輸水隧洞施工中特大涌水排水方法探究

龐維

（遼寧遼東水務(wù)控股有限責(zé)任公司，遼寧 本溪 117000）

1 基本概況

遼寧省觀音閣水庫輸水工程隧洞位于本溪市境內(nèi)，工程主要為地下洞室施工，包括開挖、支護(hù)、襯砌、灌漿等，工程量較大、工期緊張、施工強(qiáng)度較高。

輸水隧洞共有12個(gè)洞口，此次涌水出現(xiàn)在4號洞，在4 號洞爆破前鉆設(shè)超前探水孔及炮孔均無出水現(xiàn)象，爆破開挖后，出渣施工過程中右側(cè)頂拱開始出現(xiàn)突泥出水現(xiàn)象，開始出水為黃色，但是出水突泥越來越大，出水孔洞也是逐漸增大，在出水呈不斷增大趨勢時(shí)立即停止出渣作業(yè)。原有主洞內(nèi)排水管路可能無法滿足排水要求，立即組織人員開始增接排水管路、增加水泵，在增接排水管路過程中水位在不斷上漲，水管接完后進(jìn)行排水，但水位仍在上漲，在涌水點(diǎn)觀察人員發(fā)現(xiàn)涌水處孔洞瞬間擴(kuò)大，由原來的圓形孔洞擴(kuò)大到長1.0 m左右、寬0.2 m 左右的出水帶，大量水涌出。

2 地質(zhì)情況

4 號洞下游洞室?guī)r性為南芬組頁巖及泥灰?guī)r，巖體破碎，圍巖不穩(wěn)定，節(jié)理面大多呈平直光滑狀，裂隙較發(fā)育，多數(shù)張開，洞室地下水為涌水狀，出水部位在掌面右拱頂，水色為黃色，含有角礫夾泥。

3 緊急處理方式

原交叉口處的排水系統(tǒng)排水能力（理論排水能力160 m3/h)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，在水位上漲同時(shí)，組織所有人員力量在支洞內(nèi)增加排水管路、增加水泵、增加用電線路以保證排水。啟動新增排水系統(tǒng)4套（22 kW 水泵，揚(yáng)程50 m，流量80 m3/h），由于洞內(nèi)水位高與出水處壓差減小及水泵開始排水，水位上漲情況已得到明顯控制。據(jù)觀察，水位每小時(shí)上漲5 cm左右，洞長2 700 m，洞寬平均4.0 m左右，每厘米高度水量為108 m3，水泵理論排水320 m3/h，扣除原洞內(nèi)出水，根據(jù)排水及水位上漲情況初步預(yù)計(jì)此涌水點(diǎn)涌水量600 m3/h。排水系統(tǒng)、供電系統(tǒng)增加工作持續(xù)進(jìn)行中。

在支洞已啟動新增排水管路共計(jì)6 套的情況下，水位上漲基本控制在3 cm/h 左右。在洞內(nèi)水量基本得到控制后，初步研究涌水原因及進(jìn)一步排水措施。懷疑此次出水與地表水有聯(lián)系，地表水與洞內(nèi)涌水是連通的。隨即組織人員對不同部位的水取樣進(jìn)行硬度分析，洞內(nèi)水硬度值為178，地下水硬度值為196，地表水硬度值上中下游分別為106，182，133。根據(jù)數(shù)值分析，洞內(nèi)出水與地表水有聯(lián)系，但大部分涌水還是地下水，地表水占出水量的1/5 左右。

4 應(yīng)急預(yù)案的啟動

此次突泥涌水事件的發(fā)生較為突然，雖嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)地質(zhì)超前探孔進(jìn)行預(yù)探，但仍未能預(yù)測出該涌水事件的發(fā)生。突泥涌水發(fā)生后，施工應(yīng)急指揮小組第一時(shí)間反應(yīng)，在最短的時(shí)間內(nèi)盡可能地將工作面附近的所有人員、部分設(shè)備及材料撤至安全地帶，保證人員生命安全，將損失降至最低。并迅速購買大功率排水設(shè)備進(jìn)場，制定詳細(xì)的排水方案，同時(shí)準(zhǔn)備必要的安全用具，確?，F(xiàn)場一線人員生命安全。

5 排水系統(tǒng)布置

4 號施工支洞工區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，洞口高程327.20 m，主、支洞交叉口高程207.09 m，支洞坡度為20%，支洞投影距離705 m，為逆坡施工、逆坡排水。反坡洞段長，形成洞內(nèi)外最大120.11 m 高差，造成抽水揚(yáng)程高，排水困難。

