長距離反坡排水施工技術在高速公路隧道中的應用

摘要：本文主要探討了長距離反坡排水施工技術在高速公路隧道中的應用情況，以天保隧道為例，分析該工程項目的特點，介紹長距離反坡排水施工的關鍵環(huán)節(jié)，總結了長距離反坡隧道排水處理的要點。結果表明：長距離反坡排水技術在天保隧道中的應用，能夠保證隧道施工的安全性和效率，可以為類似工程提供參考和借鑒。

關鍵詞：高速公路；天保隧道；長距離反坡排水施工技術；排水效率

中圖分類號：U41" """"文獻標識碼：A" """"文章編號：2096-2118（2024）05-0118-04

Application of Long Distance Reverse Slope Drainage Construction

Technology in Highway Tunnel

LIU Guoqing

（China Communications 2nd Navigational Bureau 2nd Engineering Co.，Ltd.，Chongqing" 401120，China）

Abstract：This paper mainly discusses the application of long distance reverse slope drainage construction technology in highway tunnel，taking Tianbao tunnel as an example，analyzes the characteristics of the project，introduces the key links of long distance reverse slope drainage construction，and summarizes the main points of long distance reverse slope tunnel drainage treatment.The results show that the application of long distance reverse slope drainage technology in Tianbao tunnel can ensure the safety and efficiency of tunnel construction，and can provide reference for similar projects.

Keywords：expressway；Tianbao tunnel；long distance reverse slope drainage construction technology；drainage efficiency

0" 引言

現(xiàn)階段，在交通基礎設施建設快速發(fā)展的利好背景下，隧道由于能夠穿越復雜地形、提升線路連貫性以及縮短線路運距等優(yōu)勢在高速公路中得到快速推廣與廣泛應用。盡管如此，在具體的高速公路隧道施工過程中，長距離反排水問題一直是困擾工程項目建設進度、質量和安全的難題之一。加之傳統(tǒng)的排水方法因隧道長度、坡度等因素難以順利開展，導致施工進度受阻、質量下降和成本難以控制。因此，探究一種新型、高效、可靠的隧道排水技術對于保證高速公路隧道施工安全、保證工程質量從而控制成本等方面具有極其重要的現(xiàn)實意義。

1" 案例概況

天保隧道位于麻栗坡縣天保鎮(zhèn)南溫河村，既是特長隧道，也是天麻高速的控制性工程，隧道全長4 000 m，需要穿越3處斷層破碎帶、2處巖溶裂隙發(fā)育區(qū)和高富水區(qū)，推薦設計隧道正常涌水量30 589.9 m3/d，雨季最大涌水量68 910.92 m3/d。由于區(qū)內地下水動態(tài)受降水影響，變化較大，雨季施工時隧道涌水量可能有較大的增幅。由于隧道設計為單向坡施工，故從出口端向進口端掘進時，需要進行反坡排水。

反坡段排水主要采用機械排水，設置多級泵站接力排水。掌子面的積水采用移動式潛水泵抽至就近的中心水溝檢查井或泵站水倉內，其余已施工地段出水經(jīng)中心水溝自然匯積到檢查井內，再抽排至就近的泵站或移動水倉內，如此接力抽排到洞外，經(jīng)污水池處理后排放。

每個泵站配置1臺工作水泵、1臺備用水泵和1臺應急突水配置。按照設計涌水量最不利情況：雨季最大涌水量68 910.92 m3/d計算，單洞最大采用10臺150WQ200-60-75型污水泵進行抽排水，雙洞共計20臺水泵。主排水管道采用DN500 mm管道進行抽排，泵站分級配置，利用泄水洞作為臨時泵站儲水池。

