施工排水工艺工法.doc
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施工排水工艺工法
1前言
1.1概况
地下水丰富的隧道施工排水已经成为隧道施工的一项重要内容。
隧道排水方式分为顺坡排水和反坡排水两种,顺坡排水主要是通过洞内设置的临时排水沟排水；反坡排水主要是通过水仓、泵站、管路组成的排水系统将隧道内的地下水排出隧道外，本工法对反坡排水进行总结。
1.2工艺原理
隧道内按照一定间距集中设置水仓，分段汇集隧道内的地下水，在水仓处设置水泵，逐级、接力提升至洞外污水沉淀池。
1.3排水方案设计
排水方案设计中主要包括：
1.3.1抽排水设备配套
根据隧道坡长、坡度、最大涌水量等参数确定水泵的型号、数量以及供电系统（包括备用发电机）容量，遵循经济、合理、有效并有一定的安全保证系数。
1.3.2管路布置
根据隧道排水设计布设管路，确保管路易更换、易维修、易加固等。
2工艺特点
2.1可根据隧道内渗涌水量调整各水仓水泵的数量和污水管道趟数。
2.3排水系统简单可靠，适应能力强。
3适用范围
长大隧道反坡、斜井施工排水。
4主要引用标准
《客运专线铁路隧道工程施工技术指南》，《高速与客运专线铁路施工工艺手册》，《铁路工程施工技术手册》，《工业与民用配电设计手册》，《铁路隧道防排水施工技术指南》。
5施工方法
隧道排水施工主要是根据隧道长度和坡率，并根据隧道内的渗涌水量大小合理布设水仓，选择最合适的水泵，确定水泵台数和污水管趟数。
通过分级接力式抽排水的方法将隧道内的渗涌水抽出隧道外。
6工艺流程及技术要点
6.1施工工艺流程
工艺流程见图1。
确定隧道长度、坡度、最大涌水量等参数
根据相关参数确定水泵型号、数量和水仓大小
根据各水仓内水泵最大的用电量确定变压器大小
按照施工方案布置水仓内水泵、污水管道并做好电力配置
进行现场实际布设安装及排水试验
正式投入使用
满足要求
图1施工工艺流程图
6.2操作要点
6.2.1隧道内排水距离和相关参数的确定
根据施工任务确定排水长度，并根据隧道设计图纸中的相关信息确定预测最大涌水量和累计最大涌水量。
6.2.2理论计算确定排水设备
根据隧道抽排水距离和要求排水量，选择扬程和抽水量满足实际要求的水泵，并根据隧道最大涌水量和累计涌水量确定水泵的水量、污水管道趟数。
L=水泵扬程
Q=水泵流量
T=污水管直径
P=泵站之间的坡度
h=泵站之间的水平距离
q=隧道每小时最大出水量
k=水泵最大功率系数（根据现场实际运行发现，水泵在长时间运转后最大功率只能达到设计功率的75%左右），最大排水量考虑一定的安全保证系数。
q0=水泵最大有效流量
l=泵站之间污水管最大长度
i=系数（根据污水管的摩擦系数定）
π=圆周率
因为水泵的扬程和流量成反比，水泵的扬程和管径成正比，因此在水泵选型时要充分考虑水泵扬程、流量和管径的关系。
均衡三者之间的关系，从而选择适合的水泵和污水管。
6.2.3电力设备的确定
由于隧道内各水仓水泵的设置时按照隧道内最大涌水量和最大累计涌水量确定的，因此各水仓水泵在某些时候必须满负荷工作，所以应根据各水仓水泵的功率确定合理、经济的变压器。
为了确保隧道在任何情况下排水系统可靠，因此要配备足额的发电机。
P总=发电机总功率
p1=水仓中单台大型水泵功率
∑p2=小型水泵总功率
p3=正常照明功率
n=所需大型水泵台数
cosφ=发电机功率因数，cosφ=0.8
6.2.4现场排水试验
1试验过程：
1）在试验前要确定水泵运转正常。
水仓的最大储水量根据开挖后的实际体积进行取值；根据单趟排水管单泵进行试验。
2）试验方法：
在水仓中放满水（达到最大储水量）。
