長(zhǎng)距離小斷面陡坡支洞隧洞排水措施淺析

李臨杰

（山西省小浪底引黃工程建設(shè)管理局，山西 太原 030002）

長(zhǎng)距離小斷面陡坡支洞隧洞排水措施淺析

李臨杰

（山西省小浪底引黃工程建設(shè)管理局，山西 太原 030002）

長(zhǎng)大隧道斜井施工是隧道施工中的重要組成部分，斜井施工中由于隧道自身坡度問(wèn)題，導(dǎo)致隧道抽排水問(wèn)題尤為關(guān)鍵，抽水系統(tǒng)的高效節(jié)能可大大縮小施工成本。自動(dòng)化抽水系統(tǒng)可更好地保障隧道施工的正常運(yùn)作，同時(shí)可節(jié)約大量的人力、物力。以山西省小浪底引黃工程10號(hào)支洞為例，對(duì)隧道長(zhǎng)大陡坡斜井的自動(dòng)化抽水系統(tǒng)作簡(jiǎn)要分析。

隧道；陡坡；抽水；自動(dòng)化

1 工程概況

山西省小浪底引黃工程是大水網(wǎng)工程的重點(diǎn)骨干工程，其引水干線總長(zhǎng)59.6 km，共設(shè)16個(gè)施工支洞。其中，10號(hào)支洞位于石門(mén)鄉(xiāng)后川村李家莊，支洞全長(zhǎng)927.779 m，控制主洞3 247 m（34+090～37+337），支洞進(jìn)口底高程為878.8 m，設(shè)計(jì)坡度48.4%，與主洞交匯點(diǎn)里程為35+363.0，交匯點(diǎn)底標(biāo)高為485.52 m，交角22.735°，支洞開(kāi)挖斷面尺寸為4.76 m×4.08 m（寬×高），采用雙軌絞車(chē)出渣。

2 水文地質(zhì)敘述及水量

10號(hào)支洞洞身主要經(jīng)過(guò)涑水群小嶺組（Asx）淺粒巖、黑云斜長(zhǎng)片麻巖、斜長(zhǎng)角閃巖夾白云片巖、磁鐵石英巖等，巖性較硬，多屬堅(jiān)硬巖。本段巖性復(fù)雜，經(jīng)歷過(guò)強(qiáng)烈的區(qū)域變質(zhì)及混合巖化作用。局部穩(wěn)定性差，局部會(huì)產(chǎn)生塑性變形，可能產(chǎn)生塌方或變形破壞。隧洞處于地下水位以下，隧洞施工存在涌水問(wèn)題，且可能存在斷層突水、突泥現(xiàn)象。根據(jù)實(shí)際測(cè)算，10號(hào)支洞洞內(nèi)總出水量已達(dá)304 m3/h。

3 抽排水方案

3.1 抽水措施

采用“固定高揚(yáng)程大流量抽水泵站、低壓接力泵站與移動(dòng)泵站”相結(jié)合的排水系統(tǒng)，將隧洞內(nèi)的水一級(jí)一級(jí)地排出洞外。根據(jù)已知的斜距、坡度、日最大涌水量，確定抽排水設(shè)備型號(hào)、抽排水管道型號(hào)及管徑和抽排水供電方式。再根據(jù)細(xì)部深化設(shè)計(jì)要求認(rèn)真組織實(shí)施，保證足夠的排水能力，防止因抽排水耽誤工程施工，延長(zhǎng)隧洞循環(huán)時(shí)間。

10號(hào)支洞共設(shè)置5個(gè)大積水站，從支洞口起每200m布置積水站一個(gè)，編號(hào)為1—5號(hào)積水站，1—4號(hào)之間的距離為200 m（高差87 m），5號(hào)積水站位于支洞與主洞交匯口處，逐級(jí)將洞內(nèi)水排至洞外沉淀池中。

3.2 水泵及主要配套設(shè)備選擇

3.2.1 水管選擇與配置

原施工方案選擇Φ150 mm的1套水管系統(tǒng)，根據(jù)測(cè)算，單套管路在兩臺(tái)80 m3/h水泵工作時(shí)正常排水量約為150 m3/h，三臺(tái)80 m3/h水泵工作時(shí)正常排水量約為220 m3/h，雖然水量可以此繼續(xù)疊加，但抽水管路壓力過(guò)大，故單套水管配置水泵數(shù)不超過(guò)3臺(tái)。因此，綜合考慮支洞斷面尺寸、管路壓力、突涌水預(yù)案等多種因素，在原有管路基礎(chǔ)上，新增加1套Φ150 mm的排水管路系統(tǒng)，支洞中共計(jì)Φ150 mm水管2套。

