富水地段隧道大反坡排水施工技術(shù)研究

白建山

近年來，隨著國(guó)家重點(diǎn)工程對(duì)富水隧道反坡排水施工的安全、質(zhì)量、施工進(jìn)度及施工環(huán)保等要求的不斷提高，小集水坑排水和長(zhǎng)距離集水坑排水進(jìn)行綜合考慮，解決一般情況下抽水機(jī)多，而且要開挖反坡段水溝，減少安裝排水管的數(shù)量，避免掌子面臨時(shí)抽水機(jī)需要隨掌子面的掘進(jìn)而拆遷前進(jìn)等繁瑣步驟，綜合布設(shè)集水井、水泵，為長(zhǎng)距離反坡施工提供技術(shù)保障。

一、前言

隨著越來越多的大反坡隧道施工開始采用斜井反坡排水技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)也更加被人們所關(guān)注，反坡排水主要是通過水箱、泵體和管路所組成的排水系統(tǒng)將隧道內(nèi)地下水排出隧道外，隧道斜井反坡排水技術(shù)能夠根據(jù)隧道內(nèi)滲水的水量來調(diào)節(jié)各水箱污水管路和水泵的個(gè)數(shù)，整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性高、應(yīng)對(duì)變化能力強(qiáng)并且工作人員極易上手。隧道反坡排水采用分段倒流施工，但優(yōu)缺點(diǎn)明顯，目前國(guó)內(nèi)的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)相對(duì)欠缺，相應(yīng)的施工技術(shù)和方法不夠完善。本文以大龍?zhí)端淼莱隹诙问┕し雌屡潘疄槔?，采用分段倒流施工，?duì)小集水坑排水和長(zhǎng)距離集水坑排水進(jìn)行綜合考慮，能夠提升施工質(zhì)量、保障施工安全。

二、工程概況

1.工程簡(jiǎn)介

大龍?zhí)端淼罏榉蛛x式隧道，左幅起止樁號(hào)為ZK134+645～ZK135+795，全長(zhǎng)3750.204，所在路段縱坡為+2.47%；右幅起止樁號(hào)為YK134+585～YK135+765，全長(zhǎng)3783.551，所在路段縱坡為+2.488%。隧道區(qū)最大埋深約620m，左右幅隧道測(cè)中線距離約30～20.1m，海拔高程介于2240～2910m之間。本隧道采用雙向開挖，本公司（總承包）承建出口段從麗江端單向開挖方式。隧道內(nèi)排水為反坡排水，垂直高度計(jì)算如下：

ZK133+909-ZK135+715段1806×24.77‰=44.73m；

YK133+881-YK135+667段1786×24.88‰=44.44m。

2.工程地質(zhì)概況

隧道址區(qū)位于北東向構(gòu)造體系的程海斷裂與麗江-劍川斷裂之間。隧道區(qū)第四系覆蓋層厚度分布較均勻，下伏基巖以角礫巖、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖為主。洞身段風(fēng)化程度不均，差異風(fēng)化明顯，受構(gòu)造影響，巖石節(jié)理發(fā)育，巖體破碎。

3.隧道涌水量

本隧道下伏基巖為下第三系麗江組三段灰?guī)r角礫巖段及三疊系中統(tǒng)北衙組中段白云質(zhì)灰?guī)r。根據(jù)本隧道的勘察現(xiàn)狀，水文地質(zhì)條件，結(jié)合地形、構(gòu)造等地質(zhì)特征以及所搜集的測(cè)區(qū)水文地質(zhì)資料，選用降水入滲法、地下水動(dòng)力學(xué)法計(jì)算隧道涌水量。

（1）降水入滲法

降水入滲法公式：Q=2.74ɑ·W·A（m3/d）

式中ɑ：入滲系數(shù)；

W：多年平均降水量（mm）；

L：隧道通過含水體的長(zhǎng)度（km）；

B：L長(zhǎng)度內(nèi)對(duì)隧道兩側(cè)的影響寬度（km）。

根據(jù)隧道洞身各巖組地層出露位置、巖性、地質(zhì)構(gòu)造、節(jié)理裂隙發(fā)育情況，地貌形態(tài)及在本水文地質(zhì)單元中的徑流條件，據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)普查資料，選擇如下入滲系數(shù)數(shù)值：

本區(qū)主要為白云質(zhì)灰?guī)r，局部為灰質(zhì)角礫巖，ɑ=0.25（1/s·km2）；W=960mm；A=L×B=3.748×3=11.244（km2）。

Q1=2.74×0.25×960×11.244=7394（m3/d）

隧道正常涌水量為7394m3/d。雨季動(dòng)態(tài)系數(shù)采用1.5，則預(yù)測(cè)隧道最大涌水量約為11091m3/d。

（2）地下水動(dòng)力學(xué)法

采用柯斯嘉科夫公式計(jì)算正常涌水量：

式中：K－滲透系數(shù)（m/d）；

B－隧道通過含水層的長(zhǎng)度（m）；

H－靜止水位至隧道底的深度（m）；

R－隧道排水影響半徑（m）；

r－隧道寬度的一半（m）；

S－隧道水位降低，其中r=6.5m，假設(shè)S=H。

隧道正常涌水量為8013m3/d。雨季隧最大涌水量為12000 m3/d。為確保隧道施工安全，故采用地下水動(dòng)力學(xué)法預(yù)測(cè)的結(jié)果12000m3/d作為隧道最大涌水量。

