淺談隧道斜井抽排水技術

殷劉偉（中鐵十二局集團第二工程有限公司，山西　太原　030032）

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淺談隧道斜井抽排水技術

殷劉偉（中鐵十二局集團第二工程有限公司，山西太原030032）

隨著科學技術的發展，鐵路隧道施工技術也得到了很大的進步，相應的鐵路設計速度與建設標準也有一定的提高，而且由于我國復雜的地質結構以及有限的裝備水平導致一些特長隧道在設計施工時往往都需要增設輔助坑道，以此來增加工作面，從而實現長隧短打，配置資源以及縮短工期的主要目的，而斜井作為一種特有的輔助坑道在特長隧道施中得到了廣泛的應用。本文以普棚1號隧道工程為例進行分析，探討隧道斜井的抽排水技術以及防突涌水的相應措施。

隧道；斜井；抽排水技術

特長隧道大都具有工程地質，水文地質條件復雜等特點，尤其是在雨量充沛地區，隧道施工期間極易出現涌突水事故，而由于斜井在施工時其坡度大并且為反排水方式，所在地下水抽排難度較大，一旦發生涌突水事故將造成非常大的危害［1］，因此針對隧道斜井的施工必須采取有效的抽排水技術以保證工程的順利開展。

1　工程概況

本工程普棚1號隧道主要為雙線隧道，其起迄里程為D2K78+400～D2K92+195，全長13795m，隧道開工日期2012 年12月1日，交鋪日期2016年06月30日，工期43個月，其中正洞施工準備4個月，輔助坑道施工準備3～4個月。普棚1號隧道為Ⅰ級風險隧道，屬西南地區地質較為復雜隧道，為廣大鐵路擴能改造工程重點控制性工程。

本工程隧道共設2座斜井、1座平導輔助正洞施工，其中1號斜井工點為大里程方向為關鍵線路，該工點任務情況為：1號斜井斜長2120m，高差考慮 123.05m；斜井施工正洞3167m（小里程方向承擔1352m：反坡排水，大里程方向承擔1815m：順坡排水），正洞施工段坡度為10.5‰，高差14m；斜井施工平導3059（小里程方向承擔1254m：反坡排水，大里程方向承擔1805m：順坡排水）m，平導施工段坡度為10.5‰，高差13m；施工總長8346m，總高差137.05m（最大高差）。詳情如表1所示。

2　隧道斜井抽排水技術

2.1總體抽排水方案

輔助坑道的排水均為反坡排水，通常情況下通過機械水泵設置多級泵站進行接力排水［2］。斜井小里程方向正洞（平導）施工掌子面積水采用移動式潛水泵抽至就近移動水倉中，再由移動水倉抽至斜井與正洞交界處設置的泵站水倉中；斜井大里程方向正洞（平導）施工掌子面積水采用移動泵將積水抽至最近中心水溝中，通過中心水溝引排至斜井與正洞交界處設置的泵站水倉中；然后逐級將水抽排至洞外污水處理池中。

表1　普棚1號隧道1號斜井工點承擔各級圍巖長度表

斜井井底（X1K0+024～+030）進洞右側內設1個水倉，也就是1號水倉：深3m、寬4m、長5m、高3.5m，斜井井底（X1K0+ 035～+041）進洞的左側內設1個水倉，也就是2號水倉：深3m、寬4m、長5m、高3.5m，X1K0+046～+050處進洞左側設1個變壓器房（高4m、寬4m、高3.5m）；斜井洞身（X1K1+100～+ 107.5）進洞右側內設 1個水倉（深 3.1m、寬5m、長6.5m，高3.5m），斜井洞身（X1K1+113～+117）處進洞右側設1個變壓器房（長4m，寬4m，高3.5m）。斜井洞身布設2根管路直徑D= 150mm，設 2級泵站，高差基本均分，暫定一泵一管，出水量130m3/h。水倉內布設 2臺隧道專用耐磨合金泵（型號：100ZXSDB 75kW）；最大排水能力為6240m3/d。當斜井井進入正洞與平導后涌水量大于最大排水能力時，可在水倉內再增設2臺同型號水泵，采用二泵一管的方式抽排，直徑D=150管路出水量190m3/d，最大排水能力為9120m3/d（滿足隧道設計最大涌水量的抽排）。

正洞小里程布設2根管路直徑D=150mm（其中1根備用），設置移動水倉，將掌子面積水或涌水逐級抽排至斜井與正洞交界處的水倉中，然后逐級抽排至洞口污水處理池中。平導小里程布設1根管路直徑D=100mm，設置移動水倉，將掌子面積水或涌水逐級抽排至斜井與正洞交界處的水倉中，然后逐級抽排至洞口污水處理池中。

2.2設備配置計算

2.2.1高差計算

斜井井底水倉1號水倉至斜井洞身3號水倉高差64.024m，斜井洞身水倉至斜井洞口污水處理池60m。

2.2.2最大涌水量

進入正洞前每小時預測最大涌水量：600/24=25m3/h；進入正洞后每小時預測最大涌水量：5800/24=241.7m3/h。

2.2.3抽水機配置

隧道專用耐磨合金泵.型號：100ZXSDB 75kW。2、3號水倉抽水機配置見下表（若進入正洞后涌水量變大，再增設2臺水泵，已滿足隧道抽排水需要），具體如表2所示。

