隧道陡坡斜井抽排水施工技術

馮興龍

(中鐵隧道集團二處有限公司，北京100010)

特長隧道施工工期長的弊端通常采用隧道中間段修建斜井增加工作面的方法解決，與此同時面臨反坡排水問題。特長隧道多水文環(huán)境復雜，水量較大。

1 概述

1.1 工程概況

新建蒙西至華中地區(qū)鐵路煤運通道重點控制工程MHSS-3標段中條山隧道起訖里程為：DK615+050～DK633+505，全長18.455 km。中條山隧道線路穿越中條山山脈。二工區(qū)承擔隧道2號、3號斜井及相應正洞任務，3號斜井長2 045 m，綜合坡度為11.34%，為全隧關鍵線路。

1.2 工程地質及水文地質

3號斜井正洞施工區(qū)間主要穿越寒武系泥質條帶灰?guī)r及鮞狀灰?guī)r段，節(jié)理裂隙發(fā)育，局部發(fā)育小型溶腔、溶孔；地下水發(fā)育，多為巖溶裂隙水，呈股狀涌水、線性淋水，為全線涌水量最大的隧道(見表1)。

2 施工情況

截至目前，中條山隧道3號斜井正洞右線開挖支護累計1 700 m，左線累計1 230 m，完成施工任務45%；仰拱及二襯已全面展開施工。目前洞內施工環(huán)境差，作業(yè)風險高，施工難度大，開挖、仰拱帶水作業(yè)施工降效40%，工期壓力大，現(xiàn)階段抽排水量達65 000 m3/d(2 700 m3/h)。

3 反坡排水施工技術

3.1 總體思路及工藝流程

排水方案總體思路為：斜井期間采用一級泵站抽排水方式，為鋼板集水泵站；進入正洞后采用二級泵站抽排水，斜井中部位置鋼板集水箱為二級泵站、井底副聯(lián)處集水坑為一級泵站。洞內涌水通過一級泵站提升抽排至二級泵站，再由二級泵站提升至三級沉淀池，經三級沉淀池后排出洞外。3號斜井抽排水平面布置圖見圖1。3號斜井抽排水工藝流程圖見圖2。

3.1.1第一階段排水方案(3號斜井未進正洞前)

在斜井中部設固定集水箱，采用16 mm厚鋼板焊接而成，尺寸為2 m×3.3 m×18 m，容積120 m3。掌子面設移動水箱尺寸為1.5 m×1.5 m×6 m，容積為13.5 m3，采用16 mm厚鋼板焊接加工而成，水箱內設角鋼對撐加固。移動水箱隨掌子面開挖進度移動。掌子面污水利用水泵排入水箱內，再通過水泵提升排入洞外三級沉淀池內。

3.1.2第二階段排水方案(進正洞后)

在斜井底岔口副聯(lián)處設置集水坑，集水坑尺寸為2 m×7.5 m×20 m，容積為300 m3。集水坑設置于填充內，位于道路正中間，集水坑四周采用30 cm厚C30模筑混凝土一次性澆筑成型，上鋪鋼板，架設鋼管護欄。

3.1.3排水管路布置

管道水流速度選擇適當，過大會增大阻力和水泵用電量過度消耗，過小會浪費管路的投入和泥沙沉積等，綜合考慮管道內水流速度控制在2.8 m/s。

直徑300 mm,200 mm排水管過水量計算如下：

直徑300 mm排水管過水量為700 m3/h，直徑200 mm排水管過水量為316 m3/h。

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1)洞內排水側溝排水能力約3 000 m3/h。

2)在保證正常施工的情況下，網電最高能滿足3 300 m3/h抽水設備負荷量。

根據(jù)以上兩條綜合考慮，3號斜井正洞抽排水量上限定為3 300 m3/h。超過上限時，考慮徑向注漿堵水。

洞內排水管路設置5趟300 mm,2趟200 mm,1趟100 mm，其中5趟300 mm管路作為常用排水管，2趟200 mm,1趟100 mm管路作為備用排水管路。

