隧道大傾角富水斜井抽排水的施工技術

摘要：在特長山嶺隧道施工過程中，一般會使用斜井作為運輸通道或通風通道。在進行斜井施工過程中，當地表水比較豐富時，會使通風斜井的施工難度增大，為保證斜井施工的順利開展，需要合理地進行抽排水設計。文章對斜井的地質情況和涌水量比較大的原因進行了分析，然后根據工程的具體情況對隧道大傾角富水斜井抽排水施工技術進行了探討。

關鍵詞：隧道施工；大傾角富水斜井；涌水量；潛水泵；抽排水施工技術 文獻標識碼：A

中圖分類號：TU74 文章編號：1009-2374（2017）08-0216-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.08.106

1 工程概況

米拉山隧道左線起迄樁號為：ZK4478+780～ZK4481+687，長2907m；右線起迄樁號為：YK4478+760～YK4481+700，長2940m。采用分離式雙洞布置，燈光照明，機械通風，設置8處行人橫通道、4處行車通道及1處變電所橫洞。左洞縱坡坡度（%）/坡長為2.5/46.741/1.15/3093.259、-0.5/2510、-3.71/77，右洞縱坡坡度（%）/坡長為2.5/90/1.15/3030、

-0.5/2510、-3.79/90。斜井長度1045m，縱坡坡度（%）/坡長為-10/1045，斜井與左線交于ZK4478+950。米拉山隧道海拔高度為4680～5350m，相對高差達670m以上。區內山川走向為南北向和東西向，河谷走向多為南北向，構成極高山、高山為主體的高原山地地貌。米拉山隧道進口海拔4752m、出口海拔4774m、斜井口海拔4890m，空氣稀薄，交通不便。米拉山隧道正洞設計一般涌水量為8647.44～12139.2m3/d，米拉山隧道斜井涌水設計為可能出現基巖裂隙水。

2 斜井已施工段地質、水文情況

米拉山隧道斜井的地質普遍比設計地質差，現場揭示地質為全風化～強風化凝灰質砂巖、節理裂隙極發育、巖體破碎、裂隙水發育，截止目前施工的原設計Ⅲ級圍巖全部變更為Ⅳ級、Ⅴ級。米拉山隧道斜井原設計未描述有大量地下水涌出情況。從2015年9月20日開始，斜井掌子面出現涌水，涌水量約1200方/天，整個開挖段呈淋雨狀涌水、股狀承壓涌水。目前掌子面里程為XJ0+657，隨著開挖的推進，隧道斜井掌子面涌水逐漸增大。

3 斜井隧道涌水量較大的原因分析

米拉山隧址地區地下水較豐富，主要有冰雪融化水和大氣降水補給，因為米拉山常年雨雪天氣，并且冰雪融化比較快，大量的冰雪融化后會直接從破碎巖體通過然后滲透到地下。在隧道開挖后會逐步形成較為通暢的地下水排放通道，米拉山隧道斜井井身左側為一大型自然沖溝，整個斜井地表區域大氣降水全部通過沖溝匯水直接從裂隙滲入斜井；米拉山隧道斜井左側約300m為大片濕地，濕地位于山洼處，匯水面較大，常年積水，大量的濕地積水通過裂隙滲透至地下，是隧道地下水發育的主要原因之一。

4 斜井抽排水施工

4.1 水泵布置

由于米拉山隧道斜井設計為10%的下坡施工，斜井涌水只能通過高揚塵水泵、布置水管逐級抽排而出。同時，斜井的抽排水組織是減少斜井施工干擾、提升斜井施工進度的關鍵因素。根據工程的具體情況，設計采用反坡機械進行排水。實際施工時，只需要設置泵站抽水。在工程施工過程中，掌子面會臨時布置集水坑，然后使用水泵將隧洞中的水抽排到泵站中，然后抽到洞口進行凈化處理后排放出去。目前，該地區每天的涌水量為1200m3，因此需要在該段布置一個臨時泵站，泵站和洞口之間的距離保持在420m，使用抽水泵將其抽排到洞外。排水管分別選用一根Φ108管道和一根Φ150管道，泵站之間的高度差為420×10%=42m。設計泵站每小時的最低排水量為1200÷24=50m3，考慮高原因素乘以1.2系數。那么在泵站不是水泵的排水量要求大于50*1.2=60m3/h，揚程不小于42m。選用7.5kW，排水量20m3/h，揚程50m污水泵2臺；11kW，排水量35m3/h，揚程50m污水泵1臺，滿足排水需要，水泵配置詳情見表1。由于水泵為易損件，因此按照一用一備一修的原則進行布置，此外還布置了小型潛水泵用來進行小范圍的抽水。本工程在選擇水泵時，主要對比了潛水泵和多離心泵兩種類型，具體分析如下：（1）潛水泵。潛水泵價格超過10萬/臺，根據計算，管路損失揚程為34m，垂直落差為110m，選型按照110+34=144m，根據選型手冊，水泵選型為170m，流量為300m3/h，功率220kW，長度6m。根據現場實際運行情況，潛水泵體積過長，清淤不方便；（2）多級離心泵型號：D280-43*4，流量280立方/時，揚程172m，功率200kW（平原功率），外觀尺寸為長3m*寬1m*高925mm，重量約1.3t。多級離心泵低于8萬元/臺，具有維護方便、方便檢修等特點。

