一种岩溶隧道与地下暗河相交防淤抗冲分水式结构

技术领域

本发明涉及一种岩溶隧道与地下暗河相交防淤抗冲分水式结构。属于岩溶地区隧道设计与施工领域。尤其适用于当岩溶隧道与地下暗河相交时，地下暗河的河道比降很难调整避让岩溶隧道线路位置，岩溶隧道与地下暗河共用同一高程线位时的岩溶隧道衬砌结构型式。

背景技术

岩溶区公路、铁路隧道的设计与施工中，通常会遭遇岩溶地下暗河系统。岩溶地下暗河系统通常以岩溶洞穴等多种岩溶空腔为主，其流量不仅受自身地下水系补给作用，而且与地表径流存在密切的相关性，在暴雨期其流量会快速加大、流速加快、短时间会形成洪峰。所以岩溶区地下暗河在枯水期与洪水期，无论是水位、流量与流速，还是携带泥沙量均差异性较大。

在地下暗河和隧道位置相交时，传统结构布置方式要么地下暗河从岩溶隧道底部下方通过，要么从岩溶隧道顶部上方通过。当地下暗河从岩溶隧道底部下方通过时，即便枯水期与洪水期的河道断面巨大差异，也需要按照洪水期流量需求，加大过水断面在隧道底部下方的布置深度，这势必需要大幅调正地下暗河的河道比降，这对于地下暗河是非常困难的，否则就会在隧道下方过水通道中产生大量泥沙淤积，造成过水断面减少，暗河浮力顶托与冲刷隧道衬砌结构。当地下暗河从岩溶隧道顶部上方通过时，隧道衬砌结构阻水作用明显，衬砌结构上游段泥沙淤积严重，缩小过水断面，洪水期易发生水流堵塞与对衬砌结构侧向推力与冲击。

专利CN101864960B，公开了一种岩溶地区双连拱公路隧道施工方法，包括5个步骤：1、施工准备；2、隧道洞口施工；3、采用3导洞法施工隧道进洞口段，并且套用台阶开挖法；4、采用中导洞法施工隧道中部连通段，且中导洞法采用全断面法开挖；5、采用3导洞法或者中导洞法施工隧道洞口段。

专利CN101922303B，公开了隧道下穿暗河岩溶大厅处理方法，其步骤包括：1、查找暗河岩溶大厅的位置，并进行地质特征分析；2、开挖辅助坑道揭示暗河岩溶大厅；3、对存在安全隐患的岩体实施机械清理，对暗河大厅内的堆积体清理至高于隧道顶部适当位置，并施作导流渠，同时，在暗河上游适当位置设置拦水坝，把暗河明水流改移至导流渠排走；4、在暗河大厅内施作钢筋混凝土底板，在底板上向下实施钻孔注浆加固溶洞堆积体；5、隧道暗挖通过。

专利CN107268647B，公开了大流量高流速动水条件下地下暗河处的防渗墙施工方法，对岩溶地区存在大流量高流速动水条件的大型溶洞或地下暗河采用防渗墙进行封堵处理；根据防渗墙施工的渗漏情况确定大型溶洞或地下暗河的形状与跨度；根据已确定形状与跨度的地下暗河，在地下暗河处的防渗墙轴线两侧分别设置形状与跨度和地下暗河分别相匹配的阻水墙；通过两道阻水墙将地下暗河处防渗墙轴线两侧的动水阻断，以便在两道阻水墙之间形成处于相对静水状态的空腔；在空腔内进行防渗墙造孔，以便形成防渗墙。

专利CN109826081A，一种隧道内大型溶洞、暗河拱跨结构及施工，包括完整基岩、拱座、主拱圈、回填层、洞壁防护和型钢临时支撑，拱座位于溶洞、暗河两侧完整基岩的上方，溶洞、暗河的周围做好洞壁防护，主拱圈支撑在两侧拱座上，拱跨结构与上部隧道结构之间为回填层，隧道施工型钢临时支撑分为竖向型钢临时支撑及纵向型钢临时支撑，纵向型钢临时支撑位于隧道结构的下方，隧道初支刚架落到纵向型钢临时支撑上，纵向型钢临时支撑至溶洞底采用竖向型钢临时支撑。

专利CN110004990A，一种富水暗河区域地下室泄压施工方法及装置，该装置包括安装在排水孔中的滤水管以及依次固定在滤水管外端的暗杆弹性座封闸阀和减压阀，在滤水管上位于暗杆弹性座封闸阀和减压阀之间安装有压力表，在滤水管的下部管壁上均布有滤水孔，减压阀的出水端与排水软管连接。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种岩溶隧道与地下暗河相交防淤抗冲分水式结构，解决地下暗河和隧道位置相交时，传统结构布置方式要么从岩溶隧道下部通过或者从岩溶隧道上部通过，均会发生的壅水不畅、泥沙淤积、衬砌结构抗浮与洪水冲击等一系列问题。