總抽排水量為5×700=3 500 m3/h，大于當前實際涌水量(2 700 m3/h)，可以滿足施工。3號斜井管線布置圖見圖3。

3.1.4水泵選型

3號斜井洞口至井底高差為230 m，揚程按兩級提升，單級120 m。按照0.6折算系數(shù)，水泵揚程必須大于200 m。

3號斜井排水量上限為3 300 m3/h，斜井中間泵站設置9臺套250 kW(280 m3/h～400 m3/h，揚程215 m)污水抽水機，井底泵站設置13臺套250 kW(280 m3/h～400 m3/h，揚程215m)污水抽水機。由于井底泵站污水含泥量大，水泵磨損大，井底泵站比中間泵站多備用4臺。

為防止停電造成淹井，工區(qū)自建自發(fā)電站，采用800 kW柴油發(fā)電機和1 000 kVA變壓器組成一個自發(fā)電升壓單元。3號斜井250 kW抽水機22臺，2號斜井2臺，抽水合計功率為24×250=6 000 kW。

共需配置發(fā)電機數(shù)量計算如下：6 000/800/0.8=9臺，其中0.8為發(fā)電機安全系數(shù)。

工區(qū)發(fā)電站共配置800 kW發(fā)電機組9臺，1 000 kVA變壓器9臺。

3.2 抽排水量統(tǒng)計

3.2.1日常記錄

首先建立抽水機運轉的臺賬，臺賬內容包括每臺抽水機運轉的開始與結束的時間和每天的排水量，通過每天記錄的數(shù)據(jù)進行對比分析，及時調整施工現(xiàn)場抽水機的使用數(shù)量及運轉時間。

3.2.2抽排水量統(tǒng)計

在排水管道出水口位置安裝電磁流量計以便于統(tǒng)計抽排水數(shù)量，設專人記錄流量計數(shù)據(jù)。電磁流量計見圖4。

3.2.3抽排水設備耗電量統(tǒng)計

對抽排水電力設備架設專用電線路，對抽排水專用電線路安裝電表以便于統(tǒng)計抽排水的耗電量，每天由專人定時與流量計同步記錄電度表的數(shù)據(jù)，并填寫好記錄表。

3.2.4數(shù)據(jù)整理存檔

流量計的數(shù)據(jù)記錄時間與電度表的數(shù)據(jù)記錄時間統(tǒng)一，以便于抽排水量與耗電量準確對比。

4 安全管理措施

1)抽排水人員上崗前需要進行抽排水設備的日常操作、日常保養(yǎng)、維修等具體情況學習，考核合格后上崗。

2)抽排水人員培訓學習合格后統(tǒng)一進行分班組定設備，專機專人管理，其他人員禁止操作抽排水設備，每天做好設備運轉記錄、交接班記錄，定期保養(yǎng)維護，保證正常運轉。

3)防止因水箱內水量過少機械設備空轉，既造成資源浪費又容易引發(fā)設備由于空轉過熱而燒毀，要求集水井都必須設置自動化排水裝置，以方便及時、有效的排除積水。當集水井水深達到一定高度，水泵自動啟動；水位降到一定高度，水泵自動停止。

4)每臺抽水設備應有專門的配電箱且至少設置兩級漏電保護器，即除作保護接零外，必須在設備負荷線的首端處安裝漏電保護器。

5)及時進行超前探水鉆孔作業(yè)，根據(jù)超前探孔內水的流量、流速來判斷前方水量情況。超前探孔出大水量時，根據(jù)泵站排水能力來控制超前探孔的數(shù)量，防止因超前探孔數(shù)量過多造成出水量過大泵站抽排不及時而淹井。

5 結語

在特長隧道施工中，對于陡坡斜井的抽排水能力必須高度重視，通過設置多級泵站接力排水，主要是在洞內預定位置設置不同參數(shù)水倉。本文通過對中條山隧道3號斜井抽排水總結，以期對同類工程提供一些參考。