TBM施工过程中隧道排水系统的设计

孟志明 刘文晓 陈建超

（1.中铁十局集团第一工程有限公司，山东 济南 250000； 2.潍坊理工学院，山东 潍坊 262500）

0 引言

随着我国隧道施工不断往高度机械化方向的发展，盾构及TBM在隧道施工过程中的使用量也越来越多。与传统爆破施工相比，虽然机械化施工极大地提高了施工的效率，提高了施工过程中的安全系数，但是隧道机械化施工一旦出现问题往往是灾难性的，处理起来也较为困难。如施工过程中排水问题的处理就是困扰隧道施工的一个方面。

在TBM隧道施工过程中隧道内积水较为严重，尤其是后方管片背后来水较多，施工过程中常规处理方法为盾尾设计排水泵抽排，但随着掘进长度增长，若壁后注浆堵漏不及时，积水会越来越多，处理越来越困难，若过程中水泵失效，设备会有较大水泡风险。常规施工过程中为抽排干净，盾尾一般采用7.5～15kW的水泵，若前方突发涌水，设备水泡风险也较大。

青岛地铁8号线鞍山区间穿越多条破碎带，区间临近海边地层水量较为丰富且部分水段具有微承压性。施工过程中有大量岩层裂隙水汇集至开挖隧道内，导致土仓水量过大，TBM在掘进过程中大量泥渣随水外溢至盾尾，施工过程中盾尾积渣会影响到管片拼装，进而影响到掘进的效率。为解决该问题，项目部研究决定对水进行抽排，自主设计了一种TBM施工过程中的隧道排水系统。

1 整体设计情况

针对TBM积水风险，本单位设计了一种断裂带富水地层TBM施工排水系统。该系统主要由集水系统、排水支系统、应急排水系统三个子系统组成。集水系统负责将隧道内分区域的水源汇集在一块；排水支系统负责将汇集的积水向洞门逐级外排；当TBM前端出现涌水险情时，应急排水系统负责将大量涌水积水抽排至洞外。三个子系统构成整个排水系统，如图1所示。

图1 TBM施工隧道排水系统示意图

2 集水系统

集水系统由1集水箱、5集水管、11集水孔组成，如图2所示，集水箱通过固定支架固定在管片的内壁上，集水孔通过集水软管与集水箱连通。若集水箱背后有较大水流，水会通过集水孔、集水管汇聚到集水箱内。

图2 集水系统示意图

3 排水支系统

每个集水箱内部设有一套排水支系统，如图3所示，排水支系统主要是由3排水泵、6排水软管、7排水硬管、8水位传感器、9自动开关组成。排水泵和水位传感器设置在集水箱内，自动开关与水位传感器和排水泵通过线缆连接，若排水支系统中的集水箱汇集的水达到水位上限，即触发排水泵控制开关，排水支系统会启动排水泵将水通过排水软管、排水硬管排入到临近且靠近隧道洞口的集水箱中，逐渐依次将水排出隧道，当水位排至集水箱水位传感器下限，控制器会停止排水泵排水。

图3 排水支系统示意图

4 应急排水系统

应急排水系统主要是应对突发涌水或者部分排水支系统损坏，导致积水过多的突发险情，如图4示。应急排水系统主要包括19应急排水泵、20应急排水管、21应急排水软管、23应急排水管等。应急排水泵根据需求分别设置在TBM前端盾尾处及易汇聚积水的隧道最低点（也可根据需求在相应部位添加应急排水泵），设备内的应急排水管均设置在TBM的每节台车走道板下部，相邻节台车下部的应急排水管通过应急排水软管连接，隧道内应急排水管均设置为硬管通过抱箍连接，每个应急排水泵与应急排水软管之间均设置单向阀以防止应急排水泵之间相互影响。隧道内应急排水硬管每隔100m设置一个球阀，以便后期硬质排水管的整修更换。当局部有较多积水影响生产时，则启动应急排水泵，将积水通过应急排水管排至洞外。

图4 应急排水系统

5 排水系统整体工作原理

为保证排水效果，此排水系统每隔50～100m在管片外部通过施作止水环，将管片背后的积水分割为独立的集水区域，每个集水区设置一个集水系统，每个远离洞口集水系统的集水箱都由带泵的管道连通到靠近洞口的集水箱。管片背后的积水通过集水系统汇集到集水箱，集水箱中的水位达到一定高度就会触发启动集水箱内的抽水泵，水泵将水通过水管往靠近隧道洞口的集水箱抽排，排水系统通过此类循环，将隧道管片壁后的积水抽排至隧道外部。该系统有效地将隧道内的积水分段排出，大大地降低了TBM施工过程中积水带来的施工风险。

6 结束语

目前该系统已应用于中铁十局青岛8号线，在使用过程中，该系统不仅很好地将管片壁厚积水导出，保证了管片外观的干燥，而且避免了隧道渗漏积水汇集至隧道最低点，避免下坡段掘进过程中盾尾积水处理困难等问题。此外，该系统减少了隧道的后方来水，避免发生土仓内积水过多的现象，减轻了由于水多导致皮带漏渣漏泥等情况的发生，极大地减少富水地层盾尾清泥的工作量。该系统所包含的应急排水子系统很好地规避了富水地层涌水淹没设备的风险，不仅保证了生产过程中设备及施工的安全性，而且极大地提高了设备在富水地层中的掘进效率，解决了盾构及TBM在富水地层中因水大导致的一系列不良影响，并在生产过程中得到了较好的应用。