雁门关隧道后腰铺斜井反坡抽排水方案

乔广红

1 工程概况

雁门关隧道全长14.085 km,隧道起讫里程DK 110+855～DK124+940,最大埋深820 m。隧道设计为单洞双线隧道,隧道以直线通过,隧道设计为人字坡,上坡坡度7‰,DK120+980以后下坡坡度3‰。雁门关隧道设计有三座斜井,其中后腰铺斜井最长,地质条件最复杂,施工难度最大。斜井长2 404 m,斜井与正洞左线线路相交里程DK 117+446,斜井与线路平面交角87°43′7″,设9个错车平台,坡度为3%,最大坡度10.4%,综合坡度9.61%;承担正洞DK 116+346～DK 119+000,共计2 654双延米;该斜井为双车道永久性救援通道,斜井施作二次衬砌,施工运输采用无轨运输方式。

2 工程特点

1)斜井长、坡度大、各种管线多、施工工序复杂、施工组织难。2)断层破碎带、软岩、突水、突泥等不良地质频发,施工安全风险大。3)斜井二次衬砌采用逆做法,不仅影响通风效果,而且拆换风水管影响掌子面施工,甚至掌子面发生水淹现象。4)施工用电从地方农网接入,电压不稳,停电次数多。

3 抽排水方案

3.1 总体方案

斜井及正洞小里程排水均为反坡排水,采用机械排水,设置多级泵站接力排水,见图1。施工掌子面积水采用移动式杆泵抽至就近临时11 kW铁水箱泵站或37 kW铁水箱泵站,11 kW铁水箱泵站水抽至就近37 kW泵站或永久性泵站,永久性泵站依次接力抽出洞外沉淀池。其余已施工地段出水经临时集水坑自流到就近泵站水池内。临时铁水箱泵站水泵按三台配置,且有足够的备用泵。永久性1,2,3号泵站配置四台75 kW耐磨合金泵,永久性4号泵站配置一台75 kW大流量污水泵和三台37 kW污水泵,永久性5,6号泵站根据正洞出水情况配置37 kW或55 kW污水泵。水仓容量按15 min两倍设计涌水量设计。泵站水仓专门设计一堵防水墙,预留足够的水泵进水口;根据断层和掌子面涌水情况设置临时积水仓。工作水泵按使用两台、备用一台、应急一台配备。跨越衬砌台车采用高压软管通过。同时,为防止断层突水,设置一套应急排水系统。专门成立抽水班进行管理和操作。

3.2 设备选型原则

1)隧道排水主要为隧道渗水,同时需考虑到施工用水。水质除地下水的本身成分外,主要还有岩石石屑、泥浆,同时还有喷射混凝土的回弹物掺杂物,所以,除考虑到需排出的水量外,还应考虑到排水的成分组成。

2)各级泵站排水能力应充分配备,并有一定的储备能力。

3)本着既不影响今后施工正常进行,又能降低成本的原则。

3.3 排水系统

1)管路。根据洞内涌水量,结合选配的抽水设备,斜井通长φ150mm管路三套,永久性泵站正常施工和衬砌台车拆换排水管时采用两套,涌水时采用三套。正常施工排水临时铁水箱采用φ100mm管路两套,涌水时水泵出水管接入φ150mm三套主管路;管材均为无缝钢管。

2)临时积水箱。斜井临时积水箱设于洞内右侧,每个临时积水箱尺寸为:3m(长)×1.5 m(宽)×2.0m(高),容量9 m3,每个临时泵站设两个积水箱,共计18 m3/站。11 kW临时泵站每隔50m向掌子面挪移一次,37 kW临时泵站相继向掌子面挪移50m,直接并入主管路。万一遇到突然涌水,掌子面附近临时积水箱应更换成37 kW水泵。

3)永久性泵站设置。永久性泵站为整个施工过程结束前所使用的接力排水水仓位置。根据计算,斜井内设永久性泵站四处(1号:X2DK1+806;2号:X2DK 1+198;3号:X2DK0+494;4号:X 2DK 0+031),1,2,3,4号泵站水仓容量为:6.5 m(纵深)×6 m(宽)×3.5 m(垂深)=136.5m3,泵站设于斜井右侧;正洞小里程内设永久性泵站两处(5号DK 116+950;6号DK116+450),水仓可以设置在仰拱中间,上铺栈桥。

4)排水供电。为确保洞内排水正常进行,不因电路问题导致抽排工作的间断,设置两条供电系统,一路运行,一路备用,由于水泵功率较大,新用电源电压为380 V(±5%)。洞外设35 kV/10 kV两台变压器高压进洞,其容量分别为800 kVA,630 kVA。630 kVA主要考虑夏季地方灌溉电压低,临时供1号,2号泵站。洞内设10 kV/400 V的固定变压器四台,移动变压器一台(容量均为630 kVA),其位置见图1。另外考虑到停电,专门新购置了两台500 kW发电机并机使用。

3.4 应急措施

由于本斜井穿越断层,曾经出现过涌水,万一涌水大于11 520 m3/d时,利用高压风管(φ200mm),即在每个泵站处在高压风管上开口,与安装在泵站处的水泵接通,进行应急抽排。

3.5 污水处理

采用五个沉淀池沉淀淤泥,用挖掘机挖出后晾干,而后装运至弃渣场内统一堆弃。

4 经验与体会

目前斜井已掘进到位,出现四次大的涌水,经过实测日排水总量最大11 000m3,目前一直保持在4 500m3/d,截止目前,排水系统运转正常,未出现掌子面积水现象。有以下几点体会与大家分享:

1)在施工过程中不要抱有侥幸心理,要有超前意识和随机应变的能力,防止突发涌水现象而带来被动局面。

2)在隧道施工中一般排水设备为离心式水泵,若排水量超过10 000 m3/d,则普通污水泵无法满足使用寿命的需要,因此高效耐磨合金泵的选择是合理的,经受住了长时间的隧道内排水的需要。

3)在掌子面使用杆泵是成功的,相比传统使用的潜水泵有流量大、不易烧电机、移动方便等特点。

4)耐磨合金泵的价格高,按时保养、正确操作显得尤为重要。

5)跨越衬砌台车软管总的截面积一定大于钢管的截面积。

6)洞内变压器合理的配置对大功率水泵的正常运行至关重要。

7)洞内三项五线和水泵的电缆线不能图便宜,必须采用国标,否则影响水泵的正常运行。

[1] 李广伟.郑西客运专线交口隧道防排水施工方案[J].山西建筑,2009,35(15):340-341.