杨靖峰
中铁二十三局集团第六工程有限公司 重庆 401120
摘要：水是隧道施工中的克星，而反坡排水是隧道施工中的拦路虎，本文针对隧道施工中的反坡排水难题进行了分析和研究，制定了长短结合，逐级抽排的方案，解决了隧道施工中的反坡排水问题；同时，对隧道施工期间出现涌水现象制定了应急措施，为隧道正常施工提供了保证。
关键词：接力式排水；收集式排水；涌水应急预案
Abstract：water is the Nemesis in the tunnel construction，and the slope drainage is the obstacle in the tunnel construction，based on reverse slope drainage problem in tunnel construction are analyzed and the research，to develop the combined length，step by step extraction solution，solve the problem of the reverse slope drainage in the tunnel construction；Appear at the same time，during the period of construction of the tunnel water gushing phenomenon formulated the emergency measures，provides guarantee for the normal tunnel construction.
Key words：rally against slope drainage Collect type slope drainage gushing emergency plan
1 工程概况
XX隧道位于大理市永平县博南镇和XX镇境内，前接上村大桥，后接XX1号大桥，全长13390m，本隧道设置“一斜一平”的辅助坑道，平导全长13407.78m，共设置42个横通道，横通道与线路平面夹角为40°。
进口担负正洞长3274m的施工任务，担负平导3046m的施工任务；其中平导PDK90+115～PDK91+350段1235m为顺坡施工，其坡度为+3‰；PDK91+350～PDK93+161段长1811m为反坡施工，其坡度由-9‰递增为-20.4‰，反坡坡度逐渐增大。考虑到斜井运输能力的限制，进口工区暂定增加平导施工任务1500m，反坡坡度为-20.4‰，施工期间需穿越干沟边向斜（DK91+550）、小罗冲1#性质不明断层（DK92+230）、小罗冲2#性质不明断层（DK92+650）及小罗冲背斜（DK94+435）四个破碎带。
2 水文地质概况
2.1水文地质
隧道处在西南地区，水系较发育，大多区域常年有水，受季节影响严重，流量随季节及降雨量而变。
2.2涌水量计算
DK91+350～DK94+661段根据设计图纸计算该段在雨季的最大涌水量为Q=Qa+Qb+ Qc =1354+2718+909=4981m3/d。雨季最大涌水量乘1.2倍系数，约为5977.2 m3/d。
式中Q-隧道涌水量（m3/d）；Qa、Qb、Qc为该段隧道区段划分的每天设计涌水量。
3 排水方案
3.1 隧道反坡排水的特点
反坡排水其特点是隧道前进方向为下坡，施工期间洞内地下水向掌子面汇集，影响掌子面施工，同时该区域为滇西地区，围岩大多以滇西红层为主，遇水快速成泥，给掌子面施工造成严重的安全隐患，基于这一点，反坡排水成了隧道安全施工的关键，要及时采取合理的抽排措施，以防止掌子面受水浸泡，危及隧道施工机械设备及施工人员的安全，影响隧道施工生产进度的正常进行。
3.2 总体方案
