一种适用于大型岩溶通道的隧道导水结构及逆向施工方法与流程

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1.本发明涉及一种适用于大型岩溶通道的隧道导水结构及逆向施工方法，属于隧道排水设施技术领域。

背景技术：

2.受岩溶水化学溶蚀的作用，可溶岩地层内部发育有大量岩溶洞穴、岩溶通道等地下喀斯特结构。隧道在穿越可溶岩地层时可能会与地下岩溶通道在空间上交叉，此时为保证隧道线路的通畅性，只能对原有的岩溶通道进行封堵处理。需要注意的是，若岩溶通道内存在地下水，则封堵岩溶通道的同时也封堵了地下水排放的通道，必然导致地下水淤积在隧道衬砌顶部。常规的应对措施是通过排水系统将地下水引流至隧道内部，在通过中心排水沟等洞内排水结构将水引排至隧道洞口外的路基排水系统内。但是，大量地下水进入隧道，一方面极大的增加隧道排水系统的排水压力，在暴雨天气下可能会出现隧道内地下水淤堵漫流问题；另一方面岩溶通道内的地下水通过隧道排放到山体外部，必然改变了岩溶通道连通地区的水环境状态，进而可能对自然环境或当地居民生活带来一定的不良影响。可以看出，现有通过隧道排水系统对岩溶地下水进行大规模排放的处治措施存在着一定的弊端，有着较大的改进空间。
3.另外，岩溶通道的分布存在随机性、多样性、复杂性等特点，有的相对隧道竖直交叉，有的则横向交叉，且溶洞规模也差异巨大。当隧道与横向或斜向的岩溶通道交汇时，一方面岩溶通道水的引排难度巨大，另一方面隧道的施工安全性及结构可靠性难以保障。尤其是隧道与大型岩溶通道相交，将存在较长的交汇段落，其不仅使得交汇段落的稳定性较差，而且引排结构施工范围加大，导致施工安全性、隧道结构防排水可靠性等难以保证。因此，研究一种适用于大型岩溶通道的隧道导水结构及逆向施工方法具有重大的实际意义。

技术实现要素：

4.鉴于此，本发明的目的是提供一种适用于大型岩溶通道的隧道导水结构及逆向施工方法，可以克服现有技术的不足。
5.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种适用于大型岩溶通道的隧道导水结构，它包括相对隧道横向或斜向分布的富水岩溶通道，所述富水岩溶通道与隧道交汇并被隧道截断为左部通道段、右部通道段，在隧道底部设有使左部通道段和右部通道段相互连通的预制拼接式倒虹吸导水管涵结构。
6.前述倒虹吸导水管涵结构包括沿隧道底部横向布置的横向管涵，横向管涵一端通过高位竖井与左部通道段连通，另一端通过低位竖井与右部通道段连通，所述高位竖井、横向管涵、低位竖井均为预制结构拼装而成，其拼接接头采用槽口结构卡扣连接，接头外侧包裹沥青油毛毡防水层。
7.在隧道二次衬砌外侧设有排水型波纹钢，所述排水型波纹钢通过横向排水管与隧道仰拱内的排水沟相连。
8.在前述倒虹吸导水管涵结构内侧底部设置有隧道下部结构；且在倒虹吸导水管涵结构内侧顶部与排水型波纹钢之间填充有防水混凝土隔离结构。
9.在前述左部通道段、右部通道段靠近隧道的端部分别设有封堵模板。
10.在前述倒虹吸导水管涵结构外侧、富水岩溶通道上部壁面及隧道拱部岩面上均设置喷射混凝土防护层、锚网喷固层或注浆加固层。
11.一种适用于大型岩溶通道的隧道导水结构的逆向施工方法，其先进行隧道下部空间的开挖，继而进行倒虹吸导水管涵等结构的施工，其后再以隧道下部结构为基础，进行隧道上部空间的开挖及支护施工。
