鐵路長大隧道反坡排水設備選型

王增帥

摘 要：本文簡略闡述了衢寧鐵路浙江段安民隧道工程概況，并在明確計算原則以及考慮因素的基礎上對鐵路長達隧道反坡排水主泵站以及臨時泵站和固定泵站設備選型進行了分析，旨在為相關人員提供借鑒意義，并為后續(xù)鐵路長大隧道反坡排水技術的應用奠定堅實的理論基礎。

關鍵詞：鐵路長達隧道;反坡排水施工技術;設備選型

中圖分類號：U453.6 文獻標識碼：A

0 引言

對于鐵路長大隧道反坡排水技術的應用來說，各項設備選型工作的開展直接影響了技術應用的質量，從目前來看，設備選型受到多種因素的影響，為了能夠保障設備選型的科學性與合理性，有必要對其展開深層次的探索。

1 工程概況

本文主要從衢寧鐵路浙江段安民隧道的實際情況出發(fā)，對鐵路長達隧道反坡排水設備選型展開詳細研究，該隧道全長總共13 908.4 m，起訖里程為DK111+696.26～DK125+605.5。其Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ級以及Ⅴ級分別有著55.4%、33.8%、8.6%和2.1%占比，不良地質包括軟質巖、軟弱夾層、斷層破碎帶以及巖溶和巖溶水等等，設計最大涌水量為11 799 m3/d，該隧道本身是I級風險隧道，有著相對較緊的工期要求，在全線中是重點控制性工程。安民隧道平導處在隧道線路的向右側出口處，總長度為3 110 m，負責正洞施工里程為DK122+240～DK120+595，其中平導PDK1+210～PDK0+000為5.1‰下坡、7#橫通道179 m為3‰下坡，8#橫通道170 m為3‰下坡，正洞段1 645 m為5.1‰反坡，都要采用相應的反坡施工技術。安民隧道平導1#橫通道小里程向DK123+450～DK125+450段2 000 m為3.1‰的下坡，施工時只考慮正洞與平導直接反坡排水，DK122+240～DK123+450段1 210 m為5.1‰的上坡，考慮反坡施工。

在水文地質方面，該隧道工程地處中低山區(qū)處，有著相對發(fā)達的地表水，北西南東向山脊為隧道去地表水的分水嶺，主要包括兩條溪流，分別為位于出口處的道太溪支流以及進口處的安民溪。該工程有著相對較發(fā)育的隧道山體沖溝水系，常年有流水并呈現(xiàn)出樹枝狀分布，但其實際的流量則會在很大程度上受到大氣降雨的影響，地下水主要有三部分組成，分別為構造裂隙水、基巖裂隙水以及第四系孔隙潛水，在大氣降水補給的條件下排泄至低洼處[1]。

2 鐵路長大隧道反坡排水系統(tǒng)設計中的設備選型研究

2.1 計算原則

管道掛污會在一定程度上降低經濟流速，但在隧道掘進的過程中不能停止工作對管路進行疏通，為了能夠有效應對這一問題，便應當確保對管路以及水泵等排水設施進行優(yōu)化選擇，使其能夠同相關規(guī)定以及使用要求完全符合，進而最大限度減少排水工序所對隧道掘進施工所造成的不利影響。

2.2 考慮因素

在對鐵路長大隧道反坡排水設備進行選型的過程中應當綜合考慮多方面影響因素，在此基礎上提升設備選型的科學性與合理性。

水同施工進度以及人員安全有著密不可分的關系，相關工作人員應當對方案的安全性以及可行性進行重點考察。

應當能夠保障其同介質特征的實際要求相適應，斜井中的水均為施工用水和裂隙水，水中不應當有噴射混凝土回彈料摻雜物、巖土顆粒以及砂土的混入。泵站本身應不具備沉淀功能，以免出現(xiàn)雜物對管道連接件和水泵造成破壞的現(xiàn)象，與此同時在水泵的選擇上應盡量確保其具有較長的使用年限，并有耐腐蝕、耐磨等特點。

