隧道反坡排水施工方案.docx
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隧道反坡排水施工方案
目录
一、编制依据1
二、编制范围1
三、工程概况1
3.1设计概况1
3.2工程地质情况3
3.3工程重难点3
3.4自然特征4
四、涌水处理及反坡排水方案5
4.1反坡段涌水量预测计算5
4.2反坡排水方案6
4.3涌水段处理方案8
4.4涌水段施工措施9
五、设备选型及人员配置10
5.1抽水设备选型10
5.2排水管道选型12
5.3排水系统电力配置13
5.4人员配置13
六、反坡排水方案实施14
6.1洞外废水处理站建设14
6.2洞内排水管道布置15
6.3移动水箱设置16
6.4泵站建设16
七、安全生产保障措施18
7.1组织管理保障18
7.2安全技术保障18
八、应急预案19
8.1成立应急救援领导小组19
8.2领导小组职责20
8.3建立应急处理工作小组20
8.4应急救援行动程序与实施22
8.5应急抢险队伍设备与物资22
8.6教育培训和预案演练24
九、环水保保证措施24
黄家碟隧道反坡排水施工方案
一、编制依据
（1）黄家碟隧道施工组织设计；
（2）《黄家碟隧道设计图》（兴泉施隧-47）及其他设计图；
（3）《铁路隧道工程施工技术指南》（TZ204-2008）；
（4）《铁路隧道超前地质预报技术规程》（Q/CR9217-2015）；
（5）《铁路隧道防排水施工技术指南》（TZ331-2009）；
（6）《铁路隧道工程施工机械配置技术规程》（Q/CR9226-2015）；
（7）《铁路隧道工程施工安全技术规程》（TB10304-2009）；
（8）《铁路隧道监控量测技术规程》（Q/CR9218-2015）；
（9）其他国家、铁总、公司等的技术规范、标准、规程。
二、编制范围
兴泉铁路XQNQ-1标黄家碟隧道DK193+170～DK194+235、DK194+754～DK196+550、DK196+550～DK196+925段范围反坡排水施工。
三、工程概况
3.1设计概况
黄家碟隧道位于福建省三明市清流县温郊镇北侧。
隧道起讫里程为DK192+545～DK197+680，全长5135m，全部为单线隧道，洞身最大埋深283m，最小埋深17m。
为加快施工进度、满足施工通风和防灾救援的需要，本隧设置一座斜井，斜井位于DK196+550线路前进方向右侧，斜井中线与线路中线小里程方向平面夹角为105°19，39，斜井平距281m,洞身坡度7.9%，采用单车道无轨运输，内净空为5.0m×6.0m（宽×高）；错车道断面内净空尺寸为7.5m×6.2m（宽×高）。
隧道竣工后，该斜井作为紧急出口；
各区段施工排水分布详见表1。
图1黄家碟隧道施工排水方式示意图
表1黄家碟隧道反坡排水预测数量表
工区划分
反坡排水段落
反坡排水预测数量
段落
长度
排水总时间（月）
排水总量（万方）
进口工区
DK193+170～DK194+235
1065
11.4
28.75
斜井工区
DK194+754～DK196+550
1796
15.6
66.29
斜井工区
DK196+550～DK196+925
375
16.6
14.73
3.2工程地质情况
3.2.1地质复杂
隧道洞身地质复杂，测区地表大部分被土层及全风化层覆盖，风化层厚，基岩零星出露，受区域地质构造影响，岩层节理裂隙发育，岩体破碎严重，多切割呈块状，产状杂乱，变化大，施工中应加强地质预报。
3.2.2工程结构特点
本隧DK192+545～DK192+620段穿越全风化地层段，采用V级d型复合式衬砌，拱部180°采用φ108管棚超前支护。
DK192+620～DK192+645段拱部穿越全风化地层，采用V级c型复合式衬砌，拱部采用10mφ89管棚超前支护。
