TBM施工隧洞長距離、大埋深反坡排水技術

婁廣明+車金麗

摘要：目前TBM施工在國內已經廣泛應用于水利、交通、煤礦等行業，施工環境越來越趨于復雜，本文結合TBM施工工法，解決隧洞長度5.3km、地下埋深615m、反坡坡度為11.5%的反坡隧洞施工中的排水問題，設計了一套較為完善的反坡排水備用系統，可供類似工程施工參考。

關鍵詞：TBM掘進機、長距離、反坡排水。

1、工程概況

1.1工程簡介

本T3勘探試驗洞進口高程約1176.948m，與主洞交點高程571.384m，明槽長度203.628m，隧洞長度5352.247m，采用TBM掘進機開挖，斷面型式為圓形，開挖斷面尺寸8.0m。勘探試驗洞縱坡11.5%，開掘進完成后，通過回填混凝土改造縱坡，洞身改造后形成為200m長12.26%的陡坡+20m長3.9%的緩坡。井底布置30m長縱坡為零的洞段，采用豎曲線為1000.0m圓弧與陡坡段連接。

1.2水文地質條件

（1）地形地貌

工程區主要位于阿爾泰山南坡剝蝕丘陵區內。總地勢北高南低、東高西低，由東北向南西緩慢傾斜，海拔高程1150～1200m，地形起伏不大，多為剝蝕殘丘，一般高差10～20m，最大高差約30m，基巖大多裸露，主要為戈壁荒漠地貌。根據地質測繪結合鉆孔揭露的地層巖性主要為：角閃安山玢巖、輝石安山玢巖及石炭系凝灰質砂巖，厚層狀結構，巖石堅硬，巖體完整。

（2）試驗洞分段工程地質條件評價

0-028.00～0+042.50m：該段巖性為角閃安山玢巖、輝石安山玢巖，處于強風化巖體中，強風化厚3～5m，由于風化影響，巖體呈塊狀結構、裂隙面切割，洞身圍巖較破碎，屬于Ⅴ類圍巖。估算該隧洞段總涌水量Q=0.17m2/h。

0+042.50～0+106.30m：該段巖性為角閃安山玢巖、輝石安山玢巖，處于弱風化～微風化巖體中，巖體較完整，地下水為基巖裂隙水，涌水量小，以滲水、滴水為主，地下水對普通混凝土具有強腐蝕性，對混凝土結構中的鋼筋具有中等腐蝕性。估算該段隧洞段總涌水量Q=0.26m2/h，該段洞身圍巖較完整，屬于Ⅳ類圍巖。

2、TBM施工反坡排水技術方案

2.1排水量估算

T3勘探試驗洞總長5352.247m，即樁號：0-028.00～5+324.247。根據地質資料，該隧洞段總涌水量Q=36m2/h，涌水量并不大，主要為基巖裂隙水。考慮TBM掘進機施工的廢水排放量為5m3/h，試驗洞施工的總涌水量41m2/h。排水系統按照1.2倍安全系數儲備，最大排水量取50m3/h。

2.2反坡排水方案

T3勘探試驗洞在施工過程中的洞內滲涌水及施工廢水，采用強排措施，即收集順坡匯集至TBM設備主機位置的積水，采用潛污泵抽排至TBM掘進機后配套設置的水箱，經初步沉淀后，再由高揚程水泵分級泵送至洞外污水處理系統，污水處理能力不小于50 m3/h。由于試驗洞總長5352.2m，坡度11.5%，排水系統需滿足615m高度揚程要求，即采用多級固定水箱逐級強排方式，固定水箱形成之前采用臨時水箱，固定水箱布置間距1000m，共分五級排水，

