排水锚杆、边坡排水系统及下穿边坡隧道边坡排水治理方法

1.本发明属于隧道边坡治理技术领域，具体涉及一种排水锚杆、边坡排水系统及下穿边坡隧道实现边坡排水的边坡治理方法。


背景技术：

2.偏压隧道是由于地形不对称或者地质岩层因素，造成隧道结构两面荷载不对称而形成。当隧道入口位于地形条件较差的不稳定山坡上，隧道顶部两侧土层厚度严重不一致时，是一种偏压现象。如果处理不当，隧道在严重情况下可能会破裂和坍塌。当隧道一侧压力过高时，隧道结构上的应力不均匀，局部应力集中和过度变形可能导致隧道结构的剪切破坏。
3.在隧道下穿边坡的场景中，尤其是隧道与边坡体量接近时，有效治理边坡对隧道的稳定与安全性有重要意义。
4.边坡防治以防为主，治理为辅的原则。目前，边坡治理主要有一下几种方法：
5.排水：在滑坡区周界设置环形截水沟，滑坡坡面上设置平台排水沟及疏干孔，形成有机整体，尽量减少地表水下渗，使地下水位降低，减少地下水对岩土体物理力学性能的影响。
6.边坡锚固：用金属件、木件、聚合物件或其他材料制成杆柱，打入地表岩体或硐室周围岩体预先钻好的孔中，利用其头部、杆体的特殊构造和尾部托板(亦可不用)，或依赖于黏结作用将围岩与稳定岩体结合在一起而产生悬吊效果、组合梁效果、补强效果，以达到支护的目的。
7.力学平衡法：如设置挡土墙，抗滑桩，刷坡减重等措施。
8.这种边坡治理防护对于普通的隧道边坡具有一定的效果，但是隧道下穿边坡治理不同于普通的边坡，其特殊之处在于：(1)隧道构筑物的存在改变了边坡内部力学特性，对于不同的工程条件，设置抗滑桩等构筑物传统边坡治理方法的有效性难于衡量；(2)现有普通边坡治理手段将排水和锚固分离，增加了施工成本；(3)对于本专利所述有隧道下穿的边坡，隧道的存在可以帮助边坡，排水排水与锚固可以相结合；(4)边坡下隧道的存在使抗滑桩，锚杆以及挡土墙等传统边坡治理构筑物可能无法达到设计深度；(5)对于有偏压隧道存在的边坡，采用明挖法建设深层排水管路可能扰动土体，破坏边坡稳定，增加施工危险性。


技术实现要素：

9.本发明实施例提供一种排水锚杆、边坡排水系统及下穿边坡隧道边坡排水治理方法，集排水与锚固为一体，旨在对下穿边坡隧道的排水进行可靠、有效的治理。
10.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种排水锚杆，包括：
11.锚杆本体，具有沿轴向设置的中心孔，所述锚杆本体上还设有多个与所述中心孔连通的透水孔；以及
12.排水内管，通过内管骨架支撑于所述锚杆本体内，所述排水内管上设有多个连通
所述中心孔的排水孔。
13.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，紧贴所述排水内管的外壁上包覆有用于过滤的纤维网。
14.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述排水内管的内端口设有封底，所述排水内管的外端伸出所述锚杆本体外，且具有径向扩张的连接管段。
15.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述锚杆本体包括依次连接的锚固头、锚杆外管及锚杆连接件，所述排水内管的内端抵顶于所述锚固头的内端面上，所述排水内管的外端径向扩张并与所述锚杆连接件螺纹连接。
16.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述锚杆连接件内设有防水胶圈，所述锚杆连接件的四周还设有连接孔。
