特长隧道涌水反坡排水施工技术.docx
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特长隧道涌水反坡排水施工技术
特长隧道涌水反坡排水施工技术
安富周飞
（中铁五局集团第一工程有限责任公司 湖南长沙410000）
摘要：
通过对梅花山隧道坪头斜井反坡排水的施工与突发事件的处理，介绍反坡排水的设计、施工、设备选型、施工及突发事件的处理效果。
根据现场实际布置论述了隧道涌水抽排水的思路与方法，对隧道内涌水抽排水有实践操作性。
关键词：
隧道反坡排水涌水量管路扬程
1工程简述
梅花山隧道（DK215+970～DK229+750）全长13780m，位于福建省连城县～上杭县境内（进口位于连城县新泉镇向阳村，出口位于上杭县古田镇洋稠村。
），隧道最大埋深688.21m。
本隧道设置辅助坑道三处。
其中，坪头斜井位于庙前镇洋稠村，斜井入口多为灌木，与正线相交里程为DK227+600，X2DK0+000～+110段与线路大里程方向平面交角为58°54'30"，X2DK0+110～X2DK1+065段与线路大里程方向平面交角为22°25'44"，斜井综合坡度为2.66%，斜井斜长1065.35m，为反坡开挖和排水。
斜井区域在X2DK0+725～+795段设计资料为节理密集带，岩体破碎，预测最大涌水量为3563.76m3/d，为强富水区。
进入正洞后向进口方向将分别穿越DK227+250～+319、DK226+723～+803、DK226+275～+355为P2l粉砂岩、砂岩与γ25花岗岩岩性接触带。
二者呈侵入接触关系，接触带岩体破碎。
地下水主要为基岩裂隙水，较发育,预测最大涌水量分别为：
3558.21m3/d、1387.96m3/d，1228.68m3/d，为强富水区。
2涌水及水量监测情况
坪头斜井工区承担斜井、正洞DK224+881～DK227+700段施工任务。
坪头斜井工区自2011年2月17日开始反坡排水，2013年1月14日斜井与出口贯通（此时，斜井往进口方向施工至DK226+254）后实现顺排，反坡排水结束。
反坡排水区段为斜井及正洞DK226+254～DK227+700。
隧道施工过程地下水发育，多次发生涌水等异常情况，斜井加正洞地段最大总涌水量约37000m3/d，大于原设计预测涌水量，需设置抽水设施加强排水以满足正常施工要求。
2011年2月17日，梅花山隧道坪头斜井X2DK0+838掌子面发生涌水，涌水量约400m3/h，水压0.935Mpa；2011年5月3日，坪头斜井X2DK0+564掌子面发生涌水，涌水量约150m3/h；2012年1月13日，正洞DK227+350掌子面发生涌水，涌水量约180m3/h，水压0.38MPa。
3总体方案
3.1反坡抽水范围：
坪头斜井施工X2DK001+065～X2DK000+000，正洞施工DK227+650～DK224+881
3.2根据梅花山隧道坪头斜井工区勘察阶段的对涌水量的预测，结合现场施工情况，“以堵为主，限量排放，排堵结合”的为原则。
立足排大水的，管路设备一次布局到位，泵站按大、中、小、截流站等综合建立。
3.3排水系统布置
第一阶段进入正洞前：
斜井洞身共设置四级集水井，设置里程分别为X2DK000+880、X2DK000+665、X2DK000+450、X2DK000+235，集水井设置于斜井进洞方向右侧，容量约50m3，采用分级抽水至洞外，集水井周围设置围护及安全警示标志。
如下图：
第二阶段进入正洞后：
在正洞DK227+650设置一个大型集水井，容量约为80m³，采用一级抽水直接至洞外，集水井周围设置围护及安全警示标志。
如下图：
通过设置纵、横向排水沟以及潜水泵反坡抽水的方式，将斜井洞身散水汇至集水井，然后经集水井水泵分级将水抽至斜井洞口外，通过洞口三级沉淀池沉淀后经排水沟排放。
洞口沉淀池设置在斜井洞口外，池壁、池底采用C25混凝土浇筑，沉淀池尺寸为7.2×3.5×2.0m（长×宽×深）。
