雙悅嶺隧道反坡排水施工方案

任惠翔

（中交四航局第一工程有限公司，廣州510310）

1 工程概況

雙悅嶺隧道起點位于廣東省恩平市分水坑村276 省道，西側(cè)接雙悅特大橋，終點位于陽春市春灣鎮(zhèn)三鄉(xiāng)村東側(cè)山體接規(guī)模垌大橋。設(shè)計為分離式隧道，隧道左線起訖樁號為ZK39+545～ZK41+170，全長1625m；隧道右線起訖樁號為K39+530～K41+175，全長1645m，呈270°方向展布；進洞口均采用端墻式，出口均采用削竹式，射流風(fēng)機縱向通風(fēng)；進洞口設(shè)計標高270m，出洞口設(shè)計標高310m；隧道最大埋深約276m，屬長隧道。

據(jù)現(xiàn)場水文地質(zhì)調(diào)查統(tǒng)計，隧道進口地段隧道大量出水可能存在的影響因素為地表水流量0.05m3/s，出口地段隧道大量出水可能存在的影響因素為地表水流量0.02m3/s。雙悅嶺隧道進、出口位于山體中部，存在少量偏壓，進出洞口設(shè)計標高較高，存在較大的匯水面積，但水流量較少；地表水主要為大氣降水形成的地表面流，隧道區(qū)域山體多陡峭，地表徑流條件好，貯水性差，但巖體破碎裂隙發(fā)育，大氣降水等地表水對施工有一定影響，應(yīng)注意暴雨期間地表面流對洞口的沖刷破壞作用，宜采取截流、疏排措施。

隧道所屬地址為亞熱帶季風(fēng)氣候，為武夷南嶺山地過濕區(qū)及華南沿海臺風(fēng)區(qū)（IV6～7），位于副熱帶高氣壓帶和赤道低壓地帶之間，氣候溫和濕潤，雨量充沛，無霜期長。累年年平均氣溫21.6℃，最冷1 月份，月平均氣溫13.1℃，極端最低氣溫是-2.3℃（1967 年1 月17 日），最熱7 月份，月平均氣溫28.3℃，極端最高氣溫是38.9℃（1990 年8 月17 日），氣溫比較穩(wěn)定，變輻不大。雨量充沛，水資源充足，年平均降雨為1680.2mm，月平均最大降雨量651.5mm，每年雨季和旱季明顯，最大日雨量達400mm（1976 年9 月20 日），造成山洪暴發(fā)，江河橫溢。

2 隧道內(nèi)涌水量預(yù)測

根據(jù)隧道所屬地區(qū)泉點調(diào)查、小流域枯水期徑流量和基巖裂隙水抽水試驗、壓水試驗等，評價隧道巖層的滲透性，具體內(nèi)容見表1。

表1 地基巖層滲透性一覽表

隧道主穿越石英砂巖及砂巖，據(jù)鉆孔資料揭露，強風(fēng)化、中風(fēng)化層裂隙發(fā)育，巖體呈塊碎裂結(jié)構(gòu)至鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)，透水性較弱，微風(fēng)化層巖體較完整，透水性較差。根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料，該巖體平水期地下水徑流模數(shù)Mj=2.31L/（s·km2）。按徑流模量估算隧道涌水量，隧道長1645m，左右側(cè)計算寬度各400m。平水期隧道地下水補給量按式（1）計算：

式中，F(xiàn)j為計算塊段面積，km2。

按年降水有效滲入時間系數(shù)估算該段地下水的滲入補給量見式（2）：

式中，λ 為滲入系數(shù)，此處取λ=0.15；X為年降水量，此處取X=1.680m；Ai為年降水有效滲入時間，此處按Ai=200d 計。

根據(jù)工程實際需要，從偏安全方面考慮，按年降水有效滲入時間系數(shù)估計隧道涌水量，其最大涌水量為1658.2m3/d。進行反坡排水設(shè)計時，按照應(yīng)急排水能力1.5 倍最大涌水量設(shè)計，則設(shè)計涌水量為2494.8m3/d。

3 隧道反坡排水分段施工設(shè)計

3.1 反坡排水原則

為了將地下水及地表水妥善排出，使之形成一個可靠的防排水系統(tǒng)。隧道反坡排水應(yīng)考慮的原則有[1]：

1）根據(jù)設(shè)計文件可知，雙悅嶺隧道出口的施工涌水主要為基巖裂隙水，水體中可能附帶巖層中的各種雜物。因此，在進行排水過程中應(yīng)設(shè)置沉淀過濾，防止雜物堵塞排水管道，造成排水中斷，對施工造成影響，同時應(yīng)選擇設(shè)備性能好、耐用、耐腐蝕的水泵。

2）如水量較大可采用井點降水，減少隧道掌子面涌水情況。

3）現(xiàn)場除采用電力排水外，應(yīng)配置柴油抽水泵作為應(yīng)急使用。

4）考慮到隧道內(nèi)空間較少，排水設(shè)備的設(shè)置不能過多地占用施工空間[2]，減少對施工造成影響。

5）水泵的型號選擇必須考慮設(shè)備使用的安全系數(shù)，同時，設(shè)備的安全參數(shù)應(yīng)不小于設(shè)計要求計算得到的水泵參數(shù)，反