17.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述锚杆本体还包括防水胶塞，所述防水胶塞套装在所述锚杆外管与所述锚杆连接件连接的一端。
18.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述防水胶塞为锥形结构。
19.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述锚杆本体上沿轴向交替相间设有环形凹纹和环形凸纹，所述环形凹纹及环形凸纹上均设有所述透水孔。
20.第二方面，本发明实施例还提供了一种下穿边坡隧道的边坡排水系统，包括：
21.多个所述的排水锚杆，所述排水锚杆沿隧道长度方向呈多排布设，且每一排的所述排水锚杆沿隧道径向呈发射状布设；
22.对应每排所述排水锚杆的排水支管，所述排水支管呈拱形结构，且随形设置于隧道内，各所述排水锚杆的排水内管连接于所述排水支管上；以及
23.对应于隧道底部两侧的排水总管，各所述排水支管的两端均并联于所述排水总管上。
24.第三方面，本发明实施例还提供了一种下穿边坡隧道边坡排水治理方法，基于下穿边坡隧道的边坡排水系统，所述方法包括：
25.利用数值模拟技术确定隧道下穿后边坡潜在滑动面；
26.根据滑动面与锚杆锚固点的距离确定加长排水锚杆与普通排水锚杆的长度及布设位置；
27.隧道初次衬砌层硬化后，在选定位置将加长排水锚杆打入滑动面附近的围岩中；同时普通排水锚杆与普通锚杆交替布设；
28.将加长排水锚杆、普通排水锚杆及普通锚杆固定于初次衬砌层上；
29.向加长排水锚杆和普通排水锚杆内注水，直至有水流出；
30.在加长排水锚杆和普通排水锚杆内填入透水集料并封堵压实；
31.安装排水支管，并每隔一定间距将排水支管固定在初次衬砌层上；
32.在每个排水支管外沿周向均布多个保护支架，对排水支管形成保护；
33.在隧道底部两侧铺设排水总管，并将排水支管与排水总管的连接；
34.铺设土工布，隧道二次衬砌。
35.本发明提供的利用下穿边坡隧道实现边坡排水的边坡治理方法，与现有技术相比，有益效果在于：利用排水锚杆具有自身锚杆与排水的功能，对特殊构造的下穿边坡隧道自身锚固与防水结构相结合，对边坡排水，降低边坡内部潜水位线，达到治理边坡的目的，
实现了隧道与边坡排水一体化，保证了边坡的稳定性，同时也确保了隧道的安全；边坡排水与锚固的有效结合，也减少了施工工序，降低了施工成本且高效便捷，缩短工期，整体性强。
36.在边坡治理施工时，根据下穿边坡潜在滑动面的深度及位置，设计加长排水锚杆，在其他的位置可以设置普通排水锚杆和普通锚杆，如此，加长排水锚杆、普通排水锚杆与普通锚杆相结合，即可实现不同深度层次的边坡排水，也能够利用普通锚杆的强度，提高排水系统锚固的可靠性，从而提高下穿边坡隧道边坡排水治理的有效性和稳定性。
附图说明
37.图1为本发明实施例提供的排水锚杆的结构示意图；
38.图2为本发明实施例提供的锚杆外管的局部结构示意图；
39.图3为本发明实施例提供的锚杆连接件的主视结构示意图；
40.图4为图3提供的锚杆连接件的剖视结构；
41.图5为沿图1中a-a线的剖视结构；
42.图6为本发明实施例所采用的排水内管的结构示意图；
43.图7为本发明实施例提供的排水锚杆的布置图；
44.图8为本发明实施例提供的保护支架的结构示意图；
45.附图标记说明：
46.1、锚固头；2、锚杆外管；21、环形凹纹；22、环形凸纹；23、透水孔；3、防水胶塞；4、锚杆连接件；41、连接孔；42、防水胶垫；43、防水胶圈；5、排水内管；51、连接管段；52、锥形过渡段；53、排水孔；6、内管骨架；61、支撑杆；62、圆环；7、透水集料；8、排水支管；9、保护支架；91、弧形支架；92、连接板；93、连杆；10、排水总管。