12.前述的逆向施工方法，具体施工步骤包括：s0、当隧道开挖揭示横向富水岩溶通道后，暂停上台阶掘进施工，进而让隧道中、下台阶依次赶上，并继而完成隧道与横向富水岩溶通道交叉段落前整个正常段落的初期支护、仰拱及仰拱填充施工，使得交叉段落前段的隧道支护结构完全封闭成环；s1、对横向富水岩溶通道进行临时封堵，并采用抽排设备对岩溶通道内部的积水进行临时抽排；s2、进行与岩溶通道交叉段落的隧道下部空间施工：（2.1）先进行富水岩溶通道上部壁面的喷射混凝土防护层的施工，其后按隧道下部机械掏槽、左右侧扩挖的方式进行隧道下部的开挖施工，开挖完成后立即在岩面上施工喷射混凝土防护层，以确保开挖面稳定，并整平开挖面；（2.2）在隧道下部围岩的开挖空间内进行倒虹吸导水结构预制构件的拼装施工：先在开挖坑槽底部施工横向管涵，其后进行高位竖井、低位竖井与横向管涵连接部位的施工，其后按槽口对接方式逐段接高竖井至设计标高；预制构件的拼接接头包裹沥青油毛毡防水层；（2.3）在倒虹吸结构内侧采用现浇方法施工隧道下部结构，其后施工仰拱内填充及排水沟；（2.4）待混凝土形成强度后，在混凝土表层施工洞渣回填缓冲层；s3、进行横向富水岩溶通道上部的围岩开挖，开挖后立即在围岩面施工喷射混凝土防护层，其后清除洞渣回填缓冲层；s4、在左部通道段、右部通道段与隧道的交汇处分别架设岩溶通道封堵模板；s5、按拼装工艺安装排水型波纹钢；s6、在高位竖井、低位竖井、排水型波纹钢和岩溶通道封堵模板的间隙按现浇工艺施工防水混凝土隔离结构，并对拱部的波纹钢进行背后注浆处治；s7、施工排水型波纹钢内侧的防排水结构，继而施工隧道二次衬砌，并在隧道二次衬砌边墙脚设置有与排水型波纹钢及排水沟相互连通的横向排水管；其后按正常的施工步骤进行隧道的掘进施工，待隧道贯通后再进行隧道内其余结构的施工，至此完成倒虹吸导水结构所在段落的全部隧道结构施工。
13.前述步骤（2.2）中，竖井每接高一节段后及时用喷射混凝土进行固定，避免高位竖井、低位竖井在接高过程单侧临空而产生的失稳坍塌风险。
14.前述步骤（2.4）中，洞渣回填缓冲层的厚度不小于0.5m，预防隧道拱部爆破产生的落石砸坏隧道结构。
15.与现有技术比较，本发明公开的一种适用于大型岩溶通道的隧道导水结构及逆向施工方法，它包括相对隧道横向或斜向分布的富水岩溶通道，所述富水岩溶通道与隧道交汇并被隧道截断为左部通道段、右部通道段，在隧道底部设有使左部通道段和右部通道段相互连通的倒虹吸导水管涵结构；施工时，先进行隧道下部空间的开挖，继而进行倒虹吸导水管涵等结构的施工，其后再以隧道下部结构为基础，进行隧道上部空间的开挖及支护施工。本发明通过在隧道两侧边和底部设置相互连通的排水通道，形成倒虹吸导水结构，可将隧道衬砌结构一侧岩溶通道内部的水引流至隧道另一侧的岩溶通道内，进而将被隧道阻断的横向岩溶通道再次连通起来，从而有效减小隧道建设对原生态环境的影响，适用于岩溶地区的隧道排水设计。同时，受倒虹吸导水结构下部扩挖施工的影响，常规“先施工隧道拱部后施工隧道下部”的正向施工方法存在着拱部支护长时间悬空的缺陷，进而无法有效保障拱部围岩的稳定性，而采用“先施工隧道下部、后施工隧道上部”的逆向施工方法，可有效确保倒虹吸导水结构所在段落隧道结构的施工安全，适用于隧道与横向富水岩溶通道相交的情况。另外，鉴于隧道与大型岩溶通道交汇存在积水量巨大导致引排难度大、隧道稳定性差等问题，本发明采用排水型波纹钢与排水沟构成的隧道内防排水系统，其不仅施工高效便捷，而且防水性能和排水效果均较好，可有效提高隧道的整体抗渗性；而且还可以提高隧道内支护强度，提高隧道整体结构稳定性，便于后续的防水混凝土隔离结构和二次衬砌的顺利施工，提高隧道施工安全性及隧道结构防排水可靠性。
