2577
.pdfСтены и дно траншей закрывают железобетонными плитами. В стенах канав-траншей устраивают водоприемные отверстия.
При залегании водоносного пласта в толще поверхностных пород на глубине более 5 м этот пласт осушают путем устройства закрытых дренажных галерей или штолен. Обделку дренажных галерей сооружают из сборных железобетонных или бетонных блоков, а также из монолитного бетона и камня. В галереях устраивают водоприемные отверстия и водоотводные лотки.
Поверхностные водоемы, ручьи и реки, влияющие на обводненность тоннеля, по возможности отводят по новым руслам, проложенным в стороне от трассы тоннеля. Допускается использование старых русел при устройстве в них водонепроницаемой облицовки или противофильтрационных завес. Заболоченные места осушают дренажными траншеями с фильтрационной засыпкой, препятствующей выносу частиц породы. Перехваченная вода должна удаляться на расстояние, исключающее просачивание ее в тоннель.
10.2. ДРЕНИРОВАНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
Дренирование производится с помощью специальных дренажных устройств, которые применяются для перехвата и отвода подземных вод от тоннеля, а также для снятия гидростатического напора. Дренажные устройства не применяют в породах, подверженных опасности интенсивного химического растворения, таких как гипс, ангидрит, меловой известняк, и при агрессивном характере подземных вод.
К дренажным устройствам относятся штольни, водоотводящие каналы, прорези и каптажные скважины. Дренажные устройства должны быть приурочены, прежде всего, к местам тектонических нарушений массива, местам контакта пород разных видов, местам обводнения массива постоянно действующими источниками. В породах естественной влажности используют дренажные прорези и водоотводящие каналы, в водонасыщенных породах – дренажные штольни и каптажные скважины.
В водоносных породах с коэффициентом фильтрации более 2 м/сутки при наличии явно выраженного направленного к тон-
142
нелю притока подземных вод, обводняющих тоннель на значительном протяжении, применяют дренажные штольни. Дренажные штольни закладывают с верховой стороны потока подземных вод, чтобы наиболее полно перехватить подступающие к тоннелю воды. Продольную ось штольни располагают вдоль фронта движения потока подземных вод и по возможности параллельно оси тоннеля. При наличии водоупорного слоя горных пород в основании тоннеля подошву штольни заглубляют в этот слой, но не более, чем на 1/3 высоты штольни (рис. 10.1). Если водоупорного
а)
h1/3
До
h 10 15 м
б)
10 15 м
Рис. 10.1. Одно- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
стороннее расположе- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,5 м |
||||
ние дренажных што- |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
лен: а – при наличии |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
водоупора и односто- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
роннем потоке вод; б |
в) |
||||||||||
– то же при отсутст- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вии водоупора; в – |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
при отсутствии водо- |
|
|
|
10 15 м |
|
|
|
|
|
|
|
упора и двустороннем |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
потоке вод (стрелками |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,0 м |
||||
показано |
направление |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
потока, |
пунктиром – |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кривая депрессии) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
слоя нет или он залегает гораздо глубже подошвы тоннеля, то подошву дренажной штольни располагают ниже подошвы тоннеля с таким расчетом, чтобы расстояние от уровня подземных вод
143
до подошвы было не менее 1 1,5 м. При движении потоков подземных вод к тоннелю с обеих сторон допускается устройство штолен по обеим сторонам тоннеля (рис. 10.2).
В дренажной штольне должен быть обязательно устроен водоотводный лоток с водонепроницаемым покрытием. Продольный уклон лотка составляет не менее 2 ‰. В качестве постоянной крепи дренажных штолен применяют анкеры, монолитный бетон и сборный железобетон (рис. 10.3, 10.4).
