长大富水隧道大坡度辅助导坑反坡排水施工技术

汪晓勤

（中铁十七局 重庆市渝北区 401120）

1 前言

随着铁路事业的发展，长大隧道不断出现，在施工过程中不可避免的要进行反坡施工及通过断层破碎带、富水带等不良工程地质。富水带是隧道施工中常见的不良地质，其主要特性表现为地下水量大，岩溶地质较为突出，透水性差，抗水性差，施工中可能遇到突泥、突水等地质灾害，特别是强岩溶水及部分断层带易产生较大规模的突泥突水，严重影响施工安全及施工进度，制约工期。只有处理好地下水，才能保证隧道施工安全及施工进度，因此，必须选用可靠的排水施工技术来保证施工安全。以甘庄隧道2#斜井为例，本文对长大富水隧道大坡度反坡排水施工技术进行介绍及分析，为类似地质条件隧道施工提供参考。

2 工程概况

2.1 总体情况

甘庄隧道位于玉溪市元江县境内，施工里程D1K74+550～DK89+800，全长15250m。本隧设计时速为160km，隧道最大埋深约860m。全隧共设置2座平导+4座斜井，其中2号斜井长2507m，坡度11.5%，斜井承担整个斜井工区正洞2909m施工任务，其中小里程1354m，顺坡排水，大里程1555m，反坡排水。

2.2 水文地质

隧址区属构造侵蚀低中山地貌，洞身段地表上覆盖堆积层（Q4del）粉质粘土，下伏基岩为前震旦系昆阳群鹅头厂组（Pt1e）板岩夹灰岩、砂岩。隧址区穿越他克逆断层，受地层岩性、地质构造、地形地貌及气象水文等因素的影响和控制，地下水类型主要有第四系松散层孔隙潜水、基岩裂隙水、岩溶水及断层带水。隧址区受构造影响严重，岩体破碎，节理裂隙发育，隧道为双侧涌水等地质特性，结合地形、地貌预测隧道反坡段最大涌水量为Qmax≈35632m3/d。

3 总体方案

反坡抽排水系统应遵循“以防为主，防排结合、多道防线、刚柔相济、因地制宜、综合治理”原则。采用及时探、大水引、小水堵、接力排的措施，即探、引、堵、排相结合，可控排放，择机封堵的方式进行综合治理。

反坡排水采用机械排水，设置多级泵站接力排水。工作面积水采用移动式潜水泵抽至就近泵站或临时集水坑内，其余已施工斜井段的渗水经隧道内侧沟自然汇集到集水坑或泵站水池内，由固定排水泵站将积水抽排至上一级排水泵站内，再由固定式排水泵站将洞内积水抽排至洞外；正洞段积水经隧道内侧沟自然汇集到集水坑，由移动式潜水泵抽至井底泵站，经固定排水泵将积水抽排至第三级排水泵站内，后由第三级泵站抽排至第一级泵站水池，经固定式排水泵站抽排至洞外。水池内积水经污水池处理后排放；集水坑根据汇水段汇水量大小确定；每个泵站工作水泵按使用五台，备用两台配置。实际施工中可根据隧道出水量适当增加抽排水泵。

4 反坡排水施工技术

4.1 泵站设置

泵站每500m设置一座，共设置5座，位于线路右侧综合洞室内，与排水管路同侧，由综合洞室底部下挖形成；泵站集水井容积按照满足设计最大涌水量时停泵15min的水量设置，水仓容量150m3，可根据水量实际情况调整大小。采用I20钢架与正洞钢架连接，周围用C35的混凝土封闭以防漏水，周边施作钢管护栏围挡，确保施工安全。

4.2 集水坑设置

洞内浇筑仰拱时每隔100m设置一集水坑，容量40m3，可根据实际水量大小调整尺寸；考虑施工与清淤方便，集水坑设置于排水管路同侧。集水坑顶部用16mm钢板覆盖，以防行人、施工车辆坠入。选用37kW大功率污水泵，φ250钢管向洞外抽水，可根据实际水量大小增加污水泵。

