谈某隧道超前排水

石 峰

(中铁隧道集团二处有限公司，河北 廊坊 065000)

0 引言

在隧道开挖过程中,根据不同的排水条件采用不同的排水方式，为满足安全施工的要求，在出水量较大或者地下水发育的隧道开挖环境中，则需要采用超前排水施工技术。

1 工程概况

某隧道3号斜井长2 045 m，综合坡度为11.34%，由斜井洞口下坡进正洞，右线交于DK627+600与井底相交，交角为76°，主要负责正洞左右线各3 315 m施工工作。起止里程为DK625+655～DK628+970。在建设项目中，主要穿越寒武系中统灰岩段，裂隙发育，局部发育小型溶腔、溶洞。地下水发育至极发育(详见表1)。

表1 某隧道正洞区间地勘涌水量设计表

某隧道3号斜井实际抽排水量高达67 000 m3/d。

2 超前排水施工技术

2.1 施工原理

在开挖掌子面采用超前潜孔钻按照设计要求打设7个长30 m的泄水孔。地下水通过泄水孔将掌子面前方承压水释放到工作面，地下水泄压后通过掌子面后方的水泵、排水管路等排至洞外。超前排水让掌子面水量、水压变小或者无水，从而降低带水作业的开挖的难度(详见图1)。

2.2 施工工艺流程

施工工艺流程见图2。

2.3 施工方法及步骤

2.3.1反坡排水方案第一阶段(3号斜井未进正洞前)

在斜井中部缓坡段设置水箱，采用20 mm厚钢板焊接，尺寸：2.0 m×3.3 m×18.0 m，容积：120.0 m3。掌子面后方设置可拖动水箱，尺寸：2.0 m×1.5 m×6.0 m，容积：18.0 m3，采用20 mm厚钢板焊接，采用对拉斜撑对水箱内加固。移动水箱跟随开挖掌子面保持固定距离前进。采用污水泵将污水从地面抽入水箱内，然后泵送至斜井中间泵站和隧道外的三级沉淀池。

2.3.2反坡排水方案第二阶段排水方案(进正洞后)

井底水仓尺寸：2 m×7.5 m×20 m，容积：300 m3。井底水仓设置在斜井副联内填充路面以下，位于路中间，水仓四周立面墙采用厚度为35 cm的C35模筑钢筋混凝土浇筑，上部铺设钢板，水仓顶部高度与填充面齐平，架设防护栏。

2.3.3超前排水

1)结合掌子面素描、地质雷达、红外探水、超前探孔、TSP等数据进行综合分析掌子面前方地下水情况。当地下水丰富并且为承压水时，项目决定采用超前排水措施。

2)在开挖掌子面采用超前潜孔钻按照设计要求打设7个长30 m的泄水孔。泄水孔将掌子面前方承压水释放，地下水泄压后通过掌子面附近的集水坑、水泵、排水管路排出洞内。3号斜井正洞掌子面通过超前排水让水量、水压变小或者无水，从而降低开挖作业难度。

2.3.4排水管路布置

管道水流速度选择适当，根据3号斜井坡度、高差、经济效益等因素水流速度选定为2.8 m/s。

φ300 mm,φ200 mm,φ100 mm的管路排水量计算分别如下：

根据计算得出直径300 mm的管路排水量为712 m3/h，直径200 mm的管路排水量为317 m3/h,直径100 mm的管路排水量为79 m3/h。

1)某隧道3号斜井正洞洞内排水侧沟排水上限约3 000 m3/h。

2)在保证正常施工的条件下，某隧道3号斜井农电网网电负荷上限为3 300 m3/h。

根据以上条件综合考虑，我工区正洞超前排水段抽排水量上限设定为3 300 m3/h。洞内排水管路设置5趟直径为300 mm，1趟直径为200 mm，1趟直径为100 mm，其中5趟直径为300 mm焊接钢管作为常用排水管，1趟直径为200 mm，1趟直径为100 mm管路作为备用排水管路。

排水管满负荷排水量为5×712+1×317+1×79=3 956 m3/h，常规排水量5×712=3 560 m3/h，大于当前实际涌水量(2 700 m3/h)，可以满足施工要求。

2.3.5水泵选型

3号斜井洞口至井底高差为231.9 m，单级提升120 m，一共分为两次提升扬程(120 m×2=240 m≥231.9 m)。3号斜井排水负荷上限为3 300 m3/h，在3号斜井中间泵站安装10台套扬程215 m的250 kW(280 m3/h～400 m3/h)污水泵，井底泵站安装14台套扬程215 m 250 kW(280 m3/h～400 m3/h)污水泵。由于井底泵站泥沙多、阻尼大等因素，所以井底泵站比中间泵站多安装4台作为备用水泵。

2.3.6变压器及备用电源选型

为防止电网电力故障或电网检修断电导致淹井，在斜井附近配备了由800 kW柴油发电机和1 000 kVA变压器组成自供电站。3号斜井250 kW污水泵共计24台，抽水总功率为24×250=6 000 kW。

共需配置800 kW柴油发电机数量计算如下：6 000÷800÷0.8=9.375台，其中安全系数K=0.8。

所以需配置800 kW发电机组、1 000 kVA变压器各10台。

3 结语

1)超前排水施工技术为解决隧道掌子面开挖施工过程中水量大、压力高的带水作业难题提供有效方法。

2)超前排水在带水作业过程中降低了隧道开挖作业的危险系数，为软弱围岩富水段施工提供了多一层的安全保障。

3)同时为隧道提高了富水段开挖作业效率，操作简单，经济效益明显。

4)超前排水技术在隧道、煤矿、地下空间开挖等领域具有明显的社会效益，具有较高的推广价值。