公路隧道陡坡长距离通风斜井抽排水施工技术_李建军

78 第 47 卷第 6 期(总第 335 期) 2010 年 12 月出版 Vol . 47 ， No . 6 ， Total . No . 335 Dec . 2010
公路隧道陡坡长距离通风斜井抽排水施工技术
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
现代隧道技术
MODERN TUN NELLING TECHNOLOGY
则 1.6×1.6=2.56 m。 弯头和阀门损失按 3 m 计。 因此， 泵站所配置的两种水泵总扬程应分别不
建设及供电系统三个方面，详细地介绍了陡坡富水斜井抽排水施工技术。
关键词 通风斜井 陡坡富水 抽水设备 供电系统 水泵 管道
中 图 分 类 号 ：U453.6
文 献 标 识 码 ：A
1引言
随着我国隧道施工技术和机械化程度的不断提 高，公路特长山岭隧道越来越多，在特长山岭隧道设 计中， 采用斜井等形式作为运营通风或运输通道越 来越普遍。大相岭隧道工程中，由于西南地区雨水较 多，地表水丰富，增大了通风斜井的施工难度，严重 制约了隧道的施工进度， 难以完全按传统的施工方 法实施。在确保安全的前提下，通过对抽排水系统进 行设计、分析、论证，解决了陡坡富水斜井抽排水难 题，加快了隧道施工进度，减少了工程投资，从而为 以 后 运 营 通 风 富 水 斜 井 施 工 积 累 了 经 验 [1]。
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（3） 大相岭隧道斜井掌子面排水设计
由于大相岭隧道斜井是反坡开挖， 掌子面局部
涌水量大，在放炮、出碴过程中掌子面会出现大量囤
积水。为快速进行抽排水、尽快使掌子面具备施工条
件、为隧道施工的下一工序节约时间，在掌子面处采
用两种型号的水泵，作为掌子面抽水专用水泵，如表
2 所示。
表 2 掌子面水泵配置情况
Table 2 Configuration of water pumps at workface
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公路隧道陡坡长距离通风斜井抽排水施工技术
３．２．１ 大相岭隧道斜井排水设计［４，５］ （1） 大相岭隧道斜井水泵型号及管道设计 大相岭隧道斜井左线长 909.378 m，坡度为-31.5%；
图 1 泵站及变压器位置示意（单位：m） Fig.1 Location diagram of pumping stations and Transformers
由于泵站与泵站之间的相对距离是一样的，则 整个排水系统泵站处水泵及管道型号也都一样，下 面具体以 1 号泵站和 2 号泵站进行计算分析。
根据地质勘探资料， 大相岭隧道斜井正常涌水 量为 3 010 m3/d, 最大涌水量为 9 050 m3/d， 虽然在 实际施工中， 局部最大涌水量达到 27 000 m3/d，但 是在建设泵站时， 仍以地质勘探资料最大涌水量进 行计算。根据《煤矿安全规程》第二百七十八条，必须 有工作、备用和检修水泵。 工作水泵的能力，应能在 20 h 内排出矿井24 h 的正常涌水量（包括充填水及 其他水）；备用水泵的能力应不小于工作水泵能力的 70%；工作和备用 水泵 的 总 能 力 ，应 能 在 20 h 内 排 出矿井 24 h 的最大涌水量；检修水泵的能力应不小 于工作水泵能力的 25%。 计算得：
2 工程概况
大相岭隧道 2# 通风斜井是雅泸高速公路大相岭 特长隧道的运营专用通风巷道，工程位于四川省雅安 市汉源县境内。斜井左线全长 909.378 m，倾角 17.28°， 开挖断面面积 55.86～72.13 m2； 右线全长 912.698 m， 倾角 16.49°，开挖断面面积 55.86～72.13 m2。
图 2 斜井泵站水仓示意（单位：m） Fig.2 Schematic diagram of the water storage
