專利名稱：隧道泄水沉沙施工結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及隧道施工領(lǐng)域，具體為一種隧道泄水沉沙池施工結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在石灰?guī)r地區(qū)建設(shè)隧道，碰到的首要地質(zhì)災(zāi)害便是突泥涌水，國內(nèi)外地下工程界為此付出過慘痛的代價。包家山隧道地質(zhì)構(gòu)造特殊，地形呈凹陷狀，圍巖裂隙、溶隙發(fā)育，隧道處在巖溶蓄水構(gòu)造中，與地表水連通性好，所以說巖溶隧道發(fā)生突泥涌水，與自然降雨有很大關(guān)系。經(jīng)過分析論證，目前大多采用“地表整治與洞內(nèi)堵水相結(jié)合”的治理方案，對洞頂?shù)乇韺嵤┖拥冷伷?，對?豎)井井身及洞口地表進(jìn)行注漿堵水，取得了明顯的成效。在完成河道鋪砌后，原本長期干涸的河道能較長時間很好的排泄河道上游流水，長時間干旱后，河道水才斷流?？梢?，在洞身灰?guī)r裂隙發(fā)育、與地表連通性較好條件下，此措施較好的解決 了河道水滲流到洞內(nèi)的問題，為隧道施工防災(zāi)、減災(zāi)起到重要作用，在后來的雨季中，造成斜井前涌水的重要涌水點，基本被阻斷，均未出現(xiàn)大量涌水，斜井洞身上半部大面積滲流水的狀況得到較大改善，豎井更是在后來的施工過程中沒再發(fā)生涌水，證明了綜合治理對施工所起到的重要作用。
但是，上述治理方案，僅僅保證了施工順利。在實施正洞襯砌后，又出現(xiàn)新的問題隧道工程未施工前，原來的巖溶孔道已形成天然的通道，二次襯砌完成后，原有的排泄通道被隔斷，巖溶孔道內(nèi)的涌泥涌砂將縱向排水管、檢查孔、檢查井等排水系統(tǒng)淤塞或封堵，地下水無法排泄，導(dǎo)致地下水在二次襯砌背后聚集，形成了承壓水，襯砌砼便在地下水的作用下局部出現(xiàn)開裂、位移等現(xiàn)象，進(jìn)而危害隧道結(jié)構(gòu)安全，無法保障正常運(yùn)營。因此，維持水的排放或維持水的自然通道暢通是解決問題的關(guān)鍵。國內(nèi)外巖溶隧道，為了保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和正常運(yùn)營，往往采用修筑泄水洞的辦法由洞內(nèi)向洞外低標(biāo)高處排泄涌泥積水，雖然達(dá)到了目的，但明顯存在諸多弊端，主要表現(xiàn)在泄水洞長度較長，一般是3 6km，施工時間較長，對隧道的按期通車不能保證，同時還存在長距離施工困難多、建設(shè)成本偏高、環(huán)保負(fù)面影響大等弊端。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決常規(guī)泄水洞存在的施工周期長、投資高、環(huán)保負(fù)面影響大等弊端，提供一種新型的隧道泄水沉沙施工結(jié)構(gòu)。本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的隧道泄水沉沙施工結(jié)構(gòu)，包括設(shè)置于隧道兩主洞之間、低于隧道設(shè)計標(biāo)高、并且沿隧道中心線縱向設(shè)置的泄水沉沙洞室，每個泄水沉沙洞室內(nèi)出口設(shè)有與隧道排水系統(tǒng)貫通的泄水沉沙池，泄水沉沙池兩端設(shè)有反坡式出沙通道，沿泄水沉沙洞室內(nèi)壁環(huán)向設(shè)置若干向外延伸的徑向傘狀泄水減壓鉆孔。采用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)設(shè)計，根據(jù)現(xiàn)場水文地質(zhì)情況在隧道左右主洞巖溶路段縱向設(shè)置泄水沉沙洞室，在其壁面設(shè)置徑向傘狀泄水減壓鉆孔，將作用于主洞襯砌外的承壓水吸引至泄水沉沙池內(nèi)，泄水沉沙洞室的目的是給地下水以出路，以形成新的地下水循環(huán)，從而大大緩解或抵消了巖溶涌泥突水對隧道結(jié)構(gòu)形成的危害。