4抽水设备计算及配置
4.1水泵的排水能力
斜井1#、2#、3#、4#泵站按1500m3/h抽水能力配备抽排水设备、管路和电力设备。
正洞5#泵站按2000m3/h抽水能力配备排水设备、管路和电力设备。
4.2水泵及管路计算
为便于管理及维护，1#、2#、3#、4#每级泵站设置3路管路，5#泵站设置4路管路，每路管路承担500m3/h水量。
管路阻力损失计算（局部阻力忽略不计）
（以下计算参照《给排水设计手册》第一册，第二版，第十一章钢管和铸铁管水力计算）
根据水量及现有材料，排水管路选取DN=300mm钢管
查表11-8，Q=504m³/h，DN=300mm时
V=1.92m/s，1000i=18.4
沿程阻力计算
H1=9.8il1KPa=0.102m
泵站编号
管路长
L（m）
管路沿程
阻力H1（KPa）
管路沿程
阻力H1（m）
管路阻力
扬程H管（m）
1#
195
35.2
3.6
3.6
2#
215
38.8
4.0
4.0
3#
215
38.8
4.0
4.0
4#
215
38.8
4.0
4.0
5#
1105
199.3
20.3
20.3
地形扬程H地计算（H地=管路长*纵坡+吸水高度）
泵站编号
管路长l（m）
纵坡
吸水高度（m）
地形扬程H地（m）
1#
195
2.66%
2
6.9
2#
215
2.66%
2
7.7
3#
215
2.66%
2
7.7
4#
215
2.66%
2
7.7
5#
1105
2.66%
2
31.4
③设备扬程H设
《管道与水泵简易计算法》第三章水泵选择第三十一题管道末端额外要求的压力概况为设备扬程，为了让水从管道中流出来要额外加2-5m的水头，取4m。
泵站编号
设备扬程H设（m）
1#
4
2#
4
3#
4
4#
4
5#
4
④、水泵总扬程H总
H总=H管+H地+H设
泵站编号
H管（m）
H地（m）
H设（m）
H总（m）
1#
3.6
6.9
4
14.5
2#
4.0
7.7
4
15.7
3#
4.0
7.7
4
15.7
4#
4.0
7.7
4
15.7
5#
20.3
31.4
4
55.7
⑤、水泵选择
1#、2#、3#、4#泵站选泵参数Q=500m3/h，扬程16m，经过比选选定长沙双珑泵业有限公司250S24（10Sh-13）离心泵，流量Q=360～576m³/h，扬程H=27～19m，电动机功率45KW。
5#泵站选泵参数Q=500m3/h，扬程56m，经过比选选定长沙双珑泵业有限公司250S65（10Sh-6）离心泵，流量Q=360～612m3/h，扬程H=70～56m，电动机功率132KW。
4.3泵站水泵配置
泵站编号
常用水泵型号
常用水泵数量
备用水泵型号
备用水泵数量
1#
250S24（10Sh-13）离心泵
3
250S24（10Sh-13）离心泵
2
2#
250S24（10Sh-13）离心泵
3
250S24（10Sh-13）离心泵
2
3#
250S24（10Sh-13）离心泵
3
250S24（10Sh-13）离心泵
2
4#
250S24（10Sh-13）离心泵
3
250S24（10Sh-13）离心泵
2
5#
250S65（10Sh-6）离心泵
4
250S65（10Sh-6）离心泵
3
合计
16
11
4.4泵站管路配置
泵站编号
水管型号
水管数量
1#
Φ300mm焊管
3×195m
2#
Φ300mm焊管
3×215m
3#
Φ300mm焊管
3×215m
4#
Φ300mm焊管
3×215m
5#
Φ300mm焊管
4×1105m
抽水设备随着正洞的掘进、涌水量增加，逐步配置到位，满足排水需要。
排水钢管采用长度不小于6米的钢管，钢管承受压力应不低于2MPa（壁厚5mm），钢管连接采用法兰盘加橡胶密封垫。
每套排水管路设置闸阀和止回阀，并预留抽排水接口，以备排大水时使用。
隧道还需配备其他小功率抽水机，用来进行掌子面至邻近集水井抽水，管路采用Φ80消防软管。
