某隧道反坡排水治理措施

2021-01-07简华华

黑龙江交通科技 2021年4期

简华华

(贵州省公路工程集团有限公司，贵州贵阳 550000)

1 工程概况

某隧道为两条分离式隧道，左线起讫桩号LZK11+475～LZK16+418，纵坡为-2.11%，全长4 943 m，右线起讫桩号LK11+490～LK16+485，纵坡为-2.10%，全长4 995 m，属于特长隧道。隧道进口端洞门形式均为削竹式，出口端洞门形式均为端墙式，建筑限界为11 m×5 m。隧道呈近南-北向展布。隧道穿越山体，地形起伏较大，沿隧道轴向进出口地形较低，中段较高。进口端地形平缓，出口端地形较陡，地表植被发育、水土保持较好。

2 施工方案

该隧道采用双幅双向掘进施工，因该隧道左右线的进口段都是单面下坡，按总长一半计算，其中，左线反坡坡度为-2.114 2%，长2 471.5 m，而右线反坡坡度为-2.1%，长2 497.5 m，所以洞内水向工作面上快速汇集，应立即抽排，避免掌子面上大量积水，对围岩稳定性造成影响，并危及隧道内机械设备和人员自身安全，严重影响正常施工。该隧道工程的反坡排水主要有两种方式，分别为一次性倒流与分段倒流，其中，一次性倒流无法实现，尤其是在富水地段当中，除了要采用功率较大的水泵，一旦发生突发事件，还难以保证掌子面施工安全。基于此，需采用分段倒流进行排水，该排水方式的优势在于抽水机数量相对较少且位置比较固定，对日后的检查与维修都相对有利。

3 排水沟涌水量计算

(1)水沟断面尺寸要以设计流量、水力坡度和沟管粗糙率为依据通过计算确定，各参数的计算方法为：①水沟泄水能力，计算公式为Qc=v×A，其中，Qc为泄水能力，m3/s，v为平均流速，m/s，A为过水断面面积，m2；②水沟平均流速，计算公式为v=C(R×i)0.5，其中，v为平均流速，m/s，R为水力半径，m，i为水力坡度，具体根据隧道的纵坡取值，左、右线分别取2.114 2%和2.1%，C为流速系数或谢才系数；③水力半径，计算公式为R=bh/(b+2h)(矩形沟)；④谢才系数，计算公式为C=(1/n)×Ry，其中，y=2.5n0.5-0.13-0.75R0.5(n0.5-0.1)，n为沟壁粗糙系数，根据混凝土沟取值，该工程取0.015，综合考虑沟壁实际情况，保守取值为0.02。

(2)采用降水入渗法对涌水量进行计算，根据计算结果，采用三沟排水，中心排水沟的断面尺寸为1 m×0.65 m，左侧排水沟的断面尺寸为0.4 m×0.6 m，右侧排水沟的断面尺寸为0.65 m×0.45 m，排水能力计算结果为：①左洞：中心沟排水量为167 077.01 m3/d，左侧边沟排水量为39 085.77 m3/d，右侧边沟排水量为56 225.577 m3/d；②右洞：中心沟排水量为166 522.85 m3/d，左侧边沟排水量为38 956.13 m3/d，右侧边沟排水量为56 039.09 m3/d。通过排水量验算，该隧道的排水量等于523 906.41 m3/d，大于217 222.73 m3/d，安全系数为2.4；同时，左、右线的排水量都比隧道总涌水量大，可满足极端情况下的要求。通过以上计算和分析，隧道的排水能力可以达到要求。

4 排水管路布置与抽水机配置

4.1 排水管路布置

在水仓之间设置4排排水管，采用直径为150 mm的无缝钢管，以该隧道涌水量为依据，在正常条件下应设置3排排水管进行全天排水，并备用一排，将其作为应急情况下的排水管，另外，洞内的通风管可作为预防突发大型涌水等特殊情况时的备用管道。

4.2 抽水机配置

(1)配置原则

①隧道的排水对象以地下水为主，而地下水主要是第四系孔隙水剂基岩裂隙水，实际水量因大气降水量和节理裂隙产生的变化而改变，在此基础上还应充分考虑落水洞与施工用水。对水质而言，除了地下水自身基本成分，还包括岩石石屑与泥浆，还会有喷射施工时回弹物掺杂物，基于此，不仅要充分考虑需要排除的水，还需要对排水具体成分组成进行充分考虑。

②隧道洞内水量一般为逐段递增，对此在选择具体的各级泵站时，需要遵循排水能力递增基本原则按照从下到上的顺序递增选择和配置。

③每一级泵站的实际排水能力要充分配备，同时具备足够储备能力。

(2)设备选型

在确定具体的抽水设备型号时，应对洞内水进行成分组成化验，化验指标包括固体物容积比、密度、pH值和水温，据此确定适宜的水泵型号。结合以往工程经验，通常以污水污物潜水电泵为主。以图纸上标出的岩层涌水量为依据，若泵站汇水量没有太大差别且扬程也较为相近，则应使用类型一致的水泵。为便于管理与操作维修，当泵站之间的高差相近时，也可使用型号一致的水泵，仅仅是在设备数量上进行适当调整。对于工作面移动水泵，应选择移动较为轻便的类型，在实际操作过程中，要以水量大小为依据对配置数量进行适当增减。

排水能力需根据最大涌水量来考虑，使用流量较大和扬程较低的抽水机，设备应分成多个阶段投入。水泵型号为150WQ200-30-37型，其流量为200 m3/h，扬程为30 m，功率为37 KW。掌子面处的活动泵站主要使用WQL-10-7.5型潜水泵，其排水能力为100 m3/h，配置数量以掌子面水量配备为依据确定，施工中应达到2台以上。仰拱处的活动泵站主要使用WQL-10-7.5型潜水泵，其排水能力为100 m3/h，配置数量以掌子面水量配备为依据确定，施工中应达到2台以上。中央排水沟因施工后纵向排水管、横向排水管、环向排水管及富水地段预埋的排水管管及洞内反坡排除的水。根据水流设置活动泵站选用WQL-10-7.5型潜水泵，排水能力为100 m3/h，配置数量以掌子面水量配备为依据确定，施工中应达到3台以上。