16.本发明的有益效果是：（1）本发明结构简单可靠，排水性能好，其通过在隧道两侧边及底部设置相互连通的倒虹吸导水结构，可将封堵隧道衬砌结构一侧边的岩溶水通过上述倒虹吸导水结构引排至隧道另一侧的岩溶通道内，相比将地下水引入隧道内部的常规措施，地下水的整个导流过程不进入隧道，既不增设隧道排水结构的排水压力，也无地下水在隧道内漫流的运营风险；（2）本发明构思巧妙，其通过倒虹吸导水结构，可将阻断的大型岩溶通道重新连接起来，保证了岩溶通道内水流的通畅性，减少隧道修建对周边自然环境和当地居民生活用水的不利影响，并且所述的倒虹吸导水结构采用预制件拼接构成，制造和组装方便，施工效率高，拖入的成本低廉；（3）本发明充分利用岩溶通道洞壁相对稳定的特点，创新性的采用了“先施工隧道下部、后施工隧道上部”的逆向施工方法，可避免隧道上部围岩及支护结构在下部开挖扰动作用下的失稳坍塌事故，进而减小了隧道与大型岩溶通道长段落交汇时的潜在施工风险；同时，上述逆向施工方法可有效规避隧道开挖断面“上部小、下部大”所带来的不利施工条件，可有效保障隧道施工安全和结构可靠性；（4）本发明采用由下向上的施工工序，隧道下部结构采用混凝土一次性现浇成型，隧道上部结构则采用拼装施工的排水型波纹钢替代常规的初期支护工字钢，施工效率大幅提高；此外，相比于工字钢而言，排水型波纹钢结构具备更好的防排水性能及结构整体稳定性，且波纹钢可直接作为现浇混凝土的侧边模板，从而有利于防水混凝土隔离结构的施工。
17.本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和
获得。
附图说明
18.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：图1为本发明的施工流程图一；图2为本发明的施工流程图二；图3为本发明的施工流程图三；图4为本发明的施工流程图四；图5为本发明的施工流程图五；图6为本发明的施工流程图六；图7为本发明的施工流程图七；图8为本发明的施工流程图八；图9为本发明的施工流程图九；图10为本发明的施工流程图十。
具体实施方式
19.以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
20.如图1-图10所示，一种适用于大型岩溶通道的隧道导水结构，它包括相对隧道横向或斜向分布的富水岩溶通道1，所述富水岩溶通道1与隧道交汇并被隧道截断为左部通道段1-1、右部通道段1-2，在隧道底部设有使左部通道段1-1和右部通道段1-2相互连通的倒虹吸导水管涵结构。
21.所述倒虹吸导水管涵结构包括沿隧道底部横向布置的横向管涵4，横向管涵4一端通过高位竖井3与左部通道段1-1连通，另一端通过低位竖井5与右部通道段1-2连通，所述高位竖井3、横向管涵4、低位竖井5均为预制结构拼装而成，其拼接接头采用槽口结构卡扣连接，接头外侧包裹沥青油毛毡防水层。