然后开一台抽水机进行抽水同时对水位下降情况进行观测，应分多次对水位下降情况进行统计取平均值。
根据水仓数量，对每个水仓都进行如上的试验。
3）试验时为了保证水泵连续工作能够满足现场要求，抽水试验必须在水泵连续工作3～4小时后进行。
6.2.5正式投入使用
在单趟排水管和单泵试验结束后，对单管单泵每小时抽水量进行理论计算，并根据隧道内布设的管路确定该排水系统每小时最大排水量。
当该系统最大排水能力大于隧道内理论最大涌水量时，方可确定该排水系统可以投入使用。
7劳动力组织
隧道排水作业人员一天24小时连续作业，人员配备见表1（供参考）。
表1人员配备表
序号
作业组
主要工作内容
人数
备注
1
水泵安装组
水泵安装
5
2
污水管道安装组
安装隧道内污水管道
6
3
维护班
对水泵进行日常维护和修理
3
包括一名电工
4
协调组
对各水仓的日常运转和人员进行协调
2
5
运输组
运输人员和物资
2
合计
18
8主要机具设备
排水施工中机械设备数量主要以抽水设备及安装设备为主，机械设备配备见表2。
表2主要机械设备配置表（以高盖山隧道4#斜井为例）
序号
设备名称
规格型号
数量
用途
1
离心泵
75kW
63台
抽水设备
2
电焊机
3台
污水管管口法兰盘焊接
3
运输车
2台
污水管及水泵运输
4
交通车
1台
隧道出入人员交通工具
5
污水管
200mm
若干
污水排水管道，数量根据隧道长度和管道趟数确定
6
法兰盘
φ200mm
若干
污水管连接，数量根据隧道长度和管道趟数确定
7
螺栓
M12*40
若干
法兰盘连接，数量根据隧道长度和管道趟数确定
8
变压器
500千伏安
5台
隧道内水仓水泵使用
9
发电机
500kW
2台
应急抽水电力
10
小型工具
若干
水泵、污水管等安装维修
9质量控制
9.1易出现的问题
9.1.1水泵管头脱落、堵塞
在排水施工过程中经常发生水泵管头脱落、堵塞现象。
水泵在停止运转后管道中的污水会出现回流，在重力的作用下管头会出现脱落；由于污水中有石碴，在抽水时管头易被石碴堵塞，造成水泵无法抽水。
9.1.2水仓淤积比较严重
由于隧道内污水中石碴、石粉含量很高，污水在水仓中沉淀后容易形成淤积，极大的降低了水仓的储水能力。
9.1.3水泵故障
由于隧道内潮湿、高温，水泵长时间运转损耗过大，容易造成突然停机或水泵功率降低。
9.2保证措施
9.2.1水泵操作人员要经过厂家和维修人员培训后方可进场进行水泵操作。
9.2.2对排水系统的运转过程进行详细的书面和会议交底，并组织相关人员进行培训，确保操作人员清楚排水操作的要点和步骤。
9.2.3对水泵管头进行加固，并将管头进行过滤网安装；同时将管头吊至水面一定的高度，确保管头不直接接触到水仓底部淤积。
9.2.4对水仓进行定期清淤。
用人工或使用大功率污水渣浆泵将水仓底部的淤积清理，确保水仓的有效储水量。
9.2.5加强水泵的检修维护。
10安全措施
10.1主要安全风险分析
10.1.1隧道排水对设备的完好率要求很高，一旦一个泵站出现问题，整个排水系统都将陷入瘫痪。
10.1.2泵站供电系统发生漏电，易造成人员伤害。
10.1.3排水系统出现问题，易导致涌水事故，造成人员伤亡。
10.2保证措施
10.2.1落实水泵保养制度和保养计划。
加强水泵的日常检查、维护，及时对有故障或运转不正常的水泵进行技术检查、维修，确保每个泵站正常运转。
10.2.2对隧道内所有的污水管道进行日常巡查，及时对管口接头松动漏水部位及时进行修复，确保排水达到最大效率。
10.2.3规范工人操作，落实奖惩措施。
操作工在上岗前要经过水泵厂家和机械维修人员的培训，在详细掌握了水泵的性能、操作规程、常见问题等之后方可进场操作。
