富水巖溶隧道反坡排水施工工法

楊保振

摘? 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)不斷地發(fā)展，高速鐵路成為了最主要的運(yùn)輸手段，尤其是西南艱險(xiǎn)山區(qū)高速鐵路的快速發(fā)展，逢山開(kāi)路、遇水架橋，成為了現(xiàn)階段比較常見(jiàn)的施工現(xiàn)象。隧道工程的施工便成為了最為重要的施工對(duì)象，無(wú)論是質(zhì)量、安全、進(jìn)度都成為了隧道施工的重要指標(biāo)，這樣長(zhǎng)大隧道的施工進(jìn)度成為了高速鐵路能否快速建成的制約因素。

1.前言

為加快施工進(jìn)度，解決施工中的各種問(wèn)題，都是多工作面同時(shí)施工，這樣無(wú)法避免出現(xiàn)反坡施工的現(xiàn)象。朝陽(yáng)隧道為貴南鐵路的Ⅰ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)隧道，富水、巖溶發(fā)育，如何解決涌水對(duì)朝陽(yáng)隧道反坡施工的阻礙，成為了朝陽(yáng)隧道施工進(jìn)度的最大原因，施工過(guò)程中及時(shí)的將水抽排是反坡施工最關(guān)鍵的一道工序。

2.工法特點(diǎn)

2.1該工法能夠?qū)崿F(xiàn)邊排水，邊施工;

2.2該工法的成功解決了隧道施工掌子面積水的現(xiàn)象;

2.3該工法能夠解決仰拱混凝土施工中，混凝土被污水浸泡問(wèn)題;

2.4該工法降低了朝陽(yáng)隧道反坡施工的安全風(fēng)險(xiǎn)，加快了隧道施工進(jìn)度;

3.適用范圍

該工法適用于富水巖溶隧道施工，尤其是在西南地區(qū)高速鐵路隧道施工中有明顯的經(jīng)濟(jì)、安全、高效優(yōu)勢(shì)。

4.工藝原理

隧道反坡排水與其他排水方式有不同的地方，需要借助機(jī)械排水還需要設(shè)置多級(jí)泵站進(jìn)行接力排水，其主要原理如下：采取移動(dòng)式潛水泵將工作面積水抽送到移動(dòng)水箱內(nèi)。對(duì)于已施工完成區(qū)域隧道內(nèi)所涌出的地下水等可順著側(cè)溝最終流入到臨時(shí)集水坑中，經(jīng)由固定排水泵將所收集到的積水抽排到洞外。由于積水直接排放會(huì)對(duì)周?chē)沫h(huán)境等造成污染，因此需經(jīng)過(guò)污水處理池處理后，達(dá)到相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)后方可排放。

5.施工工藝流程及操作要點(diǎn)

5.1施工工藝流程

反坡排水的施工工藝流程詳見(jiàn)圖5.1。

5.2操作要點(diǎn)

5.2.1施工準(zhǔn)備

（1）技術(shù)培訓(xùn)交底。項(xiàng)目技術(shù)管理人員在施工前，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)參與施工及管理人員進(jìn)行全面技術(shù)交底和安全交底，確保參與施工及管理人員按方案嚴(yán)格施工;

（2）材料準(zhǔn)備。現(xiàn)場(chǎng)集水坑、抽排水設(shè)備、流量計(jì)、電磁閥、電表準(zhǔn)備齊全;

（3）集水坑選址。根據(jù)反坡排水方案，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)際情況，在洞內(nèi)進(jìn)行選址，確保集水坑位置設(shè)置安全，不影響施工;

（4）流量設(shè)備調(diào)試。安裝完畢后，進(jìn)行試抽排，查看流量計(jì)、電表的記錄性能是否良好。

5.2.2集水坑施工

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況在掌子面后方30m處及待施工仰拱靠掌子面端距邊墻0.8m外設(shè)臨時(shí)集水坑，集水坑尺寸為1.5m*1.5m*1m（長(zhǎng)*寬*深），臨時(shí)集水坑底部采用10cm厚M10砂漿抹面，防止集水滲入墻腳浸泡拱腳，臨時(shí)集水坑隨掌子面及仰拱掘進(jìn)而向前推進(jìn)。

5.2.3泵站設(shè)置

5.2.3.1高差計(jì)算

斜井：洞口標(biāo)高-洞底標(biāo)高=高差（m），

正洞：（洞內(nèi)高坡段-洞內(nèi)低坡段）×隧道設(shè)計(jì)坡度=高差（m）。

5.2.3.2涌水量計(jì)算

（1）正洞反坡段：

根據(jù)設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)涌水量計(jì)算正洞反坡段出水量即：Q1=設(shè)計(jì)出水量/設(shè)計(jì)長(zhǎng)度×反坡段長(zhǎng)度。Q2=Q設(shè)計(jì)/L設(shè)計(jì)*L反坡

（2）正洞順坡段：

根據(jù)設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)涌水量計(jì)算正洞反坡段出水量即：Q2=設(shè)計(jì)出水量/設(shè)計(jì)長(zhǎng)度×順坡段長(zhǎng)度。Q2=Q設(shè)計(jì)/L設(shè)計(jì)*L順坡

