某隧道反坡排水治理措施

簡華華

(貴州省公路工程集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽 550000)

1 工程概況

某隧道為兩條分離式隧道，左線起訖樁號LZK11+475～LZK16+418，縱坡為-2.11%，全長4 943 m，右線起訖樁號LK11+490～LK16+485，縱坡為-2.10%，全長4 995 m，屬于特長隧道。隧道進(jìn)口端洞門形式均為削竹式，出口端洞門形式均為端墻式，建筑限界為11 m×5 m。隧道呈近南-北向展布。隧道穿越山體，地形起伏較大，沿隧道軸向進(jìn)出口地形較低，中段較高。進(jìn)口端地形平緩，出口端地形較陡，地表植被發(fā)育、水土保持較好。

2 施工方案

該隧道采用雙幅雙向掘進(jìn)施工，因該隧道左右線的進(jìn)口段都是單面下坡，按總長一半計算，其中，左線反坡坡度為-2.114 2%，長2 471.5 m，而右線反坡坡度為-2.1%，長2 497.5 m，所以洞內(nèi)水向工作面上快速匯集，應(yīng)立即抽排，避免掌子面上大量積水，對圍巖穩(wěn)定性造成影響，并危及隧道內(nèi)機(jī)械設(shè)備和人員自身安全，嚴(yán)重影響正常施工。該隧道工程的反坡排水主要有兩種方式，分別為一次性倒流與分段倒流，其中，一次性倒流無法實現(xiàn)，尤其是在富水地段當(dāng)中，除了要采用功率較大的水泵，一旦發(fā)生突發(fā)事件，還難以保證掌子面施工安全。基于此，需采用分段倒流進(jìn)行排水，該排水方式的優(yōu)勢在于抽水機(jī)數(shù)量相對較少且位置比較固定，對日后的檢查與維修都相對有利。

3 排水溝涌水量計算

(1)水溝斷面尺寸要以設(shè)計流量、水力坡度和溝管粗糙率為依據(jù)通過計算確定，各參數(shù)的計算方法為：①水溝泄水能力，計算公式為Qc=v×A，其中，Qc為泄水能力，m3/s，v為平均流速，m/s，A為過水?dāng)嗝婷娣e，m2；②水溝平均流速，計算公式為v=C(R×i)0.5，其中，v為平均流速，m/s，R為水力半徑，m，i為水力坡度，具體根據(jù)隧道的縱坡取值，左、右線分別取2.114 2%和2.1%，C為流速系數(shù)或謝才系數(shù)；③水力半徑，計算公式為R=bh/(b+2h)(矩形溝)；④謝才系數(shù)，計算公式為C=(1/n)×Ry，其中，y=2.5n0.5-0.13-0.75R0.5(n0.5-0.1)，n為溝壁粗糙系數(shù)，根據(jù)混凝土溝取值，該工程取0.015，綜合考慮溝壁實際情況，保守取值為0.02。

(2)采用降水入滲法對涌水量進(jìn)行計算，根據(jù)計算結(jié)果，采用三溝排水，中心排水溝的斷面尺寸為1 m×0.65 m，左側(cè)排水溝的斷面尺寸為0.4 m×0.6 m，右側(cè)排水溝的斷面尺寸為0.65 m×0.45 m，排水能力計算結(jié)果為：①左洞：中心溝排水量為167 077.01 m3/d，左側(cè)邊溝排水量為39 085.77 m3/d，右側(cè)邊溝排水量為56 225.577 m3/d；②右洞：中心溝排水量為166 522.85 m3/d，左側(cè)邊溝排水量為38 956.13 m3/d，右側(cè)邊溝排水量為56 039.09 m3/d。通過排水量驗算，該隧道的排水量等于523 906.41 m3/d，大于217 222.73 m3/d，安全系數(shù)為2.4；同時，左、右線的排水量都比隧道總涌水量大，可滿足極端情況下的要求。通過以上計算和分析，隧道的排水能力可以達(dá)到要求。

