淺談隧道斜井抽排水技術(shù)

殷劉偉（中鐵十二局集團(tuán)第二工程有限公司，山西　太原　030032）

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淺談隧道斜井抽排水技術(shù)

殷劉偉（中鐵十二局集團(tuán)第二工程有限公司，山西太原030032）

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，鐵路隧道施工技術(shù)也得到了很大的進(jìn)步，相應(yīng)的鐵路設(shè)計速度與建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)也有一定的提高，而且由于我國復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)以及有限的裝備水平導(dǎo)致一些特長隧道在設(shè)計施工時往往都需要增設(shè)輔助坑道，以此來增加工作面，從而實現(xiàn)長隧短打，配置資源以及縮短工期的主要目的，而斜井作為一種特有的輔助坑道在特長隧道施中得到了廣泛的應(yīng)用。本文以普棚1號隧道工程為例進(jìn)行分析，探討隧道斜井的抽排水技術(shù)以及防突涌水的相應(yīng)措施。

隧道；斜井；抽排水技術(shù)

特長隧道大都具有工程地質(zhì)，水文地質(zhì)條件復(fù)雜等特點(diǎn)，尤其是在雨量充沛地區(qū)，隧道施工期間極易出現(xiàn)涌突水事故，而由于斜井在施工時其坡度大并且為反排水方式，所在地下水抽排難度較大，一旦發(fā)生涌突水事故將造成非常大的危害［1］，因此針對隧道斜井的施工必須采取有效的抽排水技術(shù)以保證工程的順利開展。

1　工程概況

本工程普棚1號隧道主要為雙線隧道，其起迄里程為D2K78+400～D2K92+195，全長13795m，隧道開工日期2012 年12月1日，交鋪日期2016年06月30日，工期43個月，其中正洞施工準(zhǔn)備4個月，輔助坑道施工準(zhǔn)備3～4個月。普棚1號隧道為Ⅰ級風(fēng)險隧道，屬西南地區(qū)地質(zhì)較為復(fù)雜隧道，為廣大鐵路擴(kuò)能改造工程重點(diǎn)控制性工程。

本工程隧道共設(shè)2座斜井、1座平導(dǎo)輔助正洞施工，其中1號斜井工點(diǎn)為大里程方向為關(guān)鍵線路，該工點(diǎn)任務(wù)情況為：1號斜井斜長2120m，高差考慮 123.05m；斜井施工正洞3167m（小里程方向承擔(dān)1352m：反坡排水，大里程方向承擔(dān)1815m：順坡排水），正洞施工段坡度為10.5‰，高差14m；斜井施工平導(dǎo)3059（小里程方向承擔(dān)1254m：反坡排水，大里程方向承擔(dān)1805m：順坡排水）m，平導(dǎo)施工段坡度為10.5‰，高差13m；施工總長8346m，總高差137.05m（最大高差）。詳情如表1所示。

2　隧道斜井抽排水技術(shù)

2.1總體抽排水方案

輔助坑道的排水均為反坡排水，通常情況下通過機(jī)械水泵設(shè)置多級泵站進(jìn)行接力排水［2］。斜井小里程方向正洞（平導(dǎo)）施工掌子面積水采用移動式潛水泵抽至就近移動水倉中，再由移動水倉抽至斜井與正洞交界處設(shè)置的泵站水倉中；斜井大里程方向正洞（平導(dǎo)）施工掌子面積水采用移動泵將積水抽至最近中心水溝中，通過中心水溝引排至斜井與正洞交界處設(shè)置的泵站水倉中；然后逐級將水抽排至洞外污水處理池中。

表1　普棚1號隧道1號斜井工點(diǎn)承擔(dān)各級圍巖長度表

斜井井底（X1K0+024～+030）進(jìn)洞右側(cè)內(nèi)設(shè)1個水倉，也就是1號水倉：深3m、寬4m、長5m、高3.5m，斜井井底（X1K0+ 035～+041）進(jìn)洞的左側(cè)內(nèi)設(shè)1個水倉，也就是2號水倉：深3m、寬4m、長5m、高3.5m，X1K0+046～+050處進(jìn)洞左側(cè)設(shè)1個變壓器房（高4m、寬4m、高3.5m）；斜井洞身（X1K1+100～+ 107.5）進(jìn)洞右側(cè)內(nèi)設(shè) 1個水倉（深 3.1m、寬5m、長6.5m，高3.5m），斜井洞身（X1K1+113～+117）處進(jìn)洞右側(cè)設(shè)1個變壓器房（長4m，寬4m，高3.5m）。斜井洞身布設(shè)2根管路直徑D= 150mm，設(shè) 2級泵站，高差基本均分，暫定一泵一管，出水量130m3/h。水倉內(nèi)布設(shè) 2臺隧道專用耐磨合金泵（型號：100ZXSDB 75kW）；最大排水能力為6240m3/d。當(dāng)斜井井進(jìn)入正洞與平導(dǎo)后涌水量大于最大排水能力時，可在水倉內(nèi)再增設(shè)2臺同型號水泵，采用二泵一管的方式抽排，直徑D=150管路出水量190m3/d，最大排水能力為9120m3/d（滿足隧道設(shè)計最大涌水量的抽排）。