（3）斜井：

根據(jù)設(shè)計(jì)斜井預(yù)測(cè)涌水量Q3，排水?dāng)?shù)量為正洞水量+斜井涌水量Q=Q1+Q2+Q3。

5.2.3.3泵站級(jí)數(shù)的確定

（1）正洞反坡段：

泵站級(jí)數(shù)：m=（L×Z）/（h×r）。其中L-反坡抽水長(zhǎng)度，Z-隧道排水坡度;h-水泵揚(yáng)程，h=20～30m;r-壓力折減系數(shù)，取0.5。

（2）斜井段：

根據(jù)朝陽(yáng)隧道斜井指導(dǎo)性排水設(shè)計(jì)圖，斜井內(nèi)在施工中設(shè)置3級(jí)泵站。

5.2.3.4水泵排量的確定

（1）正洞反坡

水泵排量：Q=V/（24*a）。其中：V-洞內(nèi)涌水量，取V=4646m3/d;a-流量折減系數(shù)，取a=0.75。

（2）斜井

水泵排量：Q=V/（24*a）。其中：V-洞內(nèi)涌水量，取V=11955m3/d;a-流量折減系數(shù)，取a=0.75。

5.2.4截水墻施工

隧道施工具有兩個(gè)工作面，一面為反坡施工，另一面為順坡施工，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)當(dāng)根據(jù)順坡排水的排水量設(shè)置截水墻，封堵因順坡排水導(dǎo)致反坡面的水量增加。應(yīng)當(dāng)在較差口處設(shè)置一道封堵墻;在仰拱棧橋處設(shè)置一道封堵墻，如水量明顯增大，應(yīng)在仰拱棧橋前再次增加封堵墻的數(shù)量，確保水量不會(huì)流至掌子面。

5.2.5設(shè)備設(shè)置

5.2.5.1設(shè)備配置原則

（1）隧道排水主要為裂隙水、巖溶水、溶槽水及施工用水，除地下水的本身外，還有巖石石屑、泥漿等，所以除考慮排出的水量外，還應(yīng)考慮排水的組成。

（2）洞內(nèi)水量隨著開(kāi)挖掘進(jìn)逐段遞增的，則在各級(jí)泵站的水泵選型上，應(yīng)按排水能力遞增原則自下而上遞增加配，并考慮雨季影響。

（3）由于隧區(qū)屬于巖溶區(qū)域，洞內(nèi)出水量的大小受季節(jié)性影響較大，水泵選擇組合時(shí)在滿足最大排量的前提下應(yīng)按大、中、小排量進(jìn)行組合，充分發(fā)揮各水泵的功效。

5.2.5.2抽水設(shè)備的確定

經(jīng)計(jì)算正洞水泵排量斜井水泵排量。考慮到在管理、操作維修上的方便，水泵選擇應(yīng)按相似性配置。工作面移動(dòng)水泵，取用移動(dòng)輕便的水泵，實(shí)際操作根據(jù)水量大小在數(shù)量上予以增減。抽水設(shè)備配備見(jiàn)下表。

按最大涌水量考慮排水能力，選用大流量、低揚(yáng)程抽水泵。使用時(shí)依據(jù)實(shí)際隧道實(shí)際出水情況，設(shè)備分階段投入。掌子面處活動(dòng)泵站水泵數(shù)量根據(jù)掌子面的水量配備。擬投入設(shè)備詳見(jiàn)表5.1。

5.2.5.3管路及流量計(jì)安裝

鑒于隧道作業(yè)空間有限，管路只布置運(yùn)行管路，不再另行備用。應(yīng)急管路利用高壓風(fēng)管管路，即在每個(gè)泵站處在高壓風(fēng)管上開(kāi)口，與安裝在泵站處的水泵接通，正常情況下把閘閥關(guān)閉。一旦遇到突水、涌水現(xiàn)象，即把進(jìn)風(fēng)閘閥關(guān)閉，截?cái)喔邏汗╋L(fēng)，打開(kāi)排水閥進(jìn)行應(yīng)急抽排。各管路安裝相匹配的流量計(jì)，流量計(jì)采用HDLX型電磁流量計(jì)。管路及流量計(jì)布置見(jiàn)表5.2。

5.3勞動(dòng)力組織

5.3.1本工法所需作業(yè)人員配置見(jiàn)表5.3。

5.3.2運(yùn)行和檢修

（1）對(duì)施工人員進(jìn)行技術(shù)和操作培訓(xùn)，針對(duì)一些技術(shù)特點(diǎn)和操作要領(lǐng)做重點(diǎn)講解和現(xiàn)場(chǎng)示范。

（2）確保電路安裝的正確，檢查轉(zhuǎn)向是否正確，設(shè)置接地裝置和標(biāo)志。

（3）施工人員及時(shí)對(duì)坑內(nèi)污泥雜物進(jìn)行清理。

（4）在進(jìn)水口裹鐵紗窗。同時(shí)把水泵或進(jìn)水口放在竹筐內(nèi)，可以防止污泥及雜物的進(jìn)入而發(fā)生堵塞。

（5）當(dāng)水位下降超過(guò)底座，間歇出水時(shí)，應(yīng)立即停機(jī)進(jìn)行檢修，運(yùn)行一段時(shí)間后須進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。

