铁路长大隧道反坡排水设备选型

王增帅

摘 要：本文简略阐述了衢宁铁路浙江段安民隧道工程概况，并在明确计算原则以及考虑因素的基础上对铁路长达隧道反坡排水主泵站以及临时泵站和固定泵站设备选型进行了分析，旨在为相关人员提供借鉴意义，并为后续铁路长大隧道反坡排水技术的应用奠定坚实的理论基础。

关键词：铁路长达隧道;反坡排水施工技术;设备选型

中图分类号：U453.6 文献标识码：A

0 引言

对于铁路长大隧道反坡排水技术的应用来说，各项设备选型工作的开展直接影响了技术应用的质量，从目前来看，设备选型受到多种因素的影响，为了能够保障设备选型的科学性与合理性，有必要对其展开深层次的探索。

1 工程概况

本文主要从衢宁铁路浙江段安民隧道的实际情况出发，对铁路长达隧道反坡排水设备选型展开详细研究，该隧道全长总共13 908.4 m，起讫里程为DK111+696.26～DK125+605.5。其Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级以及Ⅴ级分别有着55.4%、33.8%、8.6%和2.1%占比，不良地质包括软质岩、软弱夹层、断层破碎带以及岩溶和岩溶水等等，设计最大涌水量为11 799 m3/d，该隧道本身是I级风险隧道，有着相对较紧的工期要求，在全线中是重点控制性工程。安民隧道平导处在隧道线路的向右侧出口处，总长度为3 110 m，负责正洞施工里程为DK122+240～DK120+595，其中平导PDK1+210～PDK0+000为5.1‰下坡、7#横通道179 m为3‰下坡，8#横通道170 m为3‰下坡，正洞段1 645 m为5.1‰反坡，都要采用相应的反坡施工技术。安民隧道平导1#横通道小里程向DK123+450～DK125+450段2 000 m为3.1‰的下坡，施工时只考虑正洞与平导直接反坡排水，DK122+240～DK123+450段1 210 m为5.1‰的上坡，考虑反坡施工。

在水文地质方面，该隧道工程地处中低山区处，有着相对发达的地表水，北西南东向山脊为隧道去地表水的分水岭，主要包括两条溪流，分别为位于出口处的道太溪支流以及进口处的安民溪。该工程有着相对较发育的隧道山体沖沟水系，常年有流水并呈现出树枝状分布，但其实际的流量则会在很大程度上受到大气降雨的影响，地下水主要有三部分组成，分别为构造裂隙水、基岩裂隙水以及第四系孔隙潜水，在大气降水补给的条件下排泄至低洼处[1]。

2 铁路长大隧道反坡排水系统设计中的设备选型研究

2.1 计算原则

管道挂污会在一定程度上降低经济流速，但在隧道掘进的过程中不能停止工作对管路进行疏通，为了能够有效应对这一问题，便应当确保对管路以及水泵等排水设施进行优化选择，使其能够同相关规定以及使用要求完全符合，进而最大限度减少排水工序所对隧道掘进施工所造成的不利影响。

2.2 考虑因素

在对铁路长大隧道反坡排水设备进行选型的过程中应当综合考虑多方面影响因素，在此基础上提升设备选型的科学性与合理性。

水同施工进度以及人员安全有着密不可分的关系，相关工作人员应当对方案的安全性以及可行性进行重点考察。

应当能够保障其同介质特征的实际要求相适应，斜井中的水均为施工用水和裂隙水，水中不应当有喷射混凝土回弹料掺杂物、岩土颗粒以及砂土的混入。泵站本身应不具备沉淀功能，以免出现杂物对管道连接件和水泵造成破坏的现象，与此同时在水泵的选择上应尽量确保其具有较长的使用年限，并有耐腐蚀、耐磨等特点。

除此以外，各级泵站应具有高质量的排水能力以及储备能力，结合最大涌水量设计安装水泵总排量，并对正常流量进行兼顾。

其实际所选用水泵的性能以及型号需要可以同装置本身功能参数的要求相适应，包括吸程、汽蚀流量、压力、流量、温度以及扬程等。与此同时，在选型的过程中还要充分考虑水泵的使用年限以及维修周期等内容，尽可能保障其安装和维修更换的便捷性和高效性，有效规避由于频繁维修更换制约工程正常施工的现象出现。

在排水管道的设置方面，应当避免其影响斜井运输能力，并尽量缩小其所占用的空间范围，以免导致正常运输通道被过度占用[2]。

2.3 主泵站设备选型

2.3.1 水泵的选择

1#斜井：高差h=Hi+4=33.99+4=37.99 m。乌弄斜井：高差h=Hi+4=140.7+2=144.7 m。平导：高差h=6.7+4=10.7 m（7#泵站至反坡点泵站）;高差h=4.7+4=8.7 m（8#泵站至7#泵站）。4#横通道泵站：高差hmax=303.59-303.81+0.9+4=

