長大隧道斜井排水方案比選

1、長大隧道斜井排水方案比選唐伯喬（衡茶吉項(xiàng)目經(jīng)理部）摘 要 本文針對衡茶吉鐵路云陽山隧道斜井排水量大坡度大及排水距離長的特點(diǎn)，介 紹了在單線鐵路隧道內(nèi)施工排水的方法和經(jīng)驗(yàn)，以供同類型工程項(xiàng)目參考。關(guān)鍵詞云陽山隧道斜井排水技術(shù)方案一工程概況云陽山隧道位于茶陵縣縣城以西云陽山，是新建鐵路衡（陽）茶（陵）吉（安）線上第 二長隧道，隧道起訖里程DK115+271DK120+460,全長5189m。分為進(jìn)、出口和斜井三個工 區(qū)施工，斜井施工段落為斜井自身668米及正洞DK117+200DK118+900段1700米。隧道地下水主要為基巖裂隙水，水位埋深普遍較大，補(bǔ)給來源主要為大氣降水和地表水 的補(bǔ)給，設(shè)計

2、文件說明隧道正常涌水量為367.1m3/d.km,隧道進(jìn)、出口各存在一斷層破碎帶， 容易出現(xiàn)突發(fā)性涌水。隧道分段涌水量預(yù)測結(jié)果見下表。隧道分段涌水量預(yù)測結(jié)果表分段里程富水性分段長度（m）正常涌水量（m3/d）DK115+377DK116+380弱富水區(qū)1003386.88DK116+380DK117+000弱富水區(qū)620397.5DK117+000DK118+500弱富水區(qū)15001191.8DK118+500DK119+100中等富水區(qū)6001003.9DK119+100DK120+460弱富水區(qū)1360504.4合計50833484.48隧道最大單位涌水量685m3/d.km。云陽山隧道斜

3、井全長668m、平均坡度-10%，高差66.8米，正洞1700m （DK117+200 DK118+900）、坡度-11.5%。，高差18.4米，屬于反坡施工。從斜井以及正洞開挖段水量分析，水量明顯大于設(shè)計量，從2009年8月至2010年8 月，斜井段最大涌水量平均為100 m3/h，即2400 m3/d，進(jìn)入正洞后，斜井段涌水量減小，平 均為70 m3/h；正洞每公里涌水量平均為50 m3/h，即1200m3/d.km。大量的涌水給施工造成了很大的影響，加上地質(zhì)情況復(fù)雜，工期特別緊張，為保證施工 進(jìn)度和質(zhì)量安全，開工伊始，就投入了大量的抽排水設(shè)備，但效果不明顯，對進(jìn)度影響較大。 隨后項(xiàng)目部邀

4、請各方專家到場指導(dǎo)，結(jié)合云陽山隧道自身特點(diǎn)和現(xiàn)有資源設(shè)備，對原有方案 進(jìn)行檢算和調(diào)整，重新制定下列排水方案。二原排水方案洞內(nèi)排水均采取多級泵站排水。考慮突發(fā)性大涌水的發(fā)生，設(shè)備排水量按照最大涌水量 的2倍進(jìn)行配置。1斜井段，長660m，共設(shè)2級泵站第一級設(shè)于斜0+300處，用于截留斜0+300斜0+660段涌水和滲水，該段長度360米， 最大涌水量按照全斜井一半計算，即35 m3/h，排水揚(yáng)程高度36米。該泵站集水井尺寸設(shè)計 為2m （寬）X4m （長）X1m （深），為不占用斜井通車空間，集水井采用擴(kuò)挖隧道邊墻的方 法，坑壁用磚砌或者混凝土澆筑。排水設(shè)備為2臺18.5KW潛水泵（1臺備用），

5、排量為80 m3/h （大于2倍最大涌水量），揚(yáng)程72m。排水管為中110 mm鋼管，擺放在斜井進(jìn)洞方向右側(cè)，直 接排水出斜井洞外。第二級泵站設(shè)于斜0+000處（即正洞DK117+200處），用于抽排斜0+000斜0+300段， 以及正洞DK117+200DK118+800段涌水，涌水量按斜井一半與正洞的最大涌水量之和計算， 即85m3/h。該集水井尺寸為10m （長）X2m （寬）X2m （深），設(shè)置在正洞與斜井交叉處， 采用挖深和磚砌，滿足集水要求。水泵選用2臺潛水排污泵（1臺備用），功率75kw，流量 160m3/h，揚(yáng)程135m。該級泵站排水管為150 mm鋼管，接頭處用法蘭盤連接，方