泄水沉沙池上部積水利用自然坡降流入隧道主洞排水系統(tǒng)的中心水溝，池中泥沙待上部積水抽干后，用出渣機(jī)械清理下部淤積的泥沙，經(jīng)出沙通道由汽車裝卸至規(guī)定棄碴場。為了進(jìn)一步優(yōu)化該施工結(jié)構(gòu)，本發(fā)明還進(jìn)行了以下結(jié)構(gòu)改進(jìn)，所述泄水沉沙池底部設(shè)有高低式平臺結(jié)構(gòu)，其中較高一側(cè)為汽車運(yùn)輸臺，另一側(cè)為沉沙槽；該結(jié)構(gòu)設(shè)計，一方面有利于大部分泥沙沉積在沉沙槽內(nèi)，另一方面汽車等運(yùn)輸設(shè)備可停放或行走在運(yùn)輸平臺上。平常季節(jié)，泄水沉沙池上部積水利用自然坡度流入隧道主洞中心水溝；每年枯水季節(jié)或定期，需將剩余積水抽干后，用裝載車、出渣機(jī)等設(shè)備對沉沙槽中的泥沙進(jìn)行清理、運(yùn)輸；所述泄水沉沙池與其兩端的反坡式出沙通道在縱斷面上呈凹形，泄水沉沙池坡度、出口端出沙通道及進(jìn)口端出沙通道的坡度大小以滿足泥沙有效容積(有效容積可根據(jù)隧道埋深、水文地質(zhì)條件、巖溶發(fā)育條件等計算)及方便施工及運(yùn)營為原則，本發(fā)明所述泄水沉沙池坡度小于0. 3%，出口端出沙通道的坡度為8%，進(jìn)口端出沙通道的坡度為16%，該斷面形狀及坡度設(shè)計比較合理，是申請人經(jīng)過多次實踐及理論計算總結(jié)出來的，既有利于排泄隧道襯砌外的巖溶孔道中泥沙，也利于地下水的集中排放，而且施工方便；所述泄水減壓鉆孔環(huán)向X 縱向間距為2mX4m，鉆孔長度為10 30m，起到了地下水的排放作用，減輕了主隧道的防水壓力，該結(jié)構(gòu)參數(shù)是申請人經(jīng)過多次理論計算及實踐經(jīng)驗總結(jié)出來的，如果鉆孔長度太長，有可能對隧道襯砌結(jié)構(gòu)或域外環(huán)境造成危害，如果鉆孔長度較短，則無法緩解或抵消巖溶涌泥突水對隧道結(jié)構(gòu)的影響。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述沉沙洞室作為國內(nèi)隧道中首先啟用的結(jié)構(gòu)措施，對涌泥涌砂治理及隧道按期通車起到了明顯作用，主要從以下幾個方面體現(xiàn)了其優(yōu)越性
從工期方面看本結(jié)構(gòu)施工長度較短，工期短，保證了隧道主洞按期通車，如若采用泄水洞排水，泄水洞長度要在6. 3km左右，需要的施工時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于沉沙洞室施工時間，對隧道的按期通車不能保證；
從經(jīng)濟(jì)方面看沉沙洞室依既有橫洞布設(shè)，其長度遠(yuǎn)小于泄水洞，工程投資成倍減少，既使考慮到多年的運(yùn)營維護(hù)費(fèi)用，也遠(yuǎn)小于泄水洞的一次性施工投入；
從技術(shù)方面看沉沙洞室長度小，斷面大，短距離施工優(yōu)勢明顯，而泄水洞長度大，斷面小，長距離施工困難多，所以從技術(shù)上看，沉沙洞室要容易的多；
從使用效果看經(jīng)實踐驗證，沉沙洞室投入運(yùn)營以來，地表沒有出現(xiàn)沉降，泄水通道也沒有堵塞，隧道二襯結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變形，說明隧道結(jié)構(gòu)處于穩(wěn)定，保證了隧道運(yùn)營通車的安全；
從環(huán)保效益看泄水洞將泥砂排泄于洞外自然河流中，造成的負(fù)面環(huán)保效應(yīng)不言而喻；而沉沙池將泥砂沉淀于池內(nèi)進(jìn)行集中處理，其環(huán)保效果良好?？傊景l(fā)明有效的解決了巖溶涌泥突水對隧道結(jié)構(gòu)及防排水體系的破壞作用，同時其實施過程中具有工期短、投資小、見效快及環(huán)保作用良好等優(yōu)點，具有廣泛的推廣價值和使用價值，適用于巖溶地區(qū)隧道工程遭受涌泥涌沙危害，或水文地質(zhì)復(fù)雜、地下水對隧道襯砌形成危害的特長隧道。


