小断面大坡度隧道涌水方案的确定和设备配置的选型论文_李阳

小断面大坡度隧道涌水方案的确定和设备配置的选型论文_李阳

中铁二十局集团第三工程有限公司 重庆 400065

摘要:甘肃省引洮供水二期工程总干渠22#隧洞3#斜井小断面大坡度,围岩主要为华力西期花岗岩,岩层破碎不稳定,渗﹑涌水量较大,合理的排水方案和设备选型,可以有效的降低同类工程施工的安全风险,提高工效。

关键词:小断面;大坡度;渗涌水;排水方案;设备选型

1、工程概况

甘肃省引洮供水二期工程总干渠22#隧洞3#斜井长528m,纵坡21.99%,倾角为12.37°,属小断面大坡度斜井。进口处为plQ31黄土状土(中密~密实),属黄土隧洞Ⅵ类围岩;斜井围岩主要为华力西期花岗岩,其中前段岩体中裂隙、小断层较为发育,岩体较为破碎,多呈碎裂结构,属不稳定的Ⅳ类围岩,在构造裂隙密集带与断层破碎带中地下水丰富,地下水的水头较高,局部承压,隧洞围岩中有滴渗水现象,局部呈线状流水,在张性断裂带有涌水。

2、渗、涌水情况描述

总干渠22#隧洞3#斜井洞口掘进5m左右时出现渗水,掘进120m左右时出现线状流水,部分地段还出现涌水;根据开挖情况,3#斜井渗、涌水现象严重,主要涌水段桩号:0+130~0+180、0+210~0+270及0+360~0+380,前两段涌水量达到30m3/h,后一段涌水量达到160m3/h;随着开挖长度的增加水量有增大趋势,目前已严重影响到开挖和出渣作业,为了解决隧洞的排水,改善洞内作业环境,加快洞挖施工进度,需结合现场实际情况和隧洞洞挖施工方案,制定切实、可行的排水方案。

3、斜井排水方案

目前,在斜井底板两侧开挖排水边沟、设置横向截水沟,将底板渗水及墙身滴流水汇集、引流至集水井;集水井50m设置一处,在水量较大或出现涌水时根据现场实际加密集水井;两个固定式集水井之间积水采用洞身两侧排水沟自然汇集至高程较低的排水泵站内,固定式排水泵站按50米设置一座,泵站之间采用Φ80mm排水管长距离输送;施工掌子面积水采用临时聚水坑来收集积水,掌子面水泵用Φ40mm移动水袋将积水收集并输送至最近的集水井内,通过最后一级排水泵站传递至洞外污水处理池。需配置45kw/150m扬程水泵2台,9.2kw/60m扬程水泵3台,9.2kw/120m扬程水泵2台,24kw/120m扬程水泵2台,5.5kw/50m扬程水泵6台及3.4kw及1.1kw水泵若干,排水管线若干,同时抽排水人员8人,进行24h不间断抽排水。由于洞内涌水量大,目前排水系统已无法满足排水需要,严重影响施工进度和安全,为了解决涌水排水问题,按照“排、堵”相结合方针,采取以下几种相结合方式:

(1)、调整目前排水系统,在斜井中段即180m左右位置设置永久泵站,在涌水量较大处距掌子面约5m处设置临时泵站,开挖横向截水沟,截水沟宽50cm,深1m,在此截水沟一侧开挖大容量集水井,将掌子面及斜井上游涌水汇集至截水沟后流入集水井内,通过多个小功率排水泵抽排至永久泵站内;同时,采用Φ25的螺纹钢,制作50×50mm网片铺盖于截水沟之上以便车辆、机械通行,以保证掌子面正常施工。

(2)、在现有排水系统的基础上对围岩注双液浆,注浆采用Φ42小导管,L=5m,拱顶120°范围之内,向外倾角5~10°,环向间距30cm,对涌水进行封堵和对围岩进行加固。

(3)、由于斜井掌子面越来越低,承压水水压增高,涌水量会越来越大,可在股状流水位置径向布设Φ80导管,对拱顶涌水进行引流,汇集至就近集水井,通过排水泵站抽排至洞外污水处理池;同时,根据现场实际涌水情况对抽排水设备及人员进行增设,确保洞内正常施工。

