某隧道反坡排水施工技术

长大隧道反坡排水施工技术摘要通过某隧道左线的实际现场施工情况，介绍了隧道长大反坡排水的施工方法关键词反坡排水、水泵、排水系统、集水箱1工程概况某隧道左线合同里程为：ZK122+860-ZK126+487，共3627米，合同段位于鄂西山区，地处秦岭山脉山麓，地势复杂，地形起伏变化大，大地地貌单位为鄂西构造剥蚀侵蚀低中山区，树木丛生，植被发育。合同段内主要河流为咸池沟、凉台河，地下水主要为第四系孔隙水、基岩裂隙水、碳酸盐岩岩溶水三大类。隧道设计涌水量608m3/d，隧道纵向坡度1.693%。2施工现场情况目前隧道掌子面施工至里程ZK123+487，距洞口3000m，施工四个加宽带，掌子面距4#加宽带94m。隧道涌水主要来源于以下三部分：1、隧道基岩裂隙水；2、掌子面开挖过程中风枪出水；3、掌子面后方回流水：包括渣车流水、仰拱积水、水管漏水及其他水流。隧道掌子面的积水增大了隧道施工难度，制约了隧道掌子面作业的连续性，严重影响了隧道施工的进度、质量和安全。3排水方案3.1总体方案某隧道左线排水施工为反坡排水。应遵循“以防为主，防排结合，多道防线，因地制宜，探、引、堵、排相结合的原则进行综合治理”。采用机械排水、固定泵站和移动式泵站相结合的分级接力排水方法将掌子面积水抽至洞外。通过半经验、半理论的方法计算出隧道目前掌子面涌水量约为25m³/h；根据观测和经验推断至隧道合同里程涌水量约为30m³/h（无突发性涌水时）。隧道每循环抽水前掌子面汇水总量约为100m3。为保证作业的连续性，结合隧道排水系统的排水能力应大于隧道涌水量（包含远期涌水量）这一原则，考虑以下几套排水方案：3.2排水方案的对比及选择方案一：采用两套排水系统。在4个加宽带分设4个固定泵站，每个固定泵站放置两个集水箱，集水箱内放置3-11kw不同型号的小功率水泵（根据高差、距离和水泵扬程、流量选择水泵型号），递级排水至洞外。方案二：采用一套排水系统。在3#、4#加宽带设置固定泵站，在掌子面放置两台小功率水泵抽水至4#加宽带，在4#加宽带放置两台30KW水泵抽水至3#加宽带，在3#加宽带放置1台75KW水泵抽水至洞外。方案三：采用一套排水系统。在2#、4#加宽带设置固定泵站，在掌子面放置两台小功率水泵抽水至4#加宽带，在4#加宽带放置一台75KW水泵抽水至2#加宽带，在2#加宽带防止1台75KW水泵抽水至洞外。表1：排水方案对比序号排水能力成本投入系统管理方案146m³/h17万元水泵、水箱较多，不不利于管理与与维修方案295m³/h23.4万元水泵和泵站数量较较少，利于管管理方案3120m³/hh21.3万元水泵和泵站数量较较少，利于管管理比对以上三套方案：方案一最经济，但排水能力较小，且泵站和水箱太多，不利于管理和清理；方案二中75KW水泵至洞口距离较远（2300米），高差为39米，不符合水泵的扬程范围，而且排水能力也满足不了隧道远期排水需求；方案三在排水能力方面满足隧道近期和远期的排水需求，也利于管理和维修，故选择第三套排水方案。3.3水泵的选择及排水系统的具体布置3.3.1水泵选择方法（1）隧道掌子面积水除地下水本身成分外还包括石屑、泥浆和喷射砼的回弹掺杂物，因此选择水泵除考虑排水量外，还应考虑排水成分。（2）洞内各个泵站所配备的水泵应按排水能力递增原则设置，以减少下一级泵站排水能力较小而产生的洞内回流水。（3）在高差相近的泵站，宜选用相同型号的水泵，便于管理和维修。（4）在掌子面和集水坑（池）处应选用轻便的水泵，便于移动。3.3.2排水系统的具体布置及原因在掌子面开挖台车上放置2台7.5KW水泵,此水泵在开挖台车就位后进行掌子面抽水.由此泵将掌子面积水抽至4#加宽带的集水箱中，经4#加宽带集水箱旁的1台75KW水泵抽至2#加宽带的集水箱中，经2#固定泵站集水箱旁的1台75KW水泵直接排水至洞外，经沉淀池排出。（见表2）表2：排水系统中水泵配置及参数序号水泵型号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#加宽带362WQ40-30--7.5掌子面抽至4#加宽带363D155-304#加宽带抽至2#加宽带1154D155-303#加宽带抽至洞外1205WQ15-30--3掌子面集水坑抽至4#加宽带316WQ15-30--34#泵站集水池抽至4#加宽带317WQ15-30--32#泵站集水池抽至2#加宽带32随着掌子面的开挖在掌子面后方设置移动泵站和集水坑，在4#加宽带和2#加宽带固定泵站附近设置集水池，内分别放置1台3.0kw的水泵，由此泵将后方回流水分别抽至4#和2#加宽带集水箱中，经75KW水泵排至洞外，经沉淀池排出。