2" 工程特點

1） 本工程項目的施工場地位于深溝峽谷內，便道修建和維護較為困難，大型材料運輸較為困難。

2） 邊坡挖方量大且被眾多既有河道、水渠、橋墩等分割，各施工節(jié)點較為分散、交通極為不便，施工組織難度較大。

3） 本工程項目所在區(qū)域為少數(shù)民族聚居地區(qū)，溝通協(xié)調難度大。

4） 項目起點靠近邊境口岸，爆破施工受到邊境管控影響。

5） 工程所在區(qū)域為熱帶雨林氣候，夏季時高溫炎熱，雨季時間較長，暴雨、滑坡、泥石流等不利自然地質災害較多，施工風險較高。

6） 施工現(xiàn)場距國界較近，環(huán)保要求高。

3" 長距離反坡排水施工

3.1" 預行方案制定

為保證長距離反坡排水施工技術在天保隧道中應用的有效性，工程師需要仔細分析隧道建設各個環(huán)節(jié)可能產(chǎn)生的涌水量，根據(jù)準確、可靠的涌水量制定反坡排水施工組織設計。

在制定施工組織設計過程中，需要根據(jù)工程項目的實際情況，并遵循環(huán)保性、經(jīng)濟性和可行性的原則對隧道工程掘進過程中所需要的機械設備進行選擇，合理預測設備使用過程中可能產(chǎn)生的突涌水等安全隱患，并采取行之有效的應對措施[1]。在此基礎上，采用機械排水法進行反坡排水，并通過布置一定數(shù)量的泵站完成接力排水。

在本工程項目中，使用的泵站包括移動泵站和固定泵站兩種，在使用這兩種泵站時，需要將滲入掌子面中的水通過集水溝匯集排放至基坑內，再將隧道內產(chǎn)生的施工降水使用移動泵站抽出并排放至隧道外部的污水池內，經(jīng)過處理后，排放至附近的河流。為避免洞外的水倒流至隧道內，需要在掌子面的附近設置一個截水溝。在隧道掘進過程中，反坡排水溝應分段開挖，即在不同的施工節(jié)點分別開挖一個集水坑，并設置一個抽水機，抽水機的作用是將施工產(chǎn)生的降水及時排放至反坡溝內，再利用抽水泵將污水抽至沉淀池內。固定泵站接力式反坡排水如圖1所示。

根據(jù)地質勘察結果得出：該隧道的斜井坡度為-10.892 6%，如果采用接力式反坡排水法，需要在斜井兩側的位置分別設置兩條排水溝，保證隧道施工過程中產(chǎn)生的降水能夠及時流入泵站內，再使用污水泵抽至洞外。泵站和掌子面之間以臨時集水井匯水為主，使用積水泵將隧道內產(chǎn)生的施工降水順利排出洞外。經(jīng)過測試得出：該隧道斜井的長度約為1 603 m，洞口和洞內的高差為175 m。根據(jù)同類工程項目的施工經(jīng)驗：對于隧道施工過程中產(chǎn)生的施工降水需要采用三級排水措施，并于洞口的位置設置550 m，100 m的積水泵站，對于隧道掌子面施工過程中可能產(chǎn)生的突涌水，需要使用臨時集水坑作為主要泵站進行排水，移動泵站反坡排水見圖2。

3.2" 排水管道計算

按照隧道施工過程中豐水時期突水量10 872 m3/d計算，為了保證長距離反坡排水施工技術能夠在天保隧道中得到有效應用，需要按照450 m3（0.125 m3）進行設計。斜井排水系統(tǒng)管道計算如下：

D=（1）

式（1）中：D為管道的直徑，m；Q為管道計算流量，m3/s；V為管道的流速，m/s，一般取0.6 m/s～2.25 m/s，本工程項目按照2.0 m/s計算。則

D==0.079 6 m

3.3" 積水坑、聚水坑設置

在本工程項目中，集水坑和聚水坑的設置較為關鍵，對于坑底抗?jié)B需要采用具有良好防水性能的材料，如防水材料、防滲層等。在底部施工過程中，應保證施工質量和密實度，避免出現(xiàn)裂縫，以防止水體通過裂縫滲入土壤。對于隧道已施工段落涌水較大區(qū)域的排水，采用分級泵站間增設截流集水坑、 增級排水的方法，如圖 3所示；對于坑壁的保護，需要設置相應的防護措施，如防護網(wǎng)、擋板等，防止在挖掘時，坑壁受到破壞或者坍塌，坑壁的材料應具備足夠的強度和穩(wěn)定性，必要時應采取加固措施，如噴射混凝土，加設鋼筋等?？颖谕瑯有枰M行防滲處理，可以設置防滲層或者使用防滲材料，防止水分通過坑壁滲入土壤。

