尖山I號(hào)隧道涌水分析及反坡排水方案

李維明

(貴州省公路工程集團(tuán)有限公司)

1 工程概況

尖山I 號(hào)隧道為分離式隧道，位于大方縣西12 km 處，起于遵義市大方縣東關(guān)鄉(xiāng)田坪村，止于大方縣竹園鄉(xiāng)尖山村。左幅隧道起點(diǎn)樁號(hào)為ZK1743 + 804，終點(diǎn)樁號(hào)為ZK1745+260，單幅全長(zhǎng)1 456 m，最大埋深約266 m;右幅隧道起點(diǎn)樁號(hào)為YK1743 +795，終點(diǎn)樁號(hào)為YK1745 +210，單幅全長(zhǎng)1 415 m，最大埋深約267 m。左右幅隧道平面線性進(jìn)口及洞口段均為直線，出口段均位于R=2 000 m 圓曲線上。左右幅隧道均為下坡，左幅隧道縱坡為－0.643%，右幅隧道縱坡為－0.647%。隧道區(qū)地形條件較復(fù)雜，山高谷深，屬中亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，雨量充沛，年均降雨量954 mm，地下水主要類(lèi)型為基巖裂隙水。

2 涌水的類(lèi)型及對(duì)施工不良影響

2.1 涌水的類(lèi)型

(1)干燥;(2)滲水:沿巖石或軟弱結(jié)構(gòu)面滲出的雨?duì)畹嗡?(3)線狀涌水(線流);隧道巖體內(nèi)部水分匯集而成的現(xiàn)狀水流;(4)簾幕式涌水:沿?cái)鄬印⒘严痘蚬?jié)理流出的呈簾幕狀的涌水;(5)股狀涌水:按涌水量大小可以分為小股狀涌水、中等股狀涌水、大股狀涌水和特大股狀涌水。

2.2 涌水對(duì)施工的影響

隧道涌水對(duì)施工的具體不良影響及原因分析見(jiàn)表1 所示。

表1 涌水對(duì)施工的影響

3 涌水量的估算

目前涌水量的估算主要有簡(jiǎn)易水均衡法、水文地質(zhì)比擬法以及水動(dòng)力學(xué)法等三種方法，采用簡(jiǎn)易水均衡法對(duì)尖山I號(hào)隧道的涌水量進(jìn)行估算。根據(jù)水文地質(zhì)條件，假設(shè)一定范圍內(nèi)的大氣降水部分或全部涌人隧洞，則平均的涌水量可按照公式(1)計(jì)算

式中:Qcp 為涌水量(m3/d);F 為地表的補(bǔ)給面積(103m2);η 為折減系數(shù);R 為年平均降雨量，mm;α 為滲水系數(shù)(無(wú)量綱)。

根據(jù)水文地質(zhì)剖面進(jìn)行分段計(jì)算，尖山I 號(hào)隧道涌水量估算結(jié)果見(jiàn)表2 所示。

表2 尖山I 號(hào)隧道涌水量估算

4 反坡排水方案的選擇

4.1 集水坑接力式反坡排水

坡度較大隧道施工對(duì)排水電機(jī)揚(yáng)程要求相對(duì)較高，應(yīng)采用集水坑反坡道排水方式，在隧道施工過(guò)程中分段開(kāi)挖反坡排水溝，在每一段的終點(diǎn)開(kāi)挖集水坑，設(shè)抽水機(jī)一臺(tái)，把積水抽至最后一段反坡，最后一個(gè)抽水機(jī)將積水排除洞外，采用接力的方式將水抽至洞外的污水沉淀處理池。

4.2 長(zhǎng)距離管道配合小集水泵收集式反坡排水

對(duì)坡度較緩的隧道反坡道施工排水，適合采用較長(zhǎng)距離開(kāi)挖固定式集水坑作為泵站，用小集水泵將開(kāi)挖面的積水抽到最近的集水坑內(nèi)，再用大功率的泥漿泵通過(guò)排水管道將水排到洞外。

由于尖山I 號(hào)隧道坡度較緩，因此采用長(zhǎng)距離管道配合小集水泵收集反坡排水?？紤]隧道反坡施工較長(zhǎng)以及水泵揚(yáng)程等因素，每幅隧道擬設(shè)置固定式排水泵站3 座，每400 m設(shè)置一座。泵站水倉(cāng)容量按5 min 的匯水量加上施工用水(每工作面20 ～30 m3/d)合計(jì)確定，其結(jié)構(gòu)尺寸為3 m(長(zhǎng))×3 m(寬)×1 m(深)。水泵排水能力遞增原則自下而上遞增選配，水泵型號(hào)為GMZ100－30－80，抽水能力80 m3/h，工作水泵按使用1 臺(tái)，備用1 臺(tái)，檢修1 臺(tái)配備，同時(shí)為防止突水，設(shè)置利用高壓風(fēng)管作為1 套應(yīng)急排水系統(tǒng)。需要配用的設(shè)備及位置見(jiàn)表3 所示。