除此以外，各級泵站應具有高質量的排水能力以及儲備能力，結合最大涌水量設計安裝水泵總排量，并對正常流量進行兼顧。

其實際所選用水泵的性能以及型號需要可以同裝置本身功能參數(shù)的要求相適應，包括吸程、汽蝕流量、壓力、流量、溫度以及揚程等。與此同時，在選型的過程中還要充分考慮水泵的使用年限以及維修周期等內容，盡可能保障其安裝和維修更換的便捷性和高效性，有效規(guī)避由于頻繁維修更換制約工程正常施工的現(xiàn)象出現(xiàn)。

在排水管道的設置方面，應當避免其影響斜井運輸能力，并盡量縮小其所占用的空間范圍，以免導致正常運輸通道被過度占用[2]。

2.3 主泵站設備選型

2.3.1 水泵的選擇

1#斜井：高差h=Hi+4=33.99+4=37.99 m。烏弄斜井：高差h=Hi+4=140.7+2=144.7 m。平導：高差h=6.7+4=10.7 m（7#泵站至反坡點泵站）;高差h=4.7+4=8.7 m（8#泵站至7#泵站）。4#橫通道泵站：高差hmax=303.59-303.81+0.9+4=

4.68 m。

水頭損失：H損失=λ*L/d*v2/（2g）

λ-沿程阻力系數(shù)，管道內徑，取0.034 0;L-管道長度;d-管道內徑;v-流速，Q/（πd2/4）;g-重力加速度，9.81。

計算的水頭損失：

1#斜井：貫通前H損失=0.034*300/0.2*2.0252/（2*9.81）

=10.7 m（1根）。貫通后H損失=0.034*300/0.20*2.742/（2*

9.81）=19.6 m（2根）。

烏弄斜井：

貫通前H損失=0.034*1 500/0.25*1.522/（2*9.81）=23.9 m（3根）。貫通后按貫通前考慮。

平導：

7#橫通道泵站：H損失=0.034*1 200/0.25*2.832/（2*9.81）

=66.6 m（3根）。

8#橫通道泵站。H損失=0.034*1 000/0.2*2.962/（2*9.81）

=70.5 m（1根）。

1#橫通道小里程方向4#橫通道泵站：

H損失=0.030 4*200/0.20*0.882/（2*9.81）=1.2 m（1根）。

水泵功率計算：W=Q*g*ρ*h/（3 600*η）

W-軸功率;Q-流量;H-揚程考慮水頭損失;G-9.81;η-效率，0.75～0.85，取0.8;ρ-介質密度，1.05×103kg/ m3。

計算得水泵功率：

1#斜井：貫通前：W=41.8 kW，考慮富余W取45 kW，選用WQ-250-50-45水泵1臺，流量250 m3/h，揚程50 m，功率45 kW。貫通后：W=133.9 kW，考慮富余W取150 kW，選用IS200-150-400水泵2臺，流量400 m3/h，揚程50 m，功率75 kW。

烏弄斜井：

貫通前：W=568.6 kW，考慮富余W取660 kW，選用D280-43X5水泵2臺，水量335 m3/h，揚程190 m，功率250 kW;D155-30X7水泵1臺，水量185 m3/h，揚程160 m，功率160 kW。平導：7#泵站W=434 kW，考慮富余W取480 kW，選用XHSS150-605C水泵3臺，流量550 m3/h，揚程81 m，功率160 kW。

