岩溶构造区特长隧道富水环境的施工降效与引排水技术

张扬扬 罗俐 曹成 王红运 邵德华 何博

摘  要：该文以西南山岭地区岩溶构造区域内的某特长公路隧道为依托，简要阐述了在富水环境下，隧道施工尤其是洞身开挖和初期支护的施工降效情况，并且通过理论计算与现场实践，形成了一套特长隧道引排水技术，充分考虑了各施工面的富水条件，最终确保了该特长公路隧道的正常施工，希望为同类型的施工情况提供借鉴。

关键词：特长隧道  富水环境  施工降效  引排水技术

某西南地区公路隧道为分离式特长隧道，隧道左右线均位于+2.35%的单向坡。隧道为进出口两端对打，出口端为反坡施工。出口左线起止点桩号为ZK44+785～ZK43+100，长1685m，纵坡-2.35%，起止点相对高差39.60m;出口右线起止点桩号为K44+815～K43+080，长1735m，纵坡-2.35%，起止点相对高差40.77m。

隧址区地表水主要为河水及山间冲沟基岩渗水汇集的小溪流，水位及流量受季节控制明显，具暴涨暴落的特点。隧址区地下水主要为基岩裂隙水，由于下伏基岩节理裂隙连通性差，利于裂隙水储存，地下水并非为具有连通性的裂隙潜水，为局部破碎岩体中赋存的裂隙水。隧址所在县年际温度变化小，降水时空变化大且分布不均，82%的降水集中在6～9月。

1  实际涌水量测算

在该隧道的开挖过程中，实际涌水量与设计涌水量差别较大，经过长期的观察测算，得到该隧道的实际涌水量。左线设计涌水量1580m3/d，实际一般涌水量3248m3/d，实际最大涌水量8427m3/d;右线设计涌水量1597m3/d，实际一般涌水量3536m3/d，实际最大涌水量8971m3/d。

2  富水环境的施工降效分析

由于洞内涌水量常年处于1000m3/d以上，根据《区域水文地质普查规范补充规定》，属于富水环境。

2.1 富水环境对掌子面开挖施工的影响

富水环境对掌子面开挖施工的影响见表1。

其中，降效系数=富水环境下施工的单位人工（台班）/正常环境下施工的单位人工（台班）。实际时间均已换算成定额工日与定额台班。

2.2 富水环境对初期支护施工的影响

富水环境对初期支护施工的影响见表2。

通过分析上述数据可得，富水环境下施工，造成了大量工时、材料的浪费，极大地消耗隧道开挖进度。因此，做好隧道掌子面的引排水以及反坡引排水工作是十分有必要的。

3  隧道引排水技术

3.1 掌子面渗水点引排

在渗水点铺设弹簧排水管，引排至拱脚位置排出。弹簧排水管铺设时要紧贴岩壁，将渗水封堵在初期支护外围。

3.2 股状涌水点引排

对股状涌水点钻孔并埋设PVC管，引排至拱脚，最终连通至隧道纵向排水管，通过隧道防排水体系排出。消除最大涌水点，降低涌水点泄向临空面的流量与流速，从而减小喷射混凝土的施工降效。

3.3 反坡引排水

（1）流量。考虑到水泵的损坏维修、集水坑的清淤以及抽水能力不应小于最大涌水量，故将每天有效的抽水时间设定为20h，则：

式中：Qjhmax为集水坑每小时的最大排水量，m3/h;Qmax为单洞每天的最大涌水量，m3/d。

（2）管径。无论是无缝钢管还是螺旋焊接钢管，其材质均为钢，流速为2.0～3.0m/s。

式中：Qhmax为管道每小时的最大排水量，m3/h;Vp为管道流速，取值为2.5m/s;N为排水管的排数，取整。

（3）扬程。考虑到左右洞集水坑的方便管理，将集水坑的间隔设置为260m一个，即在每个横通道的附近设置，方便人员机械在左右洞之间来回调运，节省路程。

考虑当地市场的现有型号以及局部水头损失的富余量，水泵扬程可都定为20m。从现场潜污泵维修更换以及排水管布置方便的角度考虑，最终采用2排管径200mm的排水管。

（4）泵站级数。

经计算得m=0.61，即两个集水坑之间不需要设置增压泵，完全满足引排水需求。

（5）自动报警系统。在高程最低处的集水坑设置浮球液位开关，连接至报警器。当集水坑水位超限（即涌水量增大或者是潜污泵堵塞、损坏），即发出警报，由洞内值班采取相应的措施。从而实现无人化，免去因派专人值守而产生的人工费用，提高经济效率。

4  结语

经过该隧道长期的反坡排水实践，证明上述反坡排水技术适用可行。目前，引排水系统运行正常，施工面没有出现大面积的积水现象。由于各地水文、地质、气候条件的差异性、隧道施工方法的不同，引排水系统要因地制宜，在施工过程中不断摸索，选用最适合的方法，积极应变并最终解决特长隧道的引排水问题，为施工创造条件，减少施工降效的影响。

参考文献

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