10.2.4由于隧道内每天有大量的运输车辆出入，为了确保水泵和操作人员的安全，要对水仓进行防护并做好警示标志，操作人员应严格按照安全标准的要求穿戴好反光背心和安全帽。
10.2.5长大隧道排水是一项连续的、各水仓之间相互配合的工作。
为了方便各水仓之间的联系，在各水仓配备固定电话或移动手机（隧道内有无线网络覆盖时），并配备专人、专车对各水仓的工作和水泵运转情况进行实时协调、巡查。
10.2.6加强对供电系统的检查，加装漏电保护装置。
11环保措施
环境的影响有两层含义：
一层含义是指内部环境，即施工作业环境；另外一层是外部环境，即对周边环境的影响，对周边环境的影响主要指因各种原因引起的地表下沉、水文条件变化、枯水、水位降低、水质污染等；对周边结构物的影响、对社会、生活环境的影响。
针对现场实际情况，在排水施工前先在隧道外修建三级沉淀池。
隧道内污水排出隧道外后经过沉淀池沉淀并排放到远离居民生活区用水区，并由环保协调部门定期联系当地环保监督部门对水质进行检验，确保当地水质不被污染。
12应用实例
12.1工程简介
中铁一局承担向莆铁路FJ-5A标段施工任务，管段全长35.629km，主要工程项目为“两站、八隧、九桥”。
中铁一局五公司项目部主要分担高盖山隧道出口段和两座辅助斜井（4号、5号）任务，出口段左线长度7717m，右线长度7719m，项目部下设三个工区组织施工:
出口工区、4号斜井工区和5号斜井工区。
向莆线高盖山隧道左线全长17594m，右线全长17612m，是向莆线重点控制性工程，位居全线第二长隧。
隧道最大埋深723m,隧道洞身最浅埋深为82.1m。
设计为双洞单线，由中铁一局和中铁二局共同施工。
高盖山隧道4#斜井位于瑞应村，斜井与左线正洞隧道中心线交汇点里程为YDK474+910，斜井与左线正洞隧道中线形成夹角40°52′，综合坡率i=8.06%，井口里程为X4DK3+206，斜长为3217.22米。
斜井辅助施工正洞左线长2913m（正向2275m，反向638m），右线长2930m（正向2275m，反向655m）。
4#斜井正洞内围岩岩性为白垩系寨下组上段（K1z2）紫红色流纹岩、石泡流纹岩夹流纹质晶屑熔结凝灰岩，围岩完整性较好，岩体坚硬，节理、裂隙不发育，正常段为弱富水。
施工区段穿越断层有5条，编号为F36、F34、F33、F32、F31，断层及影响带长度453m，断层带均为强富水；该段设计涌水量最大为F33断层7944m3/d，单洞叠加涌水量为13799m3/d。
12.2施工情况
向莆铁路FJ-5A标高盖山隧道4号斜井工区排水施工过程中，水泵操作班组和水泵安装、维护班组相互配合，从水泵的安装、污水管的连接安装、水泵的合理有效的工作，4号斜井开挖达到了280m/月，为项目部全线按期贯通奠定了基础。
2010年3月14日4号斜井顺利开挖至主洞交叉口比业主阶段性计划提前了10天，为顺利实现项目部按期完工奠定了基础。
12.3工程结果评价
12.3.1社会效益
1改善了施工作业环境，保障了施工人员的身心健康，提高了排水效率，加快了现场施工进度。
2提升了项目形象，为公司赢得了荣誉，为企业的发展奠定了基础。
12.3.2经济效益
1该合理的排水方案，完备的抽水设备，不仅排除了潜在的安全隐患，加快了我们的施工进度，缩短了工序衔接时间。
2由于排水效率的提高，彻底解除了安全隐患，在2010年下半年集团公司安全质量检查中获得奖励。
12.4建设效果及施工图片
图2隧道内水仓及水泵布置
图3隧道内污水管布设
图4隧道内水仓水泵变压器布置
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