鐵路長(zhǎng)大隧道反坡排水設(shè)備選型

王增帥

摘 要：本文簡(jiǎn)略闡述了衢寧鐵路浙江段安民隧道工程概況，并在明確計(jì)算原則以及考慮因素的基礎(chǔ)上對(duì)鐵路長(zhǎng)達(dá)隧道反坡排水主泵站以及臨時(shí)泵站和固定泵站設(shè)備選型進(jìn)行了分析，旨在為相關(guān)人員提供借鑒意義，并為后續(xù)鐵路長(zhǎng)大隧道反坡排水技術(shù)的應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：鐵路長(zhǎng)達(dá)隧道;反坡排水施工技術(shù);設(shè)備選型

中圖分類號(hào)：U453.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

對(duì)于鐵路長(zhǎng)大隧道反坡排水技術(shù)的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，各項(xiàng)設(shè)備選型工作的開展直接影響了技術(shù)應(yīng)用的質(zhì)量，從目前來(lái)看，設(shè)備選型受到多種因素的影響，為了能夠保障設(shè)備選型的科學(xué)性與合理性，有必要對(duì)其展開深層次的探索。

1 工程概況

本文主要從衢寧鐵路浙江段安民隧道的實(shí)際情況出發(fā)，對(duì)鐵路長(zhǎng)達(dá)隧道反坡排水設(shè)備選型展開詳細(xì)研究，該隧道全長(zhǎng)總共13 908.4 m，起訖里程為DK111+696.26～DK125+605.5。其Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)以及Ⅴ級(jí)分別有著55.4%、33.8%、8.6%和2.1%占比，不良地質(zhì)包括軟質(zhì)巖、軟弱夾層、斷層破碎帶以及巖溶和巖溶水等等，設(shè)計(jì)最大涌水量為11 799 m3/d，該隧道本身是I級(jí)風(fēng)險(xiǎn)隧道，有著相對(duì)較緊的工期要求，在全線中是重點(diǎn)控制性工程。安民隧道平導(dǎo)處在隧道線路的向右側(cè)出口處，總長(zhǎng)度為3 110 m，負(fù)責(zé)正洞施工里程為DK122+240～DK120+595，其中平導(dǎo)PDK1+210～PDK0+000為5.1‰下坡、7#橫通道179 m為3‰下坡，8#橫通道170 m為3‰下坡，正洞段1 645 m為5.1‰反坡，都要采用相應(yīng)的反坡施工技術(shù)。安民隧道平導(dǎo)1#橫通道小里程向DK123+450～DK125+450段2 000 m為3.1‰的下坡，施工時(shí)只考慮正洞與平導(dǎo)直接反坡排水，DK122+240～DK123+450段1 210 m為5.1‰的上坡，考慮反坡施工。

在水文地質(zhì)方面，該隧道工程地處中低山區(qū)處，有著相對(duì)發(fā)達(dá)的地表水，北西南東向山脊為隧道去地表水的分水嶺，主要包括兩條溪流，分別為位于出口處的道太溪支流以及進(jìn)口處的安民溪。該工程有著相對(duì)較發(fā)育的隧道山體沖溝水系，常年有流水并呈現(xiàn)出樹枝狀分布，但其實(shí)際的流量則會(huì)在很大程度上受到大氣降雨的影響，地下水主要有三部分組成，分別為構(gòu)造裂隙水、基巖裂隙水以及第四系孔隙潛水，在大氣降水補(bǔ)給的條件下排泄至低洼處[1]。

2 鐵路長(zhǎng)大隧道反坡排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的設(shè)備選型研究

2.1 計(jì)算原則

管道掛污會(huì)在一定程度上降低經(jīng)濟(jì)流速，但在隧道掘進(jìn)的過程中不能停止工作對(duì)管路進(jìn)行疏通，為了能夠有效應(yīng)對(duì)這一問題，便應(yīng)當(dāng)確保對(duì)管路以及水泵等排水設(shè)施進(jìn)行優(yōu)化選擇，使其能夠同相關(guān)規(guī)定以及使用要求完全符合，進(jìn)而最大限度減少排水工序所對(duì)隧道掘進(jìn)施工所造成的不利影響。

2.2 考慮因素

在對(duì)鐵路長(zhǎng)大隧道反坡排水設(shè)備進(jìn)行選型的過程中應(yīng)當(dāng)綜合考慮多方面影響因素，在此基礎(chǔ)上提升設(shè)備選型的科學(xué)性與合理性。

水同施工進(jìn)度以及人員安全有著密不可分的關(guān)系，相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)對(duì)方案的安全性以及可行性進(jìn)行重點(diǎn)考察。

