強富水地層大流量隧洞逆坡施工排水技術

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，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、西兩端掘進施工，西段采用礦山法施工，在樁號DK4+450 后進入T2b白山組強富水地層。為解決該段逆坡施工排水問題，專門設計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，并經施工排水洞自流排放。然而，當引水隧洞西段施工到該段強富水地層時，施工排水洞施工嚴重滯后，尚有5000 m 多洞段未開挖。白山組強富水地層具有“出水帶寬、連續且空間分布;出水點多、單點水量大、流量穩定;壓力大、壓力衰減快”等特點，逆坡排水難度極大。

為了解決這一施工難題，通過優化研究并結合現場實踐，在分析地下水揭露情況及進度目標的基礎上，深入研究了富水地層大流量隧洞逆坡施工排水技術，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，保證了引水隧洞強富水地層逆坡施工的順利進行。

2 排水系統方案設計

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)已開通運營?；诖?，結合引水隧洞施工情況、進度目標計劃及未開挖洞段預測地下水量分析，對該段強富水地段的引水隧洞施工排水方案進行了設計，通過不斷優化，最終形成了利用已運營的交通輔助洞的A 線的逆坡施工排水系統方案:在DK 4+096 處設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邊墻處設置一集水倉，將隧洞內涌水通過掌子面抽排設備集中到集水倉內;在輔助洞8#通道口布置1個直徑1.4 m 的抽水豎井，通過抽水豎井將集水倉內的水抽排至A 線輔助洞，沿A 線輔助洞排出洞外(圖1)。

3 排水系統施工和安裝方案

排水系統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、豎井、路面及基礎混凝土、管路安裝、水泵安裝、電纜及控制系統鋪設、檢修棧橋、沉渣池及濾渣網、調試等工序。

3.1 抽水豎井施工

抽水豎井連通引水隧洞內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。采用反井鉆機施工，先按設計在輔助洞B 線8#通道口定位，然后進行反井鉆機固定安裝，安裝時通過全站儀調整鉆孔方向和角度。在安裝固定后，先用反井鉆機開挖豎井導井，從上往下鉆進直徑216 mm 導孔，直至導孔鉆鉆透導流洞拱頂后，更換直徑1.4 m 的擴孔鉆頭，從下往上擴孔。鉆導孔時巖屑由洗井液沿鉆桿與孔壁間的環行空間提升到平洞;擴孔時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)將排水管路運至主集水倉內。豎井內的排水管路安裝時，在輔助洞B 洞豎井上方設置好鋼支架和工字鋼作為支撐，在鋼支架上安裝20 t 手拉葫蘆進行吊裝排水管，集水倉內利用已經吊裝的排水管，在排水管下部焊接2個擋板，在擋板上繞上2 圈鋼絲繩，在鋼絲繩上安裝2個10 t 的手拉葫蘆，在準備安裝的排水管上焊接2 塊鋼板，在鋼板上造2個手拉葫蘆掛鉤孔，已經吊裝的排水管上安裝2個10 t 的手拉葫蘆配合挖掘機將準備安裝的排水管豎立，在準備安裝的排水管下部套上鋼絲繩，并用一個10t 的手拉葫蘆進行位置調節，電焊工在升降車上進行排水管對接焊，并將前一根排水管上擋板切割。為加快施工進度方便排水管吊裝，排水管每6 m 進行一次吊裝焊接。

圖1 錦屏二級引水隧洞西端富水地段逆坡施工排水系統(單位:m)

圖2 豎井施工順序示意

(2)洞內管路安裝。采用平板掛車(30 t)將排水管路運至2#引水隧洞內，從每個集水倉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，在排水管兩側焊接上法蘭盤，在洞內邊墻用沖擊鉆施工掛鉤，裝載機配合人工對管路進行螺栓連接，并將管路掛于洞內邊墻，使其不影響后續的下部開挖施工。

4 抽水設備選型及布置

(1)主泵站。利用排水豎井，從下部集水倉到輔助洞布置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，其水泵配備及參數見表1。

圖3 錦屏二級西端排水系統主泵站設備布置

表1 主泵站水泵配備及參數表

(2)洞內泵站

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

表2 洞內泵站水泵配備及參數

5 結束語

本研究在分析本工程特點的基礎上，結合隧洞施工和現場試驗，對逆坡施工排水系統方案進行了優化設計，對排水系統的施工和設備安裝進行了分析總結，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。該技術在本工程中的應用，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值的參考。

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