₂|×K₁×K₁/s)×0.5。

根据地质资料提供的隧道1涌水量分段数据，将隧道1划分为i个区段，第i个区段长度为T_i；第i段上引水管3纵向间距为D_i；每个区段中隧道1左侧涌水量A_i1，右侧涌水量为A_i2；第i段上左侧斜井涌水量为B_m；第i段上右侧斜井涌水量为B_n；

根据隧道1两侧的实际涌水量，通过排水计算方法确定正方形管31的间距参数，既可以保证两侧排水沟2均衡排水避免隧道1内积水，又可以节约施工成本，能够解决正方形管31设置过多施工成本大，还容易引起隧道1底部结构开裂的问题。

实施例3

如图1、图4和图5所示，本实施例中，隧道1一侧排水沟2的深度为b₁，另一侧排水沟2的深度为b₂，引水管3为圆形管32，圆形管32半径R，周长c，c＝2πR；圆形管32水力半径r＝πR×R/c；流量系数为K₂，K₂＝L×L/n×r^2/3；圆形管32的长度为s，s＝w/cosα；w为隧道1两侧排水沟2的距离，α为圆形管32与竖直面的夹角；引水管3流量为q；q＝(|b₁-b₂|×K₂×K₂/s)×0.5；

根据地质资料提供的隧道涌水量分段数据，将隧道1划分为i个区段，第i个区段长度为T_i；第i段上圆形管32纵向间距为D_i；定义每个区段中隧道1左侧涌水量A_i1，右侧涌水量为A_i2；第i段上左侧斜井涌水量为B_m；第i段上右侧斜井涌水量为B_n；

通过设置圆形管32解决隧道1两侧涌水量不均等的问题，根据隧道1两侧的实际涌水量，通过排水计算方法确定引水管的间距参数，既可以保证两侧排水沟2均衡排水避免隧道内积水，又可以节约施工成本，能够解决引水管3设置过多施工成本大，还容易引起隧道1底部结构开裂的问题。

以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但本发明不局限于上述具体实施方式，因此任何对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种用于岩溶或断层隧道非均匀富水区的排水体系，在隧道(1)的两侧均设有排水沟(2)，每一所述排水沟(2)与对应侧的防排水板(5)通过排水管(7)连通，所述排水沟(2)之间设有引水管(3)，所述引水管(3)用于使隧道(1)两侧的排水沟(2)相互连通；

其特征在于：

第i段上引水管(3)之间的纵向间距为Di(m)的表达式为：

其中，隧道(1)划分为i个区段，第i个区段长度为Ti，单位为m；每个区段中隧道左侧涌水量A_i1，单位为m³/s；右侧涌水量为A_i2，单位为m³/s；第i段上左侧斜井涌水量为B_m，单位为m³/s；第i段上右侧斜井涌水量为B_n，单位为m³/s；q为引水管流量，单位为m³/s；

所述引水管(3)为正方形管(31)或圆形管(32)；

所述正方形管(31)流量的表达式为：

q＝(|b₁-b₂|×K₁×K₁/s)×0.5；

其中，b₁为隧道(1)一侧排水沟的深度，单位为m；b₂为隧道另一侧排水沟的深度，单位为m；c为正方形管(31)的周长，单位为m，表达式为：c＝4L，其中，L为正方形管(31)的边长；r为正方形管(31)水力半径，单位为m，表达式为：r＝L×L/c；K₁为流量系数，K₁＝L×L/n×r^2/3；s为正方形管(31)长度，s＝w/cosα，单位为m，其中，w为隧道(1)两侧排水沟(2)的距离，α为正方形管(31)与水平向夹角；

所述圆形管(32)流量的表达式为：

q＝(|b₁-b₂|×K₂×K₂/s)×0.5；

其中，b₁为隧道(1)一侧排水沟(2)的深度，单位为m；b₂为隧道(1)另一侧排水沟(2)的深度，单位为m；c为圆形管的周长，表达式为：c＝2πR，其中，R为圆形管(32)半径；r为圆形管(32)水力半径，表达式为：r＝πR×R/c，单位为m；K₂为流量系数，表达式为：K₂＝L×L/n×r^{2 /3}；s为圆形管(32)的长度，单位为m，表达式为：s＝w/cosα，其中，w为隧道(1)两侧排水沟(2)之间的距离，α为圆形管(32)与竖直面的夹角。

2.根据权利要求1所述的一种用于岩溶或断层隧道非均匀富水区的排水体系，其特征在于：所述排水管(7)包括纵向水管(7a)和若干横向水管(7b)，所述横向水管(7b)沿所述纵向水管(7a)的延伸方向布置，所述纵向水管(7a)与所述防排水板(5)连通，每一所述横向水管(7b)均与所述排水沟(2)连通。

3.根据权利要求1所述的一种用于岩溶或断层隧道非均匀富水区的排水体系，其特征在于：沿所述排水沟(2)延伸方向平行设置有若干引水管(3)。

4.根据权利要求3所述的一种用于岩溶或断层隧道非均匀富水区的排水体系，其特征在于：相邻的所述引水管(3)之间的间距相等。

5.根据权利要求4所述的一种用于岩溶或断层隧道非均匀富水区的排水体系，其特征在于：所有所述引水管(3)均布置于同一水平面内。

6.根据权利要求5所述的一种用于岩溶或断层隧道非均匀富水区的排水体系，其特征在于：所述引水管(3)与竖直面的夹角α的范围为30°～60°。

7.根据权利要求6所述的一种用于岩溶或断层隧道非均匀富水区的排水体系，其特征在于：所述引水管(3)的两端分别与相对应的所述排水沟(2)侧壁的底部连通。

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