禹门口隧道反坡排水方案研究

杨劲生

（中铁十二局集团第三工程有限公司，山西 太原030024）

1 概述

蒙华铁路禹门口隧道需反坡排水施工段落为DK507+600～DK508+820，坡度为-9.0585‰，尤其在施工段落DK508+275～DK508+315 时预测正常涌水量为89.85 m3/d，最大涌水量为459.5 m3/d，在加强超前地质预报工作的同时，完善隧道反坡排水方案至关重要。

2 工程概况

2.1 隧道概况

蒙华铁路禹门口隧道位于山西省河津市境内，进口位于黄河石门段东岸陡坡上，与龙门黄河大桥相接，出口位于清涧街道龙门村北侧黄土斜坡上。隧道上部分布半坡村之碗窝、黄窑科及刘西咀等自然村，及中国铝业山西分公司龙门山石灰石矿生产车间。隧道起讫里程为DK506+224.6～DK511+314，长5089.4m，为单洞双线隧道。隧道最大埋深约为420m。1# 横洞与正洞交叉里程为DK507+600，反坡施工段落主要为DK507+600～DK508+820，坡度为-9.0585‰。隧道地质主要为石炭系砂岩、泥岩及煤层；奥陶系及寒武系碳酸盐岩类沉积岩。隧道穿越不良地质主要为断层、人为坑洞和采石场、泥石流、岩溶、崩塌落石、岩爆、软岩大变形等；其中隧道洞身穿越4 条断裂带，其中F1、F2 断层受岩溶水影响易发生突泥突水，F3 逆断层、F4 活动断层易发生坍塌，防涌水突泥、防坍塌是安全管理的重点。

表1 隧道排水任务划分表

2.2 水文地质

2.2.1 地表水

测区位于黄河东岸，为黄河石门至禹门口段。测区地表水系属黄河水系，地表水不发育。

2.2.2 地下水

根据区域地质构造、地貌、地层岩性及其组合关系、地下水赋存条件和水力联系，将测区地下水类型划分为三类：第四系孔隙水、基岩裂隙水和碳酸盐岩类裂隙岩溶水。与隧道关系密切的主要为碳酸盐岩类裂隙岩溶水，以潜水为主，局部具弱承压性。其富水性主要受裂隙岩溶及构造发育程度控制，岩溶、裂隙发育或较发育时，则富水性强。受岩性组合及结构特征影响，测区裂隙岩溶水具有含水层段与相对隔水层段相间组合的特征，受断裂及节理裂隙网络的连通作用，各含水层上下沟通，形成一个空间上含水不均匀但又相互连通的统一含水体。该含水体具有区域380m稳定水位，但在裂隙不发育或裂隙导水性不良地段，由于水力联系差，具有不同水位高程，钻探揭示水位高程437.62～485.32m。

根据隧道钻探水文地质资料，并参考区域水文地质资料，认为隧道区地下水主要为裂隙岩溶水。同时考虑隧道区域物探预测含水层的分布情况，对隧道分段涌水量进行了计算，经综合分析后隧道区分段涌水量预测如下:

表2 禹门口隧道分段涌水量汇总表

同时通过隧道钻探揭示水文地质特征并结合物探预测含水层分布情况，禹门口隧道DK507+990.0 ～DK508+275 段、DK508+275.0～DK508+355.0 段、DK508+940.0～DK508+980 段富水性较好，一般易出现集中涌水。在通过F1、F2 断层及其影响带时，在加强超前地质预报工作的同时，应做好当地气象、水文资料调查工作。

3 反坡排水方案

3.1 总体方案

根据禹门口隧道施工组织情况，隧道排水相应分为1#横洞进口段、出口段两部分。由于出口段小里程方向、1#横洞及横洞段小里程方向为顺坡排水，洞内涌水能够通过边沟自然排出，本方案主要考虑1#横洞进入正洞后的反坡排水。

根据本隧道的实际出水量及现场水文调查情况，现场配备应急水泵及消防软管，当掌子面出现涌水时在横洞大里程布置排水管及泵站进行反坡排水。

3.2 排水方案设计原则

3.2.1 排水能力。为确保隧道施工安全，排水系统中应含工作泵和备用泵，工作泵应能满足20h 排出24h 正常涌水；增加备用泵后应能满足1h 排出2h 最大涌水。

3.2.2 综合考虑泵站数量和水泵的选型，泵站数量应尽可能少设置；移动水箱水泵选用低扬程大流量污水泵；泵站水泵应选用合金耐磨型渣浆泵、扬程应按70%的利用率计算。