22.在隧道二次衬砌11外侧设有排水型波纹钢8，所述排水型波纹钢8与隧道仰拱内的排水沟7相连。使隧道上部的积水通过。所述的排水型波纹钢8可采用专利号202121324965 .8公开的一种隧道排水型波纹钢初期支护结构，通过拼装式工艺提高施工速度，并且增加所述的排水型波纹钢8可有效提高与大型岩溶通道相交段落隧道结构的防排水性能和结构整体稳定性。
23.在倒虹吸导水管涵结构内侧底部设置有隧道下部结构6，所述隧道下部结构6为隧道的承载基础，用于提供隧道下部支撑，结构可靠性高。
24.在倒虹吸导水管涵结构内侧顶部与排水型波纹钢8之间填充有防水混凝土隔离结构10。具体地，所述防水混凝土隔离结构10设置在左部通道段1-1、右部通道段1-2与排水型波纹钢8的交汇处，用于进行左部通道段1-1、右部通道段1-2的端口隔离堵封。优选地，为了便于防水混凝土隔离结构10的浇筑施工，并有效提高隧道的防排水性能，在左部通道段1-1、右部通道段1-2靠近隧道的端口分别设置封堵模板9，作为防水混凝土隔离结构10浇筑施
工的侧向模板。
25.在倒虹吸导水管涵结构外侧、富水岩溶通道1上部壁面及隧道拱部岩面上均设置喷射混凝土防护层2、锚网喷固层或注浆加固层。所述喷射混凝土防护层2用于开挖岩面的临时防护及保证开挖岩面的表面整平；进一步地，若开挖的围岩偏弱，则可采用锚网喷层或其它更有效的围岩加固结构取代喷射混凝土防护层2，以确保围岩面稳定；若横向管涵4的基础达不到承载力要求，则应采用注浆加固层或其它围岩加固结构取代喷射混凝土防护层2，以确保倒虹吸导水管涵结构的基础承载力满足要求。
26.基于上述倒虹吸导水结构的逆向施工方法，其先进行隧道下部空间的开挖，继而进行倒虹吸导水管涵等结构的施工，其后再以隧道下部结构为基础，进行隧道上部空间的开挖及支护施工。
27.具体施工步骤包括：s0、当隧道开挖揭示横向富水岩溶通道1后，暂停上台阶掘进施工，进而让隧道中、下台阶依次赶上，并继而完成隧道与横向富水岩溶通道1交叉段落前整个正常段落的初期支护、仰拱及仰拱填充施工，使得交叉段落前段的隧道支护结构完全封闭成环；s1、对横向富水岩溶通道1进行临时封堵，并采用抽排设备对岩溶通道内部的积水进行临时抽排；s2、进行与岩溶通道交叉段落的隧道下部空间施工：（2.1）先进行富水岩溶通道1上部壁面的喷射混凝土防护层2的施工，其后按隧道下部机械掏槽、左右侧扩挖的方式进行隧道下部的开挖施工，开挖完成后立即在岩面上施工喷射混凝土防护层2，以确保开挖面稳定，并整平开挖面；（2.2）在隧道下部围岩的开挖空间内进行倒虹吸导水结构预制构件的拼装施工：先在开挖坑槽底部施工横向管涵4，其后进行高位竖井3、低位竖井5与横向管涵4连接部位的施工，其后按槽口对接方式逐段接高竖井至设计标高；预制构件的拼接接头包裹沥青油毛毡防水层；此外，考虑高位竖井3、低位竖井5单侧临空，在接高的过程中存在失稳坍塌的风险，故而竖井每接高一节段，应及时用喷射混凝土进行固定；（2.3）在倒虹吸结构内侧采用现浇方法施工隧道下部结构6，其中，隧道上部初期支护11与隧道下部结构6应正好封闭成环，所述隧道下部结构6作为倒虹吸结构与隧道之间的隔离结构，起到支撑、防水、隔离等作用，其后施工仰拱内填充及排水沟7；（2.4）待混凝土形成强度后，在混凝土表层施工洞渣回填缓冲层13，其中洞渣回填缓冲层13厚度不宜小于0.5m，其作用是预防隧道拱部爆破产生的落石砸坏隧道结构，并在一定程度上降低施工临空面高度；s3、进行横向富水岩溶通道1上部的围岩开挖，开挖后立即在围岩面施工喷射混凝土防护层2，其后清除洞渣回填缓冲层13；s4、在左部通道段1-1、右部通道段1-2与隧道的交汇处分别架设岩溶通道封堵模板9，其中岩溶通道封堵模板9为防水混凝土浇筑而成，其作用是作为封堵岩溶通道的加强防护结构，以减小岩溶通道对隧道结构的不利影响；s5、按拼装工艺安装排水型波纹钢8；s6、在高位竖井3、低位竖井5、排水型波纹钢8和岩溶通道封堵模板9的间隙按现浇
