隧道陡坡斜井抽排水施工技術(shù)

馮興龍

(中鐵隧道集團(tuán)二處有限公司，北京100010)

特長(zhǎng)隧道施工工期長(zhǎng)的弊端通常采用隧道中間段修建斜井增加工作面的方法解決，與此同時(shí)面臨反坡排水問(wèn)題。特長(zhǎng)隧道多水文環(huán)境復(fù)雜，水量較大。

1 概述

1.1 工程概況

新建蒙西至華中地區(qū)鐵路煤運(yùn)通道重點(diǎn)控制工程MHSS-3標(biāo)段中條山隧道起訖里程為：DK615+050～DK633+505，全長(zhǎng)18.455 km。中條山隧道線(xiàn)路穿越中條山山脈。二工區(qū)承擔(dān)隧道2號(hào)、3號(hào)斜井及相應(yīng)正洞任務(wù)，3號(hào)斜井長(zhǎng)2 045 m，綜合坡度為11.34%，為全隧關(guān)鍵線(xiàn)路。

1.2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

3號(hào)斜井正洞施工區(qū)間主要穿越寒武系泥質(zhì)條帶灰?guī)r及鮞狀灰?guī)r段，節(jié)理裂隙發(fā)育，局部發(fā)育小型溶腔、溶孔；地下水發(fā)育，多為巖溶裂隙水，呈股狀涌水、線(xiàn)性淋水，為全線(xiàn)涌水量最大的隧道(見(jiàn)表1)。

2 施工情況

截至目前，中條山隧道3號(hào)斜井正洞右線(xiàn)開(kāi)挖支護(hù)累計(jì)1 700 m，左線(xiàn)累計(jì)1 230 m，完成施工任務(wù)45%；仰拱及二襯已全面展開(kāi)施工。目前洞內(nèi)施工環(huán)境差，作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高，施工難度大，開(kāi)挖、仰拱帶水作業(yè)施工降效40%，工期壓力大，現(xiàn)階段抽排水量達(dá)65 000 m3/d(2 700 m3/h)。

3 反坡排水施工技術(shù)

3.1 總體思路及工藝流程

排水方案總體思路為：斜井期間采用一級(jí)泵站抽排水方式，為鋼板集水泵站；進(jìn)入正洞后采用二級(jí)泵站抽排水，斜井中部位置鋼板集水箱為二級(jí)泵站、井底副聯(lián)處集水坑為一級(jí)泵站。洞內(nèi)涌水通過(guò)一級(jí)泵站提升抽排至二級(jí)泵站，再由二級(jí)泵站提升至三級(jí)沉淀池，經(jīng)三級(jí)沉淀池后排出洞外。3號(hào)斜井抽排水平面布置圖見(jiàn)圖1。3號(hào)斜井抽排水工藝流程圖見(jiàn)圖2。

3.1.1第一階段排水方案(3號(hào)斜井未進(jìn)正洞前)

在斜井中部設(shè)固定集水箱，采用16 mm厚鋼板焊接而成，尺寸為2 m×3.3 m×18 m，容積120 m3。掌子面設(shè)移動(dòng)水箱尺寸為1.5 m×1.5 m×6 m，容積為13.5 m3，采用16 mm厚鋼板焊接加工而成，水箱內(nèi)設(shè)角鋼對(duì)撐加固。移動(dòng)水箱隨掌子面開(kāi)挖進(jìn)度移動(dòng)。掌子面污水利用水泵排入水箱內(nèi)，再通過(guò)水泵提升排入洞外三級(jí)沉淀池內(nèi)。

3.1.2第二階段排水方案(進(jìn)正洞后)

在斜井底岔口副聯(lián)處設(shè)置集水坑，集水坑尺寸為2 m×7.5 m×20 m，容積為300 m3。集水坑設(shè)置于填充內(nèi)，位于道路正中間，集水坑四周采用30 cm厚C30模筑混凝土一次性澆筑成型，上鋪鋼板，架設(shè)鋼管護(hù)欄。

3.1.3排水管路布置

管道水流速度選擇適當(dāng)，過(guò)大會(huì)增大阻力和水泵用電量過(guò)度消耗，過(guò)小會(huì)浪費(fèi)管路的投入和泥沙沉積等，綜合考慮管道內(nèi)水流速度控制在2.8 m/s。

直徑300 mm,200 mm排水管過(guò)水量計(jì)算如下：

直徑300 mm排水管過(guò)水量為700 m3/h，直徑200 mm排水管過(guò)水量為316 m3/h。

何良諸仿佛遭受重重一擊，癱仰在座椅上，渾身陰溲溲。趙集把他從井下瓦斯禁區(qū)背出來(lái)，送進(jìn)小勺酒店，侍候他吃侍候他喝，養(yǎng)息好后，把他送回北大坎市。從此他柳暗花明，步步高升，一去不回頭。萬(wàn)萬(wàn)沒(méi)有想到，他們這樣重逢了！

1)洞內(nèi)排水側(cè)溝排水能力約3 000 m3/h。

2)在保證正常施工的情況下，網(wǎng)電最高能滿(mǎn)足3 300 m3/h抽水設(shè)備負(fù)荷量。

根據(jù)以上兩條綜合考慮，3號(hào)斜井正洞抽排水量上限定為3 300 m3/h。超過(guò)上限時(shí)，考慮徑向注漿堵水。

洞內(nèi)排水管路設(shè)置5趟300 mm,2趟200 mm,1趟100 mm，其中5趟300 mm管路作為常用排水管，2趟200 mm,1趟100 mm管路作為備用排水管路。