技术方案：本发明的一种岩溶隧道与地下暗河相交防淤抗冲分水式结构包括沉砂池、拦污栅、分水堰、八字嵌入式地锚板式基础、开敞式溢流道、耐磨橡胶带、两道防水门、多孔箱涵式V型倒虹吸输水管道、消力堰、消力墩；该结构以八字嵌入式地锚板式基础为结构支撑，在八字嵌入式地锚板式基础上设有多孔箱涵式V型倒虹吸输水管道，在多孔箱涵式V型倒虹吸输水管道上设有两道防水门，在两道防水门的两边上分别设有开敞式溢流道；开敞式溢流道的上游为上部过水断面，在开敞式溢流道的上游设有沉砂池，在沉砂池中设有拦污栅，在拦污栅的右侧设有分水堰，在分水堰与多孔箱涵式V型倒虹吸输水管道进水口连接处设有耐磨橡胶带；开敞式溢流道的下游为下部过水断面，在开敞式溢流道的下游设有消力堰。

所述的分水式结构中，上游侧分水堰、下游侧消力堰、多孔箱涵式V型倒虹吸输水管道与开敞式溢流道，使得岩溶隧道结构将与之相交地下暗河分成了上、下两部分过水断面；下部过水断面为多孔箱涵式V型倒虹吸输水管道，主要作为枯水期过水通道与岩溶隧道上游段防淤冲砂作用；上部过水断面为开敞式溢流道，主要作为洪水期过水通道与岩溶隧道下游段防淤冲砂作用。

所述的分水式结构中，沉沙池位于所述分水式结构上游侧最前端；消力堰位于所述分水式结构下游侧最后端；拦污栅位于沉沙池内的多孔箱涵式V型倒虹吸输水管道进水口前方；分水堰位于紧贴分水式结构外边的上游侧，与沉沙池的边缘相接；消力堰位于紧贴分水式结构外边的下游侧；多孔箱涵式V型倒虹吸输水管道从岩溶隧道结构底部穿越，连接上游的沉沙池与下游的消力堰；两道防水门构成检查门通道，放置于V型倒虹吸输水管道的上方。

所述的分水式结构中，采用八字嵌入式地锚板式基础，沿隧道纵向方向的结构外侧分段环向加强式格框结构作为分水式结构承载加强构件，与多孔箱涵式V型倒虹吸输水管道分隔，作为分水堰与消力堰的竖向传力构件。

所述的分水式结构中，过水通道迎水面布置含减振珠的耐磨橡胶带；分水堰与多孔箱涵式V型倒虹吸输水管道进水口连接部设置含减振珠的耐磨橡胶带，构成抗冲防渗结构。

所述的分水式结构，在枯水期，暗河水流只从多孔箱涵式V型倒虹吸输水管道流动越过岩溶隧道，并且多孔箱涵式V型倒虹吸输水管道的束水作用冲刷带走洪水期在沉沙池中沉淀泥沙；洪水期，暗河水流由多孔箱涵式V型倒虹吸输水管道与开敞式溢流道两个过水通道流动越过岩溶隧道，带走多孔箱涵式V型倒虹吸输水管道内和消力堰底部的沉积泥沙，消力堰减弱洪水期水流对下游河道的冲刷作用。

所述的消力堰中设有消力墩。

有益效果：本发明的分水式衬砌结构使得地下暗河根据枯水期与洪水期分流通过岩溶隧道，V型倒虹吸孔输水管道埋置深度浅，无需调整暗河水流比降，而且V型倒虹吸孔输水管道解决上游岩溶隧道在衬砌结构上游侧泥沙淤积，同时分水堰减弱了洪水期水流对衬砌结构的冲击荷载，使得上下分流水荷载实现了一定程度的平衡。

附图说明

图1为本发明的前视图；

图2为本发明的整体图；

图3为本发明的俯视图；

图4为本发明的V型倒虹吸输水管道示意图，

图5为本发明的分水系统示意图，

图6为本发明的拦污栅示意图，

图7为本发明的消力系统图；

图中有：沉沙池1、拦污栅2、分水堰3、八字嵌入式地锚板式基础4、开敞式溢流道5、耐磨橡胶带6、两道防水门7、多孔箱涵式V型倒虹吸输水管道8、消力堰9、消力墩10。

