淺談長大斜井反坡排水施工

發布時間：2018-09-19所屬分類：科技論文瀏覽：1355次

摘 要： 摘要:針對新建衢寧鐵路慶元隧道銀坑斜井強富水的特點，本文從經濟性角度出發，提出采用兩階段排水技術方案:第一階段為斜井井身段，通過小功率水泵接力排水;第二階段為進正洞施工段，采用小功率水泵集水，大功率座泵一次泵送出洞排水，成功實現以低成本投入解

　　摘要:針對新建衢寧鐵路慶元隧道銀坑斜井強富水的特點，本文從經濟性角度出發，提出采用兩階段排水技術方案:第一階段為斜井井身段，通過小功率水泵接力排水;第二階段為進正洞施工段，采用小功率水泵集水，大功率座泵一次泵送出洞排水，成功實現以低成本投入解決富水斜井反坡排水的難題。通過總結方案的優勢與缺陷，為未來類似的長大斜井反坡排水施工提供經驗。

　　關鍵詞:斜井,反坡排水,兩階段排水,經濟性,環保

　　在長大隧道施工過程中通常設置斜井增加施工工作面，而對于長大斜井而言，施工期間的排水是重要工序之一，它直接影響斜井進正洞的施工組織和管理，合理的排水系統是實現隧道快速施工、保障施工安全的重要措施[1]。

　　本文通過對新建衢寧鐵路慶元隧道銀坑斜井施工期間抽排水系統的設置與應用進行論述，為山嶺隧道中長大斜井反坡排水施工的經濟性與合理性提供經驗與教訓，更好地解決斜井排水施工問題，為隧道創造安全的施工環境。

　　1工程概況

　　新建衢寧鐵路慶元隧道位于浙江省慶元縣竹口鎮，隧道全長11291.6m，設2座斜井，其中銀坑斜井地處竹口鎮田邊，斜長1988m，位于線路前進方向左側，與線路正交于DK204+290里程處，井身綜合坡度6.5%，采用無軌運輸雙車道斷面。銀坑斜井進正洞施工包括進口方向1050m，設置為4‰的反坡施工;出口方向1120m，順坡施工。

　　2地質、水文情況

　　慶元隧道圍巖為侏羅系上統南園組凝灰巖、凝灰熔巖，屬硬質巖，巖體較完整，節理裂隙較發育，總體穩定性較好。隧道地下水類型有松散巖類孔隙潛水、基巖風化層孔隙裂水、凝灰巖裂隙水及構造裂隙水。由于山體切割強烈，溝谷縱橫，地下水徑流較短，受大氣降雨影響較大。其中斜井井身地下水主要為基巖裂隙水，弱發育，洞身局部為構造裂隙水，發育，預測正常涌水量為325m3/d;進正洞大里程施工段有F2斷層帶，采用降水入滲法和地下水動力解析法對隧道涌水量進行預測，結果如下。

　　3反坡抽排水方案

　　3.1總體方案

　　以經濟性和實用性作為方案建立的原則，綜合考慮采用兩階段排水方法。

　　(1)慶元隧道銀坑斜井井身段施工為反坡排水施工，如有涌水發生，則就近設置集水坑，采用移動潛水泵收集掌子面和集水坑的積水，再通過箱式移動泵站排出洞外，如掌子面發生大量涌水，則啟用斜井井身中間位置的應急箱式中轉泵站。

　　(2)施工進入主洞后為雙向施工，在井底設置固定排水泵站:主洞往進口方向DK204+290～DK203+240為反坡施工，該段排水采用移動泵站將水抽排至斜井與主洞相交處泵站水倉，再通過動力泵送將洞內水抽排至斜井洞外污水沉淀池匯入洞外排水系統;主洞往出口方向DK204+290～DK205+410為順坡施工，隧道排水采用順坡自然引排，當掌子面或仰拱施工過程中出現散水時，設置臨時集水坑，用小型抽水機抽排至隧道兩側水溝順坡排到斜井與主洞相交處泵站水倉，再通過動力泵送將洞內排水抽排至斜井洞外匯入洞外排水系統。

　　3.2第一階段(斜井井身段)排水

　　第一階段排水為斜井1988m反坡排水施工，施工用水及隧道出水由斜井抽排至洞外。

　　(1)由于銀坑斜井設計涌水量為13.54m3/h，涌水量較小，故采用臨時泵站接力排水。在掌子面附近及后方一定間距設置鋼制水箱作為臨時泵站，采用小功率移動水泵抽掌子面水至第一個移動泵站，再接力送至洞外;如有涌水發生，則就近設置集水坑匯水，再用移動水泵抽排積水至泵站排至洞外。

　　(2)管路設置。建井期間，在進井方向的右側安裝2條φ200鋼管排水管路，正常水量時，只使用1條管路，另一條φ200mm的高壓風管為備用。管路每200m設置一個減壓閥和清淤孔，防止污水對管路或水泵造成損壞。洞口200m以及洞外范圍內，排水管采取與高壓水管相同的保溫措施，避免因冬季氣溫低，將管路凍結。排水管路接入污水處理池，經處理后排放。

