摘要 隧道反坡施工中，排水是一项不可忽视的工作，尤其是涌水量极大时，排水显得尤为重要，同时也给洞内施工增加了难度。龙门隧道进口日最大涌水量可达20000m3/d，如果采用人工操作机械排水，施工中将投入大量的人力、物力、财力；但如果采用反坡自动排水系统，可大大降低投入，节约成本。现对龙门隧道进口反坡自动排水系统作介绍。
关键词 龙门隧道进口；反坡；自动排水；泵站
1 工程概况
1.1 工程地质情况
新建龙门隧道位于龙岩市新罗区龙门镇西侧约1000m，设计为分离式隧道，隧道左线设计桩号为ZK156+477～ZK157+781，长1304m，最大埋深110.8m；隧道右线设计桩号为YK156+485～YK156+623，长1138m，最大埋深92.7m。拟建隧道单洞设计净宽10.25m，进、出洞门型式均为端墙式。
2.2 水文地质情况
隧址区属低山-丘陵地貌，隧道轴线近南北走向，穿越多条小山岭，地表植被较发育。进口处地面高程439-445m，出口处地面高程420-431m，隧道轴线最高点高程520.7m，最大高差100.7m。进口侧左线山坡自然坡度约20～25°，进口侧右线自然坡度15～20°为主；出口侧山坡自然坡度约25～30°。
隧道区属亚热带气候，冬无严寒，夏无酷暑，年平均气温为19℃，最低-6℃（1975年12月14日），最高39℃（1967年7月17日），年平均降雨量1600mm，历年最大降雨量2348mm（1961年），历年最小降雨量1188.9mm（1953年）；每年3～9月为雨季，10月至次年2月为旱季。
隧址区位于闽西南坳陷带之广平-龙岩拗陷带中段，龙岩“山”字型构造的西南部。隧道洞身围岩为加里东期（γm3）花岗岩，属极软岩-较坚硬岩，岩体极破碎～完整，洞身沟谷路段，隧道顶板厚度较小，降低了围岩级别。
隧道区地下水主要为风化带网状孔隙－裂隙水、基岩裂隙水，孔隙－裂隙水赋存于第四系残坡积层底部及基岩强风化带，基岩裂隙水赋存于裂隙中，地下水具不均匀性，中风化岩中富水性及导水性弱，水量大。
隧道涌水量：本隧进口设计正常涌水量Q正＝7800m3/d，设计最大涌水量Q最大=20000m3/d。
2 总体方案
隧道进口日最大涌水量20000m3/d的情况，涌水地点在ZK157+390,进口洞口至涌水地点距离为1033m,洞内坡度为4‰反坡，涌水全部流向掌子面，给施工带来很多困难。针对这一难点我们设计了反坡自动排水系统。具体方案如下。
2.1 排水系统
反坡自动排水系统为两种泵站、三级排水。两种泵站为过度泵站（集水坑）和固定泵站（积水池）。三级排水系统的流程如图1示：
2.2 泵站设置
水泵的大小根据隧道平均5min涌水量而定，固定泵站设置根据隧道施工长度及所使用水泵的扬程、送水距离而定，龙门隧道平均涌水量为7800m3/d ,水泵型号为RS125-150-400,满足要求。其扬程为40m,结合隧道反坡长度可算出水泵的送水距离为960m,本着充分利用水泵的有效功率原则但又不影响其使用效果，固定泵站间距设置500m,为了将隧道内的积水排净，过渡泵站距离固定泵站间距为50m。
临时泵站的临时集水坑根据汇水段汇水量大小确定；固定泵站水仓容量按隧道5min涌水量设计；经计算龙门隧道为20000m3/d，5min的涌水量为70m3,
同时，针对隧道涌水量大20000m3/d时要适当增加工作水泵；同时为防止突水，设置利用高压风管、高压水管作为1套应急排水系统。考虑施工和清淤方便；每个固定泵站工作水泵按使用1台，备用1台配备。
2.3 排水施工
首先设置过渡泵站，每50m左右移动一次，直至达到固定泵站长度后设置成固定泵站；固定泵站的设置可采用铁质水箱或洞内的洞室，为了不影响洞内交通可将水箱设置在避车洞或绝缘梯车洞内。
龙门隧道的固定站分别在ZK156+800左侧、ZK157+300左侧人行横建洞内修建；过渡泵站在4‰坡度时50m左右设置一个临时小集水坑，在2‰坡度时100m左右设置一个临时小集水坑。其余已施工地段隧道渗（涌）水经隧道内侧沟自然汇集到过度泵站集水井内，由临时泵站的水泵将积水经排水管路抽排至固定泵站内，再由固定泵站水泵站接力将洞内积水抽排至洞外洞外排水系统，经三级沉淀池处理后排放。龙门隧道排水系统示意图见图2-1，2-2。
备注：1、过渡泵站每50m左右移动一次，直至达到固定泵站长度后设置成固定泵站；
2、每50m左右设置平坡台阶，让掌子面附近涌水自然排入小集水坑；
3、Lk-固定泵站间距 is-线路坡度。
3 排水管路及抽水设备配置
隧道内积水主要为隧道渗水、涌水，水质除地下水的本身成分外，主要还有岩石、石屑、泥浆，同时还有喷射混凝土的回弹物掺杂物，所以除考虑到需排出的水量外，还应考虑到排水的成分组成，泥浆泵考虑选用高效耐磨渣浆泵，扬程40～60m之间，流量40～300m3/h之间。考虑到在管理、操作、维修上的方便，同种排量的泵根据泵站间高差，只是扬程选择发生变化，工作面移动水泵，采用移动轻便的水泵。各级泵站排水能力按正常涌水量必须配足抽水能力及储备最大涌水量考虑排水能力。