圖I為本發(fā)明所述泄水沉沙洞室橫斷面示意圖；圖2為本發(fā)明所述泄水沉沙池及出沙通道的縱斷面示意 圖3為本發(fā)明所述泄水沉沙洞室與隧道左右主洞的縱向平面布置 圖4為本發(fā)明所述泄水沉沙洞室與隧道左右主洞的橫向平面布置圖及泄水減壓鉆孔分布示意 圖5為本發(fā)明所述工程實例二中泄水沉沙洞室與隧道左右主洞的縱向平面布置 圖6為本發(fā)明所述工程實例二中泄水沉沙洞室與隧道左右主洞的橫向平面布置圖及泄水減壓鉆孔分布示意 圖中1-隧道左主洞；2_隧道右主洞；3_泄水沉沙洞室；4_泄水沉沙池；5_反坡式出沙通道；6_泄水減壓鉆孔；7_汽車運(yùn)輸臺；8_沉沙槽；9_車行橫洞；10_人行橫洞；11_臨時施工通道；12_泄水通道；13_隧道排水系統(tǒng)。
具體實施例方式隧道泄水沉沙施工結(jié)構(gòu)，如圖3、4所示，包括間隔設(shè)置于隧道左主洞I和隧道右主洞2中間、低于隧道設(shè)計標(biāo)高、并且沿隧道中心線縱向設(shè)置的泄水沉沙洞室3，如圖1、2所示，每個泄水沉沙池出口設(shè)有與隧道主洞排水系統(tǒng)13貫通的泄水沉沙池4，泄水沉沙池兩端設(shè)有反坡式出沙通道5，沿泄水沉沙洞室3內(nèi)壁環(huán)向設(shè)置若干向外延伸的徑向傘狀泄水減壓鉆孔6，泄水減壓鉆孔6環(huán)向X縱向間距為2mX4m，鉆孔長度為10 30m。泄水沉沙池4底部設(shè)有高低式平臺結(jié)構(gòu)，其中較高一側(cè)為汽車運(yùn)輸臺7，另一側(cè)為沉沙槽8，泄水沉沙池4與其兩端的反坡式出沙通道5在縱斷面上呈凹形，泄水沉沙池4坡度小于0. 3%，其中出口側(cè)反坡式出沙通道5的坡度為8%。進(jìn)口側(cè)反坡式出沙通道5的坡度為16%。結(jié)合以下兩個工程實例對本發(fā)明所述施工結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步說明
工程實例一
工程概況
包家山隧道為包茂高速公路小(河)至(安)康段的控制性工程，全長11. 2公里，隧道進(jìn)口位于旬陽縣桐木溝，出口位于安康市柴家河，穿越了南秦嶺山脈的青山和玉皇山兩道山峰，全隧共穿越斷層37條、大型褶皺帶3處、涌水段25處。隧道圍巖以片巖、千枚巖為主，在隧道中段有層狀灰?guī)r分布。在建設(shè)階段需利用I號豎井及3號斜井承擔(dān)4. I正洞施工任務(wù)；但由于包家山隧道I號豎井及3號斜井正處于中段的灰?guī)r地段，自開工以來由于地表降雨已導(dǎo)致隧道陸續(xù)發(fā)生過七次特大涌水，先后造成停工近六個月，直接損失約2500Jl 7H。經(jīng)過分析論證，確定了 “地表整治與洞內(nèi)堵水相結(jié)合”的治理方案，對洞頂?shù)乇淼?麻坪河、梯子溝、寇家溝實施了河道鋪砌，對斜(豎)井井身及洞口地表進(jìn)行了注漿堵水，并取得了明顯的成效。在完成河道鋪砌后，原本長期干涸的河道能較長時間很好的排泄河道上游流水，長時間干旱后，河道水才斷流?？梢姡诙瓷砘?guī)r裂隙發(fā)育、與地表連通性較好條件下，此措施較好的解決了河道水滲流到洞內(nèi)的問題，為隧道防災(zāi)、減災(zāi)起到重要作用。在后來的雨季中，造成斜井前兩次涌水的重要涌水點，基本被阻斷，均未出現(xiàn)大量涌水，斜井洞身大面積滲流水的狀況得到較大改善，豎井更是在后來的施工過程中沒再發(fā)生涌水，證明了綜合治理對施工所起到的重要作用。但是，上述治理方案，僅保證了施工順利。在實施正洞襯砌后，又出現(xiàn)新的問題初支表面原有的排泄通道被隔斷，涌泥涌沙將排水系統(tǒng)淤塞或封堵，地下水無法排泄，襯砌砼便在地下水的作用下局部出現(xiàn)開裂、位移等現(xiàn)象，無法保障正常運(yùn)營。施工方法
