某隧道反坡排水施工技術(shù)

長(zhǎng)大隧道反坡排水施工技術(shù)摘要通過(guò)某隧道左線的實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)施工情況，介紹了隧道長(zhǎng)大反坡排水的施工方法關(guān)鍵詞反坡排水、水泵、排水系統(tǒng)、集水箱1工程概況某隧道左線合同里程為：ZK122+860-ZK126+487，共3627米，合同段位于鄂西山區(qū)，地處秦嶺山脈山麓，地勢(shì)復(fù)雜，地形起伏變化大，大地地貌單位為鄂西構(gòu)造剝蝕侵蝕低中山區(qū)，樹(shù)木叢生，植被發(fā)育。合同段內(nèi)主要河流為咸池溝、涼臺(tái)河，地下水主要為第四系孔隙水、基巖裂隙水、碳酸鹽巖巖溶水三大類。隧道設(shè)計(jì)涌水量608m3/d，隧道縱向坡度1.693%。2施工現(xiàn)場(chǎng)情況目前隧道掌子面施工至里程ZK123+487，距洞口3000m，施工四個(gè)加寬帶，掌子面距4#加寬帶94m。隧道涌水主要來(lái)源于以下三部分：1、隧道基巖裂隙水；2、掌子面開(kāi)挖過(guò)程中風(fēng)槍出水；3、掌子面后方回流水：包括渣車流水、仰拱積水、水管漏水及其他水流。隧道掌子面的積水增大了隧道施工難度，制約了隧道掌子面作業(yè)的連續(xù)性，嚴(yán)重影響了隧道施工的進(jìn)度、質(zhì)量和安全。3排水方案3.1總體方案某隧道左線排水施工為反坡排水。應(yīng)遵循“以防為主，防排結(jié)合，多道防線，因地制宜，探、引、堵、排相結(jié)合的原則進(jìn)行綜合治理”。采用機(jī)械排水、固定泵站和移動(dòng)式泵站相結(jié)合的分級(jí)接力排水方法將掌子面積水抽至洞外。通過(guò)半經(jīng)驗(yàn)、半理論的方法計(jì)算出隧道目前掌子面涌水量約為25m3/h；根據(jù)觀測(cè)和經(jīng)驗(yàn)推斷至隧道合同里程涌水量約為30m3/h（無(wú)突發(fā)性涌水時(shí)）。隧道每循環(huán)抽水前掌子面匯水總量約為100m3。為保證作業(yè)的連續(xù)性，結(jié)合隧道排水系統(tǒng)的排水能力應(yīng)大于隧道涌水量（包含遠(yuǎn)期涌水量）這一原則，考慮以下幾套排水方案：3.2排水方案的對(duì)比及選擇方案一：采用兩套排水系統(tǒng)。在4個(gè)加寬帶分設(shè)4個(gè)固定泵站，每個(gè)固定泵站放置兩個(gè)集水箱，集水箱內(nèi)放置3-11kw不同型號(hào)的小功率水泵（根據(jù)高差、距離和水泵揚(yáng)程、流量選擇水泵型號(hào)），遞級(jí)排水至洞外。方案二：采用一套排水系統(tǒng)。在3#、4#加寬帶設(shè)置固定泵站，在掌子面放置兩臺(tái)小功率水泵抽水至4#加寬帶，在4#加寬帶放置兩臺(tái)30KW水泵抽水至3#加寬帶，在3#加寬帶放置1臺(tái)75KW水泵抽水至洞外。方案三：采用一套排水系統(tǒng)。在2#、4#加寬帶設(shè)置固定泵站，在掌子面放置兩臺(tái)小功率水泵抽水至4#加寬帶，在4#加寬帶放置一臺(tái)75KW水泵抽水至2#加寬帶，在2#加寬帶防止1臺(tái)75KW水泵抽水至洞外。表1：排水方案對(duì)比序號(hào)排水能力成本投入系統(tǒng)管理方案146m3/h17萬(wàn)元水泵、水箱較多，不不利于管理與與維修方案295m3/h23.4萬(wàn)元水泵和泵站數(shù)量較較少，利于管管理方案3120m3/hh21.3萬(wàn)元水泵和泵站數(shù)量較較少，利于管管理比對(duì)以上三套方案：方案一最經(jīng)濟(jì)，但排水能力較小，且泵站和水箱太多，不利于管理和清理；方案二中75KW水泵至洞口距離較遠(yuǎn)（2300米），高差為39米，不符合水泵的揚(yáng)程范圍，而且排水能力也滿足不了隧道遠(yuǎn)期排水需求；方案三在排水能力方面滿足隧道近期和遠(yuǎn)期的排水需求，也利于管理和維修，故選擇第三套排水方案。3.3水泵的選擇及排水系統(tǒng)的具體布置3.3.1水泵選擇方法（1）隧道掌子面積水除地下水本身成分外還包括石屑、泥漿和噴射砼的回彈摻雜物，因此選擇水泵除考慮排水量外，還應(yīng)考慮排水成分。