隧道大倾角富水斜井抽排水的施工技术

摘要：在特长山岭隧道施工过程中，一般会使用斜井作为运输通道或通风通道。在进行斜井施工过程中，当地表水比较丰富时，会使通风斜井的施工难度增大，为保证斜井施工的顺利开展，需要合理地进行抽排水设计。文章对斜井的地质情况和涌水量比较大的原因进行了分析，然后根据工程的具体情况对隧道大倾角富水斜井抽排水施工技术进行了探讨。

关键词：隧道施工；大倾角富水斜井；涌水量；潜水泵；抽排水施工技术 文献标识码：A

中图分类号：TU74 文章编号：1009-2374（2017）08-0216-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.08.106

1 工程概况

米拉山隧道左线起迄桩号为：ZK4478+780～ZK4481+687，长2907m；右线起迄桩号为：YK4478+760～YK4481+700，长2940m。采用分离式双洞布置，灯光照明，机械通风，设置8处行人横通道、4处行车通道及1处变电所横洞。左洞纵坡坡度（%）/坡长为2.5/46.741/1.15/3093.259、-0.5/2510、-3.71/77，右洞纵坡坡度（%）/坡长为2.5/90/1.15/3030、

-0.5/2510、-3.79/90。斜井长度1045m，纵坡坡度（%）/坡长为-10/1045，斜井与左线交于ZK4478+950。米拉山隧道海拔高度为4680～5350m，相对高差达670m以上。区内山川走向为南北向和东西向，河谷走向多为南北向，构成极高山、高山为主体的高原山地地貌。米拉山隧道进口海拔4752m、出口海拔4774m、斜井口海拔4890m，空气稀薄，交通不便。米拉山隧道正洞设计一般涌水量為8647.44～12139.2m3/d，米拉山隧道斜井涌水设计为可能出现基岩裂隙水。

2 斜井已施工段地质、水文情况

米拉山隧道斜井的地质普遍比设计地质差，现场揭示地质为全风化～强风化凝灰质砂岩、节理裂隙极发育、岩体破碎、裂隙水发育，截止目前施工的原设计Ⅲ级围岩全部变更为Ⅳ级、Ⅴ级。米拉山隧道斜井原设计未描述有大量地下水涌出情况。从2015年9月20日开始，斜井掌子面出现涌水，涌水量约1200方/天，整个开挖段呈淋雨状涌水、股状承压涌水。目前掌子面里程为XJ0+657，随着开挖的推进，隧道斜井掌子面涌水逐渐增大。

3 斜井隧道涌水量较大的原因分析

米拉山隧址地区地下水较丰富，主要有冰雪融化水和大气降水补给，因为米拉山常年雨雪天气，并且冰雪融化比较快，大量的冰雪融化后会直接从破碎岩体通过然后渗透到地下。在隧道开挖后会逐步形成较为通畅的地下水排放通道，米拉山隧道斜井井身左侧为一大型自然冲沟，整个斜井地表区域大气降水全部通过冲沟汇水直接从裂隙渗入斜井；米拉山隧道斜井左侧约300m为大片湿地，湿地位于山洼处，汇水面较大，常年积水，大量的湿地积水通过裂隙渗透至地下，是隧道地下水发育的主要原因之一。

4 斜井抽排水施工

4.1 水泵布置

由于米拉山隧道斜井设计为10%的下坡施工，斜井涌水只能通过高扬尘水泵、布置水管逐级抽排而出。同时，斜井的抽排水组织是减少斜井施工干扰、提升斜井施工进度的关键因素。根据工程的具体情况，设计采用反坡机械进行排水。实际施工时，只需要设置泵站抽水。在工程施工过程中，掌子面会临时布置集水坑，然后使用水泵将隧洞中的水抽排到泵站中，然后抽到洞口进行净化处理后排放出去。目前，该地区每天的涌水量为1200m3，因此需要在该段布置一个临时泵站，泵站和洞口之间的距离保持在420m，使用抽水泵将其抽排到洞外。排水管分别选用一根Φ108管道和一根Φ150管道，泵站之间的高度差为420×10%=42m。设计泵站每小时的最低排水量为1200÷24=50m3，考虑高原因素乘以1.2系数。那么在泵站不是水泵的排水量要求大于50*1.2=60m3/h，扬程不小于42m。选用7.5kW，排水量20m3/h，扬程50m污水泵2台；11kW，排水量35m3/h，扬程50m污水泵1台，满足排水需要，水泵配置详情见表1。由于水泵为易损件，因此按照一用一备一修的原则进行布置，此外还布置了小型潜水泵用来进行小范围的抽水。本工程在选择水泵时，主要对比了潜水泵和多离心泵两种类型，具体分析如下：（1）潜水泵。潜水泵价格超过10万/台，根据计算，管路损失扬程为34m，垂直落差为110m，选型按照110+34=144m，根据选型手册，水泵选型为170m，流量为300m3/h，功率220kW，长度6m。根据现场实际运行情况，潜水泵体积过长，清淤不方便；（2）多级离心泵型号：D280-43*4，流量280立方/时，扬程172m，功率200kW（平原功率），外观尺寸为长3m*宽1m*高925mm，重量约1.3t。多级离心泵低于8万元/台，具有维护方便、方便检修等特点。