工艺施工防水混凝土隔离结构10，并对拱部的排水型波纹钢8进行背后注浆处治；s7、施工排水型波纹钢8内侧的防排水结构，继而施工隧道二次衬砌11，并在隧道二次衬砌11边墙脚设置与排水型波纹钢8及排水沟7相互连通的横向排水管12，通过横向排水管12使排水型波纹钢8与隧道排水沟7相互连通，组成隧道内排水系统；其后按正常的隧道施工步骤进行隧道的掘进施工，待隧道贯通后再进行隧道内其余结构的施工，至此完成倒虹吸导水结构所在段落的全部隧道结构施工。
28.所述步骤s5中，排水型波纹钢8的拼装工艺详见专利号202121324965 .8公开的一种隧道排水型波纹钢初期支护结构的施工工艺，在此不再赘述。
29.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式保密的限制，任何未脱离本发明技术方案内容、依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

技术特征：

1.一种适用于大型岩溶通道的隧道导水结构，其特征在于：它包括相对隧道横向或斜向分布的富水岩溶通道（1），所述富水岩溶通道（1）与隧道交汇并被隧道截断为左部通道段（1-1）、右部通道段（1-2），在隧道底部设有使左部通道段（1-1）和右部通道段（1-2）相互连通的预制拼接式倒虹吸导水管涵结构。2.根据权利要求1所述的适用于大型岩溶通道的隧道导水结构，其特征在于：所述倒虹吸导水管涵结构包括沿隧道底部横向布置的横向管涵（4），横向管涵（4）一端通过高位竖井（3）与左部通道段（1-1）连通，另一端通过低位竖井（5）与右部通道段（1-2）连通，所述高位竖井（3）、横向管涵（4）、低位竖井（5）均为预制结构拼装而成，其拼接接头采用槽口结构卡扣连接，接头外侧包裹沥青油毛毡防水层。3.根据权利要求2所述的适用于大型岩溶通道的隧道导水结构，其特征在于：在隧道二次衬砌（11）外侧设有排水型波纹钢（8），所述排水型波纹钢（8）通过横向排水管（12）与隧道仰拱内的排水沟（7）相连。4.根据权利要求3所述的适用于大型岩溶通道的隧道导水结构，其特征在于：在倒虹吸导水管涵结构内侧底部设置有隧道下部结构（6）；且在倒虹吸导水管涵结构内侧顶部与排水型波纹钢（8）之间填充有防水混凝土隔离结构（10）。5.根据权利要求4所述的适用于大型岩溶通道的隧道导水结构，其特征在于：在左部通道段（1-1）、右部通道段（1-2）靠近隧道的端部分别设有封堵模板（9）。6.根据权利要求3所述的适用于大型岩溶通道的隧道导水结构，其特征在于：在倒虹吸导水管涵结构外侧、富水岩溶通道（1）上部壁面及隧道拱部岩面上均设置喷射混凝土防护层（2）、锚网喷固层或注浆加固层。7.一种适用于大型岩溶通道的隧道导水结构的逆向施工方法，其特征在于：先进行隧道下部空间的开挖，继而进行倒虹吸导水管涵等结构的施工，其后再以隧道下部结构为基础，进行隧道上部空间的开挖及支护施工。