　　(3)臨時接力泵站設置。在靠近掌子面50m的位置設置一個箱式移動泵站，隨掌子面的前進向前推移。水箱由5mm厚鋼板焊接而成，容量約7m3(寬1.5m，長3m，高1.5m)，采用多臺50WQ18-40-4移動水泵收集掌子面水至移動泵站。后方間隔500m設置箱式臨時泵站，規格同掌子面附近移動泵站，每個水箱上方固定兩臺100JYWQ50-35-11潛水電泵，接力排水至洞外。

　　(4)應急中轉泵站。為防止因掌子面大量涌水而引起洞內積水，在銀坑斜井井身中間位置(XDK0+950附近)設置一處固定應急中轉泵站:采用一個容量約16m3(寬1.5m，長7m、高1.6m)的水箱，在其邊上固定三臺100D-16X離心式清水泵組成中轉泵站。如若斜井井身施工階段發生大量涌水，則啟用中轉泵站加速抽排水。

　　(5)水倉清淤。采用5mm鋼板加工一個上開口的水箱安放在農用車上。將高壓風管插入沉積有泥砂的水倉內，將泥砂與水攪拌，利用泥漿泵將泥砂吸入水箱，運至洞外碴場。

　　3.3第二階段(進正洞段)排水

　　第二階段排水為銀坑斜井進入慶元隧道正洞施工后的排水。雖然在施工至正洞設計的涌水段時，會提前采取超前預注漿等措施減少涌水量，但工程中的風險往往不能完全避免，正洞施工仍需要考慮發生一次最大涌水后的抽排水能力[2]。進入主洞后，在斜井井底XDK0+040附近開挖一個集水洞室，在洞室內設置固定的排水泵站，倉內積水經沉淀、過濾后抽排至洞外。慶元隧道出口方向為順坡排水，直接通過兩側邊溝將水匯流至井底泵站水倉;慶元隧道進口方向為反坡排水，采用移動泵站將水抽排至井底泵站水倉;泵站設置多臺單級大流量離心泵抽水至洞外沉淀池中，污水沉淀過濾后，清水最后排入洞外河道中。

　　3.3.1泵站及排水管路配置依據銀坑斜井井身涌水段采取徑向注漿堵水后，整體涌水總量為900m3/d;正洞往出口方向DK204+290～DK205+410段設計正常涌水總量為10981m3/d。根據設計文件考慮施工期間的涌水段為逐步揭露及突涌水情況的發生，施工期間的斜井及進正洞大小里程方向最大總涌水量考慮為11881m3/d，即495.04m3/h。

　　計劃泵站設在距井底40m位置處，那么，銀坑斜井井口與井底預設泵站位置平面長度為1943m，管道長度1947m，垂直高差130.52m，根據當前國內市場的大型排水設備揚程能一次將慶元隧道匯水排出洞外，故按一級排水進行泵站布置。圖1銀坑斜井泵站水倉洞室圖圖2銀坑斜井井底泵站變壓器洞室圖井身段排水管路:在原有(2趟φ200mm管)基礎上增加1趟φ150mm焊接鋼管，管路設置坡度為6.7%。正洞小里程方向排水管路:因設計無出水，設置1趟φ100mm焊接鋼管，滿足施工排水。

　　3.3.2泵站座泵選型及水力計算

　　選用D280-43×4型水泵，在流量Q=495m3/h時，管路損失計算過程如下:V=Q/F=Q/tπr2=495÷2÷(3.14×0.01×3600)=2.19m3/s;V2/2g=2.19÷(2×9.81)=0.112m/s;H沿損失=λ×L/D×V2/2g=0.02×1947÷0.2×0.112=21.81mH局損失=(止回閥4個，約1%;90°彎頭1個，約3%)=130.52×4%=5.22mH總損失=21.81+5.22=27.03m其中V:流速，Q:流量，F:管路截面積，λ:沿程阻力系數，L:管路長度，D:管路直徑�？紤]排水管淤積所增加阻力，將計算的管道損失增加70%。27.03×(1+70%)=45.95m根據以上計算，水泵揚程應大于130.52m+45.95m=176.47m，系列多級離心泵通用產品，適合本工程排水用。選用4臺D280-43×5型泵，流量Q=335m3/h時，揚程H=190m，功率250kw，效率75%，能滿足要求。

　　2臺同時工作，1臺備用，1臺檢修，每條管路每天可排水:335m3/h×24h×2×75%=12060m3，高于日最大涌水量11881m3。

　　3.3.3正洞水泵選擇

　　銀坑斜井井底DK204+290～DK203+240段正洞在施工過程中為反坡排水，坡度為-4.0‰，斜井底至最長開挖面高差為4.4m，設計無出水，如遇突發涌水，則考慮在此段涌水點設置積水坑，配置多臺100WQ-100-30-15型號，流量Q=100m3/h時，揚程H=30m，功率P=15Kw的潛污泵即可將水抽排至井底水倉。銀坑斜井進正洞DK204+290～DK205+410段為4.0‰的上坡，此段最大涌水10981m3/d，在仰拱端頭設置積水坑配置3臺100WQ-100-30-15型號，流量Q=100m3/h時，揚程H=30m，功率P=15kw的潛污泵即可將抽排至后部施工段水溝，順坡自流至斜井水倉。