平导PDK90+115～PDK91+350段为顺坡排水，通过水沟自然流到洞外，从PDK91+350里程开始为反坡排水，全程使用机械排水，采用接力式多级泵站与收集式排水相结合的方式进行，需反坡排水里程PDK91+350～PDK94+661段，相对高差64.3m，根据地面高差及节约能源的原则，隧道3.3公里施工范围内需配置固定式抽水设备6套，每500米设置一座，对于施工期间出现不可预见的涌水或与图纸揭示涌水量有较大差别时，可根据现场具体情况增加抽水设备及泵站，采用Φ200mm排水管连接管路，通过接力式排水泵站，逐级接力将积水抽到顺坡地段，在隧道口设置污水处理装置，经处理合格后排放。对于掌子面前方积水通过移动式污水泵抽至就近水仓或临时集水坑内，其余已施工地段隧道渗（涌）水通过隧道两侧排水沟自然汇集到临近水仓。水仓的大小根据区段内水流量及方便清淤工作，综合考虑。泵站配套水泵需按照工作1台，备用1台考虑，由于隧道内水流的流动频繁，携带大量泥沙，需在每级泵站处增设泥浆泵1台；同时，本隧道处在多出断层破碎带上，富水量大，为防止涌水，需设置应急排水设施1套，根据隧道内管线布置和抽水设备情况，利用进洞高压水管和备用离心泵组成1套应急排水系统，在发生突发涌水时，及时启用第3套排水设备，短时间内快速排出突发事件带来的大量积水，降低隧道安全风险。
3.3 主要的排水系统方式
根据本隧道的现状，结合施工现场实际情况，采用接力式反坡排水和掌子面收集式反坡排水相结合的排水方式。
3.3.1 水仓接力式反坡排水
由于每级泵站排水扬程在10m左右，对排水设备的扬程要求相对较高，应选用扬程大于10m的水泵，且应考虑到电机本身的功率及使用时的功率损耗。根据反坡排水方案，在隧道施工过程中每一级的终点开挖水仓及沉淀池，若发现此处围岩差，可适当调节位置，每一级水仓设清水泵1台、泥浆泵1台，把积水抽至最上一级反坡，最后一级水仓使用两台抽水泵将积水排至顺坡段自然流出洞外，经过污水沉淀处理池后排放。
3.3.2 小集水泵收集式反坡排水
由于隧道施工处于反坡状态，回流水较多，容易造成掌子面位置积水，无法施工且影响掌子面位置围岩的稳定，因此，对于这部分积水，采用在距掌子面适当位置（不影响正常施工的位置）开挖临时集水坑的方式，用小集水泵将汇集到掌子面位置的积水抽到临时聚水坑中，再用大功率的泥浆泵将聚水坑中的积水抽至接力式水仓中。
3.3.3渗水区间及具体排水方案
根据设计及目前平导施工时实际收集水文资料，在平导开挖时，洞内渗水将随开挖掘进随之前移，即在已开挖的渗水地段，其渗水量将随着距掌子面距离的增大逐步减小，且极为明显。根据设计图纸中围岩状况及向斜、断层、背斜资料，结合目前平导施工的渗水规律，将平导内渗水情况作如下简单统计。
干沟边向斜（DK91+550）地下水水位埋深较深，含基岩裂隙水，根据设计资料最大预测涌水量为1354m3/d。在此阶段按照两种方式考虑，一是施工之前发生突发涌水，此状况按照启用应急方案考虑，其涌水量计算为：Q=1354（向斜涌水量）×2（突发涌水考虑系数）=2708m3/d；二是按正常施工排水考虑，此状况为正常施工排水方案，其总渗水量计算为：Q=1354m3/d。
小罗冲1#（DK92+230）、小罗冲2#性质不明断层（DK92+650）岩石节理裂隙较发育，泥岩为相对隔水层，故基岩裂隙水贫乏，属弱富水层，根据设计资料最大预测涌水量为2718m3/d。在此阶段按照两种方式考虑，一是施工之前发生突发涌水，此状况按照启用应急方案考虑，其涌水量计算为：Q=2718（断层涌水量）×2（突发涌水考虑系数）=5436m3/d；二是按正常施工排水考虑，此状况为正常施工排水方案，其总渗水量计算为：Q=2718m3/d。
小罗冲背斜（DK94+435）基岩裂隙水，根据设计资料最大预测涌水量为909m3/d。在此阶段按照两种方式考虑，一是施工之前发生突发涌水，此状况按照启用应急方案考虑，其涌水量计算为：Q=909（背斜涌水量）×2（突发涌水考虑系数）=1818m3/d；二是按正常施工排水考虑，此状况为正常施工排水方案，其总渗水量计算为：Q=909m3/d。
考虑掌子面排水软管不宜过长，每隔50～70米设置一个临时积水坑，积水坑容量暂时3m3设计，水集中排到临时水坑中，再由临时水坑排出。在小罗冲1#性质不明断层（DK92+230）、小罗冲2#性质不明断层（DK92+650）处根据红外探水及TSP资料判识结果，再考虑是否设置积水仓，其断面设计按照水量探测结果再作考虑。