5.1 排水布置

采用分級排水結(jié)合增加大功率排水設(shè)備直接排除的方式。該工程施工日常排水采用分級排水的形式，即將主洞內(nèi)工作面附近積水通過潛水泵引排至主支洞交叉口主集水井處，在施工支洞分級設(shè)置3 處集水井，通過多級潛水污水泵引排至洞外污水處理池處，經(jīng)過處理符合標(biāo)準(zhǔn)后統(tǒng)一排放。

此次涌水的排除，主要依靠新增排水設(shè)備。新增排水設(shè)備分為分級抽取泵站和一次抽取泵站兩部分。分級抽取泵站結(jié)合原有日常排水集水坑進(jìn)行設(shè)置，增設(shè)大功率污水潛水泵及管路。一次抽取泵站設(shè)置在主支洞交叉口附近，增設(shè)大功率多級離心水泵，專用管路，一次排水至洞外，不同功率水泵均預(yù)留備用。

5.2 水泵選型及泵站布置

此次水泵選型是根據(jù)涌水量、揚(yáng)程及工作條件的要求進(jìn)行選擇。涌水經(jīng)估算約為600 m3/min，也有可能出水量要大于此數(shù)，加上原洞內(nèi)涌水點(diǎn)及日常出水，另外考慮到水泵的實(shí)際排水能力最多為理論排水能力80%等，故增設(shè)排水泵站的理論總排水能力不應(yīng)低于920 m3/h，才能有效控制水位的上漲并達(dá)到降水的目的。

工程施工支洞最大高差為120 m，增設(shè)分級排水系統(tǒng)所需揚(yáng)程小，故選取WQ 型污水潛水泵（22 kW，揚(yáng)程50 m）即可滿足。增設(shè)一次抽排系統(tǒng)泵站對揚(yáng)程要求較高，宜選用揚(yáng)程高、水量大的水泵，故選取 55 kW 污水潛水泵 2 臺、75 kW 型多級離心泵2 臺、132 kW 多級離心泵1 臺，合計(jì)理論排水能力1 000 m3/h。上述水泵選用主要是根據(jù)出水量，其它還應(yīng)考慮到現(xiàn)場場地，用電及水泵從購買到投產(chǎn)時(shí)間。如果涌水量穩(wěn)定且所用配備水泵系統(tǒng)正常運(yùn)行，洞內(nèi)積水預(yù)計(jì)10 d 左右可以排出，達(dá)到人員抵達(dá)現(xiàn)場勘查的水平。由于此次出水量及出水情況已無法準(zhǔn)確預(yù)計(jì)，所以，根據(jù)排水情況，參建各方對排水設(shè)備可隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整。此次泵站布置位置及排水量見表1。

5.3 管道選型

抽排水管道結(jié)合水泵型號及種類進(jìn)行選型，考慮到采購及安裝難度，結(jié)合排水水量，分級污水潛水泵選取DN159 mm、DN108 mm 鋼管，多級離心泵選取DN108 mm 、DN159 mm、DN200 mm 鋼管。管路采用法蘭連接，各級排水管道均設(shè)置排氣減壓閥、安全閥及逆止閥等設(shè)施，以免出現(xiàn)水錘現(xiàn)象，確保水泵在意外停止工作時(shí)檢修人員及設(shè)備的安全，排氣減壓閥與安全閘閥安裝于管路中，從水泵處向支洞口方向約每240 m 安裝一個(gè)，具體位置根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況調(diào)整，逆止閥安裝于管路底部靠近水泵處。

5.4 電力設(shè)備配置

反坡排水的供電保障是重點(diǎn)，只有電力有了保障，抽水才有保障，一旦電力供應(yīng)出現(xiàn)問題，水泵停止工作，如此長距離、大揚(yáng)程的管道形成水錘現(xiàn)場，將對排水設(shè)備和過流部件形成沖擊，后果嚴(yán)重。

考慮到原有洞內(nèi)照明及供電系統(tǒng)負(fù)荷有限，若增設(shè)大功率排水設(shè)備，將無法滿足要求，一旦出現(xiàn)用電事故，后果不堪設(shè)想。為確保用電安全，根據(jù)洞內(nèi)排水設(shè)備的數(shù)量及功率，增設(shè)鋁塑線及負(fù)荷電纜，確保排水設(shè)備的用電需要。

洞內(nèi)各級水泵均采用三級配電，單獨(dú)啟動的方式，各級水泵均配置獨(dú)立配電柜，確保水泵能夠順利啟動及正常運(yùn)轉(zhuǎn)。重點(diǎn)是滿足前一級設(shè)備被淹或發(fā)生短路時(shí)，不影響后期各級設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

