一种在富水黄土隧道开挖过程中快速排水固结的方法
技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域，特别是涉及一种在富水黄土隧道开挖过程中快速排水固结的方法。
背景技术
黄土土质结构疏松，具有大孔隙发育和垂直节理裂隙发育等特点。黄土隧道在干燥时，承载力较高，但一般黄土地区水文地质条件复杂，加之黄土强烈的水敏性和结构性，黄土隧道在富水状态下围岩呈流-软塑状，在施工过程中极易发生掌子面涌水和黄土泥化，强度和稳定性迅速下降，造成前期支护变形和坍塌等安全隐患问题。
针对富水黄土隧道加固问题，以往的研究主要集中在井点降水措施。采用井点降水方法，容易出现隧洞周边围岩大面积沉降的现象，且井点降水法效率较低，对施工要求质量较高，应用效果不够理想。
发明内容
本发明的目的是提供一种在富水黄土隧道开挖过程中快速排水固结的方法，以解决上述现有技术存在的问题，提高富水黄土的强度和稳定性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种在富水黄土隧道开挖过程中快速排水固结的方法，包括以下步骤：
(1)在隧道开挖轮廓线外侧的富水黄土的土体内沿隧道开挖方向打入若干个金属棒和若干个多孔金属排水管，并使所述金属棒与所述多孔金属排水管平行且间隔分布，所述多孔金属排水管的侧壁上设置有若干个沿轴向分布的进液孔；
(2)将每个所述金属棒分别与直流稳压电源的正极电连接，将每个所述多孔金属排水管与所述直流稳压电源的负极电连接，并将每个所述多孔金属排水管通过管路与水气分离器连通，将所述水气分离器与真空泵连通，然后将所述水气分离器和所述真空泵分别连接电源；
(3)打开所述直流稳压电源、所述真空泵和所述水气分离器，所述真空泵工作使得所述多孔金属排水管中形成负压，所述金属棒作为阳极、所述多孔金属排水管作为阴极，所述金属棒与相邻的所述多孔金属排水管之间产生电渗效应，在电渗效应和负压的双重作用下，富水黄土中的水分从所述金属棒流向与所述金属棒相邻的所述多孔排水管流动，经所述进液孔进入所述多孔金属排水管中，最终进入所述水气分离器中。
优选的，任意一个所述多孔金属排水管的四周均匀分布有四个所述金属棒。
优选的，所述金属棒的材料为经防钝化处理的金属材料，所述金属棒采用钢筋。
优选的，所述直流稳压电源的输出电压为40V-60V。
优选的，所述多孔金属排水管的内径为12mm，外径为18mm，长度为1m-2m，所述进液孔的孔径为10μm-50μm。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明的在富水黄土隧道开挖过程中快速排水固结的方法能够显著提高富水黄土的强度和稳定性。本发明在富水黄土隧道开挖过程中快速排水固结的方法将金属棒和多孔金属排水管分别作为阳极和阴极，然后通电并利用真空泵对多孔金属排水管抽气在多孔金属排水管中形成负压，这样在气压形成的基质势以及空气引起的湿度变化形成的液态水-气态水的相变作用和电渗作用下加速土体中的水分从阳极流向阴极，通过多孔金属排水管排出，从而形成了干燥的黄土围岩拱圈，由于干燥的黄土承载力较高，且直立性、悬空稳定性较好，此时可以形成较为稳定的围岩支护，并且阳极金属棒可以兼做超前支护，进一步提高了对富水黄土的加固效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明在富水黄土隧道开挖过程中快速排水固结的方法的流程图；
图2为本发明在富水黄土隧道开挖过程中快速排水固结的方法中多孔金属排水管和金属棒的布置示意图一；
图3为本发明在富水黄土隧道开挖过程中快速排水固结的方法中多孔金属排水管和金属棒的布置示意图二；
图4为本发明在富水黄土隧道开挖过程中快速排水固结的方法中各部件的连接示意图；
其中：1、多孔金属排水管；2、金属棒；3、隧道开挖轮廓线；4、直流稳压电源；5、水气分离器；6、真空泵。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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付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。
本发明的目的是提供一种在富水黄土隧道开挖过程中快速排水固结的方法，以解决上述现有技术存在的问题，提高富水黄土的强度和稳定性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1至图4所示：本实施例提供了一种在富水黄土隧道开挖过程中快速排水固结的方法，包括以下步骤：
(1)在隧道开挖轮廓线3外侧的富水黄土的土体内沿隧道开挖方向打入若干个金属棒2和若干个多孔金属排水管1，并使金属棒2与多孔金属排水管1平行且间隔分布，且任意一个多孔金属排水管1的四周均匀分布有四个金属棒2，即梅花形的布置形式，使得每一个多孔金属排水管1的四角都布置了金属棒2，多孔金属排水管1的侧壁上设置有若干个沿轴向分布的进液孔；
金属棒2应选用经防钝化处理的金属材料，在本实施例中金属棒2采用钢筋，多孔金属排水管1的内径为12mm，外径为18mm，长度为1m-2m，进液孔的孔径为10μm-50μm；
(2)将每个金属棒2分别与直流稳压电源4的正极电连接，将每个多孔金属排水管1与直流稳压电源4的负极电连接，直流稳压电源4的输出电压为40V-60V；并将每个多孔金属排水管1通过管路与水气分离器5连通，将水气分离器5与真空泵6连通，然后将水气分离器5和真空泵6分别连接电源；
(3)打开直流稳压电源4、真空泵6和水气分离器5，真空泵6工作使得多孔金属排水管1中形成负压，金属棒2作为阳极、多孔金属排水管1作为阴极，金属棒2与相邻的多孔金属排水管1之间产生电渗效应，在电渗效应和负压的双重作用下，富水黄土中的水分从金属棒2流向与金属棒2相邻的多孔排水管流动，经进液孔进入多孔金属排水管1中，最终进入水气分离器5中，水气分离器5将通过真空泵6抽出的水分和水蒸汽的混合气体中的水蒸汽快速分离。
本实施例在富水黄土隧道开挖过程中快速排水固结的方法利用电渗和负压相结合的原理能够快速排出富水黄土中的水分，可以边开挖，边排水，提高工作效率，保证施工进度，更具有经济性。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“笫二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