4.3 水泵选型

斜井所排水水质中含有岩石石屑、泥浆及喷锚回弹料等，因此采用污水泵。选用水泵时考虑以下因素：

（1）在满足最大工况要求的条件下，应尽量减少能源的浪费；

（2）尽可能选用同型号泵，便于泵站的管理与维护检修，互为备用；

（3）校核水泵的流量和扬程是否满足施工要求；

（4）考虑泵站、集水井的设置距离，实行远近结合。

水泵选用按施工时最大涌水量考虑，即按预计最大涌水量为35632m3/d考虑。

每小时抽水Q=35632m3/d∕24h=1484.7m3；

泵站高差泵站H=500m×11.5%=57.5m；

集水井H=200m×11.5%=23m。

水泵存在因管道水流受摩擦阻力而引起的损失扬程，综合考虑，固定泵站选用QW300-80-160型潜水污水泵三台，QW350-25-37型潜水污水泵两台；集水井选用QW350-25-37型潜水污水泵两台；掌子面处选用QW145-9-7.5型潜水污水泵一台，作为移动抽排水用。

4.4 管路

根据隧道内水量情况，结合选配的抽水设备，隧道内最大涌水量为35632m3/d，根据《简明管道计算手册》，管径计算如下：

式中：d——管道内径（mm）；

qυ——体积流量（m3/h）；

υ——介质流速（m/s）。

其中 qυ=1484.7m3/h，υ=1.2m/s，则 d=773.3mm。

水管容量：

ν=π·d2

拟采用4套φ350mm、2套φ250mm管作为排水管路。则：

ν1=0.47m3/m，ν2=0.4m3/m，ν3=0.1m3/m，ν1＜ν2+ν3，满足排水需求。

根据以上计算结果，泵站设置6套管路：4套φ350mm、2套φ250mm管路；集水井设置2套φ250mm管路，管材均为无缝钢管。在施工过程中，可根据实际水量大小、抽排效果，增加污水泵和消防软管。

4.5 排水供电

为确保洞内排水正常进行，不因电路故障导致抽排水工作间断，设一条专用供电线路，线路装设专用电表独立计量抽水用电量，供电线路采用300mm2的铝芯电缆线。由于水泵功率较大，距离较长，为减少远距离输电的损耗，泵站引入800kVA变压器一台，配电柜一个。为防止停电造成洞内积水水位升高，影响正常施工，供电线路设置于仰拱填充面以上3m边墙位置，于洞口处备用三台500kW发电机，以备停电时使用。

4.6 开挖工作面排水

掌子面附近的渗水由左右两侧的临时排水沟引排，隧道左侧的渗水经临时排水沟、横向排水沟引排至掌子面附近的临时集水井；工作面的积水采用移动式水泵，管路为φ80mm的消防软管，抽排掌子面积水至临时集水井。

4.7 洞口处防排水措施

在隧道洞口处做好排水措施，做到排水畅通，并在洞口增加截水横沟，防止地表水和施工排水倒灌进洞，根据洞口水量情况可适当加大横沟断面，并在沟顶加盖钢板，做到排水和行车互不影响。洞外排水沟出口处须设置三级沉淀池，洞内污水通过沉淀池过滤，待沉淀达到相关标准要求后，方可由排污系统排出。

5 结束语

长大隧道反坡排水，不仅在排水施工上需要一套完善、合理的排水系统，还要在管理上予以加强才能达到预期效果。在施工过程中必须根据隧道内实际流水量大小和施工坡度来确定排水设备的规格、排水管的直径以及排水管路的布置等参数。管理上要安排专职工班负责排水作业，加强现场排水设备、排水管路的管理和维护工作，严格按照设备的操作规范进行操作，并提前做好停电时的应急排水准备工作。施工中应及时进行超前探测，了解并探明前方地质条件及地下水分布情况，预防隧道突涌水等地质灾害的发生。目前，甘庄隧道2#斜井反坡排水系统运行良好，掌子面无积水；解决了地下水对施工进度、工期及施工安全造成的影响和隐患，为同类型地质条件的隧道施工提供参考。