а)
До 1/3 h
10 15 м
h
10 15 м
б)
10 15 м |
|
10 15 м |
|
|
|
|
|
|
Не менее 1.0 м
Рис. 10.2. Двустороннее расположение дренажных штолен: а – при наличии водоупора; б – при отсутствии водоупора (стрелками показано направление потока, пунктиром – кривая депрессии)
а)
144
1500
0
б)
R 55
0,03
1400
1700
Рис. 10.3. Примерные сечения дренажных штолен: а – с анкерной крепью; б – с монолитной обделкой
а)
1340
1100
1800
1640
б)
2040 |
2200 |
1700 |
2050
Рис. 10.4. Примерные сечения дренажных штолен со сборной обделкой: а – рамного типа; б – блочного типа
В конструкции крепи дренажной штольни устраивают открытые стыки и отверстия для беспрепятственного проникания подземных вод в штольню, а также пробуривают водоулавли-
145
вающие шпуры диаметром не менее 40 мм и длиной 1,5 3,5 м в стенах и кровле штольни с целью повышения водозахватной способности и расширения радиуса влияния штольни. Расстояние от тоннеля до дренажной штольни должно быть достаточным, чтобы исключить вынос частиц породы из-под основания тоннеля, промерзание пород за обделкой тоннеля и возможное влияние штольни на статическую работу обделки тоннеля. Это расстояние обычно составляет 10 15 м. В районах с суровым климатом во избежание замерзания воды в холодное время года дренажные штольни должны располагаться за пределами зоны промерзания пород вокруг тоннеля, выходы из них оборудуются утепленными дверями. Лотки, отводящие воду из штольни в тоннель или на поверхность, также утепляются.
Для перехвата и отвода рассредоточенных выходов подземных вод, обводняющих значительные поверхности стен и свода тоннеля, при неопределенном режиме движения подземных вод в горном массиве, когда трещиноватость пород не упорядочена, применяют каптажные скважины. Они представляют собой систему восходящих дренажных каналов, расположенных веерами над тоннелем и пробуренных из специальных камер или из штолен (рис. 10.5). Камеры и каптажные скважины располагаются за пределами зоны сезонного промерзания пород. Скважины бурят
Рис. 10.5. Схема устройства каптажных скважин: 1 – зона сезонного промерзания; 2 – ходок; 3 – камера; 4 – скважина
веерами в плоскостях, параллельных оси тоннеля. Из каждой камеры пробуривают от 10 до 40 скважин, расположенных в 1 3 веерах. Длина скважины – от 10 до 50 м, диаметр – от 70 до120
146
мм. Для сбора и отвода поступающей из скважины воды камера оборудуется водосборным колодцем и выпуском из него в водоотводный лоток тоннеля. Размеры камер обычно составляют
2,5 2,5 2 или 3 3 2,5 м.
В породах естественной влажности и в тоннелях с постоянной положительной температурой для отвода отдельных местных течей устраивают водоотводящие каналы. Конструктивно они представляют собой пластмассовые или металлические трубки диаметром не менее 40 мм, устанавливаемые в пределах обделки перед ее бетонированием. Начало трубки находится за пределами обделки в месте поступления течи, конец трубки выходит в лоток тоннеля (рис. 10.6). В районах с суровым климатом водоотводящие трубки каналов обертывают слоем теплоизоляции из листов пенополистирола, пенополиуретана, минеральной ва-
ты и заключают в защитный кожух из жести, фольги или стеклоткани и затем закрепляют к поверхности выработки.
После этого бетонируют обделку.
Для перехвата и отвода подземных вод, обводняющих ограниченные участки поверхности стен и свода тоннелей протяженностью в несколько метров, а также в местах тектонического нарушения горного массива, где появляются течи и сосредоточенный капеж, устраивают дренажные прорези. Они сооружаются за стенами, сводом или на всю высоту тоннеля с таким расчетом, чтобы перехватить подземные воды на осушаемом участке. Обязательным условием является вынос дренажных прорезей за пределы зоны сезонного промерзания пород вокруг тоннеля. При глубине промерзания
1
2
3
Рис. 10.6. Водоотводящий канал: 1 – течь; 2 – водоотводящая трубка; 3 – водоотводный лоток тоннеля
до 2 м устраивают пристенные прорези, непосредственно примыкающие к обделке, а при глубине промерзания свыше 2 м сооружают отдаленные прорези в виде самостоятельных выработок,
147
соединяющихся с тоннелем горизонтальными ходками (рис. 10.7).
В районах с умеренным климатом или при обогреве тоннеля, когда глубина промерзаемого слоя не превышает толщины обделки, допускается устройство полукольцевых или кольцевых прорезей – штраб толщиной до 50 70 см, заполняемых дренируемым материалом, обычно бутовым камнем (рис. 10.8).