4、设备选型配套

根据涌水水量测定,白天涌水量平均为160m3/h,夜间涌水量最大时为180 m3/h,考虑目前水量有增大的趋势,永久泵站水力计算及设备选型计算时涌水量按200 m3/h计算,永久泵站水仓内设置3 m3钢板箱,并安装过滤装置。

(1)、永久泵站设置在0+180附近,斜井倾角12.37°。

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水泵排水能力计算Q(m3/h)

Q=C/m×q=(1.4/0.8)×200=350 m3/h

C-涌水不均匀系数,取值为1.3-1.5,计算时取1.4

m-水泵时间利用系数,取值为0.8-0.85,计算时取0.8

q-涌水量

水泵扬程H(m)

H=(L1+L2)×tanα×(1+k)=(180+2)×tan12.37°×(1+0.2)=47.9m

L1-斜井平距

L2-斜井进口与出水口高差,取2m

α-倾角

k-管道阻力,取值为0.15-0.2,计算时取0.2

水泵轴功率N(KW)

N=QHγg/(3600×η)=350×47.9×10/(3600×0.8)=58KW

γ-水的容重,1000kg/ m3

g-重力加速度,10m/s2

η-水泵效率,取0.8

排水管管径d(mm)

d=0.0188×√(Q/v)=0.0188×√(350/2)=248mm

v-流速,取值1-3 m/s,计算取2

根据上述计算可知,永久泵站内需配备出水口直径为150mm水泵3台。

5、排水系统

(1)管路

根据洞内水量情况,结合选配的抽水设备,正常施工排水管路(可根据隧洞施工后洞内涌水情况增加管路):斜井258m上端为Φ150mm排水主管道2套;掌子面距泵站之间需配备移动式水泵,根据目前现场情况,移动式水泵采用Φ50mm软管,考虑水泵利用率为50%,需配备水泵管路10套。

(2)集水井设置原则

3#斜井排水管道及集水井设于洞内左侧,每隔20~50m设置1处集水井,容量按该段汇水量和施工用水量综合确定,一般尺寸为:2m(长)*1m(宽)*1.5m(深),容量3m3,具体根据实际情况进行调整。

6、各项保证措施

在排水施工上不仅需要一套完善、合理的排水系统,还需在管理上予以加强,才能达到预期的效果。为此成立了专业排水队,设置排水人员3名,检修1人,泵站管理4人,24h值班制。

针对隧洞施工的特点,施工人员对隧洞内排水沟及内污泥杂物要及时进行清理,对管路要定期检查维修,定期用清水进行冲洗。在集水泵进水口包裹铁窗纱,同时把水泵或进水口放在竹筐内,可以防止污泥及杂物进入而发生堵塞。

7、应急预案

(1)配备备用电源

为了防止停电对排水造成影响,拟定在停电时采用备用发电机,以保证隧洞内的排水及施工需要。

(2)增设排水设备

为了防止出现突水、涌水等突发事故,在洞口增设1套设备和消防管作为应急措施。正常情况下把设备和消防管放在值班室内。一旦遇到突水、涌水现象,即把应急设备移入洞内实现抽排水。紧急情况下,也可采用高压风管作为排水管线。

(3)设置应急逃生设备

针对总干渠22#隧洞3#斜井反坡施工排水困难的特点,对隧洞内突发涌水事故,抽水设备损害,水位突然升高,建立必要的逃生系统,在掌子面及隧洞内设置应急灯,并配置至少3套救生衣,保持隧洞内通信畅通,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。

结语

对小断面涌水量较大的隧道,要根据现场实际情况合理安排方案,设备配置,加强各种措施和应急预案的制定和演练。这样就能有效的降低安全风险,提高工效。

参考文献

[1] 秦昊斌.特长隧道涌突水综合反坡排水施工技术[J].四川建材.2015(01).

[2] 林承华,尹术军.盘岭公路隧道涌水突泥治理措施[J].交通科技.2014(02)

论文作者:李阳

论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第6期

论文发表时间:2018/7/11

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