（2）洞內(nèi)各個(gè)泵站所配備的水泵應(yīng)按排水能力遞增原則設(shè)置，以減少下一級(jí)泵站排水能力較小而產(chǎn)生的洞內(nèi)回流水。（3）在高差相近的泵站，宜選用相同型號(hào)的水泵，便于管理和維修。（4）在掌子面和集水坑（池）處應(yīng)選用輕便的水泵，便于移動(dòng)。3.3.2排水系統(tǒng)的具體布置及原因在掌子面開(kāi)挖臺(tái)車上放置2臺(tái)7.5KW水泵,此水泵在開(kāi)挖臺(tái)車就位后進(jìn)行掌子面抽水.由此泵將掌子面積水抽至4#加寬帶的集水箱中，經(jīng)4#加寬帶集水箱旁的1臺(tái)75KW水泵抽至2#加寬帶的集水箱中，經(jīng)2#固定泵站集水箱旁的1臺(tái)75KW水泵直接排水至洞外，經(jīng)沉淀池排出。（見(jiàn)表2）表2：排水系統(tǒng)中水泵配置及參數(shù)序號(hào)水泵型號(hào)水泵位置水泵抽水流向排水能力（m3//h）1WQ40-30--7.5掌子面抽至4#加寬帶362WQ40-30--7.5掌子面抽至4#加寬帶363D155-304#加寬帶抽至2#加寬帶1154D155-303#加寬帶抽至洞外1205WQ15-30--3掌子面集水坑抽至4#加寬帶316WQ15-30--34#泵站集水池抽至4#加寬帶317WQ15-30--32#泵站集水池抽至2#加寬帶32隨著掌子面的開(kāi)挖在掌子面后方設(shè)置移動(dòng)泵站和集水坑，在4#加寬帶和2#加寬帶固定泵站附近設(shè)置集水池，內(nèi)分別放置1臺(tái)3.0kw的水泵，由此泵將后方回流水分別抽至4#和2#加寬帶集水箱中，經(jīng)75KW水泵排至洞外，經(jīng)沉淀池排出。在隧道兩側(cè)設(shè)置簡(jiǎn)易排水溝，確保洞內(nèi)滲水通過(guò)排水溝引入集水坑內(nèi)，不至于在洞內(nèi)路面上漫流，并在集水坑處設(shè)置土坎用以攔截后方回流水，以減小掌子面的排水壓力。布置原因：（1）隧道的排水系統(tǒng)能力要大于隧道涌水量（包含遠(yuǎn)期涌水量）。（2）為了應(yīng)對(duì)隧道突發(fā)性涌水，以及便于管理和維修，考慮設(shè)置大功率水泵和大直徑管線。（3）設(shè)置集水坑和集水池為及時(shí)攔截后方回流水，減小掌子面的排水壓力，保證隧道24小時(shí)不間斷排水。圖1：排水方案布置圖3.4管路布置考慮75KW水泵排水能力較大，對(duì)管道直徑要求較高，故采用Φ150mm鋼管。在掌子面水泵至后方50m處（風(fēng)、水管端頭處）采用Φ40mm軟管連接，經(jīng)Φ80mm鋼管連接至4#加寬帶，再經(jīng)Φ150mm鋼管排水至2#加寬帶和洞口。集水池和集水坑內(nèi)水泵采用Φ40mm軟管抽水至對(duì)應(yīng)水箱內(nèi)。鋼管的彎頭不宜太多，隧道抽水水流中含有的大量的泥漿、巖屑易在彎頭處沉淀，長(zhǎng)時(shí)間易堵塞排水管道。3.5泵站設(shè)置此方案根據(jù)高差和水泵揚(yáng)程在4#和2#加寬帶處設(shè)置固定泵站，不至于影響到隧道的施工和車輛行駛。每泵站放置一個(gè)水箱，水箱采用1.5mm厚鋼板焊接成長(zhǎng)方體。（見(jiàn)表4）表3：水箱統(tǒng)計(jì)表序號(hào)水箱名稱水箱位置水泵型號(hào)容積（m3）11#集水箱4#加寬帶D155-307.522#集水箱2#加寬帶D155-307.53.6排水供電為了確保洞內(nèi)排水正常進(jìn)行，不因電路問(wèn)題導(dǎo)致抽排工作的間斷，在每處泵站設(shè)置配電箱，掌子面水泵利用掌子面開(kāi)挖臺(tái)車的配電箱接電。75KW水泵設(shè)專門配電柜，由值班人員控制電源啟動(dòng)。3.7人員配置隧道洞內(nèi)排水為不間斷施工，值班人員24小時(shí)輪班作業(yè)。排水施工共配置6人，其中隊(duì)長(zhǎng)1名，白班三人，夜班三人。隊(duì)長(zhǎng)長(zhǎng)期值白班外其余三人每半個(gè)月?lián)Q班一次。值班人員主要負(fù)責(zé)水泵的安放、啟用、水箱的清理、及水泵的檢修等工作。