in inclined shaft pumping stations
泵站水仓为一个沿隧道开挖方向长 3 m、高 2.5 m、深 2.5 m 的深坑，储水容量为 18.75 方，在隧道侧 壁开挖后以挖掘机为主、 人工为辅的原则开挖至设 计尺寸。 开挖后对围岩进行挂网、喷混凝土，视围岩 具 体 情 况 施 作 加 强 支 护 （格 栅 或 钢 拱 架 ）；设 计 基 线 以上的部位用双层网片支撑并喷射混凝土（厚度 20 cm），以防止水溢出泵站水仓。
序号 名称
型号
特点
备注
该水泵重量轻、 便于移动、 效率高，适用于中长距离排 1 污水泵 30-30-5.5 水，减少了临时泵站的移动 次数，为施工节约了时间
该水泵重量轻、 便于移动、 效率高、 适用于短距离排 2 潜水泵 8-200-5.5 水， 不适合中长距离排水， 临时泵站必须紧跟掌子面， 无形中增加了施工成本
（1） 水泵型号及泵站建设； （2） 抽排水管道的选型； （3） 供电方案的选择。
3.2 处理办法 以大相岭隧道 2# 通风斜井为例，针对上述三个
具体问题就陡坡富水斜井抽排水施工技术进行以下 论述。
修改稿返回日期： 2010-08-17 作者简介： 李建军（1966-），男，高级工程师，主要从事隧道工程施工，E-mail：ljjdhx2009@.
右线长 912.7 m，坡度为-30%。 因左、右线长度及坡 度相差不大， 误差小， 这里主要以左线为主进行论 述。
大相岭隧道斜井左线总长为 909.378 m，倾角为 17.28°。 综合考虑涌水量、斜井坡度、水泵扬程和集水 难度、排水可靠程度等因素，确定隧道斜井设置 5 个 固定泵站，即泵与泵之间的距离都为 160 m（图 1）。
低于： 47.52+15.04+3=65.56 m＜73 m； 47.52+2.56+3=53.08 m＜80 m。
通过计算并对照所选水泵的型号， 泵站所配置 的水泵可以满足使用要求。
（2） 大相岭隧道斜井泵站设计 由于大相岭隧道斜井设置 5 个固定泵站， 每个 泵站之间的距离都为 160 m， 排水采用低压接力泵 站与移动泵站”相结合的排水系统。根据斜井地质勘 查资料，斜井井身正常涌水量为 3 010 m3/d，最大涌 水量达 9 050 m3/d，以此为依据进行泵站建设。 建立泵站的目的是将掌子面处的裂隙水通过接 力的方式排向洞外， 并对井身各泵站间的裂隙水进 行截流，防止水倒流，所以泵站水仓容量的大小至关 重要。 结合齐岳山隧道和乌鞘岭隧道抽排水施工经 验，进行泵站水仓容量建设。由于每个泵站每小时最 大排水量为 464 m3/h，为保证水不形成倒流，短时间 内水泵必须启动， 实现循环抽水。 结合现场施工经 验， 考虑一定的富裕时间， 每个泵站储水时间按 2 min 考虑， 计算得每分钟储水量为：464/60=7.73 m3, 则两分钟储水量为：7.73×2=15.46 m3， 按 18 m3 设 计，如图 2 所示。
斜井井身主要为弱风化的流纹岩， 洞口段岩体 受 F6 断层破碎带影响严重 ，节理裂隙较 发育，部分 呈碎石状压碎结构或角（砾）碎（石）状松散结构，洞
身开挖后地下水呈点滴状、浸润状产出，部分区段可 能呈淋水状，局部可能呈涌水状，根据斜井地质勘查 资料，斜井井身正常涌水量为 3 010 m3/d，最大涌水 量达 9 050 m3/d；实际施工检测发现，局部日最大涌 水量达 27 000 m3。
水量达 27 000 m3。 根据工程特点，泵站抽水设备由 2 台 55 kW 卧式离 心 泵 和 1 台 30 kW 污 水 潜 水 电 泵 组 成 ，每 隔
160 m 建立一个泵站；并架设供电专线，当隧道掘进到 450 m 时，采用高压进洞技术，确保洞内抽水用电。 陡坡富水斜
井抽水问题的解决，加快了隧道施工进度，由每月 40 m 达到每月 90 m，大大减少了工程投资。 文章从设备选型、泵站