3.2.2 水泵選擇與配置

由于支洞坡度大、斷面小，機(jī)械不便于操作，更換、加設(shè)水泵等配套設(shè)備均采用人工安裝。故選擇水泵必須考慮水泵自重問(wèn)題，選擇功率不宜太大的水泵。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況選擇功率75 kW揚(yáng)程120 m額定出水量80 m3/h與揚(yáng)程80 m（用于5號(hào)積水站）額定出水量120 m3/h的潛水泵。對(duì)1—4號(hào)每個(gè)積水站水泵選擇4臺(tái)75 kW（120 m）潛水泵，并且配備用2臺(tái)75 kW（120 m）潛水泵備用。5號(hào)積水站到4號(hào)積水站的揚(yáng)程相對(duì)減小，配置2臺(tái)75 kW（80 m）和2臺(tái)75 kW（120 m）潛水泵，并各1臺(tái)備用。

3.2.3 電力配置

根據(jù)水文地質(zhì)情況和超前地質(zhì)預(yù)報(bào)分析可知隧道前方仍有出水可能，為保證今后新增水泵所增加的電力需求，決定對(duì)每個(gè)積水站配置一臺(tái)500 KVA變壓器，對(duì)該積水站專(zhuān)項(xiàng)供電，并對(duì)每個(gè)積水站配置兩套240 mm2的鋁芯電纜線，每條動(dòng)力線配置一個(gè)空氣斷路開(kāi)關(guān)，以保證洞內(nèi)安全、正常抽水。

3.2.4 配套設(shè)施配置

每臺(tái)水泵配置獨(dú)立的自耦降壓?jiǎn)?dòng)柜、鋼編管、止水閥、閘閥和自動(dòng)抽水控制系統(tǒng)，每2臺(tái)水泵配置1個(gè)空氣斷路開(kāi)關(guān)，每個(gè)積水站配置一套監(jiān)控系統(tǒng)和報(bào)警系統(tǒng)。根據(jù)需要可增加相應(yīng)感應(yīng)元件用于積水站信息采集。

4 抽水輔助系統(tǒng)

4.1 自動(dòng)抽水運(yùn)行系統(tǒng)

自動(dòng)抽水系統(tǒng)主要使用交流接觸器與雙向浮標(biāo)開(kāi)關(guān)控制。交流接觸器主要由3項(xiàng)水泵動(dòng)力線與兩相控制線控制，基本原理是在兩相控制線路合閘通電時(shí)，交流接觸器內(nèi)磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)使控制開(kāi)關(guān)合閘，從而使三相動(dòng)力線合閘，為水泵啟動(dòng)柜送電。雙向浮標(biāo)開(kāi)關(guān)根據(jù)接線方式不同可設(shè)置為浮標(biāo)開(kāi)關(guān)向上時(shí)合閘或向下時(shí)合閘。通過(guò)交流接觸器和雙向浮標(biāo)開(kāi)關(guān)，自動(dòng)控制水泵的啟動(dòng)、關(guān)閉。

4.1.1 自動(dòng)抽水系統(tǒng)

自動(dòng)抽水系統(tǒng)可保證積水井在有一定水量的情況下自動(dòng)開(kāi)始抽水、少于一定水量自動(dòng)停止，不但可大大減少人工長(zhǎng)時(shí)間看管，也節(jié)省了水泵與電力的消耗。

首先要確定每個(gè)積水井抽水的合適范圍，其范圍確定應(yīng)在水位高于該范圍最高臨界點(diǎn)時(shí)水泵開(kāi)始工作，在水位低于該范圍最低臨界點(diǎn)時(shí)水泵應(yīng)停止工作。最高點(diǎn)不能超過(guò)積水井上邊緣高度，并留有一定的安全高度，最低點(diǎn)要保證水泵不空載運(yùn)行。其次是安裝浮標(biāo)開(kāi)關(guān)，必須保證浮標(biāo)開(kāi)關(guān)向下時(shí)斷電位置與最低臨界點(diǎn)一致，向上時(shí)通電位置與最高臨界點(diǎn)一致。利用水的浮力使浮標(biāo)開(kāi)關(guān)工作。最后將浮標(biāo)開(kāi)關(guān)接在交流接觸器兩相控制線上，保證浮標(biāo)開(kāi)關(guān)通電交流接觸器工作接通水泵主線，水泵正常運(yùn)行。

4.1.2 自動(dòng)停止抽水系統(tǒng)

自動(dòng)停水系統(tǒng)是上下級(jí)積水井之間的聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)，將水從本級(jí)抽至上一級(jí)積水井后，在上一級(jí)積水井因特殊原因無(wú)工作或工作故障時(shí)，可及時(shí)將本級(jí)積水井內(nèi)所有水泵停止工作，以保證上一級(jí)積水井中不會(huì)漫出積水井，對(duì)斜井內(nèi)原以完成所有工作造成不必要的損失。

