长大隧道反坡施工排水技术研究

２０１５年第７期　北　方　交　通　ＤＯＩ：１０．１５９９６／ｊ．ｃｎｋｉ．　ｔ．２０１５．０７．０３３　文章编号：１６７３—６０５２（２０１５）０７—０１１１—０３　长大隧道反坡施工排水技术研究　张兆杰　，郭　鹏　，林国进　，田志宇　（１．四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院成都市６１００４１　２．中铁十局集团有限公司第四工程公司　徐州市２２１００１）　摘要：结合巴中至万源高速公路具体工程，介绍了新店特长隧道反坡施工排水的处理方案。研究结果可为　类似工程的设计提供参考。　关键词：长大隧道；反坡排水；施工排水；排水系统　中图分类号：Ｕ４５３．６　文献标识码：Ｂ　１　依托工程概况　２　总体排水方案　１．１　依托工程简介　洞内反坡排水必须采用水泵抽水，并根据距离、　巴中至万源高速公路新店隧道进口位于万源市　坡度、水量、设备和施工组织布置管路，一次或分段　接力将水排出洞外。　建议采取移动泵站和固定泵站相结合的排水方　案：　草坝镇，出口位于万源市大沙乡，其起讫桩号、隧道　长度及纵断面线形详见表１。　表１　新店隧道起讫桩号、隧道长度及纵断面线形　（单位：ｍ）　（１）掌子面积水汇集到洞口附近临时集水坑　内，其余已施工地段隧道渗（涌）水经隧道内侧沟自　然汇集到临时集水坑或水仓内。　（２）采用小型移动式潜污泵将集水坑内积水直　接抽到移动水仓内，再由较大型水泵将移动水仓内　新店隧道为特长隧道，需要自隧道进出口双向　水抽至附近的固定排水泵站。　施工。隧道自进口至出口为连续上坡，故隧道进口　工区为反坡施工，洞内施工排水为反坡排水。　１．２工程地质概况　（３）由固定泵站将积水经排水管路抽排至上一　级固定泵站内，如此接力，最终将洞内积水抽排至洞　外，最后经污水处理池处理后排放。　３　排水能力计算　３．１水仓容量计算　水仓的有效容量应能容纳１５ｍｉｎ的工区预测最　大涌水量，并考虑施工和清淤方便综合确定。　本隧道最大涌水量为５８１２．１　ｍ。／ｄ，则水仓有效　隧址区地质构造为单斜构造，产状平缓，局部分　布节理密集带、泥化夹层等软弱结构面。隧址区地　层岩性为砂泥岩互层，进出口段分布有第四系松散　堆积层。　１．３水文地质概况　隧址区红层主要以砂泥岩互层为主，根据现场　地质调绘、钻探，并结合已有同类型隧道勘察经验判　容量应Ｉ＞５８１２．１／２４／６０×１５＝６０．５ｍ　／ｄ。根据隧道　施工条件选定水仓尺寸为长×宽×高＝１３ｍ×３ｍ×　１．５ｍ，水仓容量为６７．５ｍ　／ｄ。　断，本区砂岩含水量较丰富，泥岩含水量贫乏。因此　本区的砂岩为主要的含水层，泥岩为隔水层。　本隧道正常涌水量为２９０６．０５ｍ　／ｄ，最大涌水　量为５８１２．１ｍ　／ｄ。　３．２泵站级数计算　泵站级数采用如下计算公式：　ｍ＝∑（Ｌｊ×Ｚｉ）／（Ｈ×ｒ）　～１ｌ２一　北　方　交　通　２０１５年第７期　式中：ｍ一泵站级数；　Ｌｉ一各段反坡抽水长度；　ｚ　一各段排水坡度；　Ｈ一水泵扬程，取水泵扬程为３０ｍ。　一压力折减系数，取０．５。　经计算得ｍ＝２．１，即施工中需设３级泵站。　３．３　水泵配置　施工排水必须配置工作水泵和备用水泵。工作　水泵的能力应满足在２０ｈ排除工区２４ｈ正常涌水　量；备用水泵的能力不小于工作水泵能力。　抽水机数量采用如下计算公式：　Ｎ＝Ｖ×１．２／（Ｑ×２４×１１）　式中：Ｎ一抽水机数量；　Ｖ一洞内正常涌水量；　Ｑ一抽水机流量，Ｑ＝４００　ｍ　／ｈ；　一流量折减系数，取ａ＝０．８５。　经计算得Ｎ＝０．９，取每级泵站需设工作水泵１　台。　４　排水系统设计　４．１集水坑　（１）反向施工的隧道应设置集水坑，集水坑的　纵向间距一般为３００～５００ｍ，可利用隧道附属洞室　或横通道位置设置。　（２）掌子面附近应设置一小型临时集水坑。　（３）集水坑容积应按实际排水量确定，且应设在　对施工干扰较小的位置。临时集水坑容量可按该段　５ｍｉｎ的最大涌水量加上施工用水量（每工作面２０～　３０ｍ　／ｄ）合计确定，本隧道集水坑容积可取２０ｍ　。　