4.68 m。

水头损失：H损失=λ*L/d*v2/（2g）

λ-沿程阻力系数，管道内径，取0.034 0;L-管道长度;d-管道内径;v-流速，Q/（πd2/4）;g-重力加速度，9.81。

计算的水头损失：

1#斜井：贯通前H损失=0.034*300/0.2*2.0252/（2*9.81）

=10.7 m（1根）。贯通后H损失=0.034*300/0.20*2.742/（2*

9.81）=19.6 m（2根）。

乌弄斜井：

贯通前H损失=0.034*1 500/0.25*1.522/（2*9.81）=23.9 m（3根）。贯通后按贯通前考虑。

平导：

7#横通道泵站：H损失=0.034*1 200/0.25*2.832/（2*9.81）

=66.6 m（3根）。

8#横通道泵站。H损失=0.034*1 000/0.2*2.962/（2*9.81）

=70.5 m（1根）。

1#横通道小里程方向4#横通道泵站：

H损失=0.030 4*200/0.20*0.882/（2*9.81）=1.2 m（1根）。

水泵功率计算：W=Q*g*ρ*h/（3 600*η）

W-轴功率;Q-流量;H-扬程考虑水头损失;G-9.81;η-效率，0.75～0.85，取0.8;ρ-介质密度，1.05×103kg/ m³。

计算得水泵功率：

1#斜井：贯通前：W=41.8 kW，考虑富余W取45 kW，选用WQ-250-50-45水泵1台，流量250 m³/h，扬程50 m，功率45 kW。贯通后：W=133.9 kW，考虑富余W取150 kW，选用IS200-150-400水泵2台，流量400 m³/h，扬程50 m，功率75 kW。

乌弄斜井：

贯通前：W=568.6 kW，考虑富余W取660 kW，选用D280-43X5水泵2台，水量335 m³/h，扬程190 m，功率250 kW;D155-30X7水泵1台，水量185 m³/h，扬程160 m，功率160 kW。平导：7#泵站W=434 kW，考虑富余W取480 kW，选用XHSS150-605C水泵3台，流量550 m³/h，扬程81 m，功率160 kW。

8#泵站W=106.1 kW，考虑富余W取160 kW，选用XHSS150-605C水泵1台，流量550 m³/h，扬程81 m，功率160 kW。

1#横通道小里程：W=8.4 kW，考虑富余W取15 kW，选用WQ-100-28-15水泵1台，流量100 m³/h，扬程28 m，功率15 kW。

2.3.2 管路的选择

根据现场资源均选用内径Ф200 mm、Ф250 mm管道。

（1）管路趟数确定。根据管道流速不宜大于3 m/s。v=Q/（π*d2/4）。

计算得管径：

1#斜井：贯通前：选用1根200 mm钢管。贯通后：选用2根200 mm钢管（1根由高压风管改装）。

乌弄斜井：

贯通前：选用3根250 mm铁管。贯通后：按贯通前配置，备用。平导：7#横通道泵站，选用3根250 mm铁管。

8#横通道泵站，选用1根200 m铁管。

1#横通道小里程4#横通道泵站：选用1根200 mm铁管。

（2）管路长度估算。1#斜井：300 m。乌弄斜井：1 500 m。

平导：7#横通道泵站1 200 m。8#横通道泵站1 000 m。1#横通道小里程方向4#横通道泵站200 m。

2.4 临时泵站及固定泵站设备选型

2.4.1 水泵的选择

1#斜井：扬程h=Hi+5=600*0.004 8+5=7.9 m。乌弄斜井：扬程h=Hi+5=600*0.005 1+5=8.1 m。

平导：扬程h=600*0.005 1+5=8.1 m。

水头损失：H损失=λ*L/d*v2/（2g）

λ-沿程阻力系数，管道内径，取0.030 4;L-管道长度;d-管道内径;v-流速，Q/（πd2/4）;g-重力加速度，9.81。

计算的水头损失：

1#斜井小里程方向：H损失=13.1 m（1根200）。乌弄斜井小里程：H损失=23.7 m（1根250）。平导：H损失=19 m（1根200）。

水泵功率计算：W=Q*g*ρ*h/（3 600*η）

W-轴功率;Q-流量;H-扬程考虑水头损失;G-9.81;η-效率，0.75～0.85，取0.8;ρ-介质密度，1.05×103kg/ m³;

计算得水泵功率：

1#斜井小里程：W=14.2 kW，考虑富余W取16.5 kW，选择WQ-100-28-5.5水泵3台，另外2台备用。乌弄斜井小里程：W=47 kW，考虑富余W取60 kW，选择WQ-100-50-15水泵4台，另外2台备用。平导：W=48 kW，考虑富余W取60 kW，选择WQ-100-50-15水泵4台，另外2台备用。

2.4.2 管路的选择

根据现场资源均选用内径Ф200 mm钢管。

（1）管路趟数确定。根据管道流速不宜大于2 m/s。v=Q/（π*d2/4）。计算得管径：1#斜井小里程：选用1根200 mm钢管。乌弄斜井小里程：选用1根250 mm钢管。平导：选用1根200 mm钢管。

（2）管路长度估算。均按不大于600 m设置一集水井，每段管路长度不大于600 m。

2.4.3 其它

在工作面排水方面主要使用移动式水泵，管路为Ф80消防软管，向就近本站或者是临时集水坑中进行抽排。为了确保洞内道路上不存在积水，应当对两侧的排水沟展开相应的修建工作，以保障洞内渗水能够在侧沟的作用下进入到集水坑中，以免出现渗水漫流在洞内道路上的现象[3]。

3 结论

综上所述，优化开展设备选型工作能够有效提升铁路长大隧道反坡排水技术应用的质量，对于隧道工程整体施工的持续平稳进行有着积极的促进作用。因此，相关工作人员务必要加强对于设备选型工作的重视，并结合工程施工的实际情况，综合考虑各方面影响因素，最终完成对于设备选型各项参数的精密计算，提升设备选型的科学性。

参考文献：

[1]韓超.特长隧道涌水综合反坡排水施工技术[J].交通世界，2020（32）：106-107.

[2]廖郁.富水超长超深隧道斜井反坡排水施工技术[J].四川建筑，2019，39（06）：279-280+283.

[3]李宁，赵建敏，吴世华.拉孟山隧道斜井段反坡排水施工管理技术[J].云南水力发电，2019，35（06）：20-25.