首先，應(yīng)找到每個(gè)積水井最大水位線，在水量高于該水位線后，積水井會(huì)漫出積水井。其次安裝浮標(biāo)開(kāi)關(guān)，該浮標(biāo)開(kāi)關(guān)接為向上斷電、向下通電位置，并且該浮標(biāo)開(kāi)關(guān)向上斷電位置應(yīng)略低于最高水位線，以保證水不會(huì)漫出積水井。最后將浮標(biāo)開(kāi)關(guān)接在下一級(jí)積水井水泵交流接觸器兩相控制線的其中一根上，保證浮標(biāo)開(kāi)關(guān)通電交流接觸器工作接通水泵主線，水泵正常運(yùn)行。

綜上所述，每個(gè)交流接觸器工作至少滿足兩個(gè)浮標(biāo)開(kāi)關(guān)同時(shí)通電，缺一不可，在上一級(jí)積水井的向下通電浮標(biāo)開(kāi)關(guān)與該積水井的向上通電浮標(biāo)開(kāi)關(guān)為串聯(lián)關(guān)系。這樣就保證了積水井自動(dòng)抽水且上下級(jí)積水井之間互相聯(lián)動(dòng)。

4.2 抽水報(bào)警系統(tǒng)

抽水報(bào)警系統(tǒng)采用浮標(biāo)開(kāi)關(guān)控制報(bào)警器，將報(bào)警器安裝于監(jiān)控室，浮標(biāo)開(kāi)關(guān)連接向上接通線，該報(bào)警浮標(biāo)開(kāi)關(guān)應(yīng)低于最高水位控制浮標(biāo)開(kāi)關(guān)，在水位達(dá)到報(bào)警水位時(shí)的第一時(shí)間內(nèi)，電工及專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)入積水井檢查維修。

4.3 抽水視頻監(jiān)控系統(tǒng)

抽水視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要是輔助人工監(jiān)控，用以遠(yuǎn)程監(jiān)控所有積水站水泵是否正常運(yùn)作，以保證在報(bào)警系統(tǒng)故障、最高水位停止系統(tǒng)故障時(shí)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、處理問(wèn)題。視頻監(jiān)控系統(tǒng)安裝于能看到下一級(jí)積水井出水管口與該積水井水位高低的位置，并在積水井中設(shè)置水位標(biāo)尺以便于區(qū)分水位線高低，保證抽水系統(tǒng)安全運(yùn)行。

5 日常維護(hù)保養(yǎng)制度

10號(hào)支洞整個(gè)抽水系統(tǒng)配備專(zhuān)業(yè)電工4人、積水站巡查人員8人，分別負(fù)責(zé)全天值班工作，負(fù)責(zé)檢查和維護(hù)抽水系統(tǒng)的安全，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的安全隱患并上報(bào)整改，定期檢查水泵工作性能情況、控制線路安全問(wèn)題、浮標(biāo)開(kāi)關(guān)靈敏性能和積水站淤泥淤積情況，確保整個(gè)抽水系統(tǒng)正常運(yùn)行。

6 安全及文明施工

一是加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)安全管理，做好安全教育工作，施工操作必須嚴(yán)格遵守《中華人民共和國(guó)安全生產(chǎn)法》、《安全防護(hù)手冊(cè)》等規(guī)定的安全操作規(guī)程、；嚴(yán)禁違章、違規(guī)作業(yè)。二是所有進(jìn)入工地的管理、施工人員必須戴安全帽，高空作業(yè)必須掛安全帶、設(shè)置安全網(wǎng)?，F(xiàn)場(chǎng)配置專(zhuān)職的安全員，24 h安全值班。三是加強(qiáng)安全防范管理，嚴(yán)格執(zhí)行以“預(yù)防為主、安全第一”的方針，積極采取有效的預(yù)防措施，確保施工安全。四是加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)安全用電管理，安排專(zhuān)職電工值班，執(zhí)行國(guó)家安全用電標(biāo)準(zhǔn)，確保用電安全。五是在施工過(guò)程中應(yīng)遵守國(guó)家和當(dāng)?shù)卣沫h(huán)境保護(hù)法，做好施工現(xiàn)場(chǎng)周邊的環(huán)境保護(hù)工作，實(shí)現(xiàn)安全文明施工。

TV672+.1

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1004-7042（2017）10-0030-02

李臨杰（1968-），男，1990年畢業(yè)于太原工業(yè)大學(xué)機(jī)械制造及自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，高級(jí)工程師。

2017-08-15；

2017-09-21