云中山特长隧道通风竖井抽排水施工技术

高志强

（山西省交通建设工程监理总公司，山西 太原 030012）

云中山特长隧道通风竖井抽排水施工技术

高志强

（山西省交通建设工程监理总公司，山西 太原 030012）

云中山特长隧道竖井深度深，涌水量大，地质复杂，井身的正常涌水量达到650m3/d。从设备选型、水仓建设及井底排水三个方面，详细介绍了富水竖井抽排水施工技术。富水竖井抽排水问题的解决，不仅加快了竖井施工进度，并大大减少了工程投资。

公路隧道；富水竖井；水泵；水仓

近几年，随着国家高速公路网的不断完善和施工技术的逐步提高，在山岭重丘区设计特长隧道时采用竖井通风的形式作为该类隧道运营通风已较为普遍。由于云中山特长隧道通风竖井地下水丰富、地质条件复杂，增大了通风竖井的施工难度，且在下挖至60m时，遇软弱围岩与硬岩的分界处有一层含水夹层。建设单位在确保安全的前提下，对竖井在施工过程中可能遇到的困难作了充分的考虑，并在此基础上对竖井抽排水系统的设计进行了完善，该设计对富水类竖井工程整体施工进度及成本控制提供了一点经验。

1 工程概况

作为忻保高速公路云中山特长隧道的运营专用通风巷道，该竖井工程位于山西省忻州市忻府区境内。竖井设置于隧道K44+400行车方向右侧64.375m，位于庙洼沟沟头处；竖井地下部分总长度182.612m，开挖断面面积72.38～662.21m2；采用地下通风机房形式。

竖井井身主要为弱风化的灰红色花岗岩，洞口处受构造活动影响和水流侵蚀，地形切割剧烈，河谷发育、沟壑纵横，洞身岩体较破碎,呈碎石状压碎结构。洞身开挖后，井身水呈点滴状、浸润状产出。在井身60m含水夹层处呈淋水状，并呈涌水状。根据前期竖井段现场地质勘查资料及隧道主洞身开挖断面的出水情况，综合判断该竖井的正常涌水量为650m3/d，最大涌水量达1 200m3/d。

2 富水竖井抽排水施工技术

在云中山隧道通风竖井进行的抽排水系统施工技术实践验证过程中，富水竖井在不影响施工进度、不加大工程投入的前提下，抽排水工作必须解决好以下问题：①抽水水泵型号的选择及抽水管道的设计；②水仓的建设；③隧道竖井井底排水。

2.1 竖井水泵型号及管道设计

云中山特长隧道竖井深182.612m，综合竖井涌水量、深度、主要富水段落及水泵扬程和工作面集水情况、主要设备的可靠程度等因素考虑，云中山特长隧道竖井设置3个固定水仓，分别在60m处、105m处和145m处。见图1。

由于整个排水系统所用水泵及管道型号一样，下面具体以长度最长的1号水仓进行计算。

正常涌水量时，每个水仓排水流量为：Qmin=32.5m3/h(按20 h工作计算)；最大涌水量时，每个水仓排水流量为：Qmax=60m3/h(按20h工作计算)。

抽排水水管必须有工作和备用的水管。工作和备用水管的总能力，应能配合工作和备用水泵在20h内排出竖井24h的最大涌水量。

正常涌水量时，每个水仓排水流量为32.5m3/h=9 L/s，查阅直管摩擦损失简表一定管道最大直径之最大流量限制表，选择管道直径100mm。

u——通流截面上的平均流速；

A——通流管道的截面积。

得通流截面上的平均流速u=1.146m/s<2.4m/s，符合要求。

放眼全省，玉溪市全面落实河（湖）长制为重点，建立覆盖全流域的责任体系，坚决打好新时代抚仙湖保卫战；大理州认真总结洱海流域水环境保护治理工作经验，把“生态+”的理念融入全州产业发展……“绝不以牺牲环境为代价来发展经济”，成为云南各族群众在改革开放进程中的共识。

最大涌水量时，每个水仓排水流量为60m3/h=16.7 L/s，查阅直管摩擦损失简表一定管道最大直径之最大流量限制表，选择管道直径100mm。

根据公式：q=u×A，得通流截面上的平均流速u=2.12m/s<2.4m/s，符合要求。

图1 云中山特长隧道竖井的剖面图

从洞壁管道安装等因素上考虑，选择直径100mm的工作和备用的管道各一路。

根据此计算结果，云中山隧道通风竖井在施工中选择了山东德源30 kW污水潜水电泵作为工作和备用水泵，其参数为:流量80(m/h)、扬程80m、功率30 kW。水泵排水量为:Qmax=80m/h>Qmax=60m/h。