DK194+235～DK194+395、DK196+925～DK197+365段洞身穿越侵入岩接触带及花岗岩蚀变带段采用V级c型衬砌。
本隧除III级IIIa、II级采用全断面法开挖外，其余均采用台阶法开挖。
客货共线隧道技术标准高，质量要求严、施工难度大，开工前必须对所有参建人员进行全面的技术培训，认真研究每道工序的施工工艺、质量检验方法和作业细则，严格按验标、规范及设计图纸进行施工，加强过程监控，确保每道工序的施工质量。
3.3工程重难点
3.3.1侵入岩蚀变带
本隧道DK194+235～+395、DK196+925～+365段下穿接触带，易发生突水、突泥等工程问题，应全面做好防护措施，确保施工安全。
加强隧道超前地质预报和监控量测工作，采用超前探孔、红外探水等措施探明前方及四周破碎带地质情况，隧道四周同样需重点探测，排查是否存在水囊或其他不良地质情况。
加强监控量测管理工作，加强监测频率，确保施工安全。
富水断层破碎带围岩十分破碎，在承压水的冲刷下，如稍有垮塌就会进一步发展扩大，发生突水突泥事件，所以对断层破碎带的施工应严格按照设计做好超前支护注浆等辅助措施，严格按照设计进尺开挖，及时做好初支和二衬，及早封闭成环。
3.4自然特征
3.4.1地层岩性
测区上覆地层为第四系全新统坡洪积（Q4dl+pl）卵石土、坡残积（Q4dl+el）粉质黏土；下伏基岩为侏罗系中统漳平组上段（Jz2）泥质砂岩夹泥岩、砂岩夹泥岩，下段（Jz1）泥岩夹砂岩、砂岩夹泥岩，泥盆系天瓦崠组（Dt）砾岩、砂岩，寒武系林田组（∈1）变质砂岩夹千枚岩，晚侏罗世古竹超单元（J3GZ）花岗岩。
3.4.2地质构造
测区地表大部分被土层及全风化层覆盖，风化层厚，基岩零星出露，下伏基岩为变质砂岩夹千枚岩及泥岩及花岗岩。
受区域地质构造影响，岩层节理裂隙发育，岩体破碎严重，多切割呈块状，产状杂乱，变化大，隧道进口段变质砂岩岩层产状大部分为N-S～N48°W/34～54°N。
隧道出口段产状为N35°W/35°S。
3.4.3地震动参数
本段设计地震动峰值加速度为＜0.05g，场地特征周期为0.35s。
3.4.4水文地质特征
（1）地表水
测区地表水主要为进出口附近的水沟，主要由大气降水补给。
（2）地下水
地下水主要类型有第四系孔隙潜水、基岩裂隙水。
第四系孔隙潜水不甚发育，水量较小，下伏基岩岩体破碎，基岩裂隙水较发育。
地下水主要由大气降水及地表水补给。
（3）隧道涌水量预测
隧道涌水量：
Qs=8100m³/d，Q最大=16200m³/d。
隧道穿越区地下水分布受构造、岩层控制，水文地质边界条件较为复杂，实际涌水量可能与预测值有一定偏差。
四、涌水处理及反坡排水方案
4.1反坡段涌水量预测计算
根据设计资料，大气降水、地表水的直接入渗是地下水的主要补给来源。
隧道穿越不同含水岩系，地下水位不一，地下水渗透性亦存在一定差异。
因此，本次根据隧止区地形地貌、地层岩性、构造及水文地质条件等进行隧道涌水量预测，采用降水入渗系数法和地下径流模数法分别进行计算。
（1）一般地段采用降水入渗系数法，公式如下：
Qs=2.74·α·W·A
A=L·B
Qs—隧道通过含水体地段的正常涌水量（m³/d）；
α—降水入渗系数；参照《铁路工程水文地质勘察规程》（TB10049-2014）中表8.5.2中取值。
DK194+754～DK196+550段以Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩居多，岩体较破碎，本处取0.18。
W—年降水量（mm）；经查阅相关资料，清流县年平均降水量为1797mm。
A—隧道通过含水体地段的集水面积（km²）；
L—隧道通过含水体地段的长度（km）；本处取2.525km。
B—隧道涌水地段L长度内对两侧的影响宽度（km）；影响宽度取线路左右侧各500m，取值1km。