經(jīng)過對隧道內(nèi)部進(jìn)行詳細(xì)的踏勘，在隧道集中涌泥、涌砂的段落的下方設(shè)置泄水沉沙洞室，施工時，可利用隧道主洞原有的車行橫洞、臨時施工通道或人行橫洞作為洞室開挖的契入點，其中臨時施工通道也可作為泄水沉沙洞室與隧道主洞排水系統(tǒng)貫通的排水通道，根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件設(shè)置了三段共計1158米的泄水沉沙池，泄水沉沙池的容積以應(yīng)付最大降雨量10個小時左右的儲存級沉淀量為標(biāo)準(zhǔn)，沉沙池標(biāo)準(zhǔn)斷面單洞當(dāng)量面積48. 53，池底設(shè)計標(biāo)聞低于隧道主線路面標(biāo)聞最大為10米，池頂標(biāo)聞低于路面標(biāo)聞最小約4米,泄水沉沙洞室按新奧法施工原理進(jìn)行洞身結(jié)構(gòu)設(shè)計，即以系統(tǒng)錨桿、噴砼、鋼筋網(wǎng)、鋼架組成初期支護(hù)，不再進(jìn)行二次襯砌的施工，對于圍巖破碎段進(jìn)行大管棚施工，保證施工安全和運(yùn)營安全，對于IV級圍巖地段輔以超前支護(hù)(超前小導(dǎo)管或藥卷錨桿)配合鋼架以確保安全，通 過結(jié)構(gòu)分析計算、技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較及工程類比，擬定洞身襯砌支護(hù)參數(shù)；沉沙池洞室施工完成后，在噴射混凝土襯砌表面鉆泄水減壓孔排水，鉆孔間距=2m (環(huán)向)X4m (縱向)，鉆孔長度10 30米，
本發(fā)明所述泄水沉沙結(jié)構(gòu)共布置三段，I號沉沙池全長308. 78m，2號沉沙池全長503. 6m, 3號沉沙池全長346. 15m。為了避免池內(nèi)水體濕潤主洞路面及防止人為意外，沉沙池施工完畢后在I號沉沙池北口處、2號沉沙池南口處和3號沉沙池南口處設(shè)置堵頭墻，堵頭墻采用3m厚M7. 5漿砌片石，墻面采用2cm厚防水沙漿抹面整平；在出沙通道出口處設(shè)置排水暗溝，以排泄池中積水，防止泄水沉沙池積水溢流，漫上路面。施工效果
涌水治理從根本上解決了包家山隧道“逢雨必涌、逢涌必?！钡膰?yán)重水文地質(zhì)災(zāi)害。特別是泄水沉沙結(jié)構(gòu)的實施，起到了至關(guān)重要的作用。在沉沙池施作前，每縫強(qiáng)降雨，所對應(yīng)主洞往往在二襯施工縫、預(yù)留洞室等部位就會出現(xiàn)滴水滲泥；沉沙池施工后，該類現(xiàn)象基本終止。沉沙池平行于隧道軸線布置是適宜的，這樣可以利用自然高差引排池中積水。從方案上看，沉沙池主要結(jié)合附屬洞室或加寬段設(shè)置，其坡度和斷面形式設(shè)計合理，既便于施工又可實現(xiàn)地下水的集中排放。(I)從工期方面看包家山隧道施工任務(wù)重，工期緊，沉沙池施工長度為I. 1km，施工將近一年完成，保證了包家山隧道按期通車的要求；(2)從經(jīng)濟(jì)方面看沉沙池長度遠(yuǎn)小于泄水洞，包家山隧道I. I公里泄水沉沙池與6. 3公里泄水洞相比，僅以直接工程投資就節(jié)約一億元人民幣，工程投資成倍減少；考慮到后期維護(hù)費(fèi)用，從包家山隧道運(yùn)行這幾年看，每年運(yùn)營維護(hù)費(fèi)用在15萬左右，按百年工程為計，也遠(yuǎn)小于泄水洞的一次性施工投入(3)從技術(shù)方面看沉沙池長度小，斷面大，短距離施工優(yōu)勢明顯，而泄水洞長度大，斷面小，長距離施工困難多，所以從技術(shù)上看，沉沙池要容易的多；(4)從使用效果看沉沙池投入運(yùn)營以來，地表沒有出現(xiàn)沉降，泄水通道也沒有堵塞，包家山隧道二襯結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變形，說明隧道結(jié)構(gòu)的處于穩(wěn)定，保證了隧道運(yùn)營通車的安全；(5)從環(huán)保效益看泄水洞將泥砂排泄于洞外自然河流中，造成的負(fù)面環(huán)保效應(yīng)不言而喻；而沉沙池將泥砂沉淀于池內(nèi)進(jìn)行集中處理，其環(huán)保效果良好。工程實例二工程概況