在洞口每个水管出口处安装超声波流量计，以对抽水量进行统计。
5排水用电
施工排水用电采用10kV供电性经800KVA变压为380V与2台400KV发电机组供电进入并机柜，由并机柜引电入洞，形成双电源供电系统。
供电电路分为两个阶段，第一阶段进入正洞前，变压器、发电机及并机柜均摆放在洞口位置；第二阶段进入正洞后，实施高压进洞，变压器、发电机及并机柜均摆放在斜井三角区位置。
所有水泵采取一泵、一线、一箱、一闸、一漏（漏电保护器）制和三相五线制，值班电工每日对漏电保护器的灵敏度进行检测，保证施工用电的安全。
6排水安全分析与管理
6.1安全分析
根据隧道设计资料，隧道反坡抽水主要集中在斜井部分，斜井工区正洞部分为顺坡排水，斜井洞身长1065米，坡率为2.66%。
正洞顺坡排水至斜井与正洞交叉处的集水井中，再通过斜井抽排。
斜井涌水后集水井的备用抽水设备可以保证30min内即可启动抽排水设施，正洞为顺坡排水，第一个节理密集带，距离交叉口380米，不存在排水不及时淹没掌子面的危险。
6.2抽排水人员配置
成立专门抽水班组，设置班组长1名，掌子面及每个泵站设抽水工6人（每天3个班、一个班2人），并配备维修车一辆、司机一名。
6.3运行及检修
（1）成立专业排水班组，设置班组长一名，由架子队队长统一管理，施工员现场协调监督，制定严格的值班制度。
（2）抽排系统必须由专业工班安装、管理，必须定期检查维修。
（3）管路安装要平顺，拐弯处要圆顺，弯头角度应大于90度，且固定牢固，便于检修。
（4）要确保排水用电的可靠性，定期对线路进行检查，在各变电站备用消防器材。
（5）抽排水用电必须由专职电工负责，定期检查绝缘情况。
（7）所有变电站安装保险系统。
（8）每日对每个泵设置的水表和电表定时抄表，每周四报监理审核后报筹备组调度。
7安全技术保障措施
（1）安全培训
对施工技术人员进行技术和操作培训，针对一些技术特点和操作要领作重点讲解和现场示范。
对用电的排水设备要确保电路安装的正确，检查转向是否正确，设置接地装置及标志，要严格按照安全用电方案办理，做到一机一闸一漏。
水泵的冷却采用轮换抽水方式对排水泵进行冷却。
（2）排水沟的清理维护
对坑内污水进行搅合，施工中采用在水泵与管路的接口处安一处出水口并安装阀门，利用抽水的高压水不断对进水口处进行冲搅，同时利用高压风进行冲吹，防止淤泥的淤积。
针对隧道施工的特点，施工人员对隧道内排水沟及集水坑内污泥杂物要及时进行清理，对管路要定期检查维修，定期用清水进行冲洗。
在集水泵进水口包裹铁窗纱，同时把水泵或进水口放在竹筐内，可以防止污泥及杂物进入而发生堵塞。
（3）设备维护
当水位下降超过底座，间隙出水时，立即停机检查，运行一段时间后，须进行维护保养。
对隧道内的抽水设备要定期进行安全检查，并派专人负责管理，做到24小时轮流值班，建立严格的值班管理制度。
8结语
经过长期的梅花山隧道坪头斜井反坡排水实践过程，隧道施工过程形成一套自己的排水系统，经过实测日排水总量最大为37000m3，过程排水系统运转正常，工作面无积水现象。
针对隧道内的施工过程的涌水是一个难以定量的过程，对于这样的一个过程，我们只能对实际的情况进行推测，任何的探测方法都无法真正准确的预测及计算涌水量，于是我们只能借助于水文情况对涌水成度进行大致分析，要根本解决涌水给施工带来的难题，其主要还是在于施工之中的不断摸索，不断实践，总结出自己的方法，在出现突发涌水时，能有积极的应变能力，及其解决突发事件的措施。
参考文献：
1、中国市政工程西南设计研究院：
《给排水设计手册》。
常用资料（第二版）
2、许保玖，《管道和水泵简易计算法》中国建筑出版社1973年12月第一版
作者简介:
安富男（1982-1）本科.工程师主要从事铁路.公路土建施工工作。
周飞男（1988-11）本科.助理工程师主要从事铁路.地铁施工工作。
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