高寒地区隧道反坡抽排水施工技术

王生光中铁一局集团有限公司

高寒地区隧道反坡抽排水施工技术

王生光
中铁一局集团有限公司

文章以照壁山隧道出口工区突涌水为例，介绍了在高寒地区隧道反坡抽排水的设计、设备选用和施工技术等，对同类地质条件下的工程施工具有一定的借鉴意义。

高寒；隧道；反坡抽排水；施工技术

1 引言

隧道施工排水应遵循“因地制宜、综合治理”的原则，并应优先采用施工简单、效果显著、降低造价的措施。根据兰新高铁照壁山隧道线路特征，长大反坡地段采用固定泵站和移动泵站相结合的排水方法。隧道洞身线路纵坡为20‰的上坡，出口段工区共承担反坡地段1331m的施工任务需机械排水，该段最大涌水量为15800m3∕d，共设2座泵站接力排水。

2 工程概况

兰新高铁照壁山隧道出口位于青海省西宁市大通县三塘沟内。隧道起讫里程为DK253+792～DK259+116，全长5324m，为双线隧道，线路坡度为20‰的单面上坡。隧道地处大坂山中高山区，平均海拔2800m，最高海拔3490m。隧道通过地段地层岩性主要为片麻岩夹石英片岩、石英片岩夹片麻岩，位于达坂山深断裂系南侧，隧道洞身穿越的一个断层和向斜构造。隧道出口工区施工里程为DK259+116～DK257+785段，总计长度1331m，位于青海省西宁市大通县三塘沟内。

照壁山隧道地下水的形成根据地形地貌、地层岩性、地质构造、地表水测流和泉水分布、流量分析，本工点地下水主要发育基岩裂隙水，赋存于下元古界片麻岩夹石英岩和石英片岩夹片麻岩及断裂破碎带和向斜核部中，水质为极好的淡水，对混凝土无侵蚀性。采用地下径流模数法计算，隧道正常涌水量为2704m3∕d,最大涌水量为8112m3∕d。

3 突涌水特征

照壁山隧道出口DK258+150～DK257+940段揭示地层岩性为石英片岩，呈碎块状压碎结构，节理很发育，围岩整体性较差，现场变更为Ⅴ级围岩。地下水类型主要为基岩裂隙水及浅埋段地表水下渗，其中基岩裂隙水赋存于元古界片麻岩夹石英片岩，还赋存于断裂破碎带中。施工过程中该段平均涌水量为2704m3∕d,最大涌水量为8112m3∕d。2012年6月9日至2013年8月31日该段共发生6次较大涌水，具体特征：

照壁山隧道出口段突涌水特征统计表

4 抽排水方案

4.1 抽排水系统总体部署。抽排水系统主要由临时泵站、移动泵站和常供电系统组成。照壁山隧道采用降水入渗法预测隧道正常涌水量2704m3∕d,最大涌水量8112m3∕d；而实际照壁山隧道出口平均涌水量5100m3∕d,最大涌水量15800m3∕d。综合考虑，永久泵站按照约16000m3∕d的抽排水能力建设

4.2 设计原则

4.2.1 排水系统的能力不小于设计文件中的8倍最大涌水量Qmax。

4.2.2 排水系统按多级泵站、低扬程潜水排污泵原则设计，采用固定泵站、移动泵站相结合的方式配置，以利于排水系统的可靠稳定运行。

4.2.3 固定泵站排水水泵按照工作、检修、备用配置。

4.2.4 仰拱端头设置移动泵站，掌子面与移动泵站之间设置临时泵站，根据坡度计算临时泵站的间距(一般不超过100m)；移动泵站与临时泵站随掌子面开挖掘进而移动。

4.3 泵站布设。根据隧道特点及施工环境在隧道线路左侧设计固定泵站，随着隧道的掘进约600m设置1座泵站。现场根据施工长度和涌水情况实际在DK258+516、DK257+980处设置了2座固定泵站。采用4路φ200mm钢管排水管道，其中2路工作，另外2路备用。每个固定泵站按照工作、检修、备用分别配置9台ⅠSW200-315(Ⅰ)型离心水泵。掌子面涌水通过集水坑采用移动泵站抽排至固定泵站接力式抽排至洞外污水处理池，移动泵站按照工作、检修、备用配置9台200WQ400-30-55型污潜水泵

4.4 抽水设备选型

4.4.1 距洞口高差计算。1#泵站：600*2%=12m。2#泵站：536* 2%=10.72m。

4.4.2 设备配置。按照最大涌水量考虑排水能力，由于本隧道采用两阶段排水，因此固定泵站和移动泵站选用大扬程、排量大的抽水设备，固定泵站采用ⅠSW200-315(Ⅰ)型离心水泵，流量440m3∕h,扬程32m，功率55KW；移动泵站采用200WQ400-30-55型污潜水泵，流量400m3∕h,扬程30m，功率55KW。

4.4.3 泵站设置。照壁山隧道出口在DK258+516、DK257+980处设置2处固定泵站，泵站集水坑尺寸为10m（长）×4m（宽）×2m（高）。为满足排水方案的经济合理性，在作业面与固定泵站间设置移动泵站，移动泵站随隧道掘进迁移，原则上移动泵站距离固定泵站距离开挖面600m可设置下一个固定泵站，不足600m可直接通过作业面水泵将涌水抽排至移动泵站，移动泵站再将涌水抽排至固定泵站内逐级抽排至洞外。

4.4.4 排水管路。根据洞内水量情况，结合选配的抽水设备，固定泵站采用4套Φ200mm钢管管路。移动泵站处排水管路为满足移动的便捷性则采取加强橡胶管。

4.4.5 临时集水坑。根据洞内涌水量，在仰拱端头或掌子面处设置临时集水坑，集水坑尺寸8m（长）×2m（宽）×1.5m（深），容量24m3。

4.4.6 供电系统。为确保洞内排水设备的正常运行，不因电路问题导致排水工作的间断，设置2条供电线路系统，一条为正常供电线路，一条为停电时发电供应线路。照壁山隧道出口设置一座35∕10KⅤ容量为1250KⅤA落地式变电台为1号泵站变电站供电，电源由35KⅤ大临架空线路接引。固定泵站各设一座10∕0.4KⅤ容量为630KⅤA变电站供电，电源由洞外落地变电台引入的10KⅤ电缆线路设接引。固定泵站及掌子面抽水采用55KW排水泵，排水泵控制箱由排水泵配套，电源由10∕0.4KⅤ箱式变电站接引，排水泵控制箱至排水泵采用导线配电，以保证每个泵站的正常运转。停电应急发电供电线路另行设置在洞口处，配置2台500KW柴油发电机，以备洞内突发停电应急使用。

5 结束语

通过以上的论述，隧道的反坡抽排水施工技术的重点首先确保供电系统的施工方案，只有供电系统有了保障，施工抽排水才能得到保障，否则供电系统出现问题，导致抽排水系统停止工作，后果不堪设想，施工安全得不到保证。其次是抽排水设备的配置，设备配置满足最大用水量的抽排水需要外，必须考虑设备的检修和备用，确保抽排水作业可以连续进行。

王生光（1982-），男，青海西宁人，工程师，学士，研究方向为铁路、公路工程施工技术。