米溪梁隧道是國家高速公路網(wǎng)包頭至茂名高速公路(G65)陜西境安康至紫陽段的重點控制性工程，為左右線分離式曲線型隧道，隧道全長7928米，為特長型雙車道高速公路隧道。在右線隧道開挖至YK242+575出后，洞室涌水量突然增大并形成塌方，該涌水段受區(qū)域斷裂F4-6北側(cè)的F242-1斷層影響，圍 巖裂隙較發(fā)育，巖體較破碎，斷裂構(gòu)造形成貫通性的導(dǎo)水通道。實測斷層帶掌子面涌水量為16946米3 /天。為了完成正洞開挖及服務(wù)于運(yùn)營需求，經(jīng)過現(xiàn)場反復(fù)研究，決定按本發(fā)明所述施工結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理。 施工方法
(1)如圖5、6所示，由于該涌水段涌水量較大，所以在隧道右主洞YK242+535施工泄水通道12，與隧道右主洞排水系統(tǒng)13貫通，泄水通道軸線距隧道左側(cè)壁12. 6米沿縱向布置，XK242+535 至 XK242+570 為泄水通道，縱坡 15%，斷面為 5. 2 X 6m ；XK242+570 至 XK242+580段為泄水沉沙洞室，縱坡2%，斷面為5. 2 XSm ;
(2)泄水沉沙洞室施工泄水減壓鉆孔，間距@=4m(縱向)X 2m(環(huán)向)，孔徑0 =IOOmm ；
該沉沙泄水施工結(jié)構(gòu)于2011年3月開工，2011年6月完成，目前運(yùn)營效果良好。
權(quán)利要求
1.一種隧道泄水沉沙施工結(jié)構(gòu)，其特征是包括間隔設(shè)置于隧道左主洞(I)和隧道右主洞(2)中間、低于隧道設(shè)計標(biāo)高、并且沿隧道中心線縱向設(shè)置的泄水沉沙洞室(3)，每個泄水沉沙洞室內(nèi)底部設(shè)有與隧道排水系統(tǒng)(13)貫通的泄水沉沙池(4)，泄水沉沙池兩端設(shè)有反坡式出沙通道(5)，沿泄水沉沙洞室(3)內(nèi)壁環(huán)向設(shè)置若干向外延伸的徑向傘狀泄水減壓鉆孔(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的隧道泄水沉沙施工結(jié)構(gòu)，其特征是泄水沉沙池(4)底部設(shè)有高低式平臺結(jié)構(gòu)，其中較高一側(cè)為汽車運(yùn)輸臺(7 )，另一側(cè)為沉沙槽(8 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的隧道泄水沉沙施工結(jié)構(gòu)，其特征是泄水沉沙池(4)與其兩端的反坡式出沙通道(5)在縱斷面上呈凹形，泄水沉沙池(4)坡度小于0. 3%，出口端出沙通道(5)的坡度為8%，進(jìn)口端出沙通道(5)的坡度為16%。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的隧道泄水沉沙施工結(jié)構(gòu)，其特征是泄水減壓鉆孔(6)環(huán)向X縱向間距為2mX4m，鉆孔長度為10 30m。
全文摘要
本發(fā)明涉及隧道施工領(lǐng)域，具體為一種隧道泄水沉沙池施工結(jié)構(gòu)，用以解決常規(guī)泄水洞存在的施工周期長、投資高、環(huán)保負(fù)面影響大等問題，本發(fā)明包括間隔設(shè)置于隧道兩主洞間、低于隧道設(shè)計標(biāo)高、并且沿隧道中心線縱向設(shè)置的泄水沉沙洞室，每個泄水沉沙洞室出口設(shè)有與隧道排水系統(tǒng)貫通的泄水沉沙池，泄水沉沙池兩端設(shè)有反坡式出沙通道，沿泄水沉沙洞室內(nèi)壁環(huán)向設(shè)置若干向外延伸的徑向傘狀泄水減壓鉆孔。解決了巖溶涌泥突水對隧道結(jié)構(gòu)及防排水體系的破壞作用，同時其實施過程中具有工期短、投資小、見效快及環(huán)保作用良好等優(yōu)點，具有廣泛的推廣價值和使用價值。
文檔編號E21F16/02GK102720511SQ20121019819
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月15日
發(fā)明者劉麗花, 朱緒飛, 楊育生, 段小平, 田曉峰, 肖辰裕, 胡平, 趙香萍, 雷軍 申請人:中鐵十二局集團(tuán)第二工程有限公司, 陜西省交通建設(shè)集團(tuán)公司