淺析小斷面水工隧洞施工排水條件的改善

劉海真　張健

【摘 要】在山區(qū)引水工程中小斷面隧洞的應(yīng)用越來越廣，施工過程中地下水處理量大，從設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)優(yōu)化方案，可降低安全風(fēng)險(xiǎn)，提高施工效率，節(jié)約成本。本文結(jié)合隧洞施工和現(xiàn)場試驗(yàn)主要針對施工排水存在的問題，提出解決思路，可為今后類似工程提供有價(jià)值的參考。

【關(guān)鍵詞】水工隧洞；施工排水

1.問題的提出

伴隨著社會的向前不斷發(fā)展，人們對生活用水、農(nóng)田灌溉、城市用水等需求的提高，山區(qū)水利工程也從過去以小型水利建設(shè)模式逐步向規(guī)?；~進(jìn)，跨中小流域跨地區(qū)引（輸）水設(shè)施越來越多，其中采取直穿大山的引（輸）水隧洞方式，正在以現(xiàn)有施工技術(shù)的支持下，大量取代傳統(tǒng)的長距離繞山修渠之法，因此如何合理優(yōu)化設(shè)計(jì)以降低安全風(fēng)險(xiǎn)，提高施工效率，降低施工成本，縮短工期，對水利工程引（輸）水隧洞具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

2.影響水工隧洞施工的主要因素

山區(qū)水工隧洞多數(shù)穿越小流域間山體，一般途徑山脈中部，埋深較大，洞身較長，建設(shè)期間隧洞中間經(jīng)常難以開設(shè)施工支洞，多為進(jìn)出口掘進(jìn)，作業(yè)面少；即使有開設(shè)支洞的條件，受地形影響支洞多為反坡，且支洞長度出現(xiàn)數(shù)百米乃至上千米的情況。施工時除可能發(fā)生洞壁（頂）塌陷、出現(xiàn)有害氣體外，一般均有地下水出露，當(dāng)隧洞周圍巖體遭遇溶洞、溶腔時，受到極為發(fā)育的裂隙影響，隧洞內(nèi)涌水驟增，安全風(fēng)險(xiǎn)較大，且處理難度較大，尤其是反坡隧洞發(fā)生洞內(nèi)涌水時，處理不好時，經(jīng)常淹沒工作面，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度，甚至造成工程停工。以黔中水利樞紐一期工程桂松干渠大山哨隧洞2#支洞為例，該支洞的洞臉上方一條斷面1.5x1.5米灌溉水渠橫跨隧洞，渠底至洞頂埋深9米，在當(dāng)?shù)剞r(nóng)田進(jìn)行灌溉時，水渠內(nèi)水流高度約1米，因洞臉周圍巖體裂隙極為發(fā)育，因此水渠多處滲漏的水流通過巖層裂隙往隧洞內(nèi)匯流，由隧洞內(nèi)一小型溶洞處驟然噴涌而出，因支洞為反坡隧洞，導(dǎo)致近300米支洞數(shù)小時內(nèi)全面淹沒，且水渠持續(xù)放水灌溉及受到雨季降雨影響，造成該支洞發(fā)生數(shù)次積水排除后未及增強(qiáng)排水設(shè)施又被淹沒的情況，導(dǎo)致近兩個月未能復(fù)工。

3.施工期洞內(nèi)排水存在的問題

3.1排水困難

隧洞內(nèi)輸水管較長，揚(yáng)程大，且一般為軟管，沿程損失較大，輸水效率低。如前文所述黔中水利樞紐一期工程桂松干渠大山哨隧洞，全長8570米，共設(shè)3個支洞輔助施工，整個隧洞洞身長、斷面小，同時該隧洞整體埋深均處于地下水位10至110米，溶洞、裂隙、地下暗河發(fā)育，巖溶水文地質(zhì)條件復(fù)雜屬于典型的喀斯特地貌，支洞、主洞共上百個大小涌水點(diǎn)，日均涌水量達(dá)5萬立方米。掘進(jìn)初期采用分段、分點(diǎn)抽水，建立多級臨時中轉(zhuǎn)泵站，每個支洞內(nèi)管道多達(dá)6至8條，當(dāng)遭遇涌水量過大時根本無法施工，只能建立集中泵站，配備大功率、高揚(yáng)程、大流量離心泵、布置大管徑鋼管輸水。

3.2動力備置困難

隨著工程的逐漸展開推進(jìn)，隧洞內(nèi)動力線路也不斷延伸，照明、排水負(fù)荷增大，線損逐漸增高，供電質(zhì)量愈發(fā)難以滿足設(shè)備的要求，因此泵站排水能力逐漸下降，直至每個支洞與主洞交接的喇叭口附近增設(shè)了變壓器后方保證正常施工。另因隧洞內(nèi)涌水量大、持續(xù)時間長，需24小時不間斷抽水，而進(jìn)入雨季施工因惡劣天氣導(dǎo)致停電情況，及大功率水泵較多總功率過大導(dǎo)致大電無法滿足正常施工需要，因此施工現(xiàn)場需要配備一定相應(yīng)的發(fā)電機(jī)來保證正常施工。

