強(qiáng)富水地層大流量隧洞逆坡施工排水技術(shù)

沙宗天，陳壽根，陳 亮

(1.中鐵二局第二工程有限公司，四川成都 610031;2.西南交通大學(xué)，四川成都 610031)

1 工程概況

錦屏水電站共有4條相互平行的引水隧洞，洞線長(zhǎng)度約16.67 km，開挖洞徑約14 m。引水隧洞橫穿錦屏山脈，上覆巖體最大埋深約2525 m，一般埋深1500～2000 m，埋深大于1500 m 的洞段占全隧總長(zhǎng)的75.2%。引水隧洞縱斷面從西段起為水平坡，4000 m(DK4+000)后為下坡，最大縱坡為0.365%。隧洞由東、西兩端掘進(jìn)施工，西段采用礦山法施工，在樁號(hào)DK4+450 后進(jìn)入T2b白山組強(qiáng)富水地層。為解決該段逆坡施工排水問題，專門設(shè)計(jì)了一條先行的施工排水洞，擬通過3條橫向排水通道將引水隧洞和施工排水洞相連，將掌子面揭露出的地下水通過抽排至橫向排水通道，并經(jīng)施工排水洞自流排放。然而，當(dāng)引水隧洞西段施工到該段強(qiáng)富水地層時(shí)，施工排水洞施工嚴(yán)重滯后，尚有5000 m 多洞段未開挖。白山組強(qiáng)富水地層具有“出水帶寬、連續(xù)且空間分布;出水點(diǎn)多、單點(diǎn)水量大、流量穩(wěn)定;壓力大、壓力衰減快”等特點(diǎn)，逆坡排水難度極大。

為了解決這一施工難題，通過優(yōu)化研究并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，在分析地下水揭露情況及進(jìn)度目標(biāo)的基礎(chǔ)上，深入研究了富水地層大流量隧洞逆坡施工排水技術(shù)，形成了一套合理的施工組織方案及可靠的抽排水措施，解決了本工程逆坡施工排水難題，保證了引水隧洞強(qiáng)富水地層逆坡施工的順利進(jìn)行。

2 排水系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

在引水隧洞開工之前，較引水隧洞高約70 m 的兩條交通輔助洞(A 線和B 線)已開通運(yùn)營(yíng)。基于此，結(jié)合引水隧洞施工情況、進(jìn)度目標(biāo)計(jì)劃及未開挖洞段預(yù)測(cè)地下水量分析，對(duì)該段強(qiáng)富水地段的引水隧洞施工排水方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)，通過不斷優(yōu)化，最終形成了利用已運(yùn)營(yíng)的交通輔助洞的A 線的逆坡施工排水系統(tǒng)方案:在DK 4+096 處設(shè)置一條排水橫向通道，此橫向通道穿過施工排水洞，并在施工排水洞南側(cè)邊墻處設(shè)置一集水倉(cāng)，將隧洞內(nèi)涌水通過掌子面抽排設(shè)備集中到集水倉(cāng)內(nèi);在輔助洞8#通道口布置1個(gè)直徑1.4 m 的抽水豎井，通過抽水豎井將集水倉(cāng)內(nèi)的水抽排至A 線輔助洞，沿A 線輔助洞排出洞外(圖1)。

3 排水系統(tǒng)施工和安裝方案

排水系統(tǒng)的施工工程量較小但工序較多，施工順序依次包括洞挖、支護(hù)、豎井、路面及基礎(chǔ)混凝土、管路安裝、水泵安裝、電纜及控制系統(tǒng)鋪設(shè)、檢修棧橋、沉渣池及濾渣網(wǎng)、調(diào)試等工序。

3.1 抽水豎井施工

抽水豎井連通引水隧洞內(nèi)的集水井和交通輔助洞的A線，豎井直徑1.4 m，豎井總高度約為65 m。采用反井鉆機(jī)施工，先按設(shè)計(jì)在輔助洞B 線8#通道口定位，然后進(jìn)行反井鉆機(jī)固定安裝，安裝時(shí)通過全站儀調(diào)整鉆孔方向和角度。在安裝固定后，先用反井鉆機(jī)開挖豎井導(dǎo)井，從上往下鉆進(jìn)直徑216 mm 導(dǎo)孔，直至導(dǎo)孔鉆鉆透導(dǎo)流洞拱頂后，更換直徑1.4 m 的擴(kuò)孔鉆頭，從下往上擴(kuò)孔。鉆導(dǎo)孔時(shí)巖屑由洗井液沿鉆桿與孔壁間的環(huán)行空間提升到平洞;擴(kuò)孔時(shí)巖屑靠自重落到排水洞。豎井施工順序如圖2 所示。

