大瑞鐵路大柱山隧道超長(zhǎng)距離反坡排水技術(shù)研究

高 飛 杜利軍 雷 騰

中鐵一局集團(tuán)第四工程有限公司 陜西 咸陽 712000

正文：

隨著我國針對(duì)基建項(xiàng)目的大力發(fā)展[2]，建筑界也處在深刻偉大的變革之中。隧道工程關(guān)系到民生大計(jì)，優(yōu)異的施工管理水平和施工經(jīng)驗(yàn)是確保隧道安全高效施工的保障。目前，國內(nèi)長(zhǎng)大隧道開工甚多，面臨的反坡排水問題也日益凸顯。長(zhǎng)大隧道作為我國隧道系統(tǒng)中的重要組成部分，優(yōu)異的反坡排水方案不僅能有效的提高隧道的功能質(zhì)量，同時(shí)也能進(jìn)一步改善長(zhǎng)大隧道的施工環(huán)境，促進(jìn)我國隧道工程建設(shè)行業(yè)的進(jìn)步與發(fā)展[3]。

1、工程概況

大柱山隧道位于云南省保山市，穿越著名的橫斷山南段，起訖里程為D2K110＋524～D2K125＋008，全長(zhǎng)14484米。大柱山隧道地下水源豐富，預(yù)計(jì)最大涌水量達(dá)120000m3/d，隧道開挖揭示反坡段的最大涌水量達(dá)802546m3/d，局部地段可能出現(xiàn)突涌水，施工難度及風(fēng)險(xiǎn)極高。

2、工程地質(zhì)特征

大柱山隧道位于云南高原西部邊緣，橫斷山脈中南段，區(qū)內(nèi)峰巒重疊，地形起伏大。本隧位于保山褶皺帶保山復(fù)式背斜東翼，穿越一復(fù)式向斜構(gòu)造。主要發(fā)育瀾滄江斷裂、街子坡向斜、太元背斜及伴生斷裂，隧道共穿越7條斷層、2條向斜、1條背斜，地質(zhì)構(gòu)造強(qiáng)烈，經(jīng)過有放射性場(chǎng)所監(jiān)督區(qū)、低高溫帶，地質(zhì)極其復(fù)雜多變。

3、水文地質(zhì)特征

⑴河流水文

大柱山隧道臨近瀾滄江，眾多的山間溝槽為季節(jié)性水流，水量受季節(jié)性控制。其地表水主要接受大氣降水及地下水的補(bǔ)給。

⑵地下水

①基巖裂隙水

基巖裂隙水儲(chǔ)存于測(cè)區(qū)分布較廣的碎屑巖、變質(zhì)巖及巖漿巖之中，主要接受大氣降水補(bǔ)給，向低洼溝槽處排泄。

②構(gòu)造裂隙水

構(gòu)造裂隙水主要發(fā)育在大斷裂帶附近、裂隙密集帶、背斜兩翼或向斜構(gòu)造中，形成局部的強(qiáng)富水帶，略具承壓性。

③巖溶水

巖溶水主要分布于瀾滄江與保山盆地之間，賦存于灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、白云巖內(nèi)，以溶巖裂隙水及溶巖溶洞、暗河水為主，對(duì)隧道施工影響較大。

4、反坡排水的特點(diǎn)

反坡排水是將隧道工作面的水通過機(jī)械抽排的方式引出，因其施工方向?yàn)橄缕?，若不采取抽排水措施，極有可能影響工作面的正常作業(yè)，難以確保工程質(zhì)量和安全，甚至可能影響到機(jī)械設(shè)備的施工壽命和人員的生命安全。本隧反坡排水施工有以下特點(diǎn)：

⑴水量大。隧道開挖揭示反坡段的最大涌水量達(dá)802546m3/d，水量非常大。

⑵反坡排水施工段長(zhǎng)。從PDK122+320～PDK116+635段反坡長(zhǎng)度為5685m，長(zhǎng)距離的反坡排水段增加了排水難度和各項(xiàng)投入。

⑶反坡坡度大。反坡段坡度均為20‰以上，反坡坡度非常大。

⑷涌水風(fēng)險(xiǎn)極高。由于反坡段所處巖性為灰?guī)r段，屬于巖溶地區(qū)，隧道開挖可能遇到溶腔、暗河等巖溶形態(tài)。

5、反坡排水總體布置

本隧反坡排水距離長(zhǎng)、坡度大，主要采用大型固定泵站和臨時(shí)泵站相結(jié)合，輔以臨時(shí)集水坑抽排水的方式。泵站之間依靠排水鋼管道對(duì)水流進(jìn)行傳輸。大柱山隧道在反坡施工段設(shè)置大型固定泵站8座，在正洞設(shè)置應(yīng)急排水泵站一座。1#泵站因所在區(qū)段隧道富水，且出水量受雨季降水影響變化大，固單獨(dú)設(shè)置一泵房將該區(qū)段積水排至順坡水溝。從2#～8#泵站，采用接力式排水方式，逐級(jí)將水排至順坡水溝。

為解決2#和3#泵房高溫高濕環(huán)境下水泵效率嚴(yán)重降低因素，決定從正洞建立一應(yīng)急泵站，該泵站與4#泵站連接，在掌子面發(fā)生較大涌水后，可同時(shí)通過4#泵站向正洞應(yīng)急泵站和平導(dǎo)2、3#泵站抽排。