得Qs=2.74*0.18*1796*2.525*1=2236.6m³/d，Q最大=2*Qs=4476m³/d。
黄家碟隧道施工过程中各区段排水方式分为顺坡排水和反坡排水，根据黄家碟隧道施工组织设计安排，黄家碟隧道斜井工区DK194+754～DK196+925段为反坡施工段，组织反坡施工排水，时间自斜井进正洞时间（2017年6月20日）到隧道贯通时间（2019年6月15日）。
预测反坡总排水数量见表4。
表4预测反坡总排水数量表
工区
划分
反坡排水段落
反坡排水预测数量
段落
长度/m
开始时间
结束时间
排水总时间/月
排水总量/万方
斜井工区
DK194+754～DK196+925
2171
2017/6/20
2018/11/20
17
81.02
黄家碟隧道斜井工区DK194+754～DK196+925反坡段预测正常涌水量1588.6m³/d，反坡排水持续时间为17个月，总抽水量约为81.02万方。
4.2反坡排水方案
针对隧道穿越断层破碎带易发生突水突泥危害的情况，黄家碟隧道斜井采用反坡排水方式，对出水做到有效地“引、截、排、堵”，将隧道涌水对施工进度的影响降到最低，有效提高施工工效，反坡排水重点是根据现场实际合理设置泵站集水坑位置，按需配备足够的抽排水设备并充分考虑最大出水可能预备排水能力，以便灵活、及时的处理出水增大对隧道掘进进度的影响。
根据黄家碟隧道斜井工区反坡特点，结合斜井工区多次穿越断层破碎带的情况，反坡排水采用多级固定泵站接力抽排方式进行；涌水段按照“先探孔、预支护、短进尺、弱爆破、强排水、后堵水”的原则。
首先施做超前钻探、TSP和地质雷达法预报，对预测水量较大段落采用超前周边注浆，开挖后隧道岩壁出水就近引排至集水坑内，通过逐泵站抽排至洞外，后对细小的渗水进行注浆封堵，大的涌水处进行注浆加固，分流引排，保证隧道开挖及初支结构安全。
为防止洞外地面散水灌入洞内，于洞口设置一条横向排水沟，横向排水沟内充填碎石滤层。
同时隧道两侧设临时排水沟，以将施工废水、涌水通过两侧排水沟汇入集水坑，保持路面干爽清洁。
为及时抽排隧道涌水、防止涌水汇集掌子面影响施工，形成良好可控的作业循环，同时能应对涌水段突水突泥等紧急情况，将固定泵站设置在每涌水段下坡端及贯通里程处，即在DK196+550、DK196+750、DK196+920处共设置3级泵站集水坑。
每级泵站集水坑需设置一道横向拦水坎，将本级以上区段大部分涌水截流。
拦水坎截流本级段涌水量按75%计，25%流入下一级段。
施工中在掌子面处利用圆形钢制水箱收集掌子面附近积水，一是考虑施工掌子面文明施工、避免抽水坑中水对拱脚处围岩浸泡，二是考虑移动方便，可利用挖机随时根据掌子面掘进情况移动放置。
移动水箱采用壁厚10mm钢板制作，直径1.5m，高80cm。
数量可根据掌子面水量大小适当增加，一般情况下设置1个，预备1个，备用水箱平时存放在洞外。
掌子面利用小水泵将积水抽至移动水箱内，用污水泵向最近泵站集水坑内抽排，再逐级排至洞外，经废水处理站处理后引排至自然排水系统。
表6黄家碟隧道斜井工区反坡排水泵站设置一览表
任务工区
泵站
泵站设置参数
正常排水任务
级数
里程
距离m
高差m
m³/d
m³/h
喇叭口
DK196+550
200
1.34
529.5
22.06
斜井大里程工区
一级
DK196+750
529.5
22.06
200
1.34
二级
DK196+920
529.5
22.06
170
1.139
合计
1629
3.819
（1）DK194+754～DK196+550段涌水由喇叭口泵站担负，泵站集水坑设置在DK196+550处，水泵数量、型号按全段正常涌水量1588.6m³/d考虑，配备2套排水钢管。