5.5 污水處理措施

4 號施工支洞工區(qū)已按照相關(guān)單位要求及環(huán)境保護(hù)法律法規(guī)設(shè)置沉淀池，對施工、生活污水進(jìn)行沉淀凈化后排放。此次涌水事件的發(fā)生，使洞內(nèi)集水急劇增加，原有污水沉淀池6.3 m×5.5 m×2.0 m（長×寬×高，下同），4個(gè)沉淀池四級沉淀及排放系統(tǒng)已不能滿足環(huán)境保護(hù)要求，為確保大功率排水設(shè)備的排放滿足環(huán)保要求，安排專門人員及設(shè)備，新修沉淀池兩處：一處為三級沉淀，沉淀池尺寸分別為25.0 m×20.0 m×3.5 m，26.0 m×18.0 m×3.5 m，22.0 m×20.0 m×3.5 m；另一處為五級沉淀，沉淀池尺寸分別為13.0 m×5.0 m×2.3 m，18.0 m×7.0 m×2.3 m，18.0 m×7.0 m×2.3 m，19.0 m×7.0 m×2.3 m，17.0 m×7.0 m×2.3 m。增加防護(hù)設(shè)施，確保排水達(dá)標(biāo)。修建專用排水溝，做到有組織地對洞內(nèi)涌水進(jìn)行排放。

5.6 專業(yè)技術(shù)人員調(diào)配

為滿足此次涌水排除需要，特對原有4 號支洞工區(qū)技術(shù)工人進(jìn)行了補(bǔ)充，主要補(bǔ)充電工、水泵工、電焊工、機(jī)修工等工種，均實(shí)行24 h 值班制，其余工區(qū)相關(guān)人員作為應(yīng)急使用，一旦發(fā)生超大水量，可在第一時(shí)間到場，參與救援作業(yè)。

5.7 備用電源

為確保涌水控降水過程的順利實(shí)施，排水設(shè)備的正常運(yùn)行，特對柴油發(fā)電機(jī)組進(jìn)行全面的檢修和維護(hù)，保證在系統(tǒng)斷電發(fā)生后，第一時(shí)間提供備用電力。為維持排水設(shè)備的運(yùn)行，配備2 臺400 kW·h 發(fā)電機(jī)，水泵工作時(shí)共計(jì)用電為647 kW·h，使用2 臺發(fā)電機(jī)可以滿足系統(tǒng)斷電后的排水設(shè)備運(yùn)行。

5.8 抽排水運(yùn)行管理

現(xiàn)場抽排水安排3個(gè)工班輪班作業(yè)，每個(gè)班配備專職電工在各級泵站進(jìn)行巡查管理。每級泵站均配備水泵工、管道工進(jìn)行維護(hù)，每班設(shè)管理人員3 名，匯同電工、管道工及水泵工對供電線路、排水管路及集水坑進(jìn)行巡檢、維修和清理，保證整個(gè)排水系統(tǒng)的順暢運(yùn)行。

應(yīng)急小組及項(xiàng)目部主要領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行分工，主要管理人員到現(xiàn)場執(zhí)行24 h 值班制。

6 質(zhì)量與安全保證措施

成立應(yīng)急小組及管理機(jī)構(gòu)，對涌水抽排水施工進(jìn)行控制。施工過程中實(shí)時(shí)監(jiān)控，全方位管理施工全過程，項(xiàng)目部質(zhì)檢員跟蹤監(jiān)督，掌握施工動態(tài)。排水系統(tǒng)的機(jī)械設(shè)備和材料進(jìn)場前，必須經(jīng)過嚴(yán)格檢查，進(jìn)場前嚴(yán)格抽樣檢查，對不合格的不得進(jìn)入工地。

凡需進(jìn)入洞內(nèi)深水區(qū)域者，需向應(yīng)急小組相關(guān)人員表明意圖，佩戴安全防護(hù)用具后方可進(jìn)入。安全人員要定時(shí)巡視檢查排水時(shí)的用電安全情況，并做好記錄。巡查水泵工人開關(guān)水泵是否根據(jù)操作規(guī)程進(jìn)行操作，以及排水期間涉及的所有安全問題，發(fā)現(xiàn)問題第一時(shí)間制止并要求整改，保證排水相關(guān)人員的人身安全。

7 結(jié)語

此次對隧洞工程洞內(nèi)涌水的及時(shí)處理，保證了輸水工程的順利完工，有力地證明了此次降排水的可操作性及重大意義，為類似輸水隧洞工程提供了借鑒。