综合对比后，水泵选择为多级离心泵，密封采用机械密封（普通多级水泵采用盘根密封，使用中需要人为根据间隙大小及时压紧盘根），功率按照平原200kW配备相应的高原电机。

为了尽可能降低涌水对斜井掌子面造成的影响，在施工过程中采用多设积水坑的方式进行布置，掌子面每隔15m布置一个小型的集水坑，每间隔50m布置一个中型的积水坑，每间隔200m布置一个大型的积水坑。为了降低斜井施工期间抽水的工作量，降低运营工程中衬砌渗水风险，需要在不对斜井掘进施工产生影响的基础上，使用全环径向注浆的方法进行堵水处理。

4.2 水池设计和施工

在进行水池设计时，需要综合考虑沉淀、过滤、清淤激光方面，在底部布置一个长度为25m、宽度为7.5m的蓄水池。蓄水池的中间设置过滤墙，对水进行过滤后排入到清水池中，水泵自吸一次扬程至洞口位置。水池容积按照长25m*宽4m*深2.5m设计，其中开挖宽度为7.5～8m，预留挖掘机清淤3.5～4m通道。实际储水容积约250m3。过滤墙按照3级过滤，一级蓄水。水流速按照0.05～0.07m/s设计，最适合沉淀。一级沉淀4*4.69m，二级沉淀4*4.69m，三级沉淀4*4.69m，清水池4*4.69m。利用预留的挖掘机通道每三天进行一次清淤。在清淤时，水泵系统轮换到第二水池。

4.3 突泥、涌水处理

在施工过程中，遇到软弱破碎、地下水发育的地段时，需要进行超前地质探测预报，并做好超前支护工作，及时将泄水孔打设好，探测前方围岩的基本情况，将钻探到的地质情况及时向项目领导反馈，对出现涌泥和突水的概率进行分析。如果出现突泥涌水的可能性比较大，则需要立即向驻地办和总监办、业主、设计院上报。要求设计院设计防止突泥涌水发生的施工方案。在出现突泥、涌水事故后，要立即启用工区制定的突泥涌水应急预案，并结合流量的大小确定出具体的引排水方案，及时将洞内的积水排出，保证后续处理工作可以及时开展。

5 抽排水施工管理措施

根据目前地质揭示，施工过程中可能会产生突泥涌水。所以，做好施工排水管理工作至关重要。主要采取的措施如下：（1）配备足够的抽水设施，保证抽排水作业的施工进度和作业安全；（2）对各种排水机械设备的操作规范和维护保养细则进行完善，并做好交底工作，要求施工人员做好机械设备的养护工作，避免排水施工时出现突发故障，影响施工的顺利开展；（3）采用综合物探手段和多种超前水平钻探措施进行互相印证，提前确定出有可能出现突、涌水的段落或位置，避免产生不良后果；（4）当涌水类型为基岩裂隙水时，如果涌水在长段落范围时，可以按照“适量排放”的原则实施隧道施工排水，当涌水在比较段的范围内集中出现时，使用径向注浆的方式进行堵水，当涌水量比較大，并且对隧道掘进速度造成了比较大的影响时，则需要使用超前注浆和帷幕注浆技术来提高隧道施工的施工效率。在施工过程中，如果遇到大集中涌水时，需要立即使用局部注浆的方法进行封堵，并对余下的小股涌水集中进行引排；（5）在对水量比较大的区域进行开挖施工时，要做好监测工作，及时进行回归分析，发现有异常出现时及时制定应对措施；（6）要配备足够的启动柜、变压器、电容柜、发电机等电力保障设备，当有电压异常、停电等情况出现时要利用发电机组进行发电，保证排水工作顺利实施；（7）在隧洞各个泵站处均备有软管连接头、水管以及过滤网，以便在检修管路或者出现应急情况时作为应急管道使用。

6 结语

实践证明，在大倾角富水斜井施工过程中，抽排水工作是非常重要的一个环节，只有认真做好抽排水工作才可以保证隧道工程的施工进度，从而为隧道各项工序的顺利开展提供保障，提高企业的经济效益。本工程在采用上述措施进行抽排水后，保证了隧道工程的施工进度，顺利完成了施工，值得类似工程借鉴和参考。

参考文献

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作者简介：高海欣（1982-），男，河北保定人，中铁十二局集团第一工程有限公司工程师，研究方向：隧道施工技术。

（责任编辑：秦逊玉）