水仓所使用水泵总扬程除必须大于水仓间最大间距60m以外，还得考虑管道摩擦损失值，计算过程如下：

水仓与水仓的相对高差：h=60m；

通过查阅直管摩擦损失表计算得两种流量下水泵的管损值；

Qmin=32.5m3/h，100mm直管每100m的损失为2.13 m，则管损值为0.6×2.13=1.28m；

Qmax=60m3/h，100mm直管每100m的损失为8.5m，则管损值为0.6×8.5=5.1m；

弯头和阀门损失按2m计。

因此，施工所使用的两种水泵最小扬程应分别不得低于：60+1.28+2=63.28m<80m；60+5.1+2=67.1m<80m。

根据以上计算结果施工所选用水泵可以满足使用要求。

2.2 隧道水仓设计

隧道竖井分别在60m处、105m处和145m处设置3个固定水仓。据前期竖井段现场地质勘查资料及隧道主洞身开挖断面出水情况，以此为依据进行水仓建设，并通过接力的方式将掌子面处的裂隙水排向洞外，水仓容量的大小设计至关重要。防止水溢出水仓，水泵须短时间内启动，实现循环抽水，并考虑一定的富裕时间，每个水仓储水时间按3min考虑，计算得，每分钟储水量为：60/60=1m3，则 3min储水量为：1×3=3m3，按 3m3设计。水仓为一个沿隧道行车方向开挖方向长1.5m、高1.5m、深2.8m的深坑，储水容量为3.37m3，如图2。在隧道侧壁开挖后，对围岩进行挂网，喷厚度为10 cm混凝土。

2.3 隧道竖井井底排水设计

由于云中山特长隧道竖井井底工作面较大，且极易产生大量囤积水，为尽快使掌子面具备施工条件，其具体排水措施如下：①在汇水面中部设置集水坑，如施工干扰时可现场调整；②竖井底设置临时排水沟，直接排入集水坑内，避免水大面积软化围岩；③井壁有股水的地方用排水管直接排水进入集水坑内；④主管道采用Φ100钢管；⑤主管道采用法兰盘连接；⑥主管道与水泵采用Φ100消防水管连接；⑦水仓口主管道采用90°弯头变向，变向后排入水仓；⑧竖井向下开挖5m时，接一次主管道；⑨支管走向尽量避免人踩或钢筋或钢管划破。

图2 水仓剖面图

3 注意事项

①富水竖井在突水情况下，同直径的风管也可以作为排水管使用，并起用备用水泵；②3个水仓水泵必须有备用水泵；③井底作业面主管道与水泵采用Φ100消防水管连接，并按大流量低扬程原则进行选择；④三级水仓排水管路均需设置2个进水口，分别与主设备和备用设备连接；⑤排水管路均需设置逆止阀；⑥在开挖、出渣施工作业时应同步抽排水，缩短作业面抽水作业时间。

4 结束语

云中山特长隧道竖井在不影响施工进度、不加大工程投入的前提下，重点解决了水泵型选型及管道设计、水仓建设、竖井井底排水3方面的问题。竖井抽排水问题的解决，极大地加快了云中山特长隧道竖井施工进度，为竖井各项工序的正常进行提供了强有力的保障。因此，在富水竖井施工中，解决好抽排水工作在富水竖井施工中有着极其重要的意义。

[1]中华人民共和国交通部.JTG D70-2004 公路隧道设计规范[S].北京：人民交通出版社，2004.

[2]中华人民共和国交通部.JTG/T F60-2009 公路隧道施工技术细则[S].北京：人民交通出版社，2009.

The Long Tunnel Ventilation Shaft Yunzhong Mountain Pum ping and Drainage Construction Technology

Gao Zhiqiang

The long tunnel shaft Yunzhong mountain deep, gushing large, complex geological wellborn normal water inflowamounted to 650 m3 /d.This article from the three aspects of equipment selection, construction and the bottom of sump drainage, details of the rich water pumping and drainage construction technology.To solve the water problem of shaft drainage, not only speed up the shaft construction schedule, and greatly reduce the engineering investment.

highway tunnel;water-rich shaft;water-pump;sump

U 453.6

A

1000-8136（2013）02-0031-02

（编辑：王静）