具体实施方式
47.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
48.请一并参阅图1至图6，现对本发明提供的排水锚杆进行说明。所述排水锚杆，包括：锚杆本体以及排水内管5；锚杆本体具有沿轴向设置的中心孔，锚杆本体上还设有多个与中心孔连通的透水孔23；排水内管5通过内管骨架6支撑于锚杆本体内，排水内管5上设有多个连通中心孔的排水孔53。
49.本实施例提供的排水锚杆，与现有技术相比，利用排水锚杆具有自身锚杆与排水的功能，对特殊构造的下穿边坡隧道自身锚固与防水结构相结合，对边坡排水，降低边坡内部潜水位线，达到治理边坡的目的，实现了隧道与边坡排水一体化，保证了边坡的稳定性，同时也确保了隧道的安全，降低了施工的危险性；边坡排水与锚固的有效结合，也减少了施工工序，降低了施工成本且高效便捷，缩短工期，整体性强。
50.水是影响边坡稳定的重要因素，有研究发现，坡内水位下降速率滞后于坡外时，指向边坡外的渗流是引起边坡失稳的重要原因。此外，水位线以下岩土体提供的抗滑力随着基坑水位线的升高逐渐降低。因此，防滑坡治理方案从排水和支护个方面进行综合防治，能够提高此类边坡治理的稳定性。本实施例对于下穿边坡隧道，通过改变坡体下滑的条件，改
善滑动面性质，尤其是改变边坡含水量，提出治理此类边坡较好的方式。
51.其中，如图1及图2所示，锚杆本体上的透水孔23均匀设置，排水内管5上的排水孔53均匀设置，这两种孔可以为圆形、长条形或多边形不限。围岩中的水经透水孔23、排水孔53进入排水内管5，再从排水内管5沿排水支管8，从排水总管10排出。
52.在一些实施例中，为了避免岩层中的沙砾从排水孔53进入排水内管5，排出并长期会对排水管路形成堵塞，因此，在紧贴排水内管5的外壁上包覆有用于过滤的纤维网，起到过滤的效果。该实施例在图中未示出。
53.可选地，如图5及图6所示，内管骨架6包括圆环62及径向连接于圆环62的多个支撑杆61，沿锚杆本体轴向均匀设有多个内管骨架6，以支撑排水内管5，并提高锚杆的强度，排水内管5穿过圆环62，内端抵顶锚固头1即可。
54.在一些实施例中，如图1及图6所示，排水内管5的内端口设有封底，排水内管5的外端伸出锚杆本体外，且具有径向扩张的连接管段51。排水内管5内端口的封底，也可以是直接利用锚杆本体锚固端的端面直接密封封堵，可以避免沙砾从排水内管5的内端进入，保证水经过纤维网从排水孔53进入排水内管5。同时，排水内管5的外端伸出锚杆本体，便于对排水的导引和排出，也便于排水内管5接入排水系统。
55.可选地，如图6所示，排水内管5外端可设置锥形过渡段52，连接径向扩张的连接管段51，连接管段51为圆管，以便于接入排水系统。
56.在一些实施例中，如图1至图3所示，锚杆本体包括依次连接的锚固头1、锚杆外管2及锚杆连接件4，排水内管5的内端抵顶于锚固头1的内端面上，排水内管5的外端径向扩张并与锚杆连接件4螺纹连接。锚固头1可以为钻头，便于锚杆打入围岩内；锚杆外管2与锚孔内壁抓紧在一起，以便于锚杆固定可靠；锚杆连接件4为法兰盘形状，便于与隧道内壁固定，同时，锚杆连接件4也起到密封的作用，以对锚孔实现封堵，最终使排水内管5的外端外露。
57.一些实施例中，如图4所示，锚杆连接件4内设有防水胶圈43，锚杆连接件4的四周还设有连接孔41。锚杆连接件4与排水内管5之间设有防水胶圈，在锚杆外管2和排水内管5之间起到密封的作用；而连接孔41的设置，便于将锚杆固定在隧道内壁上。关于防水胶圈的设置，一般是在排水内管的外壁设置环形凹槽，防水胶圈部分嵌于环形凹槽内，同时，可以在锚杆连接件或锚杆外管对应的内壁上设置对应的环形凹槽，实现防水胶圈的定位，图中不再给出示例。