在隧道两侧设置简易排水沟，确保洞内渗水通过排水沟引入集水坑内，不至于在洞内路面上漫流，并在集水坑处设置土坎用以拦截后方回流水，以减小掌子面的排水压力。布置原因：（1）隧道的排水系统能力要大于隧道涌水量（包含远期涌水量）。（2）为了应对隧道突发性涌水，以及便于管理和维修，考虑设置大功率水泵和大直径管线。（3）设置集水坑和集水池为及时拦截后方回流水，减小掌子面的排水压力，保证隧道24小时不间断排水。图1：排水方案布置图3.4管路布置考虑75KW水泵排水能力较大，对管道直径要求较高，故采用Φ150mm钢管。在掌子面水泵至后方50m处（风、水管端头处）采用Φ40mm软管连接，经Φ80mm钢管连接至4#加宽带，再经Φ150mm钢管排水至2#加宽带和洞口。集水池和集水坑内水泵采用Φ40mm软管抽水至对应水箱内。钢管的弯头不宜太多，隧道抽水水流中含有的大量的泥浆、岩屑易在弯头处沉淀，长时间易堵塞排水管道。3.5泵站设置此方案根据高差和水泵扬程在4#和2#加宽带处设置固定泵站，不至于影响到隧道的施工和车辆行驶。每泵站放置一个水箱，水箱采用1.5mm厚钢板焊接成长方体。（见表4）表3：水箱统计表序号水箱名称水箱位置水泵型号容积（m³）11#集水箱4#加宽带D155-307.522#集水箱2#加宽带D155-307.53.6排水供电为了确保洞内排水正常进行，不因电路问题导致抽排工作的间断，在每处泵站设置配电箱，掌子面水泵利用掌子面开挖台车的配电箱接电。75KW水泵设专门配电柜，由值班人员控制电源启动。3.7人员配置隧道洞内排水为不间断施工，值班人员24小时轮班作业。排水施工共配置6人，其中队长1名，白班三人，夜班三人。队长长期值白班外其余三人每半个月换班一次。值班人员主要负责水泵的安放、启用、水箱的清理、及水泵的检修等工作。4排水施工中注意的问题4.1某隧道围岩主要为石英砂岩和泥质砂岩，泥质砂岩强度较低，开挖后遇水浸泡及在车辆荷载的反复作用下形成泥浆，泥浆水经水泵抽至水箱中后部分沉淀在水箱中影响盛水体积。泥浆沉淀形成的泥巴3-4天可以占满水箱。如果采用人工铁锹清理或者机械倾倒操作十分麻烦。施工中可在水箱底部上20cm处焊接Φ150cm钢管接头，并用法兰连接。在清理泥巴时打开法兰，一名工人在水箱内搅动使泥巴形成泥浆通过钢管接头将泥巴排出水箱外。4.2抽水作业人员在每天上班途经每个固定泵站时都要对抽水设备和水箱内情况进行检查，并定期对水泵的轴承和叶轮进行维护和保养。由于隧道抽水不及时的一个主要原因是水泵损坏，因此在及时更换备用水泵的同时，抽水作业人员要有一定的水泵维修经验，已应对抽水现场发生的情况。4.3为防止杂物堵塞水泵叶轮，在水泵上套有钢丝网并用铁丝紧箍。集水坑内的水泵容易陷入泥巴内从而导致水泵烧坏，可在水泵下部安设三角支腿使水泵不受泥浆侵入。4.4由于抽水工人是连续作业，当洞内烟尘较大时工人需做好防尘措施。洞内较潮湿，工人在进行水泵安放及检修过程中衣服易潮湿，在移动泵站处放置大功率电灯以备烘烤。5方案的利弊及改进此方案优点在于能保持隧道的不间断抽水，而且避免和设置多级泵站带来的管理和维修方面的不便，但仍有一些弊端需要改进：5.1随着隧道开挖的不断加深，如果发生突发性涌水时，单纯依靠掌子面2台7.5KW水泵不足以满足排水需求。所以在4#加宽带放置一台5.5KW的备用水泵。发生涌水时可以保证在掌子面有三条管线排水。5.2对于隧道内75KW的大功率水泵，要做到及时保养和维修，避免因水泵损坏而影响洞内抽水作业。6成本分析固定成本投入：水泵设备费：3kw单价1300（元）×数量3（台）+7.5kw单价3200（元）×数量2（台）+5.5kw单价2400（元）×数量1（台）+75kw单价28000（元）×数量2（台）=68700元Φ150mm无缝钢管材料费：2920m×9.378kg/m×4800元/t=131442元Φ80mm无缝钢管材料费：88m×9.378kg/m×5500元/t=4539元Φ40mm软管：350元/条×6条=2100元1.5mm厚钢板水箱材料费：37㎡×11.78kg/㎡×4800元/t=2092元配电箱：98元/个×5个=490元电线线路材料费：100m×35元/m=3500元合计：212863元每月成本投入：工人工资：带班3100元×1人+工人2800元×5人=17100元电费：洞内水泵每月运行总功率为56000kw×0.92元/kw=51520元其他费用（维修费）：每月按10000元计算合计：78620元7应急措施及环保措施由于本管段穿越多个断层，可能出现突水涌水现象，因此应做好洞内应急措施。在隧道内作业区放置救生衣、救生圈。在涌水事件发生时，及时上报指挥部应急预案领导小组，启动突发事件的应急预案，做到以人为本，兼顾财物，力争把损失降低到最低限度。针对