坡排水的總排量應(yīng)不小于設(shè)計及時的最大涌水量。

6）為了防止施工過程中設(shè)備故障對現(xiàn)場施工造成影響，施工現(xiàn)場必須配置1 套備用的排水設(shè)備，在施工過程中，可通過調(diào)節(jié)水泵數(shù)量的多少來達到設(shè)計排水要求[3]。

3.2 反坡排水施工方案

雙悅嶺隧道出口涌水量較大，因此，采用機械排水作為隧道反坡排水方式，通過設(shè)置移動泵站、固定泵站和多級泵站相結(jié)合的方式，多個水泵接力排水，將隧道掌子面積水、圍巖裂隙水及隧道施工用水排出洞外。具體流程為：在已施工完二襯的位置等間距設(shè)置一個固定排水泵站，在掌子面開挖附近，每50m 設(shè)置一個臨時集水坑，然后通過臨時水溝將掌子面的水排至集水坑中，再通過水泵將水抽至移動泵站，最后通過不斷地接力排水將水安全排出隧道洞外。

隧道反坡排水應(yīng)考慮的措施有如下幾個方面：

1）必須采用機械排水設(shè)施。

2）排水方式考慮的因素主要有：坡度、水量、距離、水量和設(shè)備等情況。然后通過選擇合適的排水管道及設(shè)置合理的集水坑，以分段接力的方式將水順暢地排出隧道安全區(qū)內(nèi)。

3）在施工過程中應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場水量的變化及時調(diào)整排水泵和集水井的大小。

4）抽水機的功率應(yīng)不小于設(shè)計水量所需功率的120%，并且必須配置備用水泵。

5）為了防止停電造成排水中斷，必須配置好應(yīng)急設(shè)備。6）隧道施工過程中應(yīng)時刻關(guān)注超前地質(zhì)預(yù)報結(jié)果，及時做好涌水突發(fā)緊急事件排水處理工作。

根據(jù)設(shè)計圖紙以及涌水量預(yù)測結(jié)果，隧道設(shè)計涌水量為2510.0m3/d，然后可以根據(jù)設(shè)計給定的用水量來選擇合適的抽水設(shè)備，如若現(xiàn)場水文地質(zhì)條件和設(shè)計出入較大，水量超出設(shè)計值，應(yīng)考慮配備備用水泵。抽水管道采用鋼管法蘭盤安裝，出口段800m 主洞施工的高差為17.87m，抽水時除考慮克服水體自身重力之外，水頭損失（即揚程損失）也是需要考慮的問題。水頭損失根據(jù)式（3）計算：

式中，λ 為水管摩阻系數(shù)，取值0.024；L為水管長度，m；dj為水管內(nèi)徑，m；v為管內(nèi)流速，取2m/s；g為重力加速度，取9.8m/s2。

流量計算：根據(jù)隧道晝夜涌水量并考慮一定的富裕系數(shù)，在排水設(shè)備滿足要求的前提下，結(jié)合技術(shù)和經(jīng)濟2 方面進行抽水鋼管直徑d的選取，計算公式見式（4）：

式中，Q為管流量；Vp為管道允許流速，取值為2m/s。

分析隧道出口段內(nèi)水量情況，涌水量可按2494.8m3/d 加以考慮，即每天應(yīng)排除的水量需＞104.6m3，因此，采用大型鋼管道作為雙悅嶺隧道出口主要排水管道。鋼管流速取值為2m/s，所有管道的截面面積應(yīng)≥83cm2。計算可知，選取2 根φ100mm的鋼管作為排水管，面積可達到157cm2，滿足現(xiàn)場排水需求。

水泵功率：水泵電機在使用過程中應(yīng)考慮的因素有能量利用效率、電機使用功效、安全系數(shù)及水頭損失等，可用此公式計算電機功率：電機功率=流量×9.81×水頭/（3600s×功效）。如果水泵每小時抽水量為400m3，可計算得到電機功率為72.6kW，因此，施工現(xiàn)場可選配電機功率為75kW。

綜合考慮雙悅嶺出口隧道的各種情況，可按表2 配置排水設(shè)備。

表2 抽水泵型號選用表

3.3 洞口排水

雙悅嶺隧道出口段有兩級邊仰坡，隧道施工前應(yīng)先施工洞頂截水溝，防止雨水直接沖刷邊仰坡，通過截水溝將水量匯集至洞口集水坑。洞口地面應(yīng)設(shè)置雨水回流截斷水溝，通過連通集水坑，水量可自動流入集水坑，經(jīng)過處理后的水可引至不影響隧道的地段排出。

4 結(jié)語

綜上所述，根據(jù)雙悅嶺隧道出口所屬地區(qū)的水文地質(zhì)條件，依據(jù)地下水動力學(xué)法和地下徑流模數(shù)法進行隧道洞身內(nèi)水量預(yù)測，編制適宜的反坡排水施工方案；同時，對隧道反坡排水的原則、設(shè)備選擇、方案選擇、系統(tǒng)性布置、洞外排水等關(guān)鍵原則技術(shù)進行研究討論，可為后續(xù)類似工程建設(shè)提供參考。