4排水施工中注意的問(wèn)題4.1某隧道圍巖主要為石英砂巖和泥質(zhì)砂巖，泥質(zhì)砂巖強(qiáng)度較低，開(kāi)挖后遇水浸泡及在車輛荷載的反復(fù)作用下形成泥漿，泥漿水經(jīng)水泵抽至水箱中后部分沉淀在水箱中影響盛水體積。泥漿沉淀形成的泥巴3-4天可以占滿水箱。如果采用人工鐵鍬清理或者機(jī)械傾倒操作十分麻煩。施工中可在水箱底部上20cm處焊接Φ150cm鋼管接頭，并用法蘭連接。在清理泥巴時(shí)打開(kāi)法蘭，一名工人在水箱內(nèi)攪動(dòng)使泥巴形成泥漿通過(guò)鋼管接頭將泥巴排出水箱外。4.2抽水作業(yè)人員在每天上班途經(jīng)每個(gè)固定泵站時(shí)都要對(duì)抽水設(shè)備和水箱內(nèi)情況進(jìn)行檢查，并定期對(duì)水泵的軸承和葉輪進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)。由于隧道抽水不及時(shí)的一個(gè)主要原因是水泵損壞，因此在及時(shí)更換備用水泵的同時(shí)，抽水作業(yè)人員要有一定的水泵維修經(jīng)驗(yàn)，已應(yīng)對(duì)抽水現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的情況。4.3為防止雜物堵塞水泵葉輪，在水泵上套有鋼絲網(wǎng)并用鐵絲緊箍。集水坑內(nèi)的水泵容易陷入泥巴內(nèi)從而導(dǎo)致水泵燒壞，可在水泵下部安設(shè)三角支腿使水泵不受泥漿侵入。4.4由于抽水工人是連續(xù)作業(yè)，當(dāng)洞內(nèi)煙塵較大時(shí)工人需做好防塵措施。洞內(nèi)較潮濕，工人在進(jìn)行水泵安放及檢修過(guò)程中衣服易潮濕，在移動(dòng)泵站處放置大功率電燈以備烘烤。5方案的利弊及改進(jìn)此方案優(yōu)點(diǎn)在于能保持隧道的不間斷抽水，而且避免和設(shè)置多級(jí)泵站帶來(lái)的管理和維修方面的不便，但仍有一些弊端需要改進(jìn)：5.1隨著隧道開(kāi)挖的不斷加深，如果發(fā)生突發(fā)性涌水時(shí)，單純依靠掌子面2臺(tái)7.5KW水泵不足以滿足排水需求。所以在4#加寬帶放置一臺(tái)5.5KW的備用水泵。發(fā)生涌水時(shí)可以保證在掌子面有三條管線排水。5.2對(duì)于隧道內(nèi)75KW的大功率水泵，要做到及時(shí)保養(yǎng)和維修，避免因水泵損壞而影響洞內(nèi)抽水作業(yè)。6成本分析固定成本投入：水泵設(shè)備費(fèi)：3kw單價(jià)1300（元）×數(shù)量3（臺(tái)）+7.5kw單價(jià)3200（元）×數(shù)量2（臺(tái)）+5.5kw單價(jià)2400（元）×數(shù)量1（臺(tái)）+75kw單價(jià)28000（元）×數(shù)量2（臺(tái)）=68700元Φ150mm無(wú)縫鋼管材料費(fèi)：2920m×9.378kg/m×4800元/t=131442元Φ80mm無(wú)縫鋼管材料費(fèi)：88m×9.378kg/m×5500元/t=4539元Φ40mm軟管：350元/條×6條=2100元1.5mm厚鋼板水箱材料費(fèi)：37㎡×11.78kg/㎡×4800元/t=2092元配電箱：98元/個(gè)×5個(gè)=490元電線線路材料費(fèi)：100m×35元/m=3500元合計(jì)：212863元每月成本投入：工人工資：帶班3100元×1人+工人2800元×5人=17100元電費(fèi)：洞內(nèi)水泵每月運(yùn)行總功率為56000kw×0.92元/kw=51520元其他費(fèi)用（維修費(fèi)）：每月按10000元計(jì)算合計(jì)：78620元7應(yīng)急措施及環(huán)保措施由于本管段穿越多個(gè)斷層，可能出現(xiàn)突水涌水現(xiàn)象，因此應(yīng)做好洞內(nèi)應(yīng)急措施。在隧道內(nèi)作業(yè)區(qū)放置救生衣、救生圈。在涌水事件發(fā)生時(shí)，及時(shí)上報(bào)指揮部應(yīng)急預(yù)案領(lǐng)導(dǎo)小組，啟動(dòng)突發(fā)事件的應(yīng)急預(yù)案，做到以人為本，兼顧財(cái)物，力爭(zhēng)把損失降低到最低限度。針對(duì)