長大富水隧道大坡度輔助導(dǎo)坑反坡排水施工技術(shù)

汪曉勤

（中鐵十七局 重慶市渝北區(qū) 401120）

1 前言

隨著鐵路事業(yè)的發(fā)展，長大隧道不斷出現(xiàn)，在施工過程中不可避免的要進(jìn)行反坡施工及通過斷層破碎帶、富水帶等不良工程地質(zhì)。富水帶是隧道施工中常見的不良地質(zhì)，其主要特性表現(xiàn)為地下水量大，巖溶地質(zhì)較為突出，透水性差，抗水性差，施工中可能遇到突泥、突水等地質(zhì)災(zāi)害，特別是強巖溶水及部分?jǐn)鄬訋б桩a(chǎn)生較大規(guī)模的突泥突水，嚴(yán)重影響施工安全及施工進(jìn)度，制約工期。只有處理好地下水，才能保證隧道施工安全及施工進(jìn)度，因此，必須選用可靠的排水施工技術(shù)來保證施工安全。以甘莊隧道2#斜井為例，本文對長大富水隧道大坡度反坡排水施工技術(shù)進(jìn)行介紹及分析，為類似地質(zhì)條件隧道施工提供參考。

2 工程概況

2.1 總體情況

甘莊隧道位于玉溪市元江縣境內(nèi)，施工里程D1K74+550～DK89+800，全長15250m。本隧設(shè)計時速為160km，隧道最大埋深約860m。全隧共設(shè)置2座平導(dǎo)+4座斜井，其中2號斜井長2507m，坡度11.5%，斜井承擔(dān)整個斜井工區(qū)正洞2909m施工任務(wù)，其中小里程1354m，順坡排水，大里程1555m，反坡排水。

2.2 水文地質(zhì)

隧址區(qū)屬構(gòu)造侵蝕低中山地貌，洞身段地表上覆蓋堆積層（Q4del）粉質(zhì)粘土，下伏基巖為前震旦系昆陽群鵝頭廠組（Pt1e）板巖夾灰?guī)r、砂巖。隧址區(qū)穿越他克逆斷層，受地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌及氣象水文等因素的影響和控制，地下水類型主要有第四系松散層孔隙潛水、基巖裂隙水、巖溶水及斷層帶水。隧址區(qū)受構(gòu)造影響嚴(yán)重，巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，隧道為雙側(cè)涌水等地質(zhì)特性，結(jié)合地形、地貌預(yù)測隧道反坡段最大涌水量為Qmax≈35632m3/d。

3 總體方案

反坡抽排水系統(tǒng)應(yīng)遵循“以防為主，防排結(jié)合、多道防線、剛?cè)嵯酀?、因地制宜、綜合治理”原則。采用及時探、大水引、小水堵、接力排的措施，即探、引、堵、排相結(jié)合，可控排放，擇機封堵的方式進(jìn)行綜合治理。

反坡排水采用機械排水，設(shè)置多級泵站接力排水。工作面積水采用移動式潛水泵抽至就近泵站或臨時集水坑內(nèi)，其余已施工斜井段的滲水經(jīng)隧道內(nèi)側(cè)溝自然匯集到集水坑或泵站水池內(nèi)，由固定排水泵站將積水抽排至上一級排水泵站內(nèi)，再由固定式排水泵站將洞內(nèi)積水抽排至洞外；正洞段積水經(jīng)隧道內(nèi)側(cè)溝自然匯集到集水坑，由移動式潛水泵抽至井底泵站，經(jīng)固定排水泵將積水抽排至第三級排水泵站內(nèi)，后由第三級泵站抽排至第一級泵站水池，經(jīng)固定式排水泵站抽排至洞外。水池內(nèi)積水經(jīng)污水池處理后排放；集水坑根據(jù)匯水段匯水量大小確定；每個泵站工作水泵按使用五臺，備用兩臺配置。實際施工中可根據(jù)隧道出水量適當(dāng)增加抽排水泵。

4 反坡排水施工技術(shù)

4.1 泵站設(shè)置

泵站每500m設(shè)置一座，共設(shè)置5座，位于線路右側(cè)綜合洞室內(nèi)，與排水管路同側(cè)，由綜合洞室底部下挖形成；泵站集水井容積按照滿足設(shè)計最大涌水量時停泵15min的水量設(shè)置，水倉容量150m3，可根據(jù)水量實際情況調(diào)整大小。采用I20鋼架與正洞鋼架連接，周圍用C35的混凝土封閉以防漏水，周邊施作鋼管護(hù)欄圍擋，確保施工安全。

4.2 集水坑設(shè)置

洞內(nèi)澆筑仰拱時每隔100m設(shè)置一集水坑，容量40m3，可根據(jù)實際水量大小調(diào)整尺寸；考慮施工與清淤方便，集水坑設(shè)置于排水管路同側(cè)。集水坑頂部用16mm鋼板覆蓋，以防行人、施工車輛墜入。選用37kW大功率污水泵，φ250鋼管向洞外抽水，可根據(jù)實際水量大小增加污水泵。

