毛细透排水管在小断面隧洞排水中的应用

(宁夏水务投资集团有限公司，宁夏 银川 750002)

1 工程概况

宁夏中南部城乡饮水安全水源工程为跨区域引水工程，主要采用输水隧洞、压力管道相结合的方式引水，其中11条输水隧洞长36.50km，均为无压隧洞。隧洞设计流量3.40m3/s,设计比降i=1/2750，隧洞断面采用马蹄形，最大净高2.45m，最大净宽2.30m，设计水深1.48m。采用C25F50W10钢筋混凝土衬砌，顶拱衬砌厚度30cm，侧拱衬砌厚度35cm，底拱找平后最大衬砌厚43.80cm。衬砌按照双层钢筋限裂设计。隧洞围岩多为泥灰岩，透水系数较大，埋深较浅，受雨季影响较大，雨季隧洞多有渗水，洞内渗水硬度偏高。

2 毛细透排水管工作原理

毛细透排水管套由周长200mm、厚度2mm的软质薄塑胶片制成，其上由间隔1.50mm、孔径1mm的毛细导管组成，毛细导管内大外小，纵向剖开0.30mm宽度吸水槽沟，吸水槽沟垂直贴附于治理面。当岩层中饱含水分时，吸水面产生毛细现象，迫使水流自下往上倒吸进入毛细导管内，而岩层中被水流夹带的颗粒将因重力作用向下沉淀，使水土自动分离。毛细透排水管套将收集的水分汇集到PVC排水管中排出洞外，充分利用了毛细力、虹吸力、水头压力。

3 排水孔施工方案

3.1 单孔施工工艺流程

单孔施工工艺流程为：定孔位→造孔→验收→孔内保护→排水管安装→验收。

3.2 钻孔

排水钻孔施工在相应部位灌浆孔灌浆结束并检查合格后进行，灌浆孔灌浆之前周边30m范围内不得钻进排水孔。排水孔按施工图纸规定的位置、方向和深度钻进。排水孔造孔采取TY28气腿钻，钻孔孔径不小于80mm。排水孔孔深2m。施工中，进行下道工序前，每个孔都在钻孔上加盖帽或采取措施加以保护，以避免堵塞。在作业完成前，所有堵塞的孔都应进行扫孔或用别的孔代替。

排水孔钻孔过程中，如遇有断层破碎带或软弱岩体、涌水、漏水、泉水等特殊情况，及时通知监理工程师，按监理工程师指示处理并做好相关记录，若排水孔堵塞，按监理工程师指示重新钻孔。

3.3 孔位布置及划分

排水孔布置尽可能利用回填灌浆孔布置，间排距可适当调整，隧洞内外水压力高且岩石破碎洞段应先进行固结灌浆，然后进行排水孔施工，排水孔应设在灌浆圈内。排水孔按奇偶数排布设，奇数排布三孔，偶数排布两孔，排距2000mm,间距620mm,排水孔只在水位线以上布设。

3.4 设备及材料

a.设备。排水孔施工使用的空压机、气腿钻应定期进行校验或检定，保持良好生产能力。

b.材料。由甲方提供合格成品的安装材料。

3.5 毛细透排水管安装方法及步骤

隧洞导排水降压防渗系统采用隧洞上部开设泄水孔、孔内安装毛细透排水管方式，依据毛细透排水孔间距、排距设计要求设置，每组毛细透排水管由2根长度为1m的毛细透排水管通过专用连接件连接，每组配置有起连接作用的φ63PVC抗压管、φ40加筋波纹软管和固定件(见图1)。