具体实施方式

地下暗河和隧道位置相交时，传统结构布置方式要么从岩溶隧道下部通过或者从岩溶隧道上部通过，均会发生的壅水不畅、泥沙淤积、衬砌结构抗浮与洪水冲击等一系列问题。本发明公开了一种岩溶隧道与地下暗河相交防淤抗冲分水式衬砌结构利用与衬砌结构一体化的上游侧分水堰、下游侧消力堰、多孔箱涵式V型倒虹吸孔输水管道与开敞式溢流道，使得岩溶隧道衬砌结构将与之相交地下暗河分成了上、下两部分过水断面。下部过水断面为多孔箱涵式V型倒虹吸孔输水管道，主要作为枯水期过水通道与岩溶隧道上游段防淤冲砂作用；上部过水断面为开敞式溢流道，主要作为洪水期过水通道与岩溶隧道下游段防淤冲砂作用。本发明的分水式衬砌结构使得地下暗河根据枯水期与洪水期分流通过岩溶隧道，V型倒虹吸孔输水管道埋置深度浅，无需调整暗河水流比降，而且V型倒虹吸孔输水管道解决上越岩溶隧道在衬砌结构上游侧泥沙淤积，同时分水堰减弱了洪水期水流对衬砌结构的冲击荷载，使得上下分流水荷载实现了一定程度的平衡。

以下结合附图和实施案例对本发明作进一步说明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例及附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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做出创造性劳动的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。

参照附图，本发明提供一种岩溶隧道与地下暗河相交防淤抗冲分水式结构，包括沉沙池1、拦污栅2、分水堰3、八字嵌入式地锚板式基础4、开敞式溢流道5、耐磨橡胶带6、两道防水门7、多孔箱涵式V型倒虹吸输水管道8、消力堰9、消力墩10。所述入水口和沉沙池1相接。所述拦污栅2内置于沉沙池1中，位于多孔箱涵式V型倒虹吸输水管道8的前方。所述分水堰3紧靠衬砌结构上游侧，与沉沙池1的边缘相接，并与开敞式溢流道5、多孔箱涵式V型倒虹吸输水管道8相接；多孔箱涵式V型倒虹吸输水管道8连接上游的沉沙池1与下游的消力堰9。所述多孔箱涵式V型倒虹吸输水管道8与开敞式溢流道5的迎水面布置有含减震珠的耐磨橡胶带6；分水堰3与多孔箱涵式V型倒虹吸输水管道8进水口连接部布置有含减震珠的耐磨橡胶带6。所述两道防水门7位于衬砌结构下游多孔箱涵式V型倒虹吸输水管道8上方。所述消力堰9紧靠衬砌结构下游侧，与多孔箱涵式V型倒虹吸输水管道8和开敞式溢流道5相接，消力堰9中包含消力墩10。

本发明中，所述入水口、沉沙池1、拦污栅2、分水堰3共同组成分水系统。水流通过入水口进入沉沙池1，在沉沙池1中沉淀泥沙，水流中的杂物通过拦污栅2过滤。枯水期，过滤后的水流通过分水堰3进入多孔箱涵式V型倒虹吸输水管道8中；洪水期，过滤后的水流通过分水堰3进入多孔箱涵式V型倒虹吸输水管道8和开敞式溢流道5中。

本发明中，所述消力堰9、消力墩10共同组成消力系统。水流通过多孔箱涵式V型倒虹吸输水管道8或开敞式溢流道5进入消力堰9，经过消力墩10后，减弱了水流的冲刷力，使上下水荷载实现一定程度的平衡。

本发明中，多孔箱涵式V型倒虹吸输水管道8埋深浅，不需要调整暗河水流比降，其能解决上游岩溶隧道在衬砌结构上游侧泥沙淤积问题。

本发明中，多孔箱涵式V型倒虹吸输水管道8具有枯水期过水通道与岩溶隧道上游段防淤冲沙作用；开敞式溢流道5具有洪水期过水通道与岩溶隧道下游段防淤冲沙作用。

本发明中，所述多孔箱涵式V型倒虹吸输水管道8与开敞式溢流道5均为过水通道。洪水期水流量大时，水流同时通过多孔箱涵式V型倒虹吸输水管道8与开敞式溢流道5，在消力堰9处汇集，经过消力墩10减弱水流冲刷力；枯水期水流量小时，水流通过多孔箱涵式V型倒虹吸输水管道8进入消力堰9，通过消力墩10水流冲刷力被减弱。

本发明中，衬砌结构的施工缝与伸缩缝不设置在地下暗河宽度范围内。