三、排水施工方案

1.總體排水方案

大龍?zhí)端淼揽v坡為左洞-2.477%、右洞-2.488%，采用三級(jí)泵站排水方案，即：在進(jìn)口外中央分隔帶（此處為分離式路基）處設(shè)一固定集水坑（1號(hào)集水坑），進(jìn)洞后，作業(yè)面附近設(shè)臨時(shí)集水坑，開挖斷面的滲水、涌水匯集后，用水泵抽排至洞口外的固定集水坑。隧道施工至4、5號(hào)人行橫洞處時(shí)，及時(shí)施工此處的人行橫洞，在橫洞內(nèi)設(shè)一固定集水坑（3、2號(hào)集水坑），前方工作面的水匯集抽排至3號(hào)集水坑，再次抽水排至2號(hào)集水坑，直到隧道貫通。1號(hào)集水坑的水沉淀后經(jīng)路基排水溝流右洞口鐵路涵洞排出。大龍?zhí)端淼烙昙咀畲笥克繛?2000m3/d，按施工段落考慮出口端施工一半則涌水量按6000 m3/d計(jì)。

排水管線布置示意圖

2.抽水機(jī)配置

按最大涌水量考慮排水能力，選用大流量、低揚(yáng)程抽水機(jī)，設(shè)備分階段投入。選用250WQ200-40-45型污水泵，流量200m3/h，揚(yáng)程40m，功率45kw。

掌子面處活動(dòng)泵站選用WQL-10-7.5型潛水泵，排水能力為100m3/h，數(shù)量根據(jù)掌子面的水量配備，施工中不少于3臺(tái)。

工作水泵按使用6臺(tái)、備用2臺(tái)、檢修2臺(tái)配備。

3.泵站級(jí)數(shù)的確定

采用如下公式計(jì)算：

泵站級(jí)數(shù)：m=（L×Z）/（h×r）；

L－反坡抽水長(zhǎng)度，L=1806m（左線），L=1786m（右線）；

Z－隧道排水坡度，Z=24.7‰（左線），Z=24.88‰（右線）；

h－水泵揚(yáng)程，h=40m；

r－壓力折減系數(shù)，取0.5；

m=2.35，在施工中設(shè)3級(jí)泵站。

4.抽水機(jī)數(shù)量

抽水機(jī)數(shù)量：n=V/（v×24×a）；

V－洞內(nèi)涌水量，取V= 6000m3/d；

v－抽水機(jī)排水量，v=200 m3/h；

a－流量折減系數(shù)，取a=0.85；

n=1.47，取每級(jí)泵站需設(shè)2臺(tái)抽水機(jī)。

5.水倉(cāng)容量

水倉(cāng)容量：泵站水倉(cāng)容量按15min最大涌水量考慮，并考慮施工和清淤方便綜合確定。

（6000÷24÷60）×15=62.5m3/d。

設(shè)計(jì)水倉(cāng)尺寸長(zhǎng)12m×寬3m×高2m，容量72m3。

四、排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.排水線路

2.抽水設(shè)備配置

抽水設(shè)備配置表

3.管線

工作管路的能力應(yīng)滿足在20h排除工區(qū)24h正常涌水量，在可能出現(xiàn)較大涌水、突水的隧道內(nèi)應(yīng)設(shè)置備用管路，能力不小于工作管路能力。本隧道臨時(shí)集水坑向固定集水坑排水使用1套為Φ100mm消防軟管，1號(hào)和2號(hào)集水坑間采用2套Φ200mm無縫鋼管（一套檢修備用，一套日常使用）。

4.臨時(shí)集水坑設(shè)置

集水坑的容量按該段15min的匯水量（按最大涌水量計(jì)算）加上施工用水量合計(jì)確定，按最大涌水量計(jì)算，集水坑尺寸為：一般長(zhǎng)3m×3m×高1m，容量9m3，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整大小。

5.固定集水坑設(shè)置

固定集水坑容量按該段15min的匯水量（按最大涌水量計(jì)算）加上施工用水合計(jì)確定，按最大涌水量計(jì)算，其結(jié)構(gòu)尺寸為3m×4m×2m（3個(gè)），容量72m3，可根據(jù)隧道開挖后的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

6.排水供電

為確保洞內(nèi)排水正常進(jìn)行，不因電路問題導(dǎo)致抽排工作的間斷，設(shè)置一條專用供電線路。由于水泵功率較大，電源電壓為380V，所以泵站用電引入380V穩(wěn)定電源。未施工二襯的路段兩側(cè)設(shè)置排水溝，排水溝的大小依據(jù)隧道涌水量的大小確定，確保洞內(nèi)滲水通過兩側(cè)排水溝進(jìn)入臨時(shí)集水坑內(nèi)，防止洞內(nèi)道路上水漫流。

五、結(jié)語

本文基于大龍?zhí)端淼婪雌屡潘┕ぜ夹g(shù)，采用分段倒流施工，對(duì)小集水坑排水和長(zhǎng)距離集水坑排水進(jìn)行綜合考慮，提升施工質(zhì)量、保障施工安全及縮短施工工期。