58.作为锚杆本体的另一种实施防水，如图1所示，锚杆连接件与锚杆外管为分体结构，也即锚杆连接件与锚杆外管不是固定连接的关系，而是通过锚杆连接件与排水内管的螺接。在排水锚杆锚固时，可先将锚杆外管打入锚孔，再将排水内管穿入内管骨架上，再将防水胶塞穿入锚杆外管的外端，且在锚孔处实现对锚孔的封堵，然后，套上锚杆连接件，向内旋转直至锚杆连接件挤压防水胶塞，并与隧道壁相接。
59.注意的是，防水胶塞向外有预留一定的长度，以使锚杆连接件能够抵压形成弹性密封。
60.此时，如图4所示，还可以在锚杆连接件4与隧道壁之间设置防水胶垫42，提高密封的效果；防水胶圈43也可以套装在锚杆连接件4向防水胶塞一侧的卡槽内，锚杆连接件4安装到位后，防水胶圈43与防水胶塞3的挤压接触，实现更好的密封效果。锚杆连接件如图4所示。需要说明的是，防水胶垫和防水胶圈可以不归于锚杆连接件，或者说，锚杆连接组件包
括锚杆连接件、防水胶垫、防水胶圈，因此，关于部件归属的问题不构成对本实施例的限制。
61.如图1所示，在上述实施例的基础上，本实施例提供的锚杆本体还包括防水胶塞3，防水胶塞3套装在锚杆外管2与锚杆连接件4连接的一端。防水胶塞3的设置，是锚杆本体与锚孔之间的密封连接。
62.可选地，如图1所示，防水胶塞3为锥形结构，以实现挤压密封紧密的效果。
63.作为锚杆本体的一种改进的实施防水，如图1及图2所示，锚杆本体上沿轴向交替相间设有环形凹纹21和环形凸纹22，环形凹纹21及环形凸纹22上均设有透水孔23。通过设置的环形凹纹21和环形凸纹22，以增大截水面积，提高锚杆本体的抓着力，提高锚固的可靠性。
64.为了进一步的提高锚杆的抓着力，如图2所示，环形凹纹21上沿周向设有多个凸起的摩擦筋。其中，环形凹纹21和环形凸纹22的断面为弧形结构。
65.关于透水孔23的形状，可选地，在环形凹纹21上设置圆孔，在环形凸纹22上设置长圆孔，不同孔型的配合，提高透水性。
66.本实施例提供的排水锚杆，锚杆外管2经阳极化处理增强防腐性能。排水内管5为pvc材质，外侧贴有人造纤维网和并用内管骨架6支撑，人造纤维网起引水和以阻碍集料下滑的作用，内管骨架6起到支撑排水内管5的作用。
67.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
68.基于同一发明构思，如图7所示，本技术实施例还提供一种下穿边坡隧道的边坡排水系统，包括：多个排水锚杆、对应每排排水锚杆的排水支管8、对应于隧道底部两侧的排水总管10。
69.排水锚杆沿隧道长度方向呈多排布设，且每一排的排水锚杆沿隧道径向呈发射状布设；对应每排排水锚杆的排水支管8，排水支管8呈拱形结构，且随形设置于隧道内，各排水锚杆的排水内管5连接于排水支管8上；对应于隧道底部两侧的排水总管10，各排水支管8的两端均并联于排水总管10上。
70.经锚杆外管2透水孔23收集的水，进入排水内管5，经排水支管8汇入排水总管10排出。
71.作为一种可选的实施方式，如图7及图8所示，每个排水支管8外沿周向均布多个保护支架9，对排水支管8形成保护，这些保护支架9可以采用塑料材质制作，不易生锈且具有弹性便于折弯。排水支管8和排水总管10也可以采用pvc材质，不易生锈，耐用。
72.本发明实施例还提供了一种下穿边坡隧道边坡排水治理方法，基于下穿边坡隧道的边坡排水系统，所述方法主要包括排水锚杆长度及安放位置的设计；排水锚杆的安装；铺设排水系统；整体防水土工布铺设四个步骤。
73.如图7所示，详细的工艺流程如下：
