富水地段隧道大反坡排水施工技術研究

白建山

近年來，隨著國家重點工程對富水隧道反坡排水施工的安全、質量、施工進度及施工環保等要求的不斷提高，小集水坑排水和長距離集水坑排水進行綜合考慮，解決一般情況下抽水機多，而且要開挖反坡段水溝，減少安裝排水管的數量，避免掌子面臨時抽水機需要隨掌子面的掘進而拆遷前進等繁瑣步驟，綜合布設集水井、水泵，為長距離反坡施工提供技術保障。

一、前言

隨著越來越多的大反坡隧道施工開始采用斜井反坡排水技術，這項技術也更加被人們所關注，反坡排水主要是通過水箱、泵體和管路所組成的排水系統將隧道內地下水排出隧道外，隧道斜井反坡排水技術能夠根據隧道內滲水的水量來調節各水箱污水管路和水泵的個數，整體系統的穩定性高、應對變化能力強并且工作人員極易上手。隧道反坡排水采用分段倒流施工，但優缺點明顯，目前國內的設計和施工經驗相對欠缺，相應的施工技術和方法不夠完善。本文以大龍潭隧道出口段施工反坡排水為例，采用分段倒流施工，對小集水坑排水和長距離集水坑排水進行綜合考慮，能夠提升施工質量、保障施工安全。

二、工程概況

1.工程簡介

大龍潭隧道為分離式隧道，左幅起止樁號為ZK134+645～ZK135+795，全長3750.204，所在路段縱坡為+2.47%；右幅起止樁號為YK134+585～YK135+765，全長3783.551，所在路段縱坡為+2.488%。隧道區最大埋深約620m，左右幅隧道測中線距離約30～20.1m，海拔高程介于2240～2910m之間。本隧道采用雙向開挖，本公司（總承包）承建出口段從麗江端單向開挖方式。隧道內排水為反坡排水，垂直高度計算如下：

ZK133+909-ZK135+715段1806×24.77‰=44.73m；

YK133+881-YK135+667段1786×24.88‰=44.44m。

2.工程地質概況

隧道址區位于北東向構造體系的程海斷裂與麗江-劍川斷裂之間。隧道區第四系覆蓋層厚度分布較均勻，下伏基巖以角礫巖、白云質灰巖、白云巖為主。洞身段風化程度不均，差異風化明顯，受構造影響，巖石節理發育，巖體破碎。

3.隧道涌水量

本隧道下伏基巖為下第三系麗江組三段灰巖角礫巖段及三疊系中統北衙組中段白云質灰巖。根據本隧道的勘察現狀，水文地質條件，結合地形、構造等地質特征以及所搜集的測區水文地質資料，選用降水入滲法、地下水動力學法計算隧道涌水量。

（1）降水入滲法

降水入滲法公式：Q=2.74ɑ·W·A（m3/d）

式中ɑ：入滲系數；

W：多年平均降水量（mm）；

L：隧道通過含水體的長度（km）；

B：L長度內對隧道兩側的影響寬度（km）。

根據隧道洞身各巖組地層出露位置、巖性、地質構造、節理裂隙發育情況，地貌形態及在本水文地質單元中的徑流條件，據區域水文地質普查資料，選擇如下入滲系數數值：

本區主要為白云質灰巖，局部為灰質角礫巖，ɑ=0.25（1/s·km2）；W=960mm；A=L×B=3.748×3=11.244（km2）。

Q1=2.74×0.25×960×11.244=7394（m3/d）

隧道正常涌水量為7394m3/d。雨季動態系數采用1.5，則預測隧道最大涌水量約為11091m3/d。

（2）地下水動力學法

采用柯斯嘉科夫公式計算正常涌水量：

式中：K－滲透系數（m/d）；

B－隧道通過含水層的長度（m）；

H－靜止水位至隧道底的深度（m）；

R－隧道排水影響半徑（m）；

r－隧道寬度的一半（m）；

S－隧道水位降低，其中r=6.5m，假設S=H。

隧道正常涌水量為8013m3/d。雨季隧最大涌水量為12000 m3/d。為確保隧道施工安全，故采用地下水動力學法預測的結果12000m3/d作為隧道最大涌水量。