6、便拆裝， 排水管設(shè)于斜井進(jìn)洞方向的右側(cè)，直接抽排出斜井洞外。再備用2臺18.5kw排污泵，流量 80m3/h，揚(yáng)程72m,排水管為0 150 m鋼管，排水管設(shè)于斜井進(jìn)洞方向的右側(cè)，直接抽排出 斜井洞外。水泵流量和揚(yáng)程滿足抽排水要求，并可以滿足排更大水量的要求。斜井段所有泵站和排水管均設(shè)置在斜井進(jìn)洞方向的右側(cè)，集水井要求砌筑牢固，高度適 當(dāng)，不發(fā)生溢水和垮塌情況；斜井段地板左右側(cè)均要求設(shè)置排水溝，匯集滲水，并每隔20 米左右長度設(shè)置橫向水溝，引導(dǎo)左側(cè)水流向右側(cè)水溝，集中抽排出洞；左右側(cè)水溝及時清理 疏通，防止水流淤塞和躥流至底板上。2正洞段：長1700m，共設(shè)3級泵站第一級：設(shè)置在DK117+6

7、00處，最大匯水長度1600米，最大涌水量按照40 m3/h計算， 集水井設(shè)置尺寸為2m （寬）X5m （長）X 1m （深），采用磚砌，水泵選用2臺18.5kw排污 泵（1臺備用），流量80m3/h，揚(yáng)程72m ,在泵站處設(shè)置三通接頭和閥門，接通0 150 m主 排水管，抽排時關(guān)閉其他閥門。從該泵站抽排至斜0+000 （即正洞DK117+200處）集水井， 排水揚(yáng)程5米。排量、揚(yáng)程均滿足要求。第二級：設(shè)置在DK118+000處，最大匯水長度1300米，最大涌水量按照20m3/h計算， 集水井設(shè)置尺寸為2m （寬）X5m （長）X 1m （深），采用磚砌，水泵選用2臺18.5kw排污 泵（1臺

8、備用），流量80m3/h，揚(yáng)程72m ,在泵站處設(shè)置三通接頭和閥門，接通0 150 m主 排水管，抽排時關(guān)閉其他閥門。從該泵站抽排水至DK117+600處集水井，排水揚(yáng)程5米。排 量、揚(yáng)程均滿足要求。第三級：同理，在DK118+400處設(shè)泵站，最大涌水量按照20 m3/h計算，集水井尺寸為 2m （寬）X5m （長）X 1m （深），采用磚砌。水泵選用2臺18.5kw排污泵（1臺備用），流 量80m3/h，揚(yáng)程72m,在泵站處設(shè)置三通接頭和閥門，接通0 150 mm主排水管，抽排時關(guān)閉 其他閥門。從該泵站抽排水至DK118+000處集水井，排水揚(yáng)程5米。排量、揚(yáng)程均滿足要求。正洞段所有泵站和排

9、水管均設(shè)置在進(jìn)洞方向的右側(cè)，集水井要求砌筑牢固，高度適當(dāng)， 不發(fā)生溢水和垮塌情況；隧道左右側(cè)均要求設(shè)置簡易排水溝，匯集滲水，引導(dǎo)滲水匯集到集 水井，集中抽排出洞；水溝及時清理疏通，防止水流淤塞和躥流至底板上。3其他地段為確保施工過程中不出現(xiàn)作業(yè)面積水現(xiàn)象，須在隧道滲水較大地段和掌子面設(shè)置小型的 臨時集水坑，將滲水及時抽排入最近的集水井。斜井端全部抽排水設(shè)備同時運(yùn)轉(zhuǎn)時最大功率為168kw，電的負(fù)荷較大，抽排水時可能影 響混凝土泵車和噴漿設(shè)備等的使用，故計劃采用鋪設(shè)專用電纜供電，電纜采用240 m2X3 + 120 m2X2鋁芯電纜。從斜井洞口鋪設(shè)至DK118+400處設(shè)泵站，長度約1860米。三

10、數(shù)據(jù)檢算1斜井進(jìn)入正洞施工后，最大涌水量的估計。實(shí)測涌水量為1200m3/d.km，設(shè)計為685m3/d.km 應(yīng)，以實(shí)測為準(zhǔn)。正洞開挖總長為1700米。則總涌水量為：1.7X 1200=2040 m3/d?？紤]到已施工完成二襯地段已封閉一部份水在襯砌以外，實(shí)際上總 涌水量應(yīng)小于此數(shù)值。2按照已定位置計算各集水井的排水量排號分別為“一斜”“二斜” “一” “二” “三”可以看出越接近洞口的集水井其排量越大，因?yàn)樗邮涨懊娓骷樯蟻淼乃＿€ 有后一個集水井至該井段洞身的涌水量。為此，每一集水井位置要作一橫向排水溝，使后面 的水通過橫向溝截入此井，不要一直向下排，直至開挖掌子面，再從掌子面將