4 排水管路布置與抽水機(jī)配置

4.1 排水管路布置

在水倉之間設(shè)置4排排水管，采用直徑為150 mm的無縫鋼管，以該隧道涌水量為依據(jù)，在正常條件下應(yīng)設(shè)置3排排水管進(jìn)行全天排水，并備用一排，將其作為應(yīng)急情況下的排水管，另外，洞內(nèi)的通風(fēng)管可作為預(yù)防突發(fā)大型涌水等特殊情況時的備用管道。

4.2 抽水機(jī)配置

(1)配置原則

①隧道的排水對象以地下水為主，而地下水主要是第四系孔隙水劑基巖裂隙水，實際水量因大氣降水量和節(jié)理裂隙產(chǎn)生的變化而改變，在此基礎(chǔ)上還應(yīng)充分考慮落水洞與施工用水。對水質(zhì)而言，除了地下水自身基本成分，還包括巖石石屑與泥漿，還會有噴射施工時回彈物摻雜物，基于此，不僅要充分考慮需要排除的水，還需要對排水具體成分組成進(jìn)行充分考慮。

②隧道洞內(nèi)水量一般為逐段遞增，對此在選擇具體的各級泵站時，需要遵循排水能力遞增基本原則按照從下到上的順序遞增選擇和配置。

③每一級泵站的實際排水能力要充分配備，同時具備足夠儲備能力。

(2)設(shè)備選型

在確定具體的抽水設(shè)備型號時，應(yīng)對洞內(nèi)水進(jìn)行成分組成化驗，化驗指標(biāo)包括固體物容積比、密度、pH值和水溫，據(jù)此確定適宜的水泵型號。結(jié)合以往工程經(jīng)驗，通常以污水污物潛水電泵為主。以圖紙上標(biāo)出的巖層涌水量為依據(jù)，若泵站匯水量沒有太大差別且揚(yáng)程也較為相近，則應(yīng)使用類型一致的水泵。為便于管理與操作維修，當(dāng)泵站之間的高差相近時，也可使用型號一致的水泵，僅僅是在設(shè)備數(shù)量上進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。對于工作面移動水泵，應(yīng)選擇移動較為輕便的類型，在實際操作過程中，要以水量大小為依據(jù)對配置數(shù)量進(jìn)行適當(dāng)增減。

排水能力需根據(jù)最大涌水量來考慮，使用流量較大和揚(yáng)程較低的抽水機(jī)，設(shè)備應(yīng)分成多個階段投入。水泵型號為150WQ200-30-37型，其流量為200 m3/h，揚(yáng)程為30 m，功率為37 KW。掌子面處的活動泵站主要使用WQL-10-7.5型潛水泵，其排水能力為100 m3/h，配置數(shù)量以掌子面水量配備為依據(jù)確定，施工中應(yīng)達(dá)到2臺以上。仰拱處的活動泵站主要使用WQL-10-7.5型潛水泵，其排水能力為100 m3/h，配置數(shù)量以掌子面水量配備為依據(jù)確定，施工中應(yīng)達(dá)到2臺以上。中央排水溝因施工后縱向排水管、橫向排水管、環(huán)向排水管及富水地段預(yù)埋的排水管管及洞內(nèi)反坡排除的水。根據(jù)水流設(shè)置活動泵站選用WQL-10-7.5型潛水泵，排水能力為100 m3/h，配置數(shù)量以掌子面水量配備為依據(jù)確定，施工中應(yīng)達(dá)到3臺以上。

5 結(jié) 語

綜上所述，反坡排水是該隧道工程的重點所在，在很大程度上決定了隧道施工能否順利完成和施工質(zhì)量。該隧道工程采用的反坡排水措施合理可行，值得類似隧道工程參考借鑒，提高隧道工程的排水技術(shù)水平。