8#泵站W=106.1 kW，考慮富余W取160 kW，選用XHSS150-605C水泵1臺，流量550 m3/h，揚程81 m，功率160 kW。

1#橫通道小里程：W=8.4 kW，考慮富余W取15 kW，選用WQ-100-28-15水泵1臺，流量100 m3/h，揚程28 m，功率15 kW。

2.3.2 管路的選擇

根據(jù)現(xiàn)場資源均選用內徑Ф200 mm、Ф250 mm管道。

（1）管路趟數(shù)確定。根據(jù)管道流速不宜大于3 m/s。v=Q/（π*d2/4）。

計算得管徑：

1#斜井：貫通前：選用1根200 mm鋼管。貫通后：選用2根200 mm鋼管（1根由高壓風管改裝）。

烏弄斜井：

貫通前：選用3根250 mm鐵管。貫通后：按貫通前配置，備用。平導：7#橫通道泵站，選用3根250 mm鐵管。

8#橫通道泵站，選用1根200 m鐵管。

1#橫通道小里程4#橫通道泵站：選用1根200 mm鐵管。

（2）管路長度估算。1#斜井：300 m。烏弄斜井：1 500 m。

平導：7#橫通道泵站1 200 m。8#橫通道泵站1 000 m。1#橫通道小里程方向4#橫通道泵站200 m。

2.4 臨時泵站及固定泵站設備選型

2.4.1 水泵的選擇

1#斜井：揚程h=Hi+5=600*0.004 8+5=7.9 m。烏弄斜井：揚程h=Hi+5=600*0.005 1+5=8.1 m。

平導：揚程h=600*0.005 1+5=8.1 m。

水頭損失：H損失=λ*L/d*v2/（2g）

λ-沿程阻力系數(shù)，管道內徑，取0.030 4;L-管道長度;d-管道內徑;v-流速，Q/（πd2/4）;g-重力加速度，9.81。

計算的水頭損失：

1#斜井小里程方向：H損失=13.1 m（1根200）。烏弄斜井小里程：H損失=23.7 m（1根250）。平導：H損失=19 m（1根200）。

水泵功率計算：W=Q*g*ρ*h/（3 600*η）

W-軸功率;Q-流量;H-揚程考慮水頭損失;G-9.81;η-效率，0.75～0.85，取0.8;ρ-介質密度，1.05×103kg/ m3;

計算得水泵功率：

1#斜井小里程：W=14.2 kW，考慮富余W取16.5 kW，選擇WQ-100-28-5.5水泵3臺，另外2臺備用。烏弄斜井小里程：W=47 kW，考慮富余W取60 kW，選擇WQ-100-50-15水泵4臺，另外2臺備用。平導：W=48 kW，考慮富余W取60 kW，選擇WQ-100-50-15水泵4臺，另外2臺備用。

2.4.2 管路的選擇

根據(jù)現(xiàn)場資源均選用內徑Ф200 mm鋼管。

（1）管路趟數(shù)確定。根據(jù)管道流速不宜大于2 m/s。v=Q/（π*d2/4）。計算得管徑：1#斜井小里程：選用1根200 mm鋼管。烏弄斜井小里程：選用1根250 mm鋼管。平導：選用1根200 mm鋼管。

（2）管路長度估算。均按不大于600 m設置一集水井，每段管路長度不大于600 m。

2.4.3 其它

在工作面排水方面主要使用移動式水泵，管路為Ф80消防軟管，向就近本站或者是臨時集水坑中進行抽排。為了確保洞內道路上不存在積水，應當對兩側的排水溝展開相應的修建工作，以保障洞內滲水能夠在側溝的作用下進入到集水坑中，以免出現(xiàn)滲水漫流在洞內道路上的現(xiàn)象[3]。

3 結論

綜上所述，優(yōu)化開展設備選型工作能夠有效提升鐵路長大隧道反坡排水技術應用的質量，對于隧道工程整體施工的持續(xù)平穩(wěn)進行有著積極的促進作用。因此，相關工作人員務必要加強對于設備選型工作的重視，并結合工程施工的實際情況，綜合考慮各方面影響因素，最終完成對于設備選型各項參數(shù)的精密計算，提升設備選型的科學性。

參考文獻：

[1]韓超.特長隧道涌水綜合反坡排水施工技術[J].交通世界，2020（32）：106-107.

[2]廖郁.富水超長超深隧道斜井反坡排水施工技術[J].四川建筑，2019，39（06）：279-280+283.

[3]李寧，趙建敏，吳世華.拉孟山隧道斜井段反坡排水施工管理技術[J].云南水力發(fā)電，2019，35（06）：20-25.