3 陡坡富水斜井抽排水施工技术[2,3]
3.1 陡坡富水斜井抽排水施工技术主要问题
陡坡曲线斜井施工中的排水问题， 如果不能得 到及时解决，将严重影响隧道施工进度，除加大工程 投入外，还将严重影响企业的信誉。 针对此情况，必 须解决好陡坡富水斜井抽排水问题。 对大相岭隧道 2# 通风斜井进行的抽排水系统施工的实践证明，解 决好抽排水问题必须处理好以下三个方面：
泵站所配置的水泵总扬程除必须大于泵站与泵 站之间的相对高差外，还得考虑管道摩擦损失值，计 算过程如下：
泵站与泵站的相对高差： h=160×sinα=47.52 m。 根据“附表”得出两种流量下水泵的管路损失值 为： Qh=192 m3/h，φ150 直 管 每 100 m 的 损 失 为 9.4 m，则 1.6×9.4=15.04 m； Qh=80 m3/h，φ150 直管每 100 m 的损失为1.6 m，
由于泵站与泵站之间间距为 160 m， 在该段距 离内开挖后的断面还存在裂隙水， 为了防止裂隙水 流向掌子面，在泵站位置处设置一截水沟，把开挖后 的断面裂隙水引至水仓内，如图 3 所示。
图 3 截水沟示意（单位：m） Fig.3 Schematic diagram of the drainage ditches
根据公式：q=v·A
式中 q— ——液体的流量；
v— ——通流截面上的平均流速；
A— — — 通 流 管 道 的 截 面 积 。
计算得通流截面上的平均流速 v=2.375 m/s＜2.45，
符合要求。
最大涌水量时， 每个泵站每小时排水流量为 452.5 m3/h=125.7 L/s， 根 据 “ 附 表 ” 选 择 管 道 直 径 ，
公路隧道陡坡长距离通风斜井抽排水施工技术 文 章 编 号 ：1009-6582（2010）06-0077-06
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公路隧道陡坡长距离通风斜井抽排水施工技术
李建军
（中铁十二局集团第三工程有限公司，太原 030024）
摘 要 雅泸高速公路大相岭隧道斜井斜距长、坡度陡，地质复杂，井身正常涌水量为 3 010 m3/d,局部日最大涌
管的能力应能配合工作水泵在 20 h 内排出矿井 24 h
的正常涌水量；工作和备用水管的总能力，应能配合
工作和备用水泵在 20 h 内排出矿井 24 h 的最大涌
水量。
正常涌水量时， 每个泵站每小时排水流量为 50.5 m3/h=41.8 L/s，根 据 “附 表 ”选 择 管 道 直 径 ，φ=
150 mm。
见表 1。
表 1 泵站水泵参数 Table 1 Parameters for water pumps
序 名称
号
型号
流量 扬程 功率 备 /（m3/h） /m /kW 注
1 卧式离心泵 125-80-250 192 73 55
2 污水潜水电泵 WQX80-80-30 80 80 30
通 过 计 算 ， 则 总 的 排 水 量 为 ：Qh=192×2+80= 464 m3/h＞Qh，max。
φ=250 mm。
根据公式：q=v·A
计算得通流截面上的平均流速
v=2.565 m/s＜2.72，符合要求。
但是从原材料的重复利用率等因素上考虑，仍 选择 φ150 mm 的管道， 数量由原来的一路增加为
三路。
根据此计算 结果 ， 对 泵 站 水 泵 选 择 了 2 台 55
kW 卧式离心泵和 1 台 30 kW 污水潜水电泵， 参数
正常涌水量时， 每个泵站每小时排水流量为： Qh=150.5 m3/h（按工作 20 h 计算）；
最大涌水量时， 每个泵站每小时排水流量为： Qh，max=452.5 m3/h（按工作 20 h 计算）。
此外， 在陡坡富水斜井抽排水过程中管道的选 型也至关重要， 正确选择管道型号将直接影响水在 管道内的流速，即水泵的扬程。根据《煤矿安全规程》 第二百七十八条，必须有工作和备用的水管。工作水