隧道大傾角富水斜井抽排水的施工技術(shù)

摘要：在特長山嶺隧道施工過程中，一般會使用斜井作為運(yùn)輸通道或通風(fēng)通道。在進(jìn)行斜井施工過程中，當(dāng)?shù)乇硭容^豐富時，會使通風(fēng)斜井的施工難度增大，為保證斜井施工的順利開展，需要合理地進(jìn)行抽排水設(shè)計。文章對斜井的地質(zhì)情況和涌水量比較大的原因進(jìn)行了分析，然后根據(jù)工程的具體情況對隧道大傾角富水斜井抽排水施工技術(shù)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：隧道施工；大傾角富水斜井；涌水量；潛水泵；抽排水施工技術(shù) 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TU74 文章編號：1009-2374（2017）08-0216-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.08.106

1 工程概況

米拉山隧道左線起迄樁號為：ZK4478+780～ZK4481+687，長2907m；右線起迄樁號為：YK4478+760～YK4481+700，長2940m。采用分離式雙洞布置，燈光照明，機(jī)械通風(fēng)，設(shè)置8處行人橫通道、4處行車通道及1處變電所橫洞。左洞縱坡坡度（%）/坡長為2.5/46.741/1.15/3093.259、-0.5/2510、-3.71/77，右洞縱坡坡度（%）/坡長為2.5/90/1.15/3030、

-0.5/2510、-3.79/90。斜井長度1045m，縱坡坡度（%）/坡長為-10/1045，斜井與左線交于ZK4478+950。米拉山隧道海拔高度為4680～5350m，相對高差達(dá)670m以上。區(qū)內(nèi)山川走向為南北向和東西向，河谷走向多為南北向，構(gòu)成極高山、高山為主體的高原山地地貌。米拉山隧道進(jìn)口海拔4752m、出口海拔4774m、斜井口海拔4890m，空氣稀薄，交通不便。米拉山隧道正洞設(shè)計一般涌水量為8647.44～12139.2m3/d，米拉山隧道斜井涌水設(shè)計為可能出現(xiàn)基巖裂隙水。

2 斜井已施工段地質(zhì)、水文情況

米拉山隧道斜井的地質(zhì)普遍比設(shè)計地質(zhì)差，現(xiàn)場揭示地質(zhì)為全風(fēng)化～強(qiáng)風(fēng)化凝灰質(zhì)砂巖、節(jié)理裂隙極發(fā)育、巖體破碎、裂隙水發(fā)育，截止目前施工的原設(shè)計Ⅲ級圍巖全部變更為Ⅳ級、Ⅴ級。米拉山隧道斜井原設(shè)計未描述有大量地下水涌出情況。從2015年9月20日開始，斜井掌子面出現(xiàn)涌水，涌水量約1200方/天，整個開挖段呈淋雨狀涌水、股狀承壓涌水。目前掌子面里程為XJ0+657，隨著開挖的推進(jìn)，隧道斜井掌子面涌水逐漸增大。

3 斜井隧道涌水量較大的原因分析

米拉山隧址地區(qū)地下水較豐富，主要有冰雪融化水和大氣降水補(bǔ)給，因為米拉山常年雨雪天氣，并且冰雪融化比較快，大量的冰雪融化后會直接從破碎巖體通過然后滲透到地下。在隧道開挖后會逐步形成較為通暢的地下水排放通道，米拉山隧道斜井井身左側(cè)為一大型自然沖溝，整個斜井地表區(qū)域大氣降水全部通過沖溝匯水直接從裂隙滲入斜井；米拉山隧道斜井左側(cè)約300m為大片濕地，濕地位于山洼處，匯水面較大，常年積水，大量的濕地積水通過裂隙滲透至地下，是隧道地下水發(fā)育的主要原因之一。