應(yīng)當(dāng)能夠保障其同介質(zhì)特征的實(shí)際要求相適應(yīng)，斜井中的水均為施工用水和裂隙水，水中不應(yīng)當(dāng)有噴射混凝土回彈料摻雜物、巖土顆粒以及砂土的混入。泵站本身應(yīng)不具備沉淀功能，以免出現(xiàn)雜物對(duì)管道連接件和水泵造成破壞的現(xiàn)象，與此同時(shí)在水泵的選擇上應(yīng)盡量確保其具有較長(zhǎng)的使用年限，并有耐腐蝕、耐磨等特點(diǎn)。

除此以外，各級(jí)泵站應(yīng)具有高質(zhì)量的排水能力以及儲(chǔ)備能力，結(jié)合最大涌水量設(shè)計(jì)安裝水泵總排量，并對(duì)正常流量進(jìn)行兼顧。

其實(shí)際所選用水泵的性能以及型號(hào)需要可以同裝置本身功能參數(shù)的要求相適應(yīng)，包括吸程、汽蝕流量、壓力、流量、溫度以及揚(yáng)程等。與此同時(shí)，在選型的過程中還要充分考慮水泵的使用年限以及維修周期等內(nèi)容，盡可能保障其安裝和維修更換的便捷性和高效性，有效規(guī)避由于頻繁維修更換制約工程正常施工的現(xiàn)象出現(xiàn)。

在排水管道的設(shè)置方面，應(yīng)當(dāng)避免其影響斜井運(yùn)輸能力，并盡量縮小其所占用的空間范圍，以免導(dǎo)致正常運(yùn)輸通道被過度占用[2]。

2.3 主泵站設(shè)備選型

2.3.1 水泵的選擇

1#斜井：高差h=Hi+4=33.99+4=37.99 m。烏弄斜井：高差h=Hi+4=140.7+2=144.7 m。平導(dǎo)：高差h=6.7+4=10.7 m（7#泵站至反坡點(diǎn)泵站）;高差h=4.7+4=8.7 m（8#泵站至7#泵站）。4#橫通道泵站：高差hmax=303.59-303.81+0.9+4=

4.68 m。

水頭損失：H損失=λ*L/d*v2/（2g）

λ-沿程阻力系數(shù)，管道內(nèi)徑，取0.034 0;L-管道長(zhǎng)度;d-管道內(nèi)徑;v-流速，Q/（πd2/4）;g-重力加速度，9.81。

計(jì)算的水頭損失：

1#斜井：貫通前H損失=0.034*300/0.2*2.0252/（2*9.81）

=10.7 m（1根）。貫通后H損失=0.034*300/0.20*2.742/（2*

9.81）=19.6 m（2根）。

烏弄斜井：

貫通前H損失=0.034*1 500/0.25*1.522/（2*9.81）=23.9 m（3根）。貫通后按貫通前考慮。

平導(dǎo)：

7#橫通道泵站：H損失=0.034*1 200/0.25*2.832/（2*9.81）

=66.6 m（3根）。

8#橫通道泵站。H損失=0.034*1 000/0.2*2.962/（2*9.81）

=70.5 m（1根）。

1#橫通道小里程方向4#橫通道泵站：

H損失=0.030 4*200/0.20*0.882/（2*9.81）=1.2 m（1根）。

水泵功率計(jì)算：W=Q*g*ρ*h/（3 600*η）

W-軸功率;Q-流量;H-揚(yáng)程考慮水頭損失;G-9.81;η-效率，0.75～0.85，取0.8;ρ-介質(zhì)密度，1.05×103kg/ m3。

計(jì)算得水泵功率：

1#斜井：貫通前：W=41.8 kW，考慮富余W取45 kW，選用WQ-250-50-45水泵1臺(tái)，流量250 m3/h，揚(yáng)程50 m，功率45 kW。貫通后：W=133.9 kW，考慮富余W取150 kW，選用IS200-150-400水泵2臺(tái)，流量400 m3/h，揚(yáng)程50 m，功率75 kW。

烏弄斜井：

貫通前：W=568.6 kW，考慮富余W取660 kW，選用D280-43X5水泵2臺(tái)，水量335 m3/h，揚(yáng)程190 m，功率250 kW;D155-30X7水泵1臺(tái)，水量185 m3/h，揚(yáng)程160 m，功率160 kW。平導(dǎo)：7#泵站W(wǎng)=434 kW，考慮富余W取480 kW，選用XHSS150-605C水泵3臺(tái)，流量550 m3/h，揚(yáng)程81 m，功率160 kW。

8#泵站W(wǎng)=106.1 kW，考慮富余W取160 kW，選用XHSS150-605C水泵1臺(tái)，流量550 m3/h，揚(yáng)程81 m，功率160 kW。