3.4" 積水站水泵的選擇

積水站水泵揚程計算公式如下：

H=h+0.018×l×V2÷2Dg（2）

式（2）中：H為揚程，即水泵出水口至排水管路之間的垂直高差，m，此處為60 m；l為管道的沿線長度，m，此處為550 m；V為管內水流的實際流速，m/s；D為排水管的直徑，m；g為重力加速度，取9.8 N/kg；由此計算得出：H=60+（0.018×550×1.832）÷（2×0.3×9.8）=63.08m。

綜上所述，根據(jù)目前市場中水泵的供貨能力，綜合考慮隧道掘進過程中泵站最大的排水能力，擬使用10臺150WQ200-60-75型污水泵。

3.5" 電力配備設置

水泵的額定功率為440 kW，變壓器的功率為550 kW，根據(jù)這一數(shù)據(jù)信息，每一臺水泵所在區(qū)域內設置1個500 kW的變壓器。另外，根據(jù)排水系統(tǒng)每日的用電量，工程項目所在區(qū)域內的輸電線路經(jīng)常會出現(xiàn)停電的現(xiàn)象。為保證水泵的正常運行，在施工過程中，需要配置一臺500 kW的柴油發(fā)電機備用，以解決在停電狀態(tài)下泵站的正常運行。

3.6" 泵站和集水坑布置

在隧洞上方的位置設置一個接力式反坡排水集水坑（見圖4），集水坑與隧洞的距離應控制在140 m，并根據(jù)項目建設過程中產(chǎn)生的降水臨時增加集水坑。在確定積水坑的容積時，需要根據(jù)每間隔5 min的降水量和涌水量進行確定。一般情況下，集水坑的深度為1.0 m，長為3.0 m，寬為2 m，也可以根據(jù)工程項目的實際情況進行調整。

3.7" 長距離管道配合小型集水泵收集

對于反坡施工段， 適合采用 在較長距離外開挖固定集水坑作為 排水泵站， 將工作面積水用 移動式集水泵抽到附近的集水坑內，最后用大功率的排水泵站通過排水管道將水抽到順坡排水段，如圖5所示。

3.8" 防護層鋪設

在長距離反坡排水技術中，防護層的鋪設是保證排水系統(tǒng)安全和穩(wěn)定運行的關鍵所在[2]。防護層需要鋪設在排水管道的外側、特別是容易暴露在外部環(huán)境中的管道部分，如隧道洞身、斜井、豎井或者是穿越軟弱底層和塌方的地段。

在材料的選擇上，需要使用具有優(yōu)良耐腐蝕和耐磨性強的材料，如聚乙烯、聚丙烯等高分子材料。對于尺寸的確定，防護層的厚度和寬度需要根據(jù)管道的直徑、埋設深度以及工程項目所在區(qū)域內的地質條件進行精確計算和設計。通過精心的設計與施工，長距離反坡排水技術中的防護層鋪設能夠在關鍵位置為排水管道提供有效的保護，確保其免受外部環(huán)境的侵害，從而保證整個排水系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定運行。

3.9" 坡度和排水溝設計

在長距離反坡排水施工技術中，坡度和排水溝的設計是兩項十分重要的內容[3]。其中，合理的坡度設計能夠保證排水順暢，避免發(fā)生積水現(xiàn)象。根據(jù)工程項目的實際情況和排水需求，坡度值一般為0.5%～5%，排水溝寬度一般為300 mm～1 200 mm，深度為300 mm～800 mm。在結構上，排水溝通常采用混凝土制造而成，以確保其堅固耐用。