4 斜井抽排水施工

4.1 水泵布置

由于米拉山隧道斜井設(shè)計為10%的下坡施工，斜井涌水只能通過高揚(yáng)塵水泵、布置水管逐級抽排而出。同時，斜井的抽排水組織是減少斜井施工干擾、提升斜井施工進(jìn)度的關(guān)鍵因素。根據(jù)工程的具體情況，設(shè)計采用反坡機(jī)械進(jìn)行排水。實際施工時，只需要設(shè)置泵站抽水。在工程施工過程中，掌子面會臨時布置集水坑，然后使用水泵將隧洞中的水抽排到泵站中，然后抽到洞口進(jìn)行凈化處理后排放出去。目前，該地區(qū)每天的涌水量為1200m3，因此需要在該段布置一個臨時泵站，泵站和洞口之間的距離保持在420m，使用抽水泵將其抽排到洞外。排水管分別選用一根Φ108管道和一根Φ150管道，泵站之間的高度差為420×10%=42m。設(shè)計泵站每小時的最低排水量為1200÷24=50m3，考慮高原因素乘以1.2系數(shù)。那么在泵站不是水泵的排水量要求大于50*1.2=60m3/h，揚(yáng)程不小于42m。選用7.5kW，排水量20m3/h，揚(yáng)程50m污水泵2臺；11kW，排水量35m3/h，揚(yáng)程50m污水泵1臺，滿足排水需要，水泵配置詳情見表1。由于水泵為易損件，因此按照一用一備一修的原則進(jìn)行布置，此外還布置了小型潛水泵用來進(jìn)行小范圍的抽水。本工程在選擇水泵時，主要對比了潛水泵和多離心泵兩種類型，具體分析如下：（1）潛水泵。潛水泵價格超過10萬/臺，根據(jù)計算，管路損失揚(yáng)程為34m，垂直落差為110m，選型按照110+34=144m，根據(jù)選型手冊，水泵選型為170m，流量為300m3/h，功率220kW，長度6m。根據(jù)現(xiàn)場實際運(yùn)行情況，潛水泵體積過長，清淤不方便；（2）多級離心泵型號：D280-43*4，流量280立方/時，揚(yáng)程172m，功率200kW（平原功率），外觀尺寸為長3m*寬1m*高925mm，重量約1.3t。多級離心泵低于8萬元/臺，具有維護(hù)方便、方便檢修等特點。

綜合對比后，水泵選擇為多級離心泵，密封采用機(jī)械密封（普通多級水泵采用盤根密封，使用中需要人為根據(jù)間隙大小及時壓緊盤根），功率按照平原200kW配備相應(yīng)的高原電機(jī)。

為了盡可能降低涌水對斜井掌子面造成的影響，在施工過程中采用多設(shè)積水坑的方式進(jìn)行布置，掌子面每隔15m布置一個小型的集水坑，每間隔50m布置一個中型的積水坑，每間隔200m布置一個大型的積水坑。為了降低斜井施工期間抽水的工作量，降低運(yùn)營工程中襯砌滲水風(fēng)險，需要在不對斜井掘進(jìn)施工產(chǎn)生影響的基礎(chǔ)上，使用全環(huán)徑向注漿的方法進(jìn)行堵水處理。

4.2 水池設(shè)計和施工

在進(jìn)行水池設(shè)計時，需要綜合考慮沉淀、過濾、清淤激光方面，在底部布置一個長度為25m、寬度為7.5m的蓄水池。蓄水池的中間設(shè)置過濾墻，對水進(jìn)行過濾后排入到清水池中，水泵自吸一次揚(yáng)程至洞口位置。水池容積按照長25m*寬4m*深2.5m設(shè)計，其中開挖寬度為7.5～8m，預(yù)留挖掘機(jī)清淤3.5～4m通道。實際儲水容積約250m3。過濾墻按照3級過濾，一級蓄水。水流速按照0.05～0.07m/s設(shè)計，最適合沉淀。一級沉淀4*4.69m，二級沉淀4*4.69m，三級沉淀4*4.69m，清水池4*4.69m。利用預(yù)留的挖掘機(jī)通道每三天進(jìn)行一次清淤。在清淤時，水泵系統(tǒng)輪換到第二水池。

