岩溶地区长大隧道反坡排水施工技术

姜涛

姜涛

中交隧道工程局有限公司北京

摘要：本文以西南山区岩溶地区长大隧道反坡排水为背景，阐述了反坡隧道排水方案比选、排水管及水泵选型，为类似工程提供借鉴。

关键词：岩溶；反坡隧道；排水；选型

1.工程概况

新建铁路沪昆客运专线长沙至昆明段（贵州）CKGZTJ-11标段位于贵州省关岭～普安县区间，大茶山隧道起讫里程为D1K906+323～D1K916+279，线路长度9956m，双线隧道，设计时速350km/h。

大茶山隧道位于云贵高原侵蚀构造中低山区，区内地形总体为南高北底，东高西底，隧址区内最高点位于隧道轴线南侧的赵家坡，海拔高程1935.6，最低点位于隧道进北侧的第泗河河谷，海拔高程1115.3，相对高差820.3，隧道最大埋深约500m，碳酸盐岩区主要分布于工作区中部，中西部，为溶蚀峰从洼地地貌。

2.反坡排水

由于长大反坡隧道距离长，各种作业之间相互干扰大，这不仅对运输和通风提出新的要求，而且在富水区排水的难度也将加大，如何处理这些问题，保证施工安全和进度，是长大隧道反坡段施工的重点和难点。反坡段施工应以设计图纸为依据，尊重现场实际情况，超前规划、统筹全局，合理安排现场施工方案，与实际不符时及时给予优化，随现场实际情况调整施工方案，实现施工动态管理。

2.1方案比选

方案的制定不仅要根据设计情况，还要根据现场的实际情况去制定，满足实际的需求。一般来说，反坡排水可以采用分段倒流。

小集水坑排水：分段开挖反坡水沟，在分段处挖集水坑，每个集水坑处设一抽水机，把水抽至最后一段反坡，最后一个抽水机把水排到洞外或顺坡点，最后由顺坡水沟排至洞外.

集水坑间距离Lk（米）用下式计算：

Lk=hk/（is+ik）

式中hk——反坡水沟开挖最大深度，一般不超过0.7米；

is——线路坡度；

ik——水沟底坡度，为25‰。

这种方法的优点是工作面无积水，抽水机位置固定，也不需要水管。缺点是用的抽水机多，而且要开挖反坡段水沟。一般隧道较短和坡度较小时采用。

长距离集水坑（水仓）排水：隔开较长距离开挖集水坑（水仓），设置泵站，开挖掌子面的积水用临时水泵抽到最近的积水坑（水仓），再由水仓经主抽水机排到洞口或顺坡点水沟，最后由顺坡水沟将水排到洞外，如图1所示。

这种排水方法的优点是所需抽水机数量较少、固定，利于检查和维修，缺点是要安装排水管，增加工序，掌子面临时抽水机需要随掌子面的掘进而拆迁前进。在隧道较长、坡度较大、涌水量较大时采用。

长距离集水坑排水一般分为两个阶段。第一阶段为初始阶段，在没有形成下一个固定的水仓和泵站前的排水，第二阶段为形成固定的水仓和泵站后的排水。

第一阶段，在未形成下一个固定水仓、泵站前的排水。此阶段排水比较困难，特别是在坡度大、涌水量大的情况下，如何组织这个阶段的排水工作，将直接影响到前方掌子面的施工安全及施工进度。

第一阶段主要采用临时水泵和临时排水管。临时排水管数量应根据设计最大涌水量及现场的实际情况决定，并配以临时水泵随掌子面移动。水管和水泵与掌子面应保持50～70ｍ的距离，保证掌子面在突发涌水的时候积水线不超过掌子面后退50m的距离；同时在掌子面爆破时也可以减少对水管和水泵的损坏。

第二阶段为形成固定水仓和泵站之后的排水。此阶段的排水可以分为两个过程：第一个过程为施工掌子面到水仓泵站的排水，第二个过程为泵站到上一个泵站、洞口或顺坡水沟的排水。