（6）配電系統(tǒng)全部采用TN-S系統(tǒng)，所用用電設(shè)備的外殼必須與專用的PE線相通，總接地電阻必須小于4Ω。

（7）維修和操作均由專業(yè)人員進(jìn)行。

6.材料與設(shè)備

6.1材料

7.安全措施

7.1規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)

1、《國(guó)家和鐵道部現(xiàn)行的鐵路客運(yùn)專線設(shè)計(jì)規(guī)范、施工指南、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)程》等;

2、《鐵路隧道工程施工安全技術(shù)規(guī)程》（TB 10304-2009）;

7.2安全保證措施

1、排水設(shè)備由專人負(fù)責(zé)，嚴(yán)格按照施工方案操作，加強(qiáng)抽水設(shè)備的維修保養(yǎng)，備用抽水機(jī)必須保養(yǎng)完好，在其他抽水設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)保證能及時(shí)投入使用。

2、固定泵站設(shè)專用配電箱，嚴(yán)格按照施工用電操作規(guī)程操作，其他部位施工用電不得接在抽排水專用配電柜或配電箱上。

3、洞內(nèi)水溝必須保證排水通暢，水倉(cāng)及排水管道要定期進(jìn)行清淤及清理，確保排水設(shè)備及管道運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

4、電工必須熟悉安全規(guī)程、規(guī)章，認(rèn)真執(zhí)行。并建立臨電檔案，及時(shí)記錄有關(guān)資料。電工負(fù)責(zé)填寫(xiě)檢查記錄和維護(hù)臨電線路及操作開(kāi)關(guān)。線路開(kāi)關(guān)及設(shè)備每周檢查一次，包括線路的絕緣測(cè)試，接地電阻測(cè)試，設(shè)備絕緣測(cè)試及線路設(shè)備檢查等。

5、配電系統(tǒng)全部采用TN-S系統(tǒng)，所用用電設(shè)備的外殼必須與專用的PE線相連通，總接地電阻必須小于4Ω。

6、維修和操作開(kāi)關(guān)時(shí)，電工必須穿戴絕緣鞋、手套，必須使用絕緣工具。現(xiàn)場(chǎng)及洞內(nèi)電力線必須采用三相五線制，嚴(yán)格遵守一機(jī)一閘一箱一漏的規(guī)定。

7、在抽水機(jī)站設(shè)置安全照明，漏水地段照明應(yīng)采用防水燈頭和燈罩，不安全因素較大的地方必須加大照明。

8、在掌子面150m范圍內(nèi)每隔10m懸掛一件救生衣、一個(gè)救生圈。掌子面處懸掛10件救生衣和10個(gè)救生圈，在逃生繩以上20cm處邊墻上每隔10m設(shè)置一處明顯的逃生線路反光標(biāo)識(shí)，箭頭指向洞口方向。

9、每個(gè)集水坑四周設(shè)置安全防護(hù)欄，并在防護(hù)欄桿表面設(shè)置反光標(biāo)識(shí)，并在出渣及其他施工機(jī)械運(yùn)行時(shí)，安排專人現(xiàn)場(chǎng)指揮運(yùn)行。

8.效益分析

采用移動(dòng)泵站和固定泵站相結(jié)合的排水方式來(lái)解決富水巖溶隧道反坡排水的難題，隧道生產(chǎn)進(jìn)度、安全、文明施工等都得到了極大的提高。反坡排水的應(yīng)用對(duì)保證隧道的施工進(jìn)度，減少排水費(fèi)用起到了積極的作用，對(duì)長(zhǎng)大隧道的反坡排水有積極的參考價(jià)值。

9.應(yīng)用實(shí)例

朝陽(yáng)隧道斜井全長(zhǎng)830m，斜井中線與左線線路中線交于DK166+700，斜井進(jìn)洞里程為XJK0+817，采用無(wú)軌雙車(chē)道運(yùn)輸，內(nèi)凈空尺寸為7.5m（寬）×6.2m（高），XJK0+000處坑底高程=DK166+700處路基面高程;斜井坡度為10‰，每250米設(shè)置一處緩坡段，緩坡段坡度3‰。為防止斜井洞外水流入斜井洞內(nèi)，斜井出洞后設(shè)置3%的反坡。斜井預(yù)測(cè)最大涌水量約為2400m?/d。斜井承擔(dān)正洞DK164+830～DK168+470段施工，此段正洞預(yù)測(cè)涌水量為10500/4000m（m?/d）。

本工程于2016年12月開(kāi)工，反坡排水工法的應(yīng)用使的朝陽(yáng)隧道斜井反坡施工的風(fēng)險(xiǎn)大大降低，既解決了掌子面積水的安全問(wèn)題，也解決了仰拱混凝土被水浸泡的問(wèn)題，提高了混凝土的施工質(zhì)量。