4" 長距離反坡隧道排水處理要點

4.1" 確定可能產(chǎn)生的用水量和地下水位

在施工準備階段，應依據(jù)詳盡的地質勘察結果，精準預測天保隧道施工過程中可能出現(xiàn)的涌水量及地下水位動態(tài)，從而制定出切實可行的排水方案。在施工過程中，應密切關注隧道的出水位置、滲水情況以及水質特點，并結合地下水位的變化規(guī)律，通過一系列試驗，不斷優(yōu)化和完善排水措施。為確保隧道內排水系統(tǒng)的順暢運行，需要安排專業(yè)的排水管理人員負責系統(tǒng)的日常維護和管理工作。通過定期檢查、維修和調試，確保排水設施的正常運行，為隧道施工提供堅實的技術保障。

4.2" 配備足夠數(shù)量的排水機

在隧道排水施工過程中，確保抽水機的數(shù)量充足至關重要。這是因為在隧道開挖過程中，一旦發(fā)現(xiàn)洞內出現(xiàn)大面積滲水情況，必須立即采取應對措施。此時，可以利用鉆孔法將積水有效引流至排水溝內，從而防止積水對施工進度和隧道結構造成不利影響。需要注意的是，隧道內長期的補給主要來源于地下水。因此，在找到水源后，首要任務是挖設泄水洞進行截流排水。對于松散破碎地層中出現(xiàn)的涌水和突水現(xiàn)象，不僅需要減少水壓，還需要降低地下水位，以確保隧道施工安全和順利進行[4]。

4.3" 注重環(huán)境的保護

①選用具有高效節(jié)能特性的排水設備，如高效潛水泵等，降低能源消耗，減少碳排放。②在排水系統(tǒng)建設中，使用環(huán)保型建筑材料，如可回收利用的管材等，以減少對環(huán)境的污染。③在排水系統(tǒng)的末端設置污水處理池，對排出的污水進行集中處理，確保達到排放標準后再排放。④在條件允許的情況下，對處理后的水進行回收利用，如用于隧道內的清潔、綠化等，減少對水資源的消耗。⑤對施工過程中產(chǎn)生的廢棄物進行分類處理，如可回收物、有害垃圾等，確保廢棄物的合理處置，避免對環(huán)境造成污染。

5" 結語

綜上所述，隧道工程作為高速公路建設的關鍵節(jié)點，其施工技術的創(chuàng)新與應用顯得尤為重要。長距離反坡排水施工技術作為一種高效、穩(wěn)定的隧道排水解決方案，已經(jīng)在高速公路隧道工程中得到了廣泛應用。通過實踐應用，長距離反坡排水施工技術在解決隧道排水問題上能夠提高施工效率、增強施工安全性，且具有適應性強、經(jīng)濟合理以及技術先進等多種優(yōu)勢。這些優(yōu)勢使得該技術成為解決隧道施工中排水問題的有效手段，對于保障施工順利進行和提高隧道建設質量具有重要意義。

參" 考" 文" 獻

[1]李紹平，李傳松，吉陽.鉆爆法鐵路隧道施工反坡排水設計的工藝參數(shù)設置建議[J].鐵路節(jié)能環(huán)保與安全衛(wèi)生，2023（4）：24-27.

[2]張鐸，孫慕楠.單線大坡度鐵路隧道反坡排水施工技術[J].四川水力發(fā)電，2023（5）：1-3，12.

[3]王靜.格咪底隧道進口反坡排水設計與施工[J].內江科技，2011（6）：108-109.

[4]李術才，劉斌，李樹忱，等.基于激發(fā)極化法的隧道含水地質構造超前探測研究[J].巖石力學與工程學報，2011（7）：1297-1309.

編輯：楊" 洋

DOI：10.3969/j.issn.2096-2118.2024.05.026

收稿日期：2024-03-15

作者簡介：劉國慶（1983～），男，重慶市人，工程師，從事山區(qū)高速公路工程建設方面的工作。