（2）DK196+550～DK196+750段涌水由大里程一级泵站担负，泵站集水坑设置在DK196+750处，水泵数量、型号按DK196+550～DK196+750段正常涌水量1588.6m³/d考虑，配备2套排水钢管。
（3）DK196+750～DK196+920段涌水由大里程二级泵站担负，泵站集水坑设置在DK196+920处，水泵数量、型号按全段正常涌水量1588.6m³/d考虑，配备2套排水钢管。
考虑到突水涌出、水泵维修或停止工作等特殊情况，并考虑施工和清淤方便，泵站集水坑需考虑一定储水容量，按10min最大涌水量进行设计，泵站水泵型号及数量按照20个工作时可抽排单日排水量选配，同时配备1台备用、1台检修。
掌子面处设置至少2台移动式污水泵，其中1台备用。
在突水等紧急情况，有必要可利用高压风管、高压水管作为应急排水系统。
4.3涌水段处理方案
隧道施工过程中,应根据超前地质预报及现场实际,探明前方围岩软塑状断层破碎带的分布范围、类型情况、岩层稳定程度和地下水情况（有无长期补给来源、雨季水量有无增减），并采取相应的施工措施。
（1）当涌水量不大，涌水类型为基岩裂隙水时，在长段落范围内进行注浆是不经济的，也会对隧道的建设工期产生严重影响。
因此，在这种条件下在进行局部钻孔“适量排放”后注浆封堵，做好隧道施工期间排水。
（2）当涌水量较大、涌水集中在一定的范围内，严重影响隧道掘进进度时，采用超前周边注浆和开挖后局部径向注浆的方式进行堵水，来加快隧道施工进度。
同时根据情况有必要启动备用水泵和备用管道进行排水作业。
（3）施工中出现大集中涌水时，采取局部注浆的方式进行封堵，对剩余的小股涌水进行集中引排。
同时加大施工中抽水泵站抽水能力的配备和储备，按设计中预测的最大涌水量配备各级泵站。
为了防止突然涌水，发生涌水风险事件，在施工中严格控制台阶长度，并随时进行补注浆，保证隧道施工安全。
（4）超前周边注浆孔以隧道中轴为中心呈伞形布置，使浆液扩散到开挖断面及开往轮廓线外5m，且浆液扩散不出现空白。
注浆带为片状渗漏水，应考虑每个注浆孔的扩散半径，尽量密布孔，使注浆孔贯通更多的细小裂隙。
孔与孔之间采用三花眼或五花眼排布，使得每个孔的浆液扩散范围充分交圈；条状裂缝，沿缝挖补布孔，孔间距可稍大。
集中突水点，利用现有突水点顶水布孔，并打止浆墙止水止浆。
大股涌水裂隙，当水流方向与裂隙平行，在裂隙两侧等距布置泄水孔，兼作注浆孔。
当水流方向与裂隙垂直时，在其来水方向一侧布孔。
封堵裂隙水，注浆孔要与裂隙相交。
（5）开挖后洞壁存在局部出水点或出水区域，水压和水量较小，且围岩有一定的自稳能力时，可采用局部径向注浆堵水，根据出水点或区域位置，布置注浆孔位置，纵向间距2.5m，环向间距1.5m，采用长3m或5mΦ42小导管，壁厚3.5mm。
视实际出水情况可加密布孔，注浆材料采用水泥浆液，水泥：
水=0.5：
1～1.1，注浆压力1～3Mpa。
（6）当隧道已发生涌水时，立即启动应急预案，组织电工和抽水工利用泵站全部水泵和主备用排水管道及高压水管、风管24小时不间断抽水，防止浸泡发生其他事故，同时安排挖掘机挖集水井并安排装载机配合运送抽水泵及排水管，增大隧道排水系统排水能力。
4.4涌水段施工措施
4.4.1断层破碎带段
黄家碟隧道DK194+235～DK194+395、DK196+925～DK197+365段洞身穿越侵入岩接触带及花岗岩蚀变带。
采用Ⅴc型衬砌，初支全环设置I18型钢钢架，0.6m/榀，台阶法开挖施工，加强支护措施和做好超前地质预报工作。
拱部采用Φ89洞身管棚超前支护，单根长10m，环向间距0.4m，纵向6.0m一循环，一环27根；对掌子面上台阶采用临时喷砼及Φ25玻璃纤维锚杆加固，锚杆单根长6m，间距1.2*1.2m，梅花形布置，纵向3.0m一循环；喷砼厚5cm，1.2m一循环。
辅以超前钻孔探测、地震波和地质雷达法进行超前地质预测预报。