４．２移动泵站　在掌子面后部５Ｏ一７０ｍ处设置一个铁皮箱加　工的移动水仓，并配备水泵作为移动泵站。移动水　仓和水泵应安装为整体，随着掌子面的前进向前推　移。　４．３　固定泵站　设置水仓和排水泵站时应根据排水所需管路核　定井身净空，确保施工安全。工区水量较小时，可利　用拓展隧道附属洞室或横通道设置水仓和泵站；工　区水量较大时，宜设置巷道式（或迂回导坑式）水　仓。水仓的设计应符合下列要求：　（１）水仓必须由相互间不渗漏的主水仓、副水　仓组成，当一个水仓进行清理时，另一水仓能正常使　用。　（２）水仓进水口应设沉淀池、拦污栅栏及供清　理人员上下的爬梯。　（３）水仓应设水位监测设置，应经常保持不小　于总容量５０％的空仓容量。　（４）水仓地板高程必须满足水泵允许吸上真空　高度的要求，最低点应设积水窝。　（５）隧道排水系统建成并发挥作用后，水仓应　以不影响隧道主体结构安全和使用功能的方式进行　回填。　（６）泵房应设置防水安全门。　４．４水泵选型原则　（１）排水能力应按最大涌水量考虑，宜选用大　流量、低扬程水泵，设备可分阶段投入。　（２）水泵选型时除考虑到需排出的水量外，还　应考虑到排水的成分组成。隧道排水主要为隧道渗　（涌）水，同时需考虑到施工用水。洞内水质的成分　除地下水本身外，主要还有岩石、石屑、泥浆等成分，　同时还有喷射混凝土的回弹物掺杂物，因此水泵应选　用渣浆泵或潜污泵。本隧道可选用２５ＯＷＱ４ＯＯ一３０—　４５型污水泵，其流量４００ｍ　／ｈ，扬程３０ｍ，功率４５ｋＷ。　（３）考虑到在管理、操作维修上的方便，固定泵　站布置时宜采取相邻泵站间所需水泵扬程相近的方　式，以便选用型号相同的水泵，各泵站只是在设备数　量上不同。　（４）掌子面移动水泵，采用较轻便的潜水泵，施　工中根据水量大小在数量上予以增减。本隧道掌子　面移动水泵可选用ＷＱＬ一１０—７．５型潜水泵，排水　能力为１００ｍ　／ｈ，数量根据掌子面的水量配备。　（５）洞内水量是逐段递增，在各级泵站的水泵　选型上，应按照排水能力递增原则自下而上递增选　配。　４．５　管路　（１）工作管路的能力应满足在２０ｈ排除工区　２４ｈ正常涌水量；预期可能出现较大涌水、突水的工　区应设置备用管路，备用管路的能力不小于工作管　路能力。　（２）正式排水管必须连接牢固，避免漏水。考　虑到排水管所受的自重及水的压力和重力，正式排　２０１５年第７期　张兆杰等：长大隧道反坡施工排水技术研究　水管应使用无缝钢管，每节钢管下设置基座，采用焊　接连接牢固。　泥用吸泥泵抽出后集中晾干，而后运至弃碴场内统　一堆弃。　（３）移动式水泵采用消防软管与钢管管路连　接。临时排水管路根据实际情况选用。　４．９　洞外防水、防汛及防山洪措施　（１）应在隧道洞口处做好排水措施，做到排水　畅通。　（４）管路上均需设置减压阀，以防止发生水锤　现象，造成电泵损坏。　４．６应急排水系统　（１）每个泵站的设备宜按照“一使用一备用一　维修”的原则配备，以有效应对隧道涌突水。　（２）所有的正常使用、备用、检修水泵均要配备　相应的独立管路。　（２）为防止洞外水倒灌进洞，在洞口应设置一　道截水横沟，并在沟顶加上盖板，做到排水和行车互　不影响。　５　其他注意事项　（１）加强富水段的超前地质预测预报和水量监　测。　（３）高压供水管和高压风管经过泵站时均应设　置阀门和接口，以作为涌突水时的应急管路。即高　压供水管和高压风管在每个泵站处设置阀门和接　口，与安装在泵站处的水泵接通，正常情况下打开进　水阀并关闭排水阀。涌突水时则把进水闸阀关闭，　截断高压供水，再打开排水阀进行应急抽排。　４．７　配电　（２）为确保洞内道路无水干爽，必须修建好两　侧排水沟。　（３）洞内水沟必须保证排水通畅，水仓及排水　管道要定期进行清淤及清理。　（４）加强抽水设备的维修保养，备用抽水机必　须保养完好。　（５）应做好停电时的应急排水准备工作。　（６）建立必要的逃生系统。　６　结语　（１）配电应能同时开动工作水泵和备用水泵。　