引水隧洞逆坡施工大流量地下水抽排技术

2018-03-06吴建文

筑路机械与施工机械化 2018年1期

王路，张恒，吴建文

(1.四川交通职业技术学院道路与桥梁工程系，四川成都 611130;2.西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室，四川成都 610031;3.四川工程职业技术学院建筑工程系，四川德阳 618000)

0 引言

隧道涌水由于发生突然，部位不易正确判定，规模与动力特征很难预测，加之地下空间有限，往往给工程施工带来很多问题，包括围岩失稳、堵塞隧洞、淹埋设备，甚至是隧洞报废、人员伤亡等事故［1-5］。由于受到进出口地表高程或其他因素的限制，特长隧道无法设置人字坡，而必须设置单面坡。而特长承隧道具有地质、水文条件复杂的特点，且目前的探测手段有限，无法对断层的准确位置进行判定，容易出现大规模的涌水。涌水出现后，泵站的设置位置、水泵的选型、管径的选择、抽排能力和扬程的选择显得至关重要，需要在施工过程中动态调整，因而反坡排水的成败将成为特长隧道施工的控制性因素［12-19］。

1 工程概况

锦屏二级电站引水隧洞逆坡排水的距离为2 000～4 000 m，揭露的总流量在西端的T2Z洞段达到 15.7 m3·s－1，在 T2b洞段达到 14 m3·s－1。引水洞室群由4条长约16.67 km的引水洞和1条施工排水洞组成(图1、2)。隧洞埋深为1 500～2 000 m，最大埋深约为2 525 m，地下水压力大。锦屏山隧道高程较引水隧洞高70 m，基于锦屏山隧道施工经验和锦屏山地质构造，引水隧洞将截断通往锦屏山隧道的原有含水构造，引水洞地质剖面见图3，穿越的含水地层范围比锦屏山隧道宽180 m，面对更大的地下水风险。

图1 锦屏辅助洞、引水隧洞、施工排水洞平面(西端)

图2 锦屏辅助洞、引水隧洞、施工排水洞剖面(西端)

2 突涌水流量的预测分析

结合锦屏山隧道东、西两端所揭露的涌水情况，在水文地质条件分析的基础上采用水文地质比拟、简易水均衡、三维渗流场分析3种方法进行涌水综合预测。2条锦屏山隧道、4条引水隧洞和1条排水洞同时开挖后，在不设置防渗措施的情况下，漏斗形成过程中的涌水量由降雨入渗及地下水位降低排水两部分组成，该过程的出水量是一个动态变化过程。按照以下顺序安排施工程序:锦屏山隧道先期开工建设，其次施工排水洞，在排水洞施工过程中开始4条引水隧洞的施工，即1#引水洞、2#引水洞、3#引水洞、4#引水洞同期施工，该过程中最大可能涌水量见表1。由于预测计算限定在假定施工顺序(开挖、混凝土衬砌、封堵)下，而施工程序的变化会影响各隧洞涌水量的预测结果，由于出水点的随机性，最终汇总出水量也并不是各洞出水量相加，各隧洞出水量都有可能增减。

表1 引水隧洞、锦屏山隧道、排水洞稳定涌水量预测结果 m3·s－1

图3 隧洞地质剖面

3 抽排水方案的设计

逆坡大流量地下水抽排采用大功率高扬程的抽水机，并结合大管径水管将地下水硬抽至洞外，类似于大型提灌站。突涌水抽排水必须能够处理在瞬间积累的大量水。逆坡抽排水中如不能有效抽排，会导致水越积越多，隧道面临被淹没的风险。最短的时间内启动系统并保证其正常运转是逆坡大流量地下水抽排的特点。引水隧洞(西段)地下水导排以进入白山组T2b为分界，分2个阶段实施。

(1)涌水进入白山组大理岩之前，在支洞设置固定泵站，在水进入反坡前，可通过两侧水沟流入大积水坑被抽出洞外;而水进入反坡后，可利用移动潜水泵接力抽至平坡段。

(2)涌水进入T2b洞段，在未贯通的施工排水洞右侧设置大积水坑和竖井将水导至A洞后自然流出。各引水洞和掌子面的地下水通过潜水泵接力抽至横向通道后排入排水洞的大积水坑。

4 现场逆坡施工排水

4.1 进入T2b前的逆坡施工排水

引水隧洞、锦屏山隧道、排水洞施工坡度如图4所示。在进入T2b前(2 655桩号)，主要使用30 kW潜水泵(群)直接通过集水坑和Φ159 mm主管路将水抽到变坡点前方20 m后(靠支洞口方向)，经过平坡段水沟排到设置于支洞的大型集水池;在2 655桩号以后的T2z洞段，通过设置大中型集水池、配置大流量抽水机、建立移动泵站，直接将地下突涌水抽至变坡点前方约50 m后，经过隧洞平坡段的排水沟排至设置于支洞口的大型集水池，再由固定泵站抽出洞外。由于上部洞段高出下部洞段500 m以上，因此主泵站必须设置在上部洞段，并根据实际落底情况前移或延伸主管路，但必须事先完成主泵站并保证能正常使用时才允许落底。开挖时每隔500 m设置一横通道，平坡段上部开挖的同时，在断面内的一侧各自开挖0.5‰～1‰顺坡排水沟(图5);逆坡施工时，1#、2#隧洞涌水用水泵排入上游变坡点处的排水沟，1#隧洞内的水还可以经过横向通道排到2#隧洞顺流到集水池中，再抽出洞外。逆坡段排水主管路一律走2#引水隧洞排至变坡点排水沟，汇流施工支洞1#、2#两个连通的大集水池，并经设置在大集水池的主管路抽水机抽出洞外(图6)。当施工能正常使用主排水洞时，洞内所有排水经横向排水洞排至主排水洞，再自然流到东端。平坡段及逆坡段排水见图 7、8。

图4 引水隧洞、锦屏山隧道、排水洞施工坡度

图5 引水隧洞排水沟设置

图6 支洞排水管道

4.2 进入T2b后的逆坡施工排水

施工进入T2b后，在2#引水洞设置第一个排水横向通道，此横向通道穿过施工排水洞;在排水洞南侧边墙设置集水仓，在锦屏山隧道B线8#通道口布置1个直径1.4 m的抽水竖井，将引水洞和施工排水洞内的涌水通过掌子面的抽排设备集中排至横向排水通道，再经集水仓抽排至A线锦屏山隧道，之后排至锦屏山隧道洞口。抽水机的布置及参数见表2。现场严格按照抽排水方案实施，从集水仓沿竖井到锦屏山隧道B线布置3趟Φ400 mm管路，按一管一泵布置，如图9、10所示。通过引入煤矿抽排水理念，施工进入T2b后，抽排水系统设备运行良好，完全保证了正常施工的需要。