⑴設(shè)置原則

泵站設(shè)計(jì)距離為650～850m，因在施工過程中，可能遇到突泥涌水等不確定因素，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)根據(jù)實(shí)際水流大小靈活控制泵站間距，且不得小于最小距離。臨時(shí)泵站200～250m設(shè)置一座。臨時(shí)泵站和固定泵站之間的水流采用Φ219mm排水鋼管輸送。通過在作業(yè)面附近施做集水坑將水抽排至臨時(shí)泵站，確保滿足作業(yè)面施工條件需求，由于作業(yè)面施工干擾，采用可移動(dòng)的消防軟管將水抽排至臨時(shí)泵站。臨時(shí)泵站再將水抽排至固定泵站內(nèi)，再由沿路的固定泵站接力至順坡段，后由洞內(nèi)順坡段平導(dǎo)右側(cè)排水溝和正洞排水溝排至洞外。

⑵臨時(shí)泵站設(shè)置

由于泵站間距較大，在掌子面和既有泵站之間設(shè)置臨時(shí)泵站，臨時(shí)泵站的位置在掌子面距離既有泵站200～250m時(shí)根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置。臨時(shí)泵站配備3臺(tái)18.5KW排量為350m3/h離心泵，備用2臺(tái)。

⑶臨時(shí)集水坑設(shè)置

臨時(shí)泵站與掌子面的積水通過臨時(shí)集水坑進(jìn)行抽排。臨時(shí)集水坑配置4臺(tái)5.5kw-排量為150m3/h潛水泵（備用2臺(tái)），2臺(tái)7.5kw-排量為100m3/h泥漿泵（備用1臺(tái)）。

⑷泵站、水泵投入布置

結(jié)合隧道的施工實(shí)際情況，選用大排量的QW型的潛水排污泵。該系列水泵具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、效率高，同時(shí)可以設(shè)置水位自動(dòng)控制系統(tǒng)，并備有自動(dòng)保護(hù)裝置及控制系統(tǒng)。該水泵適用于排送帶固體及各種長(zhǎng)纖維的廢水、淤泥、污水、雨水等。

泵站水泵的投入組織是根據(jù)施工進(jìn)度逐步進(jìn)行的。在施工未達(dá)到1號(hào)泵站位置的時(shí)候，抽排水使用臨時(shí)泵站和臨時(shí)集水坑。當(dāng)施工達(dá)到1號(hào)泵站位置后，將泵站的位置預(yù)留出來，泵站的集水井進(jìn)行施工。施工完畢后泵站先配置一個(gè)可以滿足抽排水需要的水泵。隨著施工進(jìn)度，1號(hào)泵站根據(jù)實(shí)際水量來增加水泵。其他泵站也一樣，根據(jù)施工進(jìn)度來進(jìn)行水泵的配置。

⑸臨時(shí)泵站、水泵投入布置

由于臨時(shí)泵站的水泵揚(yáng)程要求適用范圍要大一些，同時(shí)要滿足頻繁搬運(yùn)的要求，選取了ISW200-315⑴離心泵。該系列水泵具體運(yùn)行平穩(wěn)、故障率低、噪音低、維修方便、占地省的特點(diǎn)。

臨時(shí)泵站的水泵從進(jìn)入反坡施工達(dá)到200米以上距離后就形成固定投入，并長(zhǎng)期使用。為了便于根據(jù)實(shí)際隧道出水量靈活調(diào)整，臨時(shí)泵站固定投入3臺(tái)水泵，備用2臺(tái)。

⑹臨時(shí)集水坑、掌子面水泵投入布置

臨時(shí)集水坑和掌子面所用的水泵在進(jìn)入反坡施工后就立即投入使用。由于該段隧道排水量情況復(fù)雜多變，采用多臺(tái)小型水泵就地抽排，以便于靈活安排。

臨時(shí)集水坑根據(jù)隧道出水量100米左右布置一個(gè)，集水坑內(nèi)的水通過4臺(tái)5.5KW（排量150m3/h）的潛水泵抽排至臨時(shí)泵站。掌子面的水通過4臺(tái)泥漿泵抽排至臨時(shí)集水坑。

⑺輸水管路布置

泵站之間的輸水管路與水泵的排水口相匹配。平導(dǎo)管路采用Φ219mm排水管，正洞應(yīng)急泵站采用Φ350mm排水管。排水管敷設(shè)排數(shù)與水泵臺(tái)數(shù)對(duì)應(yīng)。

施工過程中，在未開挖至計(jì)劃泵站位置時(shí)，既有泵站和掌子面之間的水通過臨時(shí)集水坑抽排。

⑻排水供電

綜合考慮大柱山隧道的用電情況，必須考慮1萬伏高壓排水專用線路進(jìn)洞。在每個(gè)固定泵站設(shè)置變壓器。

考慮到臨時(shí)停電對(duì)抽排水的影響，在洞外設(shè)置3000kw自發(fā)電電站系統(tǒng)，配備6臺(tái)500kw柴油發(fā)電機(jī)。

自發(fā)電通過變壓器增壓為10kv進(jìn)洞。并與外接電之間設(shè)置自動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置系統(tǒng)，可以在外接電停電后迅速轉(zhuǎn)接為自發(fā)電。

6、結(jié)語

1、因隧道反坡排水需要較多的大型抽排水設(shè)備，在施工過程中，應(yīng)成立專業(yè)的反坡排水作業(yè)班組，隨時(shí)對(duì)反坡排水設(shè)備進(jìn)行檢查、保養(yǎng)、維修和更換，最大化的減輕其對(duì)正常作業(yè)的影響。

2、加強(qiáng)隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，建立完善的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)，采用先進(jìn)可靠的預(yù)報(bào)方法，及時(shí)探明施工面前方的水量大小，定制合理的施工方案，確保配備的人力及設(shè)備滿足實(shí)際涌水量的要求。