3.2.3 泵站水仓应高于水泵进水口，水仓底部应设置排泄口，方便清理淤积杂物。

3.2.4 电力配置应预留一定的富余量，电源应合理考虑采用高压进洞方式。

3.3 设计水量情况

1#横洞进入主洞后，向进出口两个方向掘进，进口段地下水不发育，主要为横洞大里程段反坡排水，根据设计图纸横洞大里程方向最大出水段落为DK508+275～DK508+315 段，正常涌水量为89.85 m3/d，最大涌水量为459.5 m3/d。

3.4 抽水参数计算

3.4.1 流量：工作泵应满足20h 排出24h 最大涌水量，增加备用泵后应满足1h 排出2h 最大涌水量。

正常涌水量情况下，每个泵站每小时排水流量为：Qh =3594/40/20=4.5 m3/h

最大涌水量情况下，每个泵站每小时排水流量为：Qhmax=18379/40/20=23 m3/h

3.4.2 管径：排水管应能满足工作泵在20h 内排出隧道24h 的正常涌水量。工作和备用泵应能满足工作和备用泵在20h 内排出24h 的最大涌水量。正常涌水量时排水流量4.5m3/h；最大涌水量时23 m3/h。根据计算，查阅直管摩擦损失简表一定管道最大直径之最大流量限制表，掌子面为正常涌水量时掌子面积水采用移动水箱来收集，并通过Φ80mm消防软管输送至集水泵站内，泵站与横洞水沟之间采用Φ100mm排水管长距离输送，当掌子面出现大量涌水导致暂停施工时，将施工用风管、水管投入使用进行辅助抽排水。

3.4.3 扬程：

水泵扬程根据公式:

4 设备选型配套

4.1 抽水设备型号选型原则

禹门口隧道的排水主要为隧道渗水和施工用水。除了考虑排水流量外，还应考虑排水中含的杂质等。各级泵站排水能力应配备充分。因洞内排水量是逐段递增，所以在各级泵站的水泵选型上应自下而上递增选配。

4.2 需要配用的设备及位置表

根据计算结果，每个泵站设置采用渣浆泵2 台，前期安装1台，洞内水量出现设计最大涌水量后再安装1 台。为方便维修，泵站应采用相同型号的水泵，掌子面移动泵站采用轻型的水泵。

表3 禹门口隧道进口1#泵站配置表

由于禹门口隧道主洞洞内涌水主要为裂隙水，掌子面水量较小，施工时移动水箱距离较近，所以掌子面集水宜选用大流量泥浆泵。

表4 掌子面集水泵配置

5 排水系统

5.1 管路

正常施工排水掌子面至移动水箱采用1 套Φ80mm 消防软管（工作面上移动积水）、移动水箱至集水泵站采用1 套Φ80mm 消防软管、泵站与横洞水沟之间采用1 套Φ100mm 管路（可根据隧道施工后洞内涌水情况增加管路）。每级泵站出水管附近均安装闸阀，方便检修。

5.2 移动水箱设置

移动水箱设于洞内线路右侧，洞内先设置一处移动水箱，根据掌子面水量情况灵活移动，同时根据洞内出水量情况适当加密（控制在250m 一处）。移动水箱的容量计算按不小于该段落掌子面5min 的渗水量再加上施工用水量的两倍确定，移动水箱尺寸：3m（长）×1.2m（宽）×1.5m（深），容量5.4m3。

5.3 固定泵站设置

固定泵站设置在1#横洞与正洞交叉口附近的二衬已完工地段，泵站水仓容量计算按不小于该段5min 的渗水量加上施工用水量的两倍确定，尺寸为4m（长）×2m（宽）×1.5m（深），容量12m3＞5minQ max=23/60*5=1.9 m3，泵站统一设置在洞内右侧。

5.4 排水供电

为确保洞内正常排水，不因电路问题影响排水工作，排水系统应设置备用电源和专用线路。泵站用电采用380V稳定电源，且抽排水设备除满足施工需要外，还应满足备用要求。

6 其他

由于洞内隧道施工中现场排放水主要来源于洞内不良地质产生涌水、施工设备产生废水、喷射混凝土和注浆产生的废水及基岩裂隙水等，直接排入附近水体，将会对水体造成物理、化学影响和生态影响。为避免附近水体受到影响，在洞外排水口下游设置三级沉淀池，沉淀池采用浆砌片石砌筑，为安全起见周围设置护栏，并预留补强措施和场地，污水必须经沉淀池进行沉淀处理达标后排放，并定期对沉淀池进行清理。

结束语

隧道反坡地段排水处理是影响工程进度的大问题，方案得当、机械配置合理，可加快施工进度、降低成本。蒙华铁路禹门口隧道实施本方案后，未出现掌子面积水影响整体施工进度情况，加之现场施工组织科学安排，各工序施工衔接紧密，使得隧道提前9 个月安全贯通。