长距离小断面陡坡支洞隧洞排水措施浅析

李临杰

（山西省小浪底引黄工程建设管理局，山西 太原 030002）

长距离小断面陡坡支洞隧洞排水措施浅析

李临杰

（山西省小浪底引黄工程建设管理局，山西 太原 030002）

长大隧道斜井施工是隧道施工中的重要组成部分，斜井施工中由于隧道自身坡度问题，导致隧道抽排水问题尤为关键，抽水系统的高效节能可大大缩小施工成本。自动化抽水系统可更好地保障隧道施工的正常运作，同时可节约大量的人力、物力。以山西省小浪底引黄工程10号支洞为例，对隧道长大陡坡斜井的自动化抽水系统作简要分析。

隧道；陡坡；抽水；自动化

1 工程概况

山西省小浪底引黄工程是大水网工程的重点骨干工程，其引水干线总长59.6 km，共设16个施工支洞。其中，10号支洞位于石门乡后川村李家庄，支洞全长927.779 m，控制主洞3 247 m（34+090～37+337），支洞进口底高程为878.8 m，设计坡度48.4%，与主洞交汇点里程为35+363.0，交汇点底标高为485.52 m，交角22.735°，支洞开挖断面尺寸为4.76 m×4.08 m（宽×高），采用双轨绞车出渣。

2 水文地质叙述及水量

10号支洞洞身主要经过涑水群小岭组（Asx）浅粒岩、黑云斜长片麻岩、斜长角闪岩夹白云片岩、磁铁石英岩等，岩性较硬，多属坚硬岩。本段岩性复杂，经历过强烈的区域变质及混合岩化作用。局部稳定性差，局部会产生塑性变形，可能产生塌方或变形破坏。隧洞处于地下水位以下，隧洞施工存在涌水问题，且可能存在断层突水、突泥现象。根据实际测算，10号支洞洞内总出水量已达304 m3/h。

3 抽排水方案

3.1 抽水措施

采用“固定高扬程大流量抽水泵站、低压接力泵站与移动泵站”相结合的排水系统，将隧洞内的水一级一级地排出洞外。根据已知的斜距、坡度、日最大涌水量，确定抽排水设备型号、抽排水管道型号及管径和抽排水供电方式。再根据细部深化设计要求认真组织实施，保证足够的排水能力，防止因抽排水耽误工程施工，延长隧洞循环时间。

10号支洞共设置5个大积水站，从支洞口起每200m布置积水站一个，编号为1—5号积水站，1—4号之间的距离为200 m（高差87 m），5号积水站位于支洞与主洞交汇口处，逐级将洞内水排至洞外沉淀池中。

3.2 水泵及主要配套设备选择

3.2.1 水管选择与配置

原施工方案选择Φ150 mm的1套水管系统，根据测算，单套管路在两台80 m3/h水泵工作时正常排水量约为150 m3/h，三台80 m3/h水泵工作时正常排水量约为220 m3/h，虽然水量可以此继续叠加，但抽水管路压力过大，故单套水管配置水泵数不超过3台。因此，综合考虑支洞断面尺寸、管路压力、突涌水预案等多种因素，在原有管路基础上，新增加1套Φ150 mm的排水管路系统，支洞中共计Φ150 mm水管2套。

3.2.2 水泵选择与配置

由于支洞坡度大、断面小，机械不便于操作，更换、加设水泵等配套设备均采用人工安装。故选择水泵必须考虑水泵自重问题，选择功率不宜太大的水泵。根据现场情况选择功率75 kW扬程120 m额定出水量80 m3/h与扬程80 m（用于5号积水站）额定出水量120 m3/h的潜水泵。对1—4号每个积水站水泵选择4台75 kW（120 m）潜水泵，并且配备用2台75 kW（120 m）潜水泵备用。5号积水站到4号积水站的扬程相对减小，配置2台75 kW（80 m）和2台75 kW（120 m）潜水泵，并各1台备用。

3.2.3 电力配置

根据水文地质情况和超前地质预报分析可知隧道前方仍有出水可能，为保证今后新增水泵所增加的电力需求，决定对每个积水站配置一台500 KVA变压器，对该积水站专项供电，并对每个积水站配置两套240 mm2的铝芯电缆线，每条动力线配置一个空气断路开关，以保证洞内安全、正常抽水。

3.2.4 配套设施配置

每台水泵配置独立的自耦降压启动柜、钢编管、止水阀、闸阀和自动抽水控制系统，每2台水泵配置1个空气断路开关，每个积水站配置一套监控系统和报警系统。根据需要可增加相应感应元件用于积水站信息采集。