（２）为防止停电影响洞内排水作业，应配置满　足施工需要的发电机作为备用电源，与变电站构成　两套完整的双回路供电电源，一路外供电，一路自发　电。　本文结合巴中至万源高速公路新店隧道工程的　建设条件，对隧道施工中的反坡排水技术提出了处　理对策，确保了隧道施工期间反坡排水的安全、经　４．８　污水处理　济、高效和环保，可为建设环境类似的工程提供借　鉴。　（１）施工期间，隧道洞外排水系统一般与隧道　永久排水系统合并设置，但应加设油污处理池、符合　水保要求的多级固体污物过滤沉淀池等简易施工污　水处理设施，达到当地水体保护标准后方可排放。　隧道施工期间的防排水设计应根据施工过程中　对工程地质、水文地质条件的进一步认识，依据施工　中对隧道出水部位、水量大小、变化规律、水质成份　（２）处理后的水尽量用于洒道路。沉淀池内淤　等的记录，在预设计的基础上进行调整、优化。　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｌｏｎｇ　Ｔｕｎｎｅｌ　Ｃｏｕｎｔｅｒ——ｓｌｏｐｅ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｄｒａｉｎａｇｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ＺＨＡＮＧ　Ｚｈａｏ－ｊｉｅ　，ＧＵＯ　Ｐｅｎｇ　，ＬＩＮ　Ｇｕｏ－ｊｉｎ　，ＴＩＡＮ　Ｚｈｉ—ｙｕ　（１．Ｓｉｃｈｕａｎ　Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ　Ｔｒａｎｓｐｏ￣Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　Ｈｉｇｈｗａｙ　Ｐｌａｎｎｉｎｇ　Ｓｕｒｖｅｙ，Ｄｅｓｉｇｎ　Ａｎｄ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈｅｎｇｄｕ　６１００４１，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｃｈｉｎａ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｎｏ．１０　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｇｒｏｕｐ　ｔｈｅ　４ｔｈ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｘｕｚｈｏｕ　２２１００１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｏｆ　Ｂａｚｈｏｎｇ—Ｗａｎｙｕａｎ　ｈｉｇｈｗａｙ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｓｃｈｅｍｅ　ｏｆ　Ｘｉｎｄｉａｎ　ｅｘｔｒａ—ｌｏｎｇ　ｔｕｎｎｅｌ　ｃｏｕｎｔｅｒ—ｓｌｏｐｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｄｒａｉｎａｇｅ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｃｏｕｌｄ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ　ｆｏｒ　ｓｉｍｉｌａｒ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｄｅｓｉｇｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　Ｌｏｎｇ　ｔｕｎｎｅｌ；Ｃｏｕｎｔｅｒ—ｓｌｏｐｅ　ｄｒａｉｎａｇｅ；Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｄｒａｉｎａｇｅ；Ｄｒａｉｎａｇｅ　ｓｙｓｔｅｍ