当水量较大，揭示为软弱地层或破碎地层需采取超前注浆及围岩径向注浆止水措施时，上报监理、设计、建设单位，就出水量及注浆止水方案签订现场会议纪要。
五、设备选型及人员配置
5.1抽水设备选型
隧道内水源主要为隧道裂隙水和断层涌水以及现场施工用水。
水质除地下水的本身成分外，主要是含有石碴、泥浆，同时还有喷射砼的回弹物。
因此，除满足扬程和排水量外，水泵应采用潜水污水泵，能将污水中长纤维、袋、带、草、布条等物质撕裂、切断，然后顺利排放。
其具有结构紧凑、占地面积小；安装维修方便；连续运转时间长；不存在汽蚀破坏及灌引水等问题的特点。
选用的污水泵必须要耐磨性高、使用寿命长，才能保证隧道正常施工，且选型合理，避免浪费增加投入成本。
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。
水泵选型需遵循以下原则：
（1）水泵扬程选择原则。
水泵扬程可根据以下经验公式选择，同时还应考虑预留量：
水泵扬程≥提水高度H+沿程损失S1+局部损失S2
S1=（λ*L/d）*V²/（2*g）
S2=m*α*V²/（2*g）
H—指泵站排水高差，m；
S1—因管壁引起的扬程损失，m；
S2—因止逆阀、水表阀、弯头等管件引起的扬程损失，m；
λ—沿程阻力系数，取0.02；
L—指污水水平运输距离，除管道长度外，还应考虑止逆阀、水表阀、弯头等管件的当量长度，每段统一按1个止逆阀、1个水表阀、1个90°弯头、1个135°弯头计算，查询相关规范得管件总当量长度为38m。
d—管径，m；本处暂以DN100mm管径计算。
V—管内污水流速，m/s；取1.5m/s。
g—重力加速度，m/s²；本处取9.8m/s²。
m—管件数量；同上描述，取4。
α—管件局部阻力系数；取0.2。
（2）水泵排水能力选择原则。
水泵运转时间单日按20h计算，工作泵单日排水能力需满足单日排水任务量，泵站单日总排水能力需满足单日最大排水任务量；
（3）水泵数量选择。
泵站水泵数量需按配备1台备用、1台检修的原则设置，掌子面移动水泵按1用1备配置，主用+备用水泵排水能力需满足最大涌水量时排水任务。
主备用水泵需同时装机，并确保随时可用。
根据上述原则进行计算，水泵选型结果如下：
（1）小里程一级泵站（喇叭口）：
正常排水任务286.5m³/h，最大排水任务为573m³/h，排水高差4.8m，水平运输距离505m。
水泵扬程≥16.7m，工作泵排水能力≥62.7*24/20=75.2m³/h，泵站最大排水能力≥150.4m³/h。
故本站选用QW100-80-20-7.5型潜水污水泵，共2台。
（2）大里程一级泵站：
正常排水任务286.5m³/h，最大排水任务为573m³/h，排水高差2.7m，水平运输距离288m。
水泵扬程≥9.4m，工作泵排水能力≥28.3*24/20=34m³/h，泵站最大排水能力≥68m³/h。
故本站选用QW100-80-20-7.5型潜水污水泵，共2台。
（3）大里程二级泵站：
正常排水任务286.5m³/h，最大排水任务为573m³/h，排水高差3m，水平运输距离387m。
水泵扬程≥12m，工作泵排水能力≥15.4*24/20=18.5m³/h，泵站最大排水能力≥37m³/h。
故本站选用QW100-80-20-7.5型潜水污水泵，共2台。
（5）掌子面移动泵：
掌子面移动水泵需满足最长距离、最大高差、最大涌水量排水任务。
取正常排水任务62.7m³/h，最大排水任务为125.4m³/h，最大排水高差6.4m，最大运输距离588m。
水泵扬程≥20m，工作泵排水能力≥62.7*24/20=75.2m³/h，泵站最大排水能力≥150.4m³/h。
故掌子面选用QW100-100-25-11型潜水污水泵，共2台。
水泵型号及数量可根据实际情况增加或换用大功率泵。
表7水泵配备一览表
泵站级数
小里程一级泵站
大里程一级泵站