表2　抽水機配置表

2.3注意事項

（1）1號水倉位于斜井與正洞交界（三岔口）附近（X1K0+ 024～+030進洞右側），2號水倉位于斜井與正洞交界（三岔口）附近（X1K0+035～+041進洞左側），設計為Ⅴ級圍巖，在水倉（高3.5m）與變壓器房（高3.5m）施工過程中，上部（水倉：長6m×寬5m×高3.5m，變壓器房：長4m×寬4m×高3.5m）開挖時（斜井洞身支護完成后，施工襯砌時，右側預留水倉與變壓器房開挖部分），嚴格控制開挖進尺，采用弱爆破、人工與機械配合開挖，一次開挖不得大于1m，開挖后及時進行初期支護采用I16型鋼鋼架支護，間距1.0m，掛網噴射C25混凝土22cm厚，襯砌采用C25鋼筋混凝土，厚35cm，鋼筋間距、規格同該段斜井洞身襯砌鋼筋設置；水倉（四周預留50cm：長5m、寬4m、深3m）下部開挖必須是在上部支護完成后進行，開挖采用弱爆破、人工與機械配合分級開挖，一次開挖深度不得大于1m，及時對四壁進行支護（澆筑20cm厚C20混凝土），底板澆筑20cm C20混凝土。

（2）3號水倉位于斜井洞身（X1K1+100～+107.5）進洞右側，設計為Ⅲ級圍巖，在水倉（H=3.5m）與變壓器房（H=3.5m）施工過程中，上部（水倉：長7.5m×寬6m×高3.5m，變壓器房：長4m×寬4m×高3.5m）開挖時，嚴格控制開挖進尺，采用弱爆破、人工與機械配合開挖，一次開挖不得大于1m，開挖后及時進行初期支護掛網噴射C25混凝土15cm厚，若開挖后揭示圍巖與設計不符，圍巖變差，則增設I16型鋼鋼架；水倉（四周預留50cm：長6.5m、寬5m、深3.1m）下部開挖必須是在上部支護完成后進行，開挖采用弱爆破、人工與機械配合分級開挖，一次開挖深度不得大于1m，及時對四壁進行支護（澆筑20cm厚C20混凝土），底板澆筑20cm C20混凝土。

（3）洞內水流抽排至洞外污水處理池后，經處理達標后，方可排出；水倉內需設置爬梯，以方便施工人員對水倉雜物進行清理；3號水倉中部橫向設置1道高2m，寬4m，厚0.2m的混凝土墻，將水倉一分為二，以利于洞內水流進行沉淀，防止雜物堵管。水泵設置靠近斜井洞口一側；水倉靠斜井一側，必須設置防護欄，采用φ42鋼管制作，高0.8m；并在此處設置防撞墩（高0.4m，寬0.4m，厚0.4m），采用C20混凝土，以防止施工車輛與施工人員墜落至水倉內；X1K0+000～+035坡度調整為0.3%；X1K0+035～+275坡度調整為6.61%（原設計6.39）。

3　隧道斜井施工防突涌水還應具備的其他措施

3.1加強超前地質預測預報

（1）一般地段采用每循環1次地質素描和加深炮孔探測進行預報，地質素描圖應及時報送專業地質工程師進行分析，判斷是否需要采用其它超前探測手段。

（2）加深炮孔探測是每一開挖循環必備的預報手段。加深炮孔的孔位、數量按照掌子面大小和地質復雜程度確定，一般來說，全斷面探孔不少于3個 （拱頂部位1個，拱腰部位2個），臺階法鉆孔5個（拱部1個，拱腰2個，拱腳2個）孔深不小于5m。

（3）在設計斷層位置前后200m范圍內采用TSP及地質雷達全程覆蓋進行探測預報，TSP探測有效搭接長度不小于10m。地質雷達有效搭接長度不小于5m。如掌子面有涌水出現，則TSP探測有效搭接長度不少于30m。

（4）在距設計斷層影響帶前后50m范圍內或TSP預報的異常帶前30m范圍內進行超前水平鉆孔，探明地質及富水情況。布孔原則：鉆孔3個（拱頂部位1個，拱腰部位2個），搭接長度不小于8m。距異常帶前方10m對超前水平鉆孔進行加密細探，全斷面開挖布孔5個，拱頂1個，兩側拱腰、起拱線處各1個。

3.2及時注漿堵水

開挖通過后對已出水段盡快采取“限量排放”或“限能排放”的措施，避免已揭示出水段涌水量疊加給抽排水帶來困難。

3.3加大排水能力空全儲備

加大排水能力安全儲備，以作為“挖、堵”時間差的涌水抽排預案，以保證施工的順利進行。在具體施工中，當涌水總量超過排水能力的50%時，應加強水量動態監控，或增加排水設備，方可進行帶水作業，通過進行后注漿者水作業；當涌水總量達到排水能力的80%時，應停止開挖進行預注漿堵水作業或增加排水設備后，方能進行開挖，以防突涌水發生。

4　結束語

綜上所述，在特長隧道施工中，為了防止突涌水事故的發生，必須開挖斜井或增設其他的輔助坑道，而對于斜井的抽排水必須予以高度重視，可通過機械排水的方式，通過設置多級水泵站進行接力排水，其中主要的還是要在斜井內預定地方設置不同參數的水倉，對于污水也要經處理后方可排出。本文以普棚1號隧道工程為例進行分析，探討隧道斜井的抽排水技術以及防突涌水的相應措施，以期對我國的隧道斜井抽排水提供一定的參考。

［1］王 鑫.西山特長隧道斜井抽排水技術［J］.公路，2014，05：178～180.

［2］尹 晨.斜井施工的長大隧道抽排水施工技術探討［J］.企業技術開發，2012，28：37～39.

殷劉偉（1982-），男，工程師，本科，主要從事施工設備管理工作。

U453.6

A

2095-2066（2016）19-0211-02

2016-5-25