图1 每组毛细透排水管及配件组装图

以上每组毛细透排水管，厂家已将主体装配完毕，并配备了用于连接、封闭、固定的配件，用于现场安装固定。

成孔后将已组装完毕的毛细透排水管逐节安置于排水孔内，每节排水管使用一个专用连接件连接并用自攻镙钉固定。每组毛细透排水管须使用两个专用连接件(见图2)，一个用于连接2根毛细透排水管，一个安装在进入衬砌结构的端面；毛细透排水管一端使用管堵封闭，另一端与φ63抗压管连接，其连接间隙采用遇水膨胀密封自黏胶带塞填(见图1)；φ63PVC抗压管长度与隧洞衬砌厚度相等；φ63PVC抗压内管下游一端端面与φ63×φ32变径接头连接，衬砌结构内为φ63抗压裸管，表面不包覆毛细透排水管管套，其裸管外圈与衬砌结构间隙须采用CK微膨胀水泥砂浆封堵密实；变径接头φ63×φ32另一端与φ40加筋波纹软管连接，并用固定环固定；φ40加筋波纹软管延伸环状紧贴用固定卡固定于洞壁表面，波纹软管出水孔应高于隧洞设计水位以上，衬砌内外安装见图3。

图2 专用联接件

图3 衬砌内外安装节点

3.6 质量检查

排水管埋设工程质量检查，一般情况下可采用量测法和观察法。

4 应用效果

毛细透排水管很好地解决了隧洞因外围渗透压力对衬砌混凝土造成的影响，有效地排出了岩层中的积水，降低了外水压力；毛细透结构中细长连续吸水沟槽本身较个别分离孔洞设计更不易堵塞；槽孔设计成内大外小，沟槽进水口宽度0.30mm，较倒水毛细孔直径1mm窄许多，即使有少数细小颗粒进入毛细导管，也会从管道出口排放。由于其能确保泥沙不流失，在正常排水的前提下能确保岩性稳定；毛细吸水不会造成较强的水土扰动，较之重力排水更平缓、稳定。

5 存在的主要问题

该工程隧洞排水施工过程中采用两种钻机，钻孔孔径分别为80mm和100mm，由于隧洞断面较小，TY28气腿钻钻杆较细，钻孔过程中钻机遇混凝土、钢筋及较硬岩层极易发生孔位偏移，成孔率偏低，部分孔垂直度不足，排水管安装不方便，φ80孔安装时极易对毛细排水套造成破坏，φ100孔安装时毛细透排水管易脱落不好固定。

毛细透排水管套紧贴孔壁正常排水时，岩层中的饱和水由毛细孔吸附，由管节连接装置汇集于PVC管排出，但如采用孔径为100mm时，孔径过大，岩层饱和水通常由岩壁流至毛细透排水管管端封堵部位，然后反向回流，再进入毛细孔内，毛细透排水孔封堵部位易形成较大的水压力，而封堵材料采用CK微膨胀水泥砂浆，封堵密实，实际使用过程中由于渗水较大，水泥砂浆极易软化脱落。

毛细透末端排水软管是为解决水流外溢造成的对岩面和底板水流降落冲蚀影响而设的，但实际施工过程中由于软管要固定于混凝土面上，渗水多会积于软管之内，常导致软管脱落，且岩层水中矿物质CaCO3等成分含量较高，随时间推移软管中会形成白色固体沉淀物，堵塞软管，导致毛细透排水管失效。

6 采取措施与建议

对于φ67 PVC管，建议采用φ80钻头进行钻孔，施工过程中为避免钻孔破坏钢筋，混凝土衬砌时可充分利用回填灌浆孔或通过标记钻孔位置避开钢筋，钻孔应根据情况选择合理直径的钻杆，避免发生孔位偏移，确保孔位顺直。

对于已钻孔位，严格履行验孔程序。验收完毕应及时清孔安装，保持一定时间，待外水压力降低后，再进行孔口封堵。砂浆拌制过程中应控制好稠度或添加速凝剂，避免封口砂浆脱落或封口不严。

7 结 语

隧洞排水采取的方式方法不同，施工所用材料和工艺方法也略有不同，本文仅阐述了排水管在该工程应用过程中的具体施工方法与存在的问题及其解决办法。对于不同的环境、不同的隧洞，采用的排水管施工方法应略有不同，需要施工人员根据具体情况具体分析，并采用针对性措施进行处理。

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