8.根据权利要求7所述的逆向施工方法，其特征在于，具体施工步骤包括：s0、当隧道开挖揭示横向富水岩溶通道（1）后，暂停上台阶掘进施工，进而让隧道中、下台阶依次赶上，并继而完成隧道与横向富水岩溶通道（1）交叉段落前整个正常段落的初期支护、仰拱及仰拱填充施工，使得交叉段落前段的隧道支护结构完全封闭成环；s1、对横向富水岩溶通道（1）进行临时封堵，并采用抽排设备对岩溶通道内部的积水进行临时抽排；s2、进行与岩溶通道交叉段落的隧道下部空间施工：（2.1）先进行富水岩溶通道（1）上部壁面的喷射混凝土防护层（2）的施工，其后按隧道下部机械掏槽、左右侧扩挖的方式进行隧道下部的开挖施工，开挖完成后立即在岩面上施工喷射混凝土防护层（2），以确保开挖面稳定，并整平开挖面；（2.2）在隧道下部围岩的开挖空间内进行倒虹吸导水结构预制构件的拼装施工：先在开挖坑槽底部施工横向管涵（4），其后进行高位竖井（3）、低位竖井（5）与横向管涵（4）连接部位的施工，其后按槽口对接方式逐段接高竖井至设计标高；预制构件的拼接接头包裹沥青油毛毡防水层；（2.3）在倒虹吸结构内侧采用现浇方法施工隧道下部结构（6），其后施工仰拱内填充及排水沟（7）；
（2.4）待混凝土形成强度后，在混凝土表层施工洞渣回填缓冲层（13）；s3、进行横向富水岩溶通道（1）上部的围岩开挖，开挖后立即在围岩面施工喷射混凝土防护层（2），其后清除洞渣回填缓冲层（13）；s4、在左部通道段（1-1）、右部通道段（1-2）与隧道的交汇处分别架设岩溶通道封堵模板（9）；s5、按拼装工艺安装排水型波纹钢（8）；s6、在高位竖井（3）、低位竖井（5）、排水型波纹钢（8）和岩溶通道封堵模板（9）的间隙按现浇工艺施工防水混凝土隔离结构（10），并对拱部的排水型波纹钢（8）进行背后注浆处治；s7、施工排水型波纹钢（8）内侧的防排水结构，继而施工隧道二次衬砌（11），并在隧道二次衬砌（11）边墙脚设置有与排水型波纹钢（8）及排水沟（7）相互连通的横向排水管（12）；其后按正常的施工步骤进行隧道的掘进施工，待隧道贯通后再进行隧道内其余结构的施工，至此完成倒虹吸导水结构所在段落的全部隧道结构施工。9.根据权利要求8所述的逆向施工方法，其特征在于：步骤（2.2）中，竖井每接高一节段后及时用喷射混凝土进行固定，避免高位竖井（3）、低位竖井（5）在接高过程单侧临空而产生的失稳坍塌风险。10.根据权利要求8所述的逆向施工方法，其特征在于：步骤（2.4）中，洞渣回填缓冲层（13）的厚度不小于0.5m，预防隧道拱部爆破产生的落石砸坏隧道结构。

技术总结

本发明公开了一种适用于大型岩溶通道的隧道导水结构及逆向施工方法，包括相对隧道横向或斜向分布的富水岩溶通道，所述富水岩溶通道与隧道交汇并被隧道截断为左部通道段、右部通道段，在隧道底部设有使左部通道段和右部通道段相互连通的预制拼接式倒虹吸导水管涵结构；施工时，先进行隧道下部空间的开挖，继而进行倒虹吸导水管涵等结构的施工，其后再以隧道下部结构为基础，进行隧道上部空间的开挖及支护施工。本发明结构简单可靠，排水性能好，能使地下水的整个导流过程不进入隧道，既不增设隧道排水结构的排水压力，也无地下水在隧道内漫流的运营风险，并且采用逆向施工方法，可有效保障隧道施工安全和结构可靠性，施工安全性高，经济性好。经济性好。经济性好。