　　3.3.4泵站水倉設計

　　預計最大設計涌水量為11881m3/d，水倉容量按15min的應急匯水存量設計，15min的最大匯水量為123.76m3。在斜井XDK0+040處面向井底右側按6m×7m×3m=126m3(詳見圖1)開挖泵站水倉。

　　3.3.5供電方案及應急供電方案

　　由于抽水機都是大功率用電設備，洞內供電采用50平方高壓電纜將洞外10KV高壓電引入洞內，根據以上抽水機的配置抽水站需配置兩臺800KVA的變壓器。設計在斜井XDK0+030處面向井底左側有一處強電設備洞室，施工期間可加以利用安放變壓器。(詳見圖2)當網電停電后，應急電源的能力應能夠滿足排水、洞內照明需要，洞內必須保證2臺250KW離心泵、5臺11KW污水泵抽水，排水用電功率為555KW，照明15KW，共計570KW，根據以上計算，洞內設置雙回路電源，備用1臺800KW的柴油發電機作為應急電源。

　　由于停電后通風機無法工作，洞內沒有新鮮空氣供應，因此800KW柴油發電機只能設置在洞外，通過洞外800KVA變壓器向洞內變壓器反送電。3.3.6其它將斜井井身設置的臨時泵站水箱集中至集水倉旁，合并為兩個長7m×寬1.5m×高2m的清水倉，污水排至集水倉初步沉淀，由小功率水泵抽至清水倉，再通過大功率水泵一次性泵至洞外。

　　3.4排水平面布置圖見圖3《銀坑斜井排水平面布置圖》。

　　4抽排水保證措施

　　(1)由專業隊伍進行現場排水管理和實施，管路安裝必須平、直、順，并且彎度平緩，避免轉銳角彎，以減小管路沿程阻力和局部阻力，并且要加強日常維修和管理。

　　(2)配備專職抽水人員，負責對現場抽水機進行管理和保養。

　　(3)電工必須定期檢查、維護抽水機，及時發現和解決故障，保證抽水機正常運轉。

　　(4)為保證抽水設備的運轉不受隧道內其它用電設備的影響，設置專用抽水線路，并配套合適的供電設備。

　　(5)要求管路接頭處必須處理好，不得漏水，并加強對管路的保護，避免因機械或人為損壞。

　　(6)銀坑斜井洞口河道下游設有地方飲用水取水口，需在洞口建立污水處理系統，將洞內排除的污水處理達標后排放。

　　(7)建立抽排水安全保證體系，設置應急預案，并加強相關人員安全培訓。

　　5實施效果評估

　　新建衢寧鐵路慶元隧道銀坑斜井在施工過程中落實兩階段排水方案，整體上以低成本投入解決了該長大富水斜井的反坡排水問題，但存在一定的不足:在施工過程中，設計上無涌水的正洞小里程方向突發強涌水，因前期方案中未考慮此因素，造成一定的安全隱患;雖然通過將第一階段排水中備用的三臺100D-16X水泵增設至井底泵站，并在正洞小里程方向增鋪兩趟φ150mm排水管路解決此隱患，但折射出方案的欠缺。

　　6總結與展望

　　6.1總結

　　按照本排水方案設置，能夠應對洞內富水斷層帶涌水及一些突發涌水，具有實用意義。正洞排水合理選擇設備，實現一級排水，減少資源損耗;井底鋼板水箱做清水池替代開挖洞室等，節省資源達到經濟性需要;同時本斜井一級泵站安裝有自動控制系統，大大減輕人力資源投入。進洞施工前除考慮設計出水量外，需提前考慮可能出現的突發涌水，提前預留備用排水管路，并儲備包括中小型抽水泵，集水鋼板水箱，初期支護拱架等在內的應急物資材料，避免后期遭遇緊急情況增加資源投入。

　　6.2展望

　　在鉆爆項目的土建施工過程中，產生廢水污染容易引起水體富氧化，隨著我國社會經濟的不斷發展，“環境保護、水土保持”的理念愈發深入人心，可以預見，在未來的基礎土建施工領域，環水保將被列入施工管理，成為必不可少的一部分。本次案例中的銀坑斜井，洞口河流水質為飲用水Ⅰ類，下游設有地方自來水廠取水口，洞內抽排出的污水極易對河道造成污染;通過采取增加沉淀池級數、在沉淀池投放化學藥劑、污水經大型壓濾設備過濾、河道修筑多座濾水堰壩等措施，可以作為未來基礎建設市場的參考。

　　參考文獻:

　　[1]郭力.隧道長大斜井排水施工技術[J].中國化工貿易，2015，7(26):155～156.

　　[2]劉海榮.關角隧道長大斜井反坡抽排水技術[J].隧道建設，2015，35(06):579～583.

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