正洞小里程布設(shè)2根管路直徑D=150mm（其中1根備用），設(shè)置移動水倉，將掌子面積水或涌水逐級抽排至斜井與正洞交界處的水倉中，然后逐級抽排至洞口污水處理池中。平導(dǎo)小里程布設(shè)1根管路直徑D=100mm，設(shè)置移動水倉，將掌子面積水或涌水逐級抽排至斜井與正洞交界處的水倉中，然后逐級抽排至洞口污水處理池中。

2.2設(shè)備配置計算

2.2.1高差計算

斜井井底水倉1號水倉至斜井洞身3號水倉高差64.024m，斜井洞身水倉至斜井洞口污水處理池60m。

2.2.2最大涌水量

進(jìn)入正洞前每小時預(yù)測最大涌水量：600/24=25m3/h；進(jìn)入正洞后每小時預(yù)測最大涌水量：5800/24=241.7m3/h。

2.2.3抽水機(jī)配置

隧道專用耐磨合金泵.型號：100ZXSDB 75kW。2、3號水倉抽水機(jī)配置見下表（若進(jìn)入正洞后涌水量變大，再增設(shè)2臺水泵，已滿足隧道抽排水需要），具體如表2所示。

表2　抽水機(jī)配置表

2.3注意事項

（1）1號水倉位于斜井與正洞交界（三岔口）附近（X1K0+ 024～+030進(jìn)洞右側(cè)），2號水倉位于斜井與正洞交界（三岔口）附近（X1K0+035～+041進(jìn)洞左側(cè)），設(shè)計為Ⅴ級圍巖，在水倉（高3.5m）與變壓器房（高3.5m）施工過程中，上部（水倉：長6m×寬5m×高3.5m，變壓器房：長4m×寬4m×高3.5m）開挖時（斜井洞身支護(hù)完成后，施工襯砌時，右側(cè)預(yù)留水倉與變壓器房開挖部分），嚴(yán)格控制開挖進(jìn)尺，采用弱爆破、人工與機(jī)械配合開挖，一次開挖不得大于1m，開挖后及時進(jìn)行初期支護(hù)采用I16型鋼鋼架支護(hù)，間距1.0m，掛網(wǎng)噴射C25混凝土22cm厚，襯砌采用C25鋼筋混凝土，厚35cm，鋼筋間距、規(guī)格同該段斜井洞身襯砌鋼筋設(shè)置；水倉（四周預(yù)留50cm：長5m、寬4m、深3m）下部開挖必須是在上部支護(hù)完成后進(jìn)行，開挖采用弱爆破、人工與機(jī)械配合分級開挖，一次開挖深度不得大于1m，及時對四壁進(jìn)行支護(hù)（澆筑20cm厚C20混凝土），底板澆筑20cm C20混凝土。

（2）3號水倉位于斜井洞身（X1K1+100～+107.5）進(jìn)洞右側(cè)，設(shè)計為Ⅲ級圍巖，在水倉（H=3.5m）與變壓器房（H=3.5m）施工過程中，上部（水倉：長7.5m×寬6m×高3.5m，變壓器房：長4m×寬4m×高3.5m）開挖時，嚴(yán)格控制開挖進(jìn)尺，采用弱爆破、人工與機(jī)械配合開挖，一次開挖不得大于1m，開挖后及時進(jìn)行初期支護(hù)掛網(wǎng)噴射C25混凝土15cm厚，若開挖后揭示圍巖與設(shè)計不符，圍巖變差，則增設(shè)I16型鋼鋼架；水倉（四周預(yù)留50cm：長6.5m、寬5m、深3.1m）下部開挖必須是在上部支護(hù)完成后進(jìn)行，開挖采用弱爆破、人工與機(jī)械配合分級開挖，一次開挖深度不得大于1m，及時對四壁進(jìn)行支護(hù)（澆筑20cm厚C20混凝土），底板澆筑20cm C20混凝土。