74.步骤一，排水锚杆长度及安放位置的设计，是在隧道设计阶段进行的，目的是确定普通排水锚杆和加长排水锚杆的布设位置。
75.具体是，先建立隧道与边坡有限元模型，利用数值模拟技术确定隧道下穿后边坡潜在滑动面；根据滑动面与锚杆锚固点的距离确定加长排水锚杆与普通排水锚杆的长度及布设位置。
76.步骤二，排水锚杆安装步骤是在隧道初次衬砌完成后与锚杆安装工序同时进行的。
77.可概括为定位、埋管、填充、固定四个步骤。定位是按照设计的位置标定排水锚杆的安装位置。埋管是将特殊处理过的排水锚杆打入围岩。填充是将打入的排水锚杆填入透水集料7并封堵压实。固定是将填充集料的排水锚杆固定在初期支护层上，也即初次衬砌层上，使排水锚杆稳定。固定端设置防水胶塞3和锚杆连接件4。
78.具体做法如下：隧道初次衬砌层硬化后，在选定位置将加长排水锚杆打入滑动面附近的围岩中；同时普通排水锚杆与普通锚杆交替布设；
79.将加长排水锚杆、普通排水锚杆及普通锚杆固定于初次衬砌层上；
80.向加长排水锚杆和普通排水锚杆内注水，直至有水流出；
81.在加长排水锚杆和普通排水锚杆内填入透水集料7并封堵压实。
82.其中，透水集料7选用单一级配粗砂，与少量高分子吸水材料拌合制成透水砂浆，装配完成后只需向排水内管5注水，即可实现其后期填充与集水功能，与传统注浆过程相比，不与要高压注浆的步骤，简化了施工环节。
83.步骤三，安装排水支管8、排水总管10。
84.铺设排水支管8步骤是在排水锚杆安装完成后进行，将各级排水支管8安装在排水锚杆的外端，同时铺设排水总管10，隧道两侧各布置一条排水总管10。将各级排水支管8并联到排水总管10上。排水支管8每隔一定间隔用管箍固定在初次衬砌层上。此步骤完成后，排水系统构建完成。
85.具体是，在每个排水支管8外沿周向均布多个保护支架9，对排水支管8形成保护；防止二次衬砌导致管路变形。保护支架9固定在初次衬砌层上，保护支架9包括平行的弧形支架91及连接弧形支架91的连杆93，以提高支撑的强度，弧形支架91之间连接在一起，提高整体性，弧形支架91的两端还可以设置连接板92，弧形支架91通过连接板92再与初次衬砌层固定。其中，在保护支架9上设置热缩垫片，以抵消热胀冷缩带来的位移变化。
86.步骤四，铺设土工布，隧道二次衬砌。
87.整体土工布铺设是隧道防水步骤中的一步，本方法将土工布防水层铺设在排水系统之外，将边坡下渗水与边坡排水一起隔离在隧道主体结构之外，实现了边坡排水锚固一体化。土工布沿保护支架9、初次衬砌层起伏铺设，以使保护支架9对排水内管5的保护。
88.本发明提供的边坡排水治理方法，在边坡治理施工时，根据下穿边坡潜在滑动面的深度及位置，设计加长排水锚杆，在其他的位置可以设置普通排水锚杆和普通锚杆，如此，加长排水锚杆、普通排水锚杆与普通锚杆相结合，即可实现不同深度层次的边坡排水，也能够利用普通锚杆的强度，提高排水系统锚固的可靠性，从而提高下穿边坡隧道边坡排水治理的有效性和稳定性。
89.本发明提供的治理方法，利用排水锚杆具有自身锚杆与排水的功能，对特殊构造的下穿边坡隧道自身锚固与防水结构相结合，对边坡排水，降低边坡内部潜水位线，达到治理边坡的目的，实现了隧道与边坡排水一体化，保证了边坡的稳定性，同时确保了隧道施工的安全性及隧道运行的安全性；边坡排水与锚固的有效结合，也减少了施工工序，降低了施工成本，高效便捷，缩短工期。
90.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精
神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。