4 抽水辅助系统

4.1 自动抽水运行系统

自动抽水系统主要使用交流接触器与双向浮标开关控制。交流接触器主要由3项水泵动力线与两相控制线控制，基本原理是在两相控制线路合闸通电时，交流接触器内磁线圈产生磁场使控制开关合闸，从而使三相动力线合闸，为水泵启动柜送电。双向浮标开关根据接线方式不同可设置为浮标开关向上时合闸或向下时合闸。通过交流接触器和双向浮标开关，自动控制水泵的启动、关闭。

4.1.1 自动抽水系统

自动抽水系统可保证积水井在有一定水量的情况下自动开始抽水、少于一定水量自动停止，不但可大大减少人工长时间看管，也节省了水泵与电力的消耗。

首先要确定每个积水井抽水的合适范围，其范围确定应在水位高于该范围最高临界点时水泵开始工作，在水位低于该范围最低临界点时水泵应停止工作。最高点不能超过积水井上边缘高度，并留有一定的安全高度，最低点要保证水泵不空载运行。其次是安装浮标开关，必须保证浮标开关向下时断电位置与最低临界点一致，向上时通电位置与最高临界点一致。利用水的浮力使浮标开关工作。最后将浮标开关接在交流接触器两相控制线上，保证浮标开关通电交流接触器工作接通水泵主线，水泵正常运行。

4.1.2 自动停止抽水系统

自动停水系统是上下级积水井之间的联动控制系统，将水从本级抽至上一级积水井后，在上一级积水井因特殊原因无工作或工作故障时，可及时将本级积水井内所有水泵停止工作，以保证上一级积水井中不会漫出积水井，对斜井内原以完成所有工作造成不必要的损失。

首先，应找到每个积水井最大水位线，在水量高于该水位线后，积水井会漫出积水井。其次安装浮标开关，该浮标开关接为向上断电、向下通电位置，并且该浮标开关向上断电位置应略低于最高水位线，以保证水不会漫出积水井。最后将浮标开关接在下一级积水井水泵交流接触器两相控制线的其中一根上，保证浮标开关通电交流接触器工作接通水泵主线，水泵正常运行。

综上所述，每个交流接触器工作至少满足两个浮标开关同时通电，缺一不可，在上一级积水井的向下通电浮标开关与该积水井的向上通电浮标开关为串联关系。这样就保证了积水井自动抽水且上下级积水井之间互相联动。

4.2 抽水报警系统

抽水报警系统采用浮标开关控制报警器，将报警器安装于监控室，浮标开关连接向上接通线，该报警浮标开关应低于最高水位控制浮标开关，在水位达到报警水位时的第一时间内，电工及专业人员进入积水井检查维修。

4.3 抽水视频监控系统

抽水视频监控系统主要是辅助人工监控，用以远程监控所有积水站水泵是否正常运作，以保证在报警系统故障、最高水位停止系统故障时，及时发现问题、处理问题。视频监控系统安装于能看到下一级积水井出水管口与该积水井水位高低的位置，并在积水井中设置水位标尺以便于区分水位线高低，保证抽水系统安全运行。

5 日常维护保养制度

10号支洞整个抽水系统配备专业电工4人、积水站巡查人员8人，分别负责全天值班工作，负责检查和维护抽水系统的安全，及时发现存在的安全隐患并上报整改，定期检查水泵工作性能情况、控制线路安全问题、浮标开关灵敏性能和积水站淤泥淤积情况，确保整个抽水系统正常运行。

6 安全及文明施工

一是加强现场安全管理，做好安全教育工作，施工操作必须严格遵守《中华人民共和国安全生产法》、《安全防护手册》等规定的安全操作规程、；严禁违章、违规作业。二是所有进入工地的管理、施工人员必须戴安全帽，高空作业必须挂安全带、设置安全网。现场配置专职的安全员，24 h安全值班。三是加强安全防范管理，严格执行以“预防为主、安全第一”的方针，积极采取有效的预防措施，确保施工安全。四是加强现场安全用电管理，安排专职电工值班，执行国家安全用电标准，确保用电安全。五是在施工过程中应遵守国家和当地政府的环境保护法，做好施工现场周边的环境保护工作，实现安全文明施工。

TV672+.1

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1004-7042（2017）10-0030-02

李临杰（1968-），男，1990年毕业于太原工业大学机械制造及自动化专业，高级工程师。

2017-08-15；

2017-09-21