（3）洞內(nèi)水流抽排至洞外污水處理池后，經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后，方可排出；水倉內(nèi)需設(shè)置爬梯，以方便施工人員對水倉雜物進(jìn)行清理；3號水倉中部橫向設(shè)置1道高2m，寬4m，厚0.2m的混凝土墻，將水倉一分為二，以利于洞內(nèi)水流進(jìn)行沉淀，防止雜物堵管。水泵設(shè)置靠近斜井洞口一側(cè)；水倉靠斜井一側(cè)，必須設(shè)置防護(hù)欄，采用φ42鋼管制作，高0.8m；并在此處設(shè)置防撞墩（高0.4m，寬0.4m，厚0.4m），采用C20混凝土，以防止施工車輛與施工人員墜落至水倉內(nèi)；X1K0+000～+035坡度調(diào)整為0.3%；X1K0+035～+275坡度調(diào)整為6.61%（原設(shè)計6.39）。

3　隧道斜井施工防突涌水還應(yīng)具備的其他措施

3.1加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報

（1）一般地段采用每循環(huán)1次地質(zhì)素描和加深炮孔探測進(jìn)行預(yù)報，地質(zhì)素描圖應(yīng)及時報送專業(yè)地質(zhì)工程師進(jìn)行分析，判斷是否需要采用其它超前探測手段。

（2）加深炮孔探測是每一開挖循環(huán)必備的預(yù)報手段。加深炮孔的孔位、數(shù)量按照掌子面大小和地質(zhì)復(fù)雜程度確定，一般來說，全斷面探孔不少于3個 （拱頂部位1個，拱腰部位2個），臺階法鉆孔5個（拱部1個，拱腰2個，拱腳2個）孔深不小于5m。

（3）在設(shè)計斷層位置前后200m范圍內(nèi)采用TSP及地質(zhì)雷達(dá)全程覆蓋進(jìn)行探測預(yù)報，TSP探測有效搭接長度不小于10m。地質(zhì)雷達(dá)有效搭接長度不小于5m。如掌子面有涌水出現(xiàn)，則TSP探測有效搭接長度不少于30m。

（4）在距設(shè)計斷層影響帶前后50m范圍內(nèi)或TSP預(yù)報的異常帶前30m范圍內(nèi)進(jìn)行超前水平鉆孔，探明地質(zhì)及富水情況。布孔原則：鉆孔3個（拱頂部位1個，拱腰部位2個），搭接長度不小于8m。距異常帶前方10m對超前水平鉆孔進(jìn)行加密細(xì)探，全斷面開挖布孔5個，拱頂1個，兩側(cè)拱腰、起拱線處各1個。

3.2及時注漿堵水

開挖通過后對已出水段盡快采取“限量排放”或“限能排放”的措施，避免已揭示出水段涌水量疊加給抽排水帶來困難。

3.3加大排水能力空全儲備

加大排水能力安全儲備，以作為“挖、堵”時間差的涌水抽排預(yù)案，以保證施工的順利進(jìn)行。在具體施工中，當(dāng)涌水總量超過排水能力的50%時，應(yīng)加強(qiáng)水量動態(tài)監(jiān)控，或增加排水設(shè)備，方可進(jìn)行帶水作業(yè)，通過進(jìn)行后注漿者水作業(yè)；當(dāng)涌水總量達(dá)到排水能力的80%時，應(yīng)停止開挖進(jìn)行預(yù)注漿堵水作業(yè)或增加排水設(shè)備后，方能進(jìn)行開挖，以防突涌水發(fā)生。

4　結(jié)束語

綜上所述，在特長隧道施工中，為了防止突涌水事故的發(fā)生，必須開挖斜井或增設(shè)其他的輔助坑道，而對于斜井的抽排水必須予以高度重視，可通過機(jī)械排水的方式，通過設(shè)置多級水泵站進(jìn)行接力排水，其中主要的還是要在斜井內(nèi)預(yù)定地方設(shè)置不同參數(shù)的水倉，對于污水也要經(jīng)處理后方可排出。本文以普棚1號隧道工程為例進(jìn)行分析，探討隧道斜井的抽排水技術(shù)以及防突涌水的相應(yīng)措施，以期對我國的隧道斜井抽排水提供一定的參考。

［1］王 鑫.西山特長隧道斜井抽排水技術(shù)［J］.公路，2014，05：178～180.

［2］尹 晨.斜井施工的長大隧道抽排水施工技術(shù)探討［J］.企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2012，28：37～39.

殷劉偉（1982-），男，工程師，本科，主要從事施工設(shè)備管理工作。

U453.6

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2095-2066（2016）19-0211-02

2016-5-25