2.2排水设计

D1K911+580~D1K916+279段属于贵高原侵蚀构造中低山区，区内地形总体为南高北低。洞身穿越三叠系下统飞仙关组（T2g1）砂岩、泥岩。主要构造为汪家河断裂。该段预测正常涌水量为18515m3/d，最大涌水量为43699m3/d。总之，隧道工程地质条件较差。

2.2.1大茶山隧道16#横洞工区排水设计

大茶山隧道16#横洞往进口段承担主洞800m的反坡施工，反坡坡度为25‰，最大出水量分别为43699m3/d和93818m3/d，因排水坡度不大反坡施工距离较长，采用低杨程、大流量水泵为上，泵站设置分大中小型泵站相结合的设置方法、大型泵站采用固定式泵站。

①排水管设置

反坡施工抽排水过程中管道的选型，也至关重要，正确选择管道型号将直接影响水在管道内的流速，即水泵的扬程。工作水管的能力应能配合工作水泵在20h内排出隧道内24h的正常涌水量。工作和备用水管的总能力，应能配合工作和备用水泵在20h内排出隧道内24h的最大涌水量。

②大型泵站设置

大茶山隧道承担的DK916+279~DK910+279，总长为6000m，其中16#横洞工区DK911+100~DK910+279段为反坡施工排水段落，反坡施工长度821m，设置1个大型泵站，采用高扬程、大流量的卧式离心泵将洞内废水接力排至洞口污水处理池。

大型泵站的排水相对高差H=22.5m，

通过查阅直管摩擦损失表计算得：最大流量下水泵的管损值，Qh=110L/s，250mm直管每100m的损失为2.3m，则管损值为9×2.3m=20.7m；

弯头和阀门损失按3m计。

泵站所配置的水泵总扬程应分别不低于：

22.5+20.7+3=46.2m。

③中型泵站抽水设计

中型泵站采用可移动式抽水平台，在大型固定泵站未施工前施工，根据出水量大小决定水泵多少，通过平台上的法兰盘和阀门连接主管道管道，将施工涌水排至大型泵站的水仓或直接排出洞外。

④掌子面排水设计

由于反坡开挖，掌子面局部涌水量大，在放炮、出渣过程中掌子面会出现大量囤积水，为快速进行抽排水，尽快使掌子面具备施工条件，为隧道施工的下一工序节约时间，在掌子面处采用两种型号的水泵，作为掌子面抽水专用水泵。

每1台水泵安装1趟管道，管道采用φ80mm高压消防水管。此外，施工中除根据掌子面实际涌水量确定水泵启动台数外，还另配置了2台水泵及1趟管道，用于水泵故障和涌水量增大时，避免突发情况。设置在在掌子面与临近泵站之间，设置1个移动泵站，将掌子面处抽上来的水在水箱内进行临时储存，水箱大小可根据洞内可利用场地确定，这里按6m3考虑，水箱内的水在通过2～4台30kW污水潜水电泵排向洞外移动泵站。

2.3操作和检修

成立专门的排水班组，并对所有人员进行培训。

每个水仓泵站设置专人进行管理，做好记录，根据不同的情况启动不同的水泵。

派专人进行水泵的定期维修和不定期的检查，及时处理故障，确保工作水泵的正常使用，备用设备状况良好。

对于潜水泵应经常清理周围的杂物。防止卡住叶轮，影响排水。

2.4安全

反坡隧道的施工，应该对地下涌水量有足够的估计，排水设施要有后备。应加强超前地质预报，结合超前探孔，探明前方的地质情况，防止突然遇到地下水囊、暗河等大量涌水进入坑道造成事故。

反坡施工排水的一个特殊方面就是要防止洞口或顺坡水沟的水突然倒灌洞内，水倒灌往往造成重大安全事故，因此，必须做好洞口或变坡点的排水和截水设施。

3.结束语

结合工程实际，因地制宜，本方案根据具体情况采取合理参数，做到满足现场施工需要，突发涌水时快速应急响应，取得很好的效果。

参考文献：

[1]毋海军.《反坡排水设备选型》.科学之友,2007.

[2]张胜.《乌鞘岭隧道6号斜井工区反坡排水设计与施工》.铁道建筑技术,2010.

[3]新建沪昆铁路相关设计文件.