三、排水施工方案

1.總體排水方案

大龍潭隧道縱坡為左洞-2.477%、右洞-2.488%，采用三級泵站排水方案，即：在進口外中央分隔帶（此處為分離式路基）處設一固定集水坑（1號集水坑），進洞后，作業面附近設臨時集水坑，開挖斷面的滲水、涌水匯集后，用水泵抽排至洞口外的固定集水坑。隧道施工至4、5號人行橫洞處時，及時施工此處的人行橫洞，在橫洞內設一固定集水坑（3、2號集水坑），前方工作面的水匯集抽排至3號集水坑，再次抽水排至2號集水坑，直到隧道貫通。1號集水坑的水沉淀后經路基排水溝流右洞口鐵路涵洞排出。大龍潭隧道雨季最大涌水量為12000m3/d，按施工段落考慮出口端施工一半則涌水量按6000 m3/d計。

排水管線布置示意圖

2.抽水機配置

按最大涌水量考慮排水能力，選用大流量、低揚程抽水機，設備分階段投入。選用250WQ200-40-45型污水泵，流量200m3/h，揚程40m，功率45kw。

掌子面處活動泵站選用WQL-10-7.5型潛水泵，排水能力為100m3/h，數量根據掌子面的水量配備，施工中不少于3臺。

工作水泵按使用6臺、備用2臺、檢修2臺配備。

3.泵站級數的確定

采用如下公式計算：

泵站級數：m=（L×Z）/（h×r）；

L－反坡抽水長度，L=1806m（左線），L=1786m（右線）；

Z－隧道排水坡度，Z=24.7‰（左線），Z=24.88‰（右線）；

h－水泵揚程，h=40m；

r－壓力折減系數，取0.5；

m=2.35，在施工中設3級泵站。

4.抽水機數量

抽水機數量：n=V/（v×24×a）；

V－洞內涌水量，取V= 6000m3/d；

v－抽水機排水量，v=200 m3/h；

a－流量折減系數，取a=0.85；

n=1.47，取每級泵站需設2臺抽水機。

5.水倉容量

水倉容量：泵站水倉容量按15min最大涌水量考慮，并考慮施工和清淤方便綜合確定。

（6000÷24÷60）×15=62.5m3/d。

設計水倉尺寸長12m×寬3m×高2m，容量72m3。

四、排水系統設計

1.排水線路

2.抽水設備配置

抽水設備配置表

3.管線

工作管路的能力應滿足在20h排除工區24h正常涌水量，在可能出現較大涌水、突水的隧道內應設置備用管路，能力不小于工作管路能力。本隧道臨時集水坑向固定集水坑排水使用1套為Φ100mm消防軟管，1號和2號集水坑間采用2套Φ200mm無縫鋼管（一套檢修備用，一套日常使用）。

4.臨時集水坑設置

集水坑的容量按該段15min的匯水量（按最大涌水量計算）加上施工用水量合計確定，按最大涌水量計算，集水坑尺寸為：一般長3m×3m×高1m，容量9m3，可根據實際情況進行調整大小。

5.固定集水坑設置

固定集水坑容量按該段15min的匯水量（按最大涌水量計算）加上施工用水合計確定，按最大涌水量計算，其結構尺寸為3m×4m×2m（3個），容量72m3，可根據隧道開挖后的實際情況進行調整。

6.排水供電

為確保洞內排水正常進行，不因電路問題導致抽排工作的間斷，設置一條專用供電線路。由于水泵功率較大，電源電壓為380V，所以泵站用電引入380V穩定電源。未施工二襯的路段兩側設置排水溝，排水溝的大小依據隧道涌水量的大小確定，確保洞內滲水通過兩側排水溝進入臨時集水坑內，防止洞內道路上水漫流。

五、結語

本文基于大龍潭隧道反坡排水施工技術，采用分段倒流施工，對小集水坑排水和長距離集水坑排水進行綜合考慮，提升施工質量、保障施工安全及縮短施工工期。