雁門關(guān)隧道后腰鋪斜井反坡抽排水方案

喬廣紅

1 工程概況

雁門關(guān)隧道全長14.085 km,隧道起訖里程DK 110+855～DK124+940,最大埋深820 m。隧道設(shè)計為單洞雙線隧道,隧道以直線通過,隧道設(shè)計為人字坡,上坡坡度7‰,DK120+980以后下坡坡度3‰。雁門關(guān)隧道設(shè)計有三座斜井,其中后腰鋪斜井最長,地質(zhì)條件最復(fù)雜,施工難度最大。斜井長2 404 m,斜井與正洞左線線路相交里程DK 117+446,斜井與線路平面交角87°43′7″,設(shè)9個錯車平臺,坡度為3%,最大坡度10.4%,綜合坡度9.61%;承擔(dān)正洞DK 116+346～DK 119+000,共計2 654雙延米;該斜井為雙車道永久性救援通道,斜井施作二次襯砌,施工運輸采用無軌運輸方式。

2 工程特點

1)斜井長、坡度大、各種管線多、施工工序復(fù)雜、施工組織難。2)斷層破碎帶、軟巖、突水、突泥等不良地質(zhì)頻發(fā),施工安全風(fēng)險大。3)斜井二次襯砌采用逆做法,不僅影響通風(fēng)效果,而且拆換風(fēng)水管影響掌子面施工,甚至掌子面發(fā)生水淹現(xiàn)象。4)施工用電從地方農(nóng)網(wǎng)接入,電壓不穩(wěn),停電次數(shù)多。

3 抽排水方案

3.1 總體方案

斜井及正洞小里程排水均為反坡排水,采用機械排水,設(shè)置多級泵站接力排水,見圖1。施工掌子面積水采用移動式桿泵抽至就近臨時11 kW鐵水箱泵站或37 kW鐵水箱泵站,11 kW鐵水箱泵站水抽至就近37 kW泵站或永久性泵站,永久性泵站依次接力抽出洞外沉淀池。其余已施工地段出水經(jīng)臨時集水坑自流到就近泵站水池內(nèi)。臨時鐵水箱泵站水泵按三臺配置,且有足夠的備用泵。永久性1,2,3號泵站配置四臺75 kW耐磨合金泵,永久性4號泵站配置一臺75 kW大流量污水泵和三臺37 kW污水泵,永久性5,6號泵站根據(jù)正洞出水情況配置37 kW或55 kW污水泵。水倉容量按15 min兩倍設(shè)計涌水量設(shè)計。泵站水倉專門設(shè)計一堵防水墻,預(yù)留足夠的水泵進水口;根據(jù)斷層和掌子面涌水情況設(shè)置臨時積水倉。工作水泵按使用兩臺、備用一臺、應(yīng)急一臺配備?？缭揭r砌臺車采用高壓軟管通過。同時,為防止斷層突水,設(shè)置一套應(yīng)急排水系統(tǒng)。專門成立抽水班進行管理和操作。

3.2 設(shè)備選型原則

1)隧道排水主要為隧道滲水,同時需考慮到施工用水。水質(zhì)除地下水的本身成分外,主要還有巖石石屑、泥漿,同時還有噴射混凝土的回彈物摻雜物,所以,除考慮到需排出的水量外,還應(yīng)考慮到排水的成分組成。

2)各級泵站排水能力應(yīng)充分配備,并有一定的儲備能力。

3)本著既不影響今后施工正常進行,又能降低成本的原則。

3.3 排水系統(tǒng)

1)管路。根據(jù)洞內(nèi)涌水量,結(jié)合選配的抽水設(shè)備,斜井通長φ150mm管路三套,永久性泵站正常施工和襯砌臺車拆換排水管時采用兩套,涌水時采用三套。正常施工排水臨時鐵水箱采用φ100mm管路兩套,涌水時水泵出水管接入φ150mm三套主管路;管材均為無縫鋼管。