4.3 突泥、涌水處理

在施工過程中，遇到軟弱破碎、地下水發(fā)育的地段時，需要進(jìn)行超前地質(zhì)探測預(yù)報，并做好超前支護(hù)工作，及時將泄水孔打設(shè)好，探測前方圍巖的基本情況，將鉆探到的地質(zhì)情況及時向項目領(lǐng)導(dǎo)反饋，對出現(xiàn)涌泥和突水的概率進(jìn)行分析。如果出現(xiàn)突泥涌水的可能性比較大，則需要立即向駐地辦和總監(jiān)辦、業(yè)主、設(shè)計院上報。要求設(shè)計院設(shè)計防止突泥涌水發(fā)生的施工方案。在出現(xiàn)突泥、涌水事故后，要立即啟用工區(qū)制定的突泥涌水應(yīng)急預(yù)案，并結(jié)合流量的大小確定出具體的引排水方案，及時將洞內(nèi)的積水排出，保證后續(xù)處理工作可以及時開展。

5 抽排水施工管理措施

根據(jù)目前地質(zhì)揭示，施工過程中可能會產(chǎn)生突泥涌水。所以，做好施工排水管理工作至關(guān)重要。主要采取的措施如下：（1）配備足夠的抽水設(shè)施，保證抽排水作業(yè)的施工進(jìn)度和作業(yè)安全；（2）對各種排水機(jī)械設(shè)備的操作規(guī)范和維護(hù)保養(yǎng)細(xì)則進(jìn)行完善，并做好交底工作，要求施工人員做好機(jī)械設(shè)備的養(yǎng)護(hù)工作，避免排水施工時出現(xiàn)突發(fā)故障，影響施工的順利開展；（3）采用綜合物探手段和多種超前水平鉆探措施進(jìn)行互相印證，提前確定出有可能出現(xiàn)突、涌水的段落或位置，避免產(chǎn)生不良后果；（4）當(dāng)涌水類型為基巖裂隙水時，如果涌水在長段落范圍時，可以按照“適量排放”的原則實施隧道施工排水，當(dāng)涌水在比較段的范圍內(nèi)集中出現(xiàn)時，使用徑向注漿的方式進(jìn)行堵水，當(dāng)涌水量比較大，并且對隧道掘進(jìn)速度造成了比較大的影響時，則需要使用超前注漿和帷幕注漿技術(shù)來提高隧道施工的施工效率。在施工過程中，如果遇到大集中涌水時，需要立即使用局部注漿的方法進(jìn)行封堵，并對余下的小股涌水集中進(jìn)行引排；（5）在對水量比較大的區(qū)域進(jìn)行開挖施工時，要做好監(jiān)測工作，及時進(jìn)行回歸分析，發(fā)現(xiàn)有異常出現(xiàn)時及時制定應(yīng)對措施；（6）要配備足夠的啟動柜、變壓器、電容柜、發(fā)電機(jī)等電力保障設(shè)備，當(dāng)有電壓異常、停電等情況出現(xiàn)時要利用發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電，保證排水工作順利實施；（7）在隧洞各個泵站處均備有軟管連接頭、水管以及過濾網(wǎng)，以便在檢修管路或者出現(xiàn)應(yīng)急情況時作為應(yīng)急管道使用。

6 結(jié)語

實踐證明，在大傾角富水斜井施工過程中，抽排水工作是非常重要的一個環(huán)節(jié)，只有認(rèn)真做好抽排水工作才可以保證隧道工程的施工進(jìn)度，從而為隧道各項工序的順利開展提供保障，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。本工程在采用上述措施進(jìn)行抽排水后，保證了隧道工程的施工進(jìn)度，順利完成了施工，值得類似工程借鑒和參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 鐘有信，郭德福，羅草原.長大斜井有軌運(yùn)輸系統(tǒng)配

套設(shè)計與施工技術(shù)[J].隧道建設(shè)，2008，（1）.

[2] 辛國平，李集光，劉漢紅.富水大斷面陡坡曲線斜井

施工技術(shù)[J].公路隧道，2009，（3）.

[3] 左玉杰.反坡富水巖溶隧道抽排水系統(tǒng)的設(shè)置和應(yīng)用

[J].鐵道建筑技術(shù)，2007，（4）.

作者簡介：高海欣（1982-），男，河北保定人，中鐵十二局集團(tuán)第一工程有限公司工程師，研究方向：隧道施工技術(shù)。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）