總抽排水量為5×700=3 500 m3/h，大于當(dāng)前實(shí)際涌水量(2 700 m3/h)，可以滿(mǎn)足施工。3號(hào)斜井管線(xiàn)布置圖見(jiàn)圖3。

3.1.4水泵選型

3號(hào)斜井洞口至井底高差為230 m，揚(yáng)程按兩級(jí)提升，單級(jí)120 m。按照0.6折算系數(shù)，水泵揚(yáng)程必須大于200 m。

3號(hào)斜井排水量上限為3 300 m3/h，斜井中間泵站設(shè)置9臺(tái)套250 kW(280 m3/h～400 m3/h，揚(yáng)程215 m)污水抽水機(jī)，井底泵站設(shè)置13臺(tái)套250 kW(280 m3/h～400 m3/h，揚(yáng)程215m)污水抽水機(jī)。由于井底泵站污水含泥量大，水泵磨損大，井底泵站比中間泵站多備用4臺(tái)。

為防止停電造成淹井，工區(qū)自建自發(fā)電站，采用800 kW柴油發(fā)電機(jī)和1 000 kVA變壓器組成一個(gè)自發(fā)電升壓?jiǎn)卧?號(hào)斜井250 kW抽水機(jī)22臺(tái)，2號(hào)斜井2臺(tái)，抽水合計(jì)功率為24×250=6 000 kW。

共需配置發(fā)電機(jī)數(shù)量計(jì)算如下：6 000/800/0.8=9臺(tái)，其中0.8為發(fā)電機(jī)安全系數(shù)。

工區(qū)發(fā)電站共配置800 kW發(fā)電機(jī)組9臺(tái)，1 000 kVA變壓器9臺(tái)。

3.2 抽排水量統(tǒng)計(jì)

3.2.1日常記錄

首先建立抽水機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的臺(tái)賬，臺(tái)賬內(nèi)容包括每臺(tái)抽水機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的開(kāi)始與結(jié)束的時(shí)間和每天的排水量，通過(guò)每天記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，及時(shí)調(diào)整施工現(xiàn)場(chǎng)抽水機(jī)的使用數(shù)量及運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間。

3.2.2抽排水量統(tǒng)計(jì)

在排水管道出水口位置安裝電磁流量計(jì)以便于統(tǒng)計(jì)抽排水?dāng)?shù)量，設(shè)專(zhuān)人記錄流量計(jì)數(shù)據(jù)。電磁流量計(jì)見(jiàn)圖4。

3.2.3抽排水設(shè)備耗電量統(tǒng)計(jì)

對(duì)抽排水電力設(shè)備架設(shè)專(zhuān)用電線(xiàn)路，對(duì)抽排水專(zhuān)用電線(xiàn)路安裝電表以便于統(tǒng)計(jì)抽排水的耗電量，每天由專(zhuān)人定時(shí)與流量計(jì)同步記錄電度表的數(shù)據(jù)，并填寫(xiě)好記錄表。

3.2.4數(shù)據(jù)整理存檔

流量計(jì)的數(shù)據(jù)記錄時(shí)間與電度表的數(shù)據(jù)記錄時(shí)間統(tǒng)一，以便于抽排水量與耗電量準(zhǔn)確對(duì)比。

4 安全管理措施

1)抽排水人員上崗前需要進(jìn)行抽排水設(shè)備的日常操作、日常保養(yǎng)、維修等具體情況學(xué)習(xí)，考核合格后上崗。

2)抽排水人員培訓(xùn)學(xué)習(xí)合格后統(tǒng)一進(jìn)行分班組定設(shè)備，專(zhuān)機(jī)專(zhuān)人管理，其他人員禁止操作抽排水設(shè)備，每天做好設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)記錄、交接班記錄，定期保養(yǎng)維護(hù)，保證正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

3)防止因水箱內(nèi)水量過(guò)少機(jī)械設(shè)備空轉(zhuǎn)，既造成資源浪費(fèi)又容易引發(fā)設(shè)備由于空轉(zhuǎn)過(guò)熱而燒毀，要求集水井都必須設(shè)置自動(dòng)化排水裝置，以方便及時(shí)、有效的排除積水。當(dāng)集水井水深達(dá)到一定高度，水泵自動(dòng)啟動(dòng)；水位降到一定高度，水泵自動(dòng)停止。

4)每臺(tái)抽水設(shè)備應(yīng)有專(zhuān)門(mén)的配電箱且至少設(shè)置兩級(jí)漏電保護(hù)器，即除作保護(hù)接零外，必須在設(shè)備負(fù)荷線(xiàn)的首端處安裝漏電保護(hù)器。

5)及時(shí)進(jìn)行超前探水鉆孔作業(yè)，根據(jù)超前探孔內(nèi)水的流量、流速來(lái)判斷前方水量情況。超前探孔出大水量時(shí)，根據(jù)泵站排水能力來(lái)控制超前探孔的數(shù)量，防止因超前探孔數(shù)量過(guò)多造成出水量過(guò)大泵站抽排不及時(shí)而淹井。

5 結(jié)語(yǔ)

在特長(zhǎng)隧道施工中，對(duì)于陡坡斜井的抽排水能力必須高度重視，通過(guò)設(shè)置多級(jí)泵站接力排水，主要是在洞內(nèi)預(yù)定位置設(shè)置不同參數(shù)水倉(cāng)。本文通過(guò)對(duì)中條山隧道3號(hào)斜井抽排水總結(jié)，以期對(duì)同類(lèi)工程提供一些參考。