排水管径是针对一定的流量寻找运转费用和初期投资费用两者之和最低的管径。由于管路的初期投资费用与管径成正比，而运转费所需的电耗与管径成反比。所以，通常用管内流速的方法求得，经济流速为Vp=1.5～2.2m/s。兼顾到隧道裂隙水、涌水的不确定性，排水管外径选择Ф219mm二道、Ф156mm一道、Ф106mm一道（壁厚均为3mm）三种类型，采用双泵单管对隧道裂隙水、涌水进行抽排。
为了提高吸水性能，防止气蚀发生，吸水管直径一般比排水管直径大一级或以上，流速在0.8～1.5m/s范围内，吸水管内径分别选择Ф250mm、Ф200mm、Ф150mm三种类型。设备配置见表1。
4 排水装置
4.1 自动排水装置（如图3、4）
(1)工作原理
该装置是利用水的浮力，使触动片随着水桶的升降上下移动，使触动片与限位开关接触，最终使水泵通电开始工作。
(2)运行过程
a．当水面上升至水位线2时，水桶8推动控制杆1及触动片2上升，直至触动片2触动限位开关1，这样水泵通电，开始抽水。
b．抽水过程中，水面下降，水桶8带动控制杆1及触动片2下降，此过程水泵继续抽水。
c．当水面下降到水位线1时，水桶8推动控制杆1及触动片2下降，直至触动片2触动限位开关2，水泵断电，停止抽水。
(3)说明
a．方钢1与方钢2焊接成“L”型，并通过膨胀螺丝固定于混凝土台座上，限位开关1与限位开关2固定在方钢1上。
b．导向管为长度3cm的2寸管，焊接在方钢2上。
c．触动片焊接在控制杆上，控制杆穿过导向管与水桶连接为一体，控制杆长度为1.1m。
d．考虑抽水安全性，将抽水水位设计在离路面标高下50cm的位置，停止抽水的水位设计在距泵站底上50cm的位置。
4.2 管路
根据洞内水量情况，结合选配的抽水设备，正常施工排水采用四套管路：Ф219mm二道、Ф156mm一道、Ф106mm一道。为防止防水垫板被高压水冲坏，钢管连接用“公－母”法兰盘栓接，加设防水垫圈。在每段管路上连接排水管端设止回阀，连接水泵端设截止阀。
4.3 临时集水坑
过渡泵站在4‰坡度时50m左右设置一个临时小集水坑，在2‰坡度时100m左右设置一个临时小集水坑，在临时集水坑与掌子面之间隧道一侧设置平坡平台，让掌子面积水自然排到临时小集水坑中，同时根据隧道内出水量情况予以适当加密，确保掌子面的正常施工。
临时小集水坑全部设置于线路左侧，该段仰拱填充施作时预留排水沟，确保右线积水流入到左线临时小集水坑中。
临时集水坑的容量按该段5min的汇水量加上施工用水量合计确定，一般积水坑尺寸为：5m(长)×2m(宽)×1.5m(深)，容量15m3。
4.4 永久性泵站设置
永久性泵站为整个施工过程结束前所使用的接力排水水仓位置。根据计算，三级泵站为固定泵站每隔500m分别在ZK156+800左侧、ZK157+300左侧人行洞内修建。其布设见排水系统示意图1。泵站水仓容量计算按该段5min的汇水量加上施工用水合计确定，其结构尺寸为：11m(长)×4m(宽)×1.6m(深)，容量70.4m3。
4.5 洞外排水设计
经过洞外三级沉淀池处理的洞内水达不到直接饮用标准，当地居民、政府不让直接排放，为此洞内排水必须经过长距离自然净化，净化后的水再排到渗水池渗入地下。
渗水池大小计算：按照日最大涌水量20000m3、渗水池每平方每天渗入地下6m3计算，渗水池大小为20000÷6÷666.7=5亩。
5 运行管理
在排水施工上不仅需要一套完善、合理的排水系统，还需在管理上预以加强，才能达到预期的效果，针对隧道工作面的排水情况，成立一个专业排水工班，工班设班长1人、设备检修2人、排水组2个。每组组成：组长1人、泵站管理员1人／每站。详见排水劳动力配置表2。
隧道排水日常工作坚持组长24h不定时巡检制，并制定抽水记录表进行统一管理，发现问题及时处理，汇总问题进行总结分析。
6 应急措施
由于本段隧道内可能出现突水、涌水等突发事故。为此，在现有排水系统上增设了1套设备和管路作为应急措施。管路利用高压进水管路、高压进风管路，即在每个泵站处在高压水管、高压风管上开口，与安装在泵站处的水泵接通，正常情况下把闸阀关闭。一旦遇到突水、涌水现象，即把进水闸阀关闭，打开排水阀进行应急抽排。
针对隧道反坡施工排水的困难的特点，对隧道内突发涌水事故，抽水设备损害，水位突然升高，建立必要的逃生系统，在掌子面及隧道内设置应急灯，在隧道内作业区放置救生衣，并保持隧道内通信畅通，发生突发事故后及时上报项目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。
7 总结
龙门隧道进口段施工时，南方梅雨天气雨水量较多，雨后汇水量由山体全部渗入洞内增大涌水量，加上地下水的裂隙水施工难度较大，通过自行研制的反坡自动排水系统，不仅在成本上节省了大量的人力、物力、财力，而且使洞内施工正常有序的进行。该反坡自动排水系统重在体现“方便，安全，简单，实用，环保”的原则，节约了施工成本，对同类工程有一定的指导作用。
论文作者:吴强
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第11期
论文发表时间:2019/8/13
标签：泵站论文; 隧道论文; 水量论文; 小集论文; 水泵论文; 洞内论文; 裂隙论文; 《工程管理前沿》2019年第11期论文;