2)臨時積水箱。斜井臨時積水箱設(shè)于洞內(nèi)右側(cè),每個臨時積水箱尺寸為:3m(長)×1.5 m(寬)×2.0m(高),容量9 m3,每個臨時泵站設(shè)兩個積水箱,共計18 m3/站。11 kW臨時泵站每隔50m向掌子面挪移一次,37 kW臨時泵站相繼向掌子面挪移50m,直接并入主管路。萬一遇到突然涌水,掌子面附近臨時積水箱應(yīng)更換成37 kW水泵。

3)永久性泵站設(shè)置。永久性泵站為整個施工過程結(jié)束前所使用的接力排水水倉位置。根據(jù)計算,斜井內(nèi)設(shè)永久性泵站四處(1號:X2DK1+806;2號:X2DK 1+198;3號:X2DK0+494;4號:X 2DK 0+031),1,2,3,4號泵站水倉容量為:6.5 m(縱深)×6 m(寬)×3.5 m(垂深)=136.5m3,泵站設(shè)于斜井右側(cè);正洞小里程內(nèi)設(shè)永久性泵站兩處(5號DK 116+950;6號DK116+450),水倉可以設(shè)置在仰拱中間,上鋪棧橋。

4)排水供電。為確保洞內(nèi)排水正常進行,不因電路問題導(dǎo)致抽排工作的間斷,設(shè)置兩條供電系統(tǒng),一路運行,一路備用,由于水泵功率較大,新用電源電壓為380 V(±5%)。洞外設(shè)35 kV/10 kV兩臺變壓器高壓進洞,其容量分別為800 kVA,630 kVA。630 kVA主要考慮夏季地方灌溉電壓低,臨時供1號,2號泵站。洞內(nèi)設(shè)10 kV/400 V的固定變壓器四臺,移動變壓器一臺(容量均為630 kVA),其位置見圖1。另外考慮到停電,專門新購置了兩臺500 kW發(fā)電機并機使用。

3.4 應(yīng)急措施

由于本斜井穿越斷層,曾經(jīng)出現(xiàn)過涌水,萬一涌水大于11 520 m3/d時,利用高壓風(fēng)管(φ200mm),即在每個泵站處在高壓風(fēng)管上開口,與安裝在泵站處的水泵接通,進行應(yīng)急抽排。

3.5 污水處理

采用五個沉淀池沉淀淤泥,用挖掘機挖出后晾干,而后裝運至棄渣場內(nèi)統(tǒng)一堆棄。

4 經(jīng)驗與體會

目前斜井已掘進到位,出現(xiàn)四次大的涌水,經(jīng)過實測日排水總量最大11 000m3,目前一直保持在4 500m3/d,截止目前,排水系統(tǒng)運轉(zhuǎn)正常,未出現(xiàn)掌子面積水現(xiàn)象。有以下幾點體會與大家分享:

1)在施工過程中不要抱有僥幸心理,要有超前意識和隨機應(yīng)變的能力,防止突發(fā)涌水現(xiàn)象而帶來被動局面。

2)在隧道施工中一般排水設(shè)備為離心式水泵,若排水量超過10 000 m3/d,則普通污水泵無法滿足使用壽命的需要,因此高效耐磨合金泵的選擇是合理的,經(jīng)受住了長時間的隧道內(nèi)排水的需要。

3)在掌子面使用桿泵是成功的,相比傳統(tǒng)使用的潛水泵有流量大、不易燒電機、移動方便等特點。

4)耐磨合金泵的價格高,按時保養(yǎng)、正確操作顯得尤為重要。

5)跨越襯砌臺車軟管總的截面積一定大于鋼管的截面積。

6)洞內(nèi)變壓器合理的配置對大功率水泵的正常運行至關(guān)重要。

7)洞內(nèi)三項五線和水泵的電纜線不能圖便宜,必須采用國標(biāo),否則影響水泵的正常運行。

[1] 李廣偉.鄭西客運專線交口隧道防排水施工方案[J].山西建筑,2009,35(15):340-341.