4 排水设备选型
4.1 抽水设备型号选型原则
随着隧道的掘进，涌水量逐渐递增，在各级排水泵站的选择上应遵从排水能力从下至上逐级递增原则，且各级泵站排水能力应详细计算、核查，并留有一定的储备能力。
4.2.2排水能力验算
满足最大涌水量时排水能力，在不考虑使用高压水管紧急排水措施时，隧道内最
大排水能力为2台×24h×160 =7680m?，为隧道内设计最大涌水量5977.2m?的1.28倍，排水能力满足要求。
5 排水系统
5.1 管路
根据隧道内出水量适时增设抽水设备，正常施工采用2套管路排水：2套为Φ200mm管材均为无缝钢管，两套管路均布设在线路右侧，每套管路自成一套完整的排水系统，清水泵在上，污水泵在下，两者相差50cm，以免淤泥堵塞清水泵进水口，布置详见下图：
5.2 集水井设置
为方便施工，集水井设于隧道右侧，每隔50m设置1处，根据水量适时增加。临时集水井的容量按区段5min的汇水量加上施工用水量计算合计确定，集水井尺寸为：
2m（长）*1.5m（宽）*1m（深），体积3m3，根据水量和隧道施工适时动态调节。
5.3固定泵站设置
接力泵站是隧道反坡排水的关键环节，设于线路右侧两个横通道之间，每500米一处，容量30m3，其断面尺寸为4m（长）*2.5m（宽）*3m（深），详见下图：
5.4排水供电
正常情况下采用隧道进洞大电，为了防止停电事件发生而导致排水工作间断，根据泵站设置及水泵功率，每2个泵站备用一台发电机组，功率350KW。
5.5其他
掌子面以移动式水泵抽排为主，人工配合疏导为辅，为确保洞内道路无水干爽，将排水沟加深20cm，防止水量过大在洞内道路上漫流。
6排水施工保证措施
6.1组织管理保证
排水不但要设备，还需加强管理，为此成立了专业排水工班，固定检修工4人，排水工班分3个组，每组人员：工班长1人，排水工4人，实行严格值班制度。队长、副队长随时抽查制，领工员24小时监督制，每天测验水量，及时填写排水记录，发现问题及时汇报。
6.2安全技术保障措施
在抽水作业前，对操作人员进行岗前培训和操作培训，针对一些技术特点和操作要领作重点讲解和现场示范。严格规范用电管理，设置接地装置，做到一机一闸一漏。
洞内均为浑浊水，淤积、砂砾较多，极易导致堵泵。因此，在抽水过程中随时对坑内污水进行搅合，且在泵口抽水处安设滤网，防止砂砾堵泵，烧坏电机。同时，应安排专人及时对排水沟及集水坑、井内污泥杂物及时清理，对管路要定期检查维修，对易损的排水设备及管理配件要有必要的储备和供应上的保障。
7涌水应急预案
隧道处于7级地震区，受地壳运动的影响，断层、破碎带较多，西南地区水量丰富，施工期间随时会发生涌水突泥等突发事故。为此，在现有排水系统上另增设了1套设备和管路作为应急措施。利用高压进水管作管路，管路经过泵站处开口，与安装在泵站处的水泵接通，正常情况下关闭闸阀。一旦遇到突涌水现象，立即启动应急措施，关闭进水闸阀，截断高压供水，打开排水阀进行应急抽排。如水量过大，情况特殊时，可以将高压风管改造成临时排水管道。
针对隧道反坡排水困难的特点，为有效预防突发涌水事故，应建立必要的逃生系统，因为安全是施工的第一要务，责任重于泰山，而人是施工的主体，因此，首先要确保人的安全，为此，应在掌子面及隧道内合理设置应急灯，在作业区放置救生衣、医药箱，合理设置基站，确保隧道内通信畅通，发生突发事故后及时上报项目应急预案领导小组，启动突发事件应急预案程序。
参考文献：
[1]TB10119-2000 铁路隧道防排水技术规范J72-2001；
[2]TZ 204-2008 铁路隧道工程施工技术指南；
[3]TB10204-2002 铁路隧道施工规范 J163-2002；
[4]TB10209-2002 铁路给水排水施工规范 J164-2002；
[5]TB10422-2003 铁路给水排水工程施工质量验收标准；
[6]隧道与地下工程防排水指南 吕康成编。
论文作者:杨靖峰
论文发表刊物:《基层建设》2016年2期
论文发表时间:2016/5/30
标签：隧道论文; 水量论文; 泵站论文; 积水论文; 管路论文; 断层论文; 设备论文; 《基层建设》2016年2期论文;