11、全部集水抽出 洞外。否則不僅抽水能力滿足不了，而且消耗增加很大。2 1各排水井排水量計算Q（三）=0.8kmX 50m3/Km.h=40 m3/hQ （二）=1.2kmX 50m3/Km.h=60 ma/hQ （一）=1.6kmX 50m3/Km.h=80 ma/hQ（二斜）=Q（一）+0.36kmX 70m3/Km.h=80+25=105 ma/h （直接抽出洞口）Q（一 斜）=0.30kmX 70ma/Km.h=21 ma/h2 2檢算“二斜”號井的排水設(shè)備能力（排量最大）已知設(shè)備情況：水泵1：功率75KW 流量Q=160 m3/h楊程135m水泵2：功率18.5KW 流量Q=80 m3/

12、h楊程72m排水管直徑150mm集水井 10mX2mX2m=40 m32 2 1要求水泵的排水能力QQ =C/mXq（二斜）=1.4/0.8X105=183.75 m3/h 160+80=240 m3/h（滿足要求）C涌水不均系數(shù)m泵的利用系數(shù)q實(shí)際涌水量如果設(shè)備為新泵，C值可降到1.3,m提高至0.85,則一臺可滿足要求。2 2 2楊程此井到洞口中（斜井口）實(shí)際楊程為53.75m，管路傾角為4 42, 00，需要泵的楊程為：H =(l1+l2)S =C(1+k)=660X0.0814X1.2=64.5m72m (滿足)11、12吸排水管長度 k阻力換算系數(shù)2 2 3泵的功率換算需要功率N =

13、3600X n1&0X64.5X1.13600X0.85=37kw15 cm （滿足）現(xiàn)有管路直徑滿足要求，可利用。通過以上計算，證實(shí)斜井段排水設(shè)施滿足排水要求，可繼續(xù)按此方案施工。開挖未到終 點(diǎn)時，排水量達(dá)不到以上數(shù)值，待到達(dá)終點(diǎn)前，若發(fā)現(xiàn)涌水量超出計算量，則可在該集水井 啟用備用的一臺泵和一套管路（功率18.5KW，流量80m3/h，楊程72m，管徑100150mm 的排量泵）。2 3 “一”號井計算已有設(shè)備情況：水泵1：功率18.5KW流量Q=80m3/h楊程72m水泵2：功率18.5KW流量Q=80m3/h楊程72m（備用）水泵均為新設(shè)備排水管直徑150mm集水井 2mX5mX1m=1

14、0 m3因?yàn)榇伺潘畠H作為中間過渡排水，不強(qiáng)調(diào)蓄水功能，因此只計算排水能力即可 231泵的排水能力QQ=1.3/0.85x80=122 m3/h80 m3/hQ= q(一) =X 80 = 122m3/h 80m3/h現(xiàn)有設(shè)備排水能力小于2倍涌水量，按照配置原則，設(shè)備）排水勉強(qiáng)足夠，在水量增大 的情況下，必須立即啟動備用設(shè)備。24 “二”號井計算已有設(shè)備情況：水泵1：功率18.5KW 流量Q=80 m3/h楊程72m水泵2：功率18.5KW 流量Q=80 m3/h楊程72m （備用），水泵均為新設(shè)備排水管直徑150mm集水井 2mX5mX1m=10 m3241泵的排水能力QQ=1.3/0.85

15、x80=122 m3/h40 m3/h,現(xiàn)有設(shè)備排水量大于2倍最大涌水量，滿足要求。2 5 “二”號井計算已有設(shè)備情況：水泵1：功率18.5KW流量Q=80 m3/h楊程72m水泵2：功率18.5KW流量Q=80 m3/h楊程72m （備用），水泵均為新設(shè)備排水管直徑150mm集水井 2mX5mX1m=10 m32 5 1泵的排水能力QQ=1.3/0.85x80=122 m3/h40 m3/h,現(xiàn)有設(shè)備排水量大于2倍最大涌水量，滿足要求。2 - 6 “一斜”：該集水井只截流斜井口到該井范圍的水，其下方360米范圍的涌水已流入“二斜”井， 按已有設(shè)備能力滿足要求。3結(jié)論通過以上計算，對斜井工區(qū)的施工排水設(shè)備配置給予以下結(jié)論和調(diào)整建議集水井位置布置合理可行