綜合對比后，水泵選擇為多級離心泵，密封采用機械密封（普通多級水泵采用盤根密封，使用中需要人為根據間隙大小及時壓緊盤根），功率按照平原200kW配備相應的高原電機。

為了盡可能降低涌水對斜井掌子面造成的影響，在施工過程中采用多設積水坑的方式進行布置，掌子面每隔15m布置一個小型的集水坑，每間隔50m布置一個中型的積水坑，每間隔200m布置一個大型的積水坑。為了降低斜井施工期間抽水的工作量，降低運營工程中襯砌滲水風險，需要在不對斜井掘進施工產生影響的基礎上，使用全環徑向注漿的方法進行堵水處理。

4.2 水池設計和施工

在進行水池設計時，需要綜合考慮沉淀、過濾、清淤激光方面，在底部布置一個長度為25m、寬度為7.5m的蓄水池。蓄水池的中間設置過濾墻，對水進行過濾后排入到清水池中，水泵自吸一次揚程至洞口位置。水池容積按照長25m*寬4m*深2.5m設計，其中開挖寬度為7.5～8m，預留挖掘機清淤3.5～4m通道。實際儲水容積約250m3。過濾墻按照3級過濾，一級蓄水。水流速按照0.05～0.07m/s設計，最適合沉淀。一級沉淀4*4.69m，二級沉淀4*4.69m，三級沉淀4*4.69m，清水池4*4.69m。利用預留的挖掘機通道每三天進行一次清淤。在清淤時，水泵系統輪換到第二水池。

4.3 突泥、涌水處理

在施工過程中，遇到軟弱破碎、地下水發育的地段時，需要進行超前地質探測預報，并做好超前支護工作，及時將泄水孔打設好，探測前方圍巖的基本情況，將鉆探到的地質情況及時向項目領導反饋，對出現涌泥和突水的概率進行分析。如果出現突泥涌水的可能性比較大，則需要立即向駐地辦和總監辦、業主、設計院上報。要求設計院設計防止突泥涌水發生的施工方案。在出現突泥、涌水事故后，要立即啟用工區制定的突泥涌水應急預案，并結合流量的大小確定出具體的引排水方案，及時將洞內的積水排出，保證后續處理工作可以及時開展。

5 抽排水施工管理措施

根據目前地質揭示，施工過程中可能會產生突泥涌水。所以，做好施工排水管理工作至關重要。主要采取的措施如下：（1）配備足夠的抽水設施，保證抽排水作業的施工進度和作業安全；（2）對各種排水機械設備的操作規范和維護保養細則進行完善，并做好交底工作，要求施工人員做好機械設備的養護工作，避免排水施工時出現突發故障，影響施工的順利開展；（3）采用綜合物探手段和多種超前水平鉆探措施進行互相印證，提前確定出有可能出現突、涌水的段落或位置，避免產生不良后果；（4）當涌水類型為基巖裂隙水時，如果涌水在長段落范圍時，可以按照“適量排放”的原則實施隧道施工排水，當涌水在比較段的范圍內集中出現時，使用徑向注漿的方式進行堵水，當涌水量比較大，并且對隧道掘進速度造成了比較大的影響時，則需要使用超前注漿和帷幕注漿技術來提高隧道施工的施工效率。在施工過程中，如果遇到大集中涌水時，需要立即使用局部注漿的方法進行封堵，并對余下的小股涌水集中進行引排；（5）在對水量比較大的區域進行開挖施工時，要做好監測工作，及時進行回歸分析，發現有異常出現時及時制定應對措施；（6）要配備足夠的啟動柜、變壓器、電容柜、發電機等電力保障設備，當有電壓異常、停電等情況出現時要利用發電機組進行發電，保證排水工作順利實施；（7）在隧洞各個泵站處均備有軟管連接頭、水管以及過濾網，以便在檢修管路或者出現應急情況時作為應急管道使用。

6 結語

實踐證明，在大傾角富水斜井施工過程中，抽排水工作是非常重要的一個環節，只有認真做好抽排水工作才可以保證隧道工程的施工進度，從而為隧道各項工序的順利開展提供保障，提高企業的經濟效益。本工程在采用上述措施進行抽排水后，保證了隧道工程的施工進度，順利完成了施工，值得類似工程借鑒和參考。

參考文獻

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作者簡介：高海欣（1982-），男，河北保定人，中鐵十二局集團第一工程有限公司工程師，研究方向：隧道施工技術。

（責任編輯：秦遜玉）