1#橫通道小里程：W=8.4 kW，考慮富余W取15 kW，選用WQ-100-28-15水泵1臺(tái)，流量100 m3/h，揚(yáng)程28 m，功率15 kW。

2.3.2 管路的選擇

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)資源均選用內(nèi)徑Ф200 mm、Ф250 mm管道。

（1）管路趟數(shù)確定。根據(jù)管道流速不宜大于3 m/s。v=Q/（π*d2/4）。

計(jì)算得管徑：

1#斜井：貫通前：選用1根200 mm鋼管。貫通后：選用2根200 mm鋼管（1根由高壓風(fēng)管改裝）。

烏弄斜井：

貫通前：選用3根250 mm鐵管。貫通后：按貫通前配置，備用。平導(dǎo)：7#橫通道泵站，選用3根250 mm鐵管。

8#橫通道泵站，選用1根200 m鐵管。

1#橫通道小里程4#橫通道泵站：選用1根200 mm鐵管。

（2）管路長(zhǎng)度估算。1#斜井：300 m。烏弄斜井：1 500 m。

平導(dǎo)：7#橫通道泵站1 200 m。8#橫通道泵站1 000 m。1#橫通道小里程方向4#橫通道泵站200 m。

2.4 臨時(shí)泵站及固定泵站設(shè)備選型

2.4.1 水泵的選擇

1#斜井：揚(yáng)程h=Hi+5=600*0.004 8+5=7.9 m。烏弄斜井：揚(yáng)程h=Hi+5=600*0.005 1+5=8.1 m。

平導(dǎo)：揚(yáng)程h=600*0.005 1+5=8.1 m。

水頭損失：H損失=λ*L/d*v2/（2g）

λ-沿程阻力系數(shù)，管道內(nèi)徑，取0.030 4;L-管道長(zhǎng)度;d-管道內(nèi)徑;v-流速，Q/（πd2/4）;g-重力加速度，9.81。

計(jì)算的水頭損失：

1#斜井小里程方向：H損失=13.1 m（1根200）。烏弄斜井小里程：H損失=23.7 m（1根250）。平導(dǎo)：H損失=19 m（1根200）。

水泵功率計(jì)算：W=Q*g*ρ*h/（3 600*η）

W-軸功率;Q-流量;H-揚(yáng)程考慮水頭損失;G-9.81;η-效率，0.75～0.85，取0.8;ρ-介質(zhì)密度，1.05×103kg/ m3;

計(jì)算得水泵功率：

1#斜井小里程：W=14.2 kW，考慮富余W取16.5 kW，選擇WQ-100-28-5.5水泵3臺(tái)，另外2臺(tái)備用。烏弄斜井小里程：W=47 kW，考慮富余W取60 kW，選擇WQ-100-50-15水泵4臺(tái)，另外2臺(tái)備用。平導(dǎo)：W=48 kW，考慮富余W取60 kW，選擇WQ-100-50-15水泵4臺(tái)，另外2臺(tái)備用。

2.4.2 管路的選擇

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)資源均選用內(nèi)徑Ф200 mm鋼管。

（1）管路趟數(shù)確定。根據(jù)管道流速不宜大于2 m/s。v=Q/（π*d2/4）。計(jì)算得管徑：1#斜井小里程：選用1根200 mm鋼管。烏弄斜井小里程：選用1根250 mm鋼管。平導(dǎo)：選用1根200 mm鋼管。

（2）管路長(zhǎng)度估算。均按不大于600 m設(shè)置一集水井，每段管路長(zhǎng)度不大于600 m。

2.4.3 其它

在工作面排水方面主要使用移動(dòng)式水泵，管路為Ф80消防軟管，向就近本站或者是臨時(shí)集水坑中進(jìn)行抽排。為了確保洞內(nèi)道路上不存在積水，應(yīng)當(dāng)對(duì)兩側(cè)的排水溝展開相應(yīng)的修建工作，以保障洞內(nèi)滲水能夠在側(cè)溝的作用下進(jìn)入到集水坑中，以免出現(xiàn)滲水漫流在洞內(nèi)道路上的現(xiàn)象[3]。

3 結(jié)論

綜上所述，優(yōu)化開展設(shè)備選型工作能夠有效提升鐵路長(zhǎng)大隧道反坡排水技術(shù)應(yīng)用的質(zhì)量，對(duì)于隧道工程整體施工的持續(xù)平穩(wěn)進(jìn)行有著積極的促進(jìn)作用。因此，相關(guān)工作人員務(wù)必要加強(qiáng)對(duì)于設(shè)備選型工作的重視，并結(jié)合工程施工的實(shí)際情況，綜合考慮各方面影響因素，最終完成對(duì)于設(shè)備選型各項(xiàng)參數(shù)的精密計(jì)算，提升設(shè)備選型的科學(xué)性。

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