2.3排水流程

TBM掘進起始樁號：0+352.00。在掘進機后配套1#、2#以及11#臺車上設置固定水箱，當TBM掘進548m至樁號：0+900.00位置時，在樁號：0+750.00形成一級固定水箱，排水高度111.5m；當掘進1548m至樁號：1+900.00位置時，在樁號：1+750.00形成二級固定水箱，排水高度115m；當掘進2548m至樁號：2+900.00位置時，在樁號2+750.00形成三級固定水箱，排水高度115m；當掘進3548m至樁號：3+900.00位置時，在樁號3+750.00形成四級固定水箱，排水高度115m；當掘進5348m至樁號：4+900.00位置時，在樁號4+750.00形成五級固定水箱，排水高度115m。在形成一級至五級固定水箱前采用臨時水箱接力后配套臺車上的固定水箱，臨時水箱間距350m，最大排水高度43m，起緩沖作用。形成一級水箱之前，在樁號：0+150.00、0+500.00位置設臨時水箱。總體排水流程：TBM主機→后配套臺車固定水箱→臨時水箱→各級固定水箱→洞外污水處理系統，

2.4排水管選擇

（1）隧洞管路

排水管選型計算如下：

排水管直徑：dp=（4Q/（3600×π×V））1/2

=（4×50/（3600×π×1.5～2.2））1/2=110～90mm。

式中： Q―流經管內流量（m3/h）；

V―管口水流速度，一般排水管口V=1.5～2.2 m/s。

選用DN125的無縫鋼管，為確保施工中的安全，管路設置兩條，一備一用，每條管路長度為1000m。

（2）TBM設備管路

TBM設備后配套2#臺車水箱至11#臺車水箱之間設置3條膠管，與潛污泵配套使用；11#臺車水箱兩條管路與排水卷盤相連，另條備用作為涌水時應急管路。另外，設置1條DN50膠管，在隧洞主管路接續時，將管路中存水放入11#臺車水箱。

2.5水泵安裝

排水設備布置主要考慮到施工快速、安裝快捷、檢修維護方便等因素，TBM設備以及臨時水箱部位采用潛污泵，其它各級排水選用離心泵方案。水泵吸水口設置吸水過濾裝置，以避免將顆粒較大的砂粒及碎石吸入泵內，從而影響水泵內的電動機殼及水泵葉輪等，以延長水泵使用壽命和提高排水效率。水泵設置自動液位控制裝置，以避免水面過低而吸入空氣產生氣蝕現象。液位自動控制裝置設置有水位傳感器，水箱的排水水位控制最低水位為1.0m，由水箱底部算起，當水位低于1.0m時水泵自動跳閘停止排水。

2.6管路布置

排水管路布置主要考慮到隧洞斷面大小、車輛運行方便、安裝快捷、檢修維護方便等因素。由于管路直徑不大，從水箱出來的兩條管路采用并排垂直排列。排水管路均選用無縫鋼管，排水系統管路規格為φ133×5。管路連接采用法蘭盤接頭進行連接，沿隧洞進洞方向右側敷設，管路采用錨桿固定于側墻上方。管路設置閘閥、止回閥，避免水流倒流毀壞水泵。

3、安全及應急措施

為了確保排水系統的安全穩定，避免TBM設備被淹，排水系統采用多重保險措施：

（1）雙條管路：各級固定水箱之間布置兩條排水管路，單管單泵，確保一條排水管路出現故障時，另一條排水管路立即進入工作狀態。（2）雙重水泵保險：為確保排水系統能夠萬無一失，在每級固定水箱，均配備2套水泵，采用“一用一備”原則，即在每級水箱內均布置2臺水泵，其中1臺正常運行排水，1臺隨時待命作為備用。（3）雙回路供電線路：水泵的供電線路均采用雙回路，智能切換供電線路，避免線路斷電導致排水系統不能工作。（4）應急備用發電機：施工現場設置1套應急備用發電設備以及升壓變壓器，在遇突發性事件時，能夠為斜井的通風系統和強制抽排水系統，提供應急供電。

4、結語

TBM隧洞施工在我國已經被廣泛應用，施工過程中的廢水及涌水是影響TBM設備安全和工程進度的大問題，排水工作不利不僅會造成TBM設備的嚴重損壞，也會嚴重影響工程工期和企業的經濟效益，更會對TBM隧洞掘進這一先進施工方法的推廣應用造成不利影響。在本工程排水系統運行過程中，操作性強，工作效率高，解決了施工中長距離、反坡排水問題，保證了TBM設備的正常運行，對類似工程具有一定參考價值。endprint