長大有軌斜井抽排水技術

侯占鰲

0 引言

隨著施工技術的發展及鐵路運行速度提升的需要,橋隧比例增大,隧道設計長度越來越長,而建設工期不斷壓縮。在長大隧道施工中,通常采用增設輔助坑道來增加工作面,以實現“長隧短打”,并改善隧道的通風、排水等條件,從而實現加快進度、縮短工期的目的。斜井作為輔助坑道可以開創新的工作面,是一種很好的輔助施工措施,在特長隧道施工中得到廣泛使用。而長大有軌斜井由于長度長、坡度陡、穿越地層多,水文地質變化頻繁,極易發生淹井事故,采取有效的斜井抽排水技術,是長大陡坡斜井實現順利施工和避免淹井事故發生的根本。

結合龍廈鐵路 3號斜井施工期間分階段對抽排水設備、管路及電力電源的配置、調整及轉換,配合輔助設施的設置,說明長大有軌斜井抽排水技術。

1 工程概況

新建工程龍巖—廈門鐵路屬國家重點工程項目,設計時速200km,客貨共線。其中象山隧道是全線最長的雙洞單線隧道和最重要的控制性工程,起于福建省龍巖市新羅區漕溪鎮三坑村,止于漳州市南靖線和溪鎮樂土村,左洞長 15898m,右洞長 15917m,最大埋深 830m。隧道共設 5座斜井,其中 3號斜井地處龍巖市新羅區適中鎮象山村,位于線路前進方向的右側,與隧道中線平面夾角為 17°,斜井斜長 905.65m,井身傾角為 23.08°。 3號斜井對應正洞左、右線施工,施工長度分別為 2183m和 2095m。

象山隧道原設計正常涌水量為 23491m3/d,最大涌水量為51560m3/d,根據3號斜井承擔的施工任務,3號斜井正常涌水量為 458.3m3/h,實際揭露的最大涌水量為 1600m3/h。

2 斜井建井期間抽排水階段

3號斜井建井期間采取四級接力排水,斜井井身共設 8個泵站,其中從井口起每 200m左右設一固定泵站作為四級接力排水中轉泵站,共設四處(即:1號、2號、3號和 4號固定泵站,其中4號固定泵站又稱井底泵站);各固定泵站中采用4臺 75 kW抽水設備(額定流量 150m3/h,揚程 110m)。相鄰兩固定泵站間設臨時泵站作為過渡泵站,共有四個(即:1號、2號、3號和 4號臨時泵站),臨時泵站中安裝 4臺 55 kW抽水機(額定流量 140m3/h,揚程 83m),且在新臨時泵站洞室形成后,將原泵站中抽水設備轉移至新臨時泵站中使用。在掌子面附近設移動水箱。斜井施工期間,洞內涌水采取如下方式進行抽排:掌子面積水→移動水箱→臨時泵站/固定泵站→固定泵站→……→井口。

在斜井施工期間,根據涌水量變化逐步實現四級接力向二級接力方式的轉換。在 2號固定泵站形成后,根據涌水量變化逐步將泵站內 75 kW四級抽水設備替換成 90 kW(額定流量 85m3/h,揚程 255m)至 160 kW(額定流量 155m3/h,揚程 210m)二級抽水設備,并停止使用 2號固定泵站上游所有泵站抽水設備(即:1號臨時、1號固定及 2號臨時泵站)。在井底泵站直接投入 160 kW(額定流量 155m3/h,揚程 210m)二級抽水設備,并最終形成如下二級接力排水方式:洞內涌水→井底泵站→2號固定泵站→井口。將 1號和3號固定泵站內的抽水機統一放置,作為突水應急之用。

為避免從洞內排出的地下水污染周圍環境,在洞外設三級沉淀池對洞內排水進行沉淀凈化處理,確保洞內排水達標排放。

3 正洞施工抽排水階段

進入正洞施工后,根據現場涌水情況,采取二級及一級接力排水相結合的方式。對井底的泵站及斜井 2號固定泵站可利用的空間內增加二級接力抽水設備(160 kW),并在井底泵站增設一級抽水設備 315 kW抽水機(額定流量 155m3/h,揚程 469m);隨著正洞施工內地下水的增加,在正洞右線增設 2號井底泵站,并設一級抽水設備 630 kW抽水機(額定流量 280m3/h,揚程 455m)。為保證井底泵站及2號井底泵站間抽水能力的互補,在 2號固定泵站內設聯系抽水設備。

在 2號井底泵站投入使用前,斜井及正洞所有涌水均匯集到井底泵站中,由井底泵站統一抽排;2號井底泵站投入使用后,則出口地下水經反坡抽排至 2號井底泵站,由 2號井底泵站直接抽排至洞外。進口方向地下水順坡排至井底泵站,由井底泵站采取二級及一級排水直接抽排至洞外。當兩泵站負荷不均衡時,對兩泵站匯水量采取順坡及機械抽排的方式進行調配。即:當井底泵站負荷較大時,使進口方向地下水分流部分順坡排至 2號井底泵站;當2號井底泵站負荷較大時,通過2號井底泵站內的聯系抽水設備(即安裝低揚程高流量抽水設備),將 2號井底泵站中部分地下水抽排部分至井底泵站。

為減少隨水進入泵站內的淤泥,在右線正洞交叉口進口方向設 1號井底沉淀池,右線出口 2號井底泵站前設 2號井底沉淀池,對洞內涌水進行沉淀凈化后再排放至井泵站中;為保證出口方向作業面正常施工,避免地下水匯集淹沒出口作業面,在正洞出口掌子面附近設積水坑攔截并抽排上游順流下的地下水。

隨著洞內排水量的增大,根據洞外場地情況,將原排水溝斷面進行改造,以滿足排水需要。同時對洞外原明渠改造成沉淀池(即在明渠中等間距設置擋水墻),保證洞內地下水達標排放。

正洞所有開挖面貫通達到順坡排水條件后,按設計排水方式由小里程向大里程排水(見圖1)。

4 結語

1)長大有軌斜井抽排水方式應根據涌水量的變化進行動態調整;

2)在確定初步排水方式時,應考慮排水方式拓展的多樣性及其工作空間,以便在現場施工及涌水量發生變化時,能及時轉入相適應的排水方式;

3)抽水設備的確定應最大限度的適應多種排水方式。

[1] 朱建萍.新型防排水方案在大通山隧道中的應用[J].山西建筑,2009,35(11):285-286.