3.3設(shè)備配置難以與實(shí)際匹配

隧洞內(nèi)涌水點(diǎn)位置、涌水大小隨巖層情況、涌水時間變化，無法準(zhǔn)確預(yù)計(jì)，難以儲備合適的設(shè)備以供使用及調(diào)換，必須配備大量備用件以及配置備用水泵，否則一旦突遇新巖層大量涌水情況時，無法及時增設(shè)合適的設(shè)備或設(shè)備故障的情況下均將出現(xiàn)淹洞，通常會影響施工三至十天工期，嚴(yán)重的達(dá)到1至2個月的時間。

3.4設(shè)備損壞嚴(yán)重

隧洞內(nèi)空間窄小無法安置合適數(shù)量的備用水泵，各處泵站持續(xù)運(yùn)作，無法得到有效保養(yǎng)，極容易燒壞抽水設(shè)備。

3.5影響施工進(jìn)度

隧洞內(nèi)場地較為狹小，各項(xiàng)設(shè)備、管道難以布置，經(jīng)常發(fā)生裝載機(jī)、出渣車磕碰壞管道導(dǎo)致停工搶修的現(xiàn)象；遭遇涌水驟然增加的情況時，工作面幾乎布滿增設(shè)的中轉(zhuǎn)排水的各種小型水泵、管道，無法進(jìn)行正常施工，導(dǎo)致進(jìn)度緩慢，同時造成大面積的窩工現(xiàn)象。

4.建議

中長小斷面隧道設(shè)計(jì)時，目前較少考慮地下水對施工進(jìn)度等的影響，大多數(shù)僅僅考慮了圍巖穩(wěn)定、有害氣體等不利因素，對水害則采取出水就被動抽水，且對隧洞內(nèi)涌水量亦未做過多考慮，未進(jìn)行多方案比較分析。在實(shí)際工程應(yīng)用時，設(shè)計(jì)斷面的主要控制不僅考慮過水能力，也應(yīng)多考慮施工操作斷面。因此，設(shè)計(jì)時可將支洞設(shè)定于洞短、揚(yáng)程小的合理位置，且支洞斷面適當(dāng)擴(kuò)大，為施工排水、正常施工預(yù)留富余空間，論證分析采用建設(shè)工程措施后可能增加的工程投資和操作的可行性，根據(jù)地質(zhì)情況進(jìn)行詳細(xì)分析，預(yù)估地下水可能造成的危害程度及各段涌水量，估算可能造成的工期延誤、工程投資增大等因素，通過綜合平衡，盡量改善施工條件，減輕可能在施工時由地下水造成的施工困難和避免大量工程成本發(fā)生。

5.排水機(jī)械、設(shè)備布置

5.1電源線路及控制箱布置

洞內(nèi)電源主線路采用三相四線制防水電纜，必須經(jīng)過各主配電箱和分配電箱，總體形成電源線路的串聯(lián)方式布置，采取多級保護(hù)措施。 水泵用電必須遵循一機(jī)一閘用電要求，水泵均從配電箱接入，配電箱與電線、電纜設(shè)置在隧洞側(cè)墻指定位置，按照相關(guān)要求安裝和配置斷電、漏電保護(hù)裝置。

5.2水泵及排水管布置

豎井底部集水井配備兩臺大功率、高揚(yáng)程水泵（功率40kW離心泵和功率55kW潛水泵），豎井下游其他各集水井水泵的標(biāo)準(zhǔn)可適當(dāng)降低， 一般規(guī)格為14～18kW的離心泵和潛水泵。洞內(nèi)各集水井之間的排水管采用橡膠軟管，具體規(guī)格的大小根據(jù)各集水井所用水泵的規(guī)格大小而定，排水管沿洞壁底角順直布設(shè)，防止施工車輛碾壓和彎曲，與洞內(nèi)用電線路布設(shè)在同一側(cè)壁，但與用電線路距離約為0.80m。每一集水井在使用潛水泵時，泵懸吊于距離集水井井底約20cm左右，以避免集水井內(nèi)雜物進(jìn)入潛水泵，影響正常的抽排水。

6.管理措施

隧洞抽排水指定專人負(fù)責(zé)， 建立制度約束機(jī)制，根據(jù)洞內(nèi)巖石裂隙水大小情況，采取定時不定時的檢查水泵等抽排水設(shè)施、設(shè)備運(yùn)行情況，及時發(fā)現(xiàn)問題并解決處理，并詳細(xì)記錄，對損壞的水泵由專人進(jìn)行維修。通常條件下，為了最大程度的減少在抽排水過程中的人員配置，多采用在集水井內(nèi)安裝自動抽排水裝置，當(dāng)集水井內(nèi)水量到達(dá)一定的水位時，水泵會自動向另一集水井抽排水，依次循環(huán)，再加上專職人員定時不定時的檢查、維修和養(yǎng)護(hù)，可確保隧洞抽排水的正常進(jìn)行，從而保證隧洞其他工序的施工。

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