3.2 管路安裝

管路安裝主要包括豎井管路安裝和洞內(nèi)管路安裝兩大部分。

(1)豎井管路安裝。采用平板掛車(30 t)將排水管路運(yùn)至主集水倉(cāng)內(nèi)。豎井內(nèi)的排水管路安裝時(shí)，在輔助洞B 洞豎井上方設(shè)置好鋼支架和工字鋼作為支撐，在鋼支架上安裝20 t 手拉葫蘆進(jìn)行吊裝排水管，集水倉(cāng)內(nèi)利用已經(jīng)吊裝的排水管，在排水管下部焊接2個(gè)擋板，在擋板上繞上2 圈鋼絲繩，在鋼絲繩上安裝2個(gè)10 t 的手拉葫蘆，在準(zhǔn)備安裝的排水管上焊接2 塊鋼板，在鋼板上造2個(gè)手拉葫蘆掛鉤孔，已經(jīng)吊裝的排水管上安裝2個(gè)10 t 的手拉葫蘆配合挖掘機(jī)將準(zhǔn)備安裝的排水管豎立，在準(zhǔn)備安裝的排水管下部套上鋼絲繩，并用一個(gè)10t 的手拉葫蘆進(jìn)行位置調(diào)節(jié)，電焊工在升降車上進(jìn)行排水管對(duì)接焊，并將前一根排水管上擋板切割。為加快施工進(jìn)度方便排水管吊裝，排水管每6 m 進(jìn)行一次吊裝焊接。

圖1 錦屏二級(jí)引水隧洞西端富水地段逆坡施工排水系統(tǒng)(單位:m)

圖2 豎井施工順序示意

(2)洞內(nèi)管路安裝。采用平板掛車(30 t)將排水管路運(yùn)至2#引水隧洞內(nèi)，從每個(gè)集水倉(cāng)到橫向排水通道各布置2 道直徑400 mm 管路。管路連接采用法蘭盤螺栓連接，在排水管兩側(cè)焊接上法蘭盤，在洞內(nèi)邊墻用沖擊鉆施工掛鉤，裝載機(jī)配合人工對(duì)管路進(jìn)行螺栓連接，并將管路掛于洞內(nèi)邊墻，使其不影響后續(xù)的下部開挖施工。

4 抽水設(shè)備選型及布置

(1)主泵站。利用排水豎井，從下部集水倉(cāng)到輔助洞布置3條直徑400 mm 主管路，采用一次抽排方式排水。主泵站如圖3 所示，其水泵配備及參數(shù)見表1。

圖3 錦屏二級(jí)西端排水系統(tǒng)主泵站設(shè)備布置

表1 主泵站水泵配備及參數(shù)表

(2)洞內(nèi)泵站

水倉(cāng)布置:①在1#引水洞K4+580 位置布置一集水倉(cāng)，長(zhǎng)25 m，斷面按城門洞型設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)儲(chǔ)水能力720 m3;②在2#引水洞K4+520 位置布置一集水倉(cāng)，長(zhǎng)20 m，斷面按城門洞型設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)儲(chǔ)水能力540 m3;③從排水洞SK4+050 起，每300 m 布置一大集水倉(cāng)，長(zhǎng)20 m，斷面按城門洞型設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)儲(chǔ)水能力540 m3;每50 m 布置一小集水坑，坑長(zhǎng)寬深分別為4 m×2 m×2 m，設(shè)計(jì)儲(chǔ)水能力16 m3。管路布置:從每個(gè)集水倉(cāng)沿主洞到橫向排水通道各布置兩道直徑400 mm 管路。水泵配備及參數(shù)見表2。

表2 洞內(nèi)泵站水泵配備及參數(shù)

5 結(jié)束語

本研究在分析本工程特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合隧洞施工和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，對(duì)逆坡施工排水系統(tǒng)方案進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)排水系統(tǒng)的施工和設(shè)備安裝進(jìn)行了分析總結(jié)，形成了一套行之有效的富水地層大流量隧洞逆坡施工排水技術(shù)。該技術(shù)在本工程中的應(yīng)用，解決了隧洞逆坡施工排水難題，為今后類似工程提供了有價(jià)值的參考。

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