隧道反坡排水施工技术

隧道反坡排水施工技术

(中铁十七局集团第六工程有限公司，福建福州 350000)

摘要：莲花山隧道长10.497km，为浦梅铁路控制性工程，隧道设计有两个斜井。斜井长度大、坡度大，且隧道涌水量大，洞内的水是否能顺利排出是隧道能否正常施工的关键。为保证现场施工条件及工期，选择合适的施工方案是本文的重点。

关键词：隧道涌水量反坡排水

1 工程概况

1.1 设计概况

莲花山隧道全长10.497km，其中2号斜井采用无轨运输方式，斜井与线路交会里程为DK270+400，交会处隧道正线轨面高程为424.32m，斜井长L=1172m（平距），斜井与线路大里程平面交角为56°。斜井内坡段最大坡度为10.35%，综合坡度9.22%。斜井在隧道主体工程竣工以后，做为隧道防灾救援紧急出口，按长久斜井设计。

斜井进入正洞后，根据设计地质资料及实施性施工组织设计的进度计划，斜井负责施工的正洞里程段落为DK268+058～DK271+465，均处在7‰的上坡上。其中向大里程方向为1065m，向小里程方向为2342m，共计施工正洞长度为3407m。因DK270+400～DK271+400段均处在7‰的上坡上，因此该段不考虑反坡排水，DK271+400～DK271+465段65m处于3‰的下坡、小里程方向及斜井井底考虑施工期间排水。

1.2 施工段落水文地质情况

气候属中亚热带季风气候区，因属闽西北高寒地带，气候不稳定，冷热变化异常，冬季气温最低温度-7℃，最高温度10℃，温差变化不大且持续时间短，有短期霜冻；降雨主要集中在4-6月，年平均降雨量1325毫米。

莲花山隧道2号斜井大体地质情况为：花岗岩，强～弱风化，节理裂隙较发育，岩体较完整，呈块（石）碎（石）状镶嵌结构，围岩稳定，有可能出现涌水。正常涌水量为3163m ³/d，最大涌水量为4341m³/d。

正洞DK268+058～DK271+465段大体地质情况为：花岗岩，弱风化，节理裂隙较发育，围岩完整性较好，呈块状结构，属极硬岩或硬质岩，整体稳定性较好，局部可能发生掉块。正洞DK268+058～DK270+400段正常涌水量为6237.2m³/d，最大涌水量为6989.61m³/d；正洞DK270+400～DK271+400段正常涌水量为3973.85m³/d，最大涌水量为4571.86m³/d；正洞

DK271+400～DK271+465段正常涌水量为96.14m³/d，最大涌水量为144.73m³/d。

2 排水方案的确定

根据斜井及正洞的坡度、长度以及涌水量等，最终确定正洞顺坡段通过自然汇集至斜井底泵站水仓，反坡段由移动潜水泵将工作面涌水抽入较近的泵站水仓，通过泵站将水抽入斜井底泵站水仓，最后通过斜井泵站接力将水抽排至洞外的施工方法。

2.1 各级泵站抽排水能力的要求

2.1.1 确定泵站的设置数量

根据设计及施工情况，莲花山隧道2号斜井工区共设置三处固定泵站，泵站设置里程分别为：第一处级泵站：2斜5+50；第二处泵站：2斜0+20；第三处泵站：DK269+345（大避车洞）。详见图1“莲花山隧道2号斜井工区泵站布置图”。

图1 莲花山隧道2号斜井工区泵站布置图

施工过程中共设置五段移动泵站。斜井施工时在掌子面设置移动泵站，共设置两段移动泵站，即在斜井口至第一处固定泵站间斜井掌子面设置一段移动泵站将掌子积水抽至斜井口外；在第一处固定泵站至第二处固定泵站间斜井掌子面设置一段移动泵站将掌子面积水抽至第一处固定泵站；正洞小里程方向施工时在掌子面设置移动泵站，共设置两段移动泵站，即在第二处固定泵站至第三处固定泵站间掌子面设置一段移动泵站将掌子面积水抽至第二处固定泵站，在第三处固定泵站至DK268+058间掌子面设置一段移动泵站将掌子面积水抽至第三处固定泵站；正洞大里程方向施工时在掌子面设置移动泵站，共设置一段移动泵站，即在第二处固定泵站至DK271+465间掌子面设置一段移动泵站将掌子面积水抽至隧道侧水沟内。

确定的三处固定泵站主要承担着隧道与进口、出口贯通前排出隧道涌水的任务，一旦启用能保证24小时工作能力；移动泵站主要承担隧道掌子面开挖过程中排出隧道施工涌水的任务，相对较灵活且使用时间相对较短，在下一处固定泵站启用后，此段移动泵站停止使用。

2.1.2 排水能力计算

本施工区段共设置三处固定泵站，掌子面施工过程中设置五段移动泵站。根据设计文件及涌水量估算，斜井井身最大涌水量4341m3/d，正洞大里程施工段最大涌水量4716.59m3/d和正洞小里程施工段最大涌水量6989.61m3/d，对各级泵站进行抽水长度、抽水扬程、抽水能力进行计算。然后进行各处固定泵站和各段移动泵站的抽水量计算。只有准确的计算出各泵站的抽水能力，才能准确配备各级和各段泵站的抽水设备、排水管路及相关的配电设施，各级固定泵站及各段移动泵站的抽水能力详见表2-1、2-2。

表2-1 各级泵站位置及抽水能力要求表（最大涌水量）

表2-2 各级泵站位置及抽水能力要求表（正常涌水量）

3 设备的选型与配备

3.1 水泵选型原则

隧道排水主要为隧道渗（涌）水，同时需考虑到施工用水。水质除地下水的本身成分外，主要还有岩石、石屑、泥浆，同时还有喷射混凝土的回弹物等掺杂物，所以除考虑到需排出的水量外，还应考虑到排水的成分组成。

洞内水量是逐段递增，在各级泵站的水泵造型上，应按照排水能力递增原则自下而上递增选配。

各级泵站排水能力应充分配备，并有一定的储备能力。

3.2 水泵的配置

隧道内泵站站水量递增较大，为了考虑到在管理、操作及维修上的方便，泵站间高差相近，选用型号相同水泵，只是在设备数量上相应增加。工作面移动水泵，采用移动轻便的水泵，实际操作根据水量大小在数量上予以增减。具体详见表3-1。

表3-1 各级泵站配备设计一览表

表3-1 各级泵站配备设计一览表

3.3 排水管的配置

根据隧道涌水量及各级泵站承担排水量，对各级泵站进行排水管路配置，每级泵站排水管路配置见表3-2。

4 水泵相关注意事项及故障处理

4.1 水泵工作注意事项

4.1.1 启动前的检查与准备