4.3 水泵選型

斜井所排水水質(zhì)中含有巖石石屑、泥漿及噴錨回彈料等，因此采用污水泵。選用水泵時考慮以下因素：

（1）在滿足最大工況要求的條件下，應(yīng)盡量減少能源的浪費；

（2）盡可能選用同型號泵，便于泵站的管理與維護(hù)檢修，互為備用；

（3）校核水泵的流量和揚程是否滿足施工要求；

（4）考慮泵站、集水井的設(shè)置距離，實行遠(yuǎn)近結(jié)合。

水泵選用按施工時最大涌水量考慮，即按預(yù)計最大涌水量為35632m3/d考慮。

每小時抽水Q=35632m3/d∕24h=1484.7m3；

泵站高差泵站H=500m×11.5%=57.5m；

集水井H=200m×11.5%=23m。

水泵存在因管道水流受摩擦阻力而引起的損失揚程，綜合考慮，固定泵站選用QW300-80-160型潛水污水泵三臺，QW350-25-37型潛水污水泵兩臺；集水井選用QW350-25-37型潛水污水泵兩臺；掌子面處選用QW145-9-7.5型潛水污水泵一臺，作為移動抽排水用。

4.4 管路

根據(jù)隧道內(nèi)水量情況，結(jié)合選配的抽水設(shè)備，隧道內(nèi)最大涌水量為35632m3/d，根據(jù)《簡明管道計算手冊》，管徑計算如下：

式中：d——管道內(nèi)徑（mm）；

qυ——體積流量（m3/h）；

υ——介質(zhì)流速（m/s）。

其中 qυ=1484.7m3/h，υ=1.2m/s，則 d=773.3mm。

水管容量：

ν=π·d2

擬采用4套φ350mm、2套φ250mm管作為排水管路。則：

ν1=0.47m3/m，ν2=0.4m3/m，ν3=0.1m3/m，ν1＜ν2+ν3，滿足排水需求。

根據(jù)以上計算結(jié)果，泵站設(shè)置6套管路：4套φ350mm、2套φ250mm管路；集水井設(shè)置2套φ250mm管路，管材均為無縫鋼管。在施工過程中，可根據(jù)實際水量大小、抽排效果，增加污水泵和消防軟管。

4.5 排水供電

為確保洞內(nèi)排水正常進(jìn)行，不因電路故障導(dǎo)致抽排水工作間斷，設(shè)一條專用供電線路，線路裝設(shè)專用電表獨立計量抽水用電量，供電線路采用300mm2的鋁芯電纜線。由于水泵功率較大，距離較長，為減少遠(yuǎn)距離輸電的損耗，泵站引入800kVA變壓器一臺，配電柜一個。為防止停電造成洞內(nèi)積水水位升高，影響正常施工，供電線路設(shè)置于仰拱填充面以上3m邊墻位置，于洞口處備用三臺500kW發(fā)電機，以備停電時使用。

4.6 開挖工作面排水

掌子面附近的滲水由左右兩側(cè)的臨時排水溝引排，隧道左側(cè)的滲水經(jīng)臨時排水溝、橫向排水溝引排至掌子面附近的臨時集水井；工作面的積水采用移動式水泵，管路為φ80mm的消防軟管，抽排掌子面積水至臨時集水井。

4.7 洞口處防排水措施

在隧道洞口處做好排水措施，做到排水暢通，并在洞口增加截水橫溝，防止地表水和施工排水倒灌進(jìn)洞，根據(jù)洞口水量情況可適當(dāng)加大橫溝斷面，并在溝頂加蓋鋼板，做到排水和行車互不影響。洞外排水溝出口處須設(shè)置三級沉淀池，洞內(nèi)污水通過沉淀池過濾，待沉淀達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求后，方可由排污系統(tǒng)排出。

5 結(jié)束語

長大隧道反坡排水，不僅在排水施工上需要一套完善、合理的排水系統(tǒng)，還要在管理上予以加強才能達(dá)到預(yù)期效果。在施工過程中必須根據(jù)隧道內(nèi)實際流水量大小和施工坡度來確定排水設(shè)備的規(guī)格、排水管的直徑以及排水管路的布置等參數(shù)。管理上要安排專職工班負(fù)責(zé)排水作業(yè)，加強現(xiàn)場排水設(shè)備、排水管路的管理和維護(hù)工作，嚴(yán)格按照設(shè)備的操作規(guī)范進(jìn)行操作，并提前做好停電時的應(yīng)急排水準(zhǔn)備工作。施工中應(yīng)及時進(jìn)行超前探測，了解并探明前方地質(zhì)條件及地下水分布情況，預(yù)防隧道突涌水等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。目前，甘莊隧道2#斜井反坡排水系統(tǒng)運行良好，掌子面無積水；解決了地下水對施工進(jìn)度、工期及施工安全造成的影響和隱患，為同類型地質(zhì)條件的隧道施工提供參考。