По длине тоннеля ширина прорезей не превышает 2 м. Дренажные прорези устраивают как с одной, так и с обеих сторон обделки тоннеля и, как правило, до возведения обделки. Стены и
Рис. 10.7. Схема устройства дренажных прорезей в железнодорожных тоннелях: а – при глубине промерзания до 2 м; б – при глубине промерзания более 2 м; в – вариант водоотлива при расположении лотка тоннеля на противоположной стороне обделки (относительно прорези); 1 – дренажная прорезь; 2 – соединительный ходок; 3 – входной тамбур; 4 – водоотводный лоток тоннеля; 5 – соединительный лоток; 6 – утепление соединительного лотка; 7 – водосборный колодец; 8 – водоулавливающие шпуры; 9 – перепускной колодец; 10 – перепускная труба; 11 – утепление перепускной трубы; 12 – граница промерзания
А - А |
А |
|
148
1
Рис. 10.8. Схема устройства дренажных прорезей – штраб: 1 – забутовка камнем; 2 – водоотводная трубка
кровля прорезей закрепляются бетоном или сборным железобетоном, а также анкерами. В породах с f 10 прорези можно не закреплять. Недостатком наличия прорезей является ослабление прочности обделки.
В отличие от обделки тоннелей нагнетание растворов за крепь дренажных прорезей, как и дренажных штолен, не производится. Пустоты заполняют бутовым камнем. Для повышения водозахватной способности прорезей на их дренирующих поверхностях после возведения крепи пробуривают водоулавливающие шпуры длиной до 3 м. Соединительные лотки для выпуска воды в лоток тоннеля имеют уклон в сторону тоннеля не менее 60 ‰.
В некоторых случаях при сосредоточенном притоке подземных вод с большим гидростатическим давлением штрабы устраивают с внутренней стороны обделки (рис. 10.9). По длине тоннеля через 8 15 м (в зависимости от трещиноватости и об-
149
Рис. 10.9.
Шпуровой дренаж: 1 – шпуры; 2 – асбоцементный короб; 3 – асбоцементные трубы
водненности пород) устраивают поперечные штрабы трапециевидного сечения. Из них (после нагнетания за обделку) в радиальном направлении бурят шпуры диаметром 75 100 мм и глубиной 3 4 м. Чтобы шпуры охватывали больший объем породы, их бурят попеременно с наклоном под углом 60 и 120° к продольной оси тоннеля. Вода, поступающая в шпуры, попадает в асбоцементный короб, расположенный в поперечных штрабах обделки и прикрепленный стальными хомутами к анкерам, заделанным в обделку. Из короба вода стекает по асбоцементным трубам диаметром 150 мм в водоотводный лоток, расположенный по оси тоннеля или у каждой из стен.
10.3. ВНУТРИТОННЕЛЬНЫЙ ВОДООТВОД
Внутритоннельные водоотводные устройства служат: для сбора и организованного отвода подземных вод, поступающих из дренажных устройств, не имеющих самостоятельного водоотвода; для сбора и отвода подземных вод, проникающих в тоннель через обделку; для удаления конденсационной влаги и вод производственного характера, попадающих в тоннель при его эксплуатации.
Сооружение тоннелей без водоотводных устройств не допускается. Внутритоннельный водоотвод осуществляется самотеком по лоткам, коллекторам и отводам (перепускам) от дренажных устройств к лоткам и коллекторам.
150
Водоотводные лотки располагаются в автодорожных тоннелях по краям проезжей части или под ее перекрытием в центре тоннеля, в железнодорожных – у стен тоннеля (рис. 10.10). Продольный уклон лотков принимается равным уклону тоннеля, минимальный составляет 3 ‰. Лотки имеют прямоугольное поперечное сечение и сооружаются из сборных железобетонных плит или монолитного бетона и укладываются на бетонную подготовку толщиной не менее 5 см. В районах с умеренным климатом и при большом дебите водоотводные лотки сооружают без конструктивного утепления.
В районах с суровым климатом обязательно необходима тепловая защита лотков для предотвращения замерзания в них воды и, следовательно, образования наледей на проезжей части.
Рис. 10.10. Схемы водоотводных устройств в автодорожных тоннелях: а, б – соответственно профиль и план городского автотранспортного тоннеля; в, г – поперечные сечения горных автодорожных тоннелей; 1, 2 – станции дренажной перекачки у порталов; 3 – станция перекачки в тоннеле; 4 – водозаборные колодцы; 5 – 7 – водосборники; 8 – коллектор ливнестока; 9 – напорный трубопровод; 10 – насосы перекачки; 11 – смотровой колодец; 12 – перепускная труба; 13 – решетка (трап); 14 – водоотводные трубы; 15 – водоотводный (дренажный) коллектор
151