表3 尖山I 號(hào)隧道設(shè)置泵站位置及選用設(shè)備

選用山東淄博博山潤(rùn)神渣漿泵公司生產(chǎn)的高效耐磨泥漿泵，泥漿泵揚(yáng)程30 m，流量80 m3/h，功率22 kW。泵站之間采用Φ100 mm 排水管長(zhǎng)距離輸送，小集水泵用Φ80 mm消防軟管將積水收集并輸送至最近的較大的集水泵站內(nèi)。集水坑設(shè)于洞內(nèi)左側(cè)，每隔140 m 設(shè)置1 處，尺寸為2 m(長(zhǎng))×3 m(寬)×1 m(深)。

5 其他保證措施

5.1 組織管理保證

在反坡排水施工時(shí)，合理、可靠的排水設(shè)備和系統(tǒng)固然重要，但是只有強(qiáng)有力組織管理才能保證達(dá)到預(yù)期的效果。為此成立了專(zhuān)業(yè)排水隊(duì)，每個(gè)排水隊(duì)設(shè)隊(duì)長(zhǎng)1 人，副隊(duì)長(zhǎng)1人，設(shè)備檢修人員2 人，2 個(gè)排水工班，工班長(zhǎng)1 人，泵站管理1 人。還制定嚴(yán)格的值班制度。每個(gè)隧道作業(yè)面的隧道排水日常工作堅(jiān)持隊(duì)長(zhǎng)和副隊(duì)長(zhǎng)進(jìn)行輪流24h 值班制，并通過(guò)對(duì)抽水記錄表的制定進(jìn)行統(tǒng)一的組織管理，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)及時(shí)的匯報(bào)、分析、處理、解決。

5.2 安全技術(shù)措施

(1)對(duì)技術(shù)人員進(jìn)行專(zhuān)業(yè)的安全技術(shù)培訓(xùn)，針對(duì)重要的技術(shù)特點(diǎn)和操作要領(lǐng)要進(jìn)行重點(diǎn)講解和現(xiàn)場(chǎng)示范。

(2)要確保排水設(shè)備電路安裝和轉(zhuǎn)向是否正確，設(shè)置接地裝置及標(biāo)志，要嚴(yán)格按照安全用電方案辦理，做到一機(jī)一閘一漏。

(3)施工人員對(duì)隧道內(nèi)排水溝及集水坑內(nèi)污泥雜物要及時(shí)進(jìn)行清理，對(duì)管路要定期檢查維修，定期用清水進(jìn)行沖洗，防止污泥及雜物進(jìn)入而發(fā)生堵塞。

(4)當(dāng)水位下降到超過(guò)底座，并且間隙出水時(shí)，應(yīng)立即停機(jī)檢查，并及時(shí)地進(jìn)行保養(yǎng)和維修確保設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

(5)對(duì)隧道內(nèi)的抽水設(shè)備要進(jìn)行定期的安全檢查，并派專(zhuān)人負(fù)責(zé)管理，做到24 h 輪流值班，建立嚴(yán)格的值班管理制度。

5.3 應(yīng)急預(yù)案

尖山I 號(hào)隧道施工穿越小型煤礦采空區(qū)，因此在排水系統(tǒng)上布設(shè)了1 套設(shè)備和管路作為應(yīng)急措施。布設(shè)的管路在每個(gè)泵站處的高壓水管上開(kāi)口，在正常情況下，將閘閥關(guān)閉，若出現(xiàn)涌水現(xiàn)象，則立即關(guān)閉進(jìn)水閘閥，同時(shí)打開(kāi)排水閥進(jìn)行應(yīng)急抽排，在特殊情況下，洞內(nèi)高壓風(fēng)管也可以改造利用上作為排水管道。

針對(duì)隧道反坡施工排水的困難的特點(diǎn)，對(duì)隧道內(nèi)突發(fā)涌水事故，抽水設(shè)備損害，水位突然升高，建立必要的逃生系統(tǒng)，在掌子面及隧道內(nèi)設(shè)置應(yīng)急燈，在隧道內(nèi)作業(yè)區(qū)放置救生衣，并保持隧道內(nèi)通信暢通，發(fā)生突發(fā)事故后及時(shí)上報(bào)項(xiàng)目部應(yīng)急預(yù)案領(lǐng)導(dǎo)小組，啟動(dòng)突發(fā)事件的應(yīng)急預(yù)案。

6 小 結(jié)

(1)對(duì)地下涌水的類(lèi)型和施工影響進(jìn)行了概述，根據(jù)尖山I 號(hào)隧道的水文地質(zhì)條件估算了涌水量，為地下涌水的處理提供依據(jù)。

(2)根據(jù)涌水特征，提出長(zhǎng)距離管道配合小集水泵收集式反坡排水方案，并進(jìn)行了施工技術(shù)設(shè)計(jì)，對(duì)突發(fā)性的涌水易采用快速封堵、分流減壓、及時(shí)上報(bào)等應(yīng)急方案。

(3)根據(jù)地下涌水特征的估算，綜合利用國(guó)內(nèi)外特長(zhǎng)隧道反坡排水的處理方法與經(jīng)驗(yàn)，成功的解決了尖山I 號(hào)隧道施工涌水處理的技術(shù)難題，具有較大的參考價(jià)值。

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