大里程二级泵站
移动泵
正常排水任务（m³/d）
6876
6876
6931.5
1505
最大排水任务（m³/d）
13752
13752
13863
3010
高差（m）
6.02
1.8
7.02
6.4
水泵型号
QW100-80-20-7.5
QW100-80-20-7.5
QW100-80-20-7.5
QW100-100-25-11
水泵功率（kw）
7.5
7.5
7.5
11
泵扬程（m）
20
15
20
25
泵流量（m³/h）
80
80
80
100
使用台数
2
2
2
1
备用台数
1
1
1
1
检修台数
1
1
1
/
总数量
4
4
4
2
5.2排水管道选型
根据洞内水量情况，结合选配的抽水设备，为防止掘进爆破施工飞石损坏管道，掌子面50m范围内采用消防软管，其他区间采用无缝钢管。
管道流量需满足最大排水流量，且有一定的预留量。
V*π*（d/2）²=Q，反之d=2*sqrt（Q/Vπ）
d—管道管径，m；
Q—泵站最大排水任务，m³/d；
V—管道内平均流速，m/s；无缝钢管取1.2m/s，消防软管取2m/s。
根据上述公式计算各级泵站排水管道管径，如下：
小里程一级泵站：
d≥94cm，选用DN100无缝钢管；
大里程一级泵站：
d≥94cm，选用DN100无缝钢管；
大里程二级泵站：
d≥94cm，选用DN100无缝钢管；
移动泵：
d≥73cm，选用Φ80mm消防软管。
无缝钢管采用单根长6m，利用法兰+密封圈连接。
为应对突水等突发情况，施工排水管道按两道布置。
排水钢管与高压风管、高压水管利用标准托架固定在单侧边墙上，在突水等紧急情况下可将高压风管、高压水管作为应急排水管道。
5.3排水系统电力配置
由于反坡排水贯穿于整个施工过程中，需为排水用电设备保证稳定、不间断的供电源。
考虑投入成本，排水用电可与隧道施工用电同用洞外变压器及洞内动力线路。
洞口设置S11-1250kVA、S11-400kVA变压器各1台，250kw应急备用发电机1台，为突发情况下增加抽水设备提供充足电源。
动力线路采用三相五线制，利用绝缘排架固定在边墙上，设主用和备用动力线各一套。
每级泵站及掌子面水泵均配备专用配电箱，因处于有水环境中，所有用电设备及配电箱均需与地线（PE线）连接，做好防漏电接地保护。
采用“一机、一箱、一闸、一漏保”的接线方式，严禁用同一个开关、开关箱直接控制二台及二台以上用电设备（含插座）。
在隧道有水环境中，所有电缆线均采用防水电缆，严禁白皮线使用，同时照明采用安全低压照明灯。
5.4人员配置
反坡施工排水需配备专业电工、水泵维修工及管道安装工，管道运输利用隧道施工用装载机即可，无须单独配备。
人员配置详见表8。
表8黄家碟隧道反坡施工排水人员配置表
序号
人员
人数
工作内容
1
架子队长
1
组织、管理反坡施工排水
2
调度员
2
反坡排水的日常管理、做好每日排水量记录表
3
安全员
1
施工作业、用电的安全管理
4
电工
2
电线检修及设备接电
5
维修工
2
巡查水泵等设备日常运行状况、记录水表读数
6
管道安装工
6
管道安装及维修
7
水泵操作工
4
看护水泵运行状态
六、反坡排水方案实施
6.1洞外废水处理站建设
根据设计图《隧道施工期生产废水处理施工图》（兴泉施隧废水-01）中“黄家碟隧道出口及黄家碟隧道进口废水处理站平面布置图”中要求，隧道施工废水超标指标为SS，PH弱偏碱性，需经处理站处理达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）一级标准后方可排放。
根据设计要求采用D300钢管将隧道施工排水引入处理站，不在洞口单独设置沉淀池，禁止施工排水洞外直接排放。
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