浅析小断面大坡度隧道反坡排水施工

摘要：本文主要以中铁一局集团有限公司所承建中缅油气管道隧道工程――大地尖山隧道为例，从隧道水量分析、现场实际情况等方面介绍大坡度反坡施工排水，经过实践为同类隧道的顺利施工提供了科学依据。

关键词：反坡排水 涌水量 大坡度 水仓 水泵

1 工程概况

中缅油气管道大地尖山隧道位于云南省保山市隆阳区磨东村东南，隧道水平长度2297.42m，纵向坡度采用“一”字坡，坡度为12.8359%，洞身净断面尺寸为4.0m×4.5m（宽×高），隧道最大埋深约为430m，出口施工属于大坡度反坡施工。

2 施工难点

大地尖山隧道位于岩溶水的水平活动带或深层循环带中，岩溶水极丰富，对隧道施工产生的危害很大。出口承担施工任务1158米，施工最大落差148.657米，施工中出水量较大。

3 隧道水量分析

3.1 设计涌水量 地下水为基岩裂隙水和岩溶水，岩层富水或渗透性中等，多呈小股状～大股状出水，存在极为丰富的岩溶水，隧道施工排水排水需按施工实际出水量进行安排。

3.2 实际涌水量 旱季时现场实际情况为：地下水大多在开挖后的掌子面以股水出现，水量在数小时至数天后明显减少呈滴水、渗水状，已完初支段只有个别地段有少量渗水。隧道出水量少则每小时数立方米，多则近40m3/h。掌子面尚未开挖到砂岩富水带和岩溶地段，故需根据施工中打超前钻孔和开挖掌子面出水情况确定实际出水量。

4 反坡排水总体方案

本隧道最大埋深400多米，施工中出水量明显较大，对本隧道的排水系统的排水能力留有较大的富余量。排水主管道的管径采用100mm，洞内视具体情况设水仓，排水采用多级泵站排水（按泵站分段接力排水）。

综合考虑，建议采用二级泵站排水，即约在K1+800、K1+300前后各设一泵站，泵站水仓的容量不小于20m3。掌子面的出水用潜水泵和移动水泵抽排到临近的水仓后排出洞外。（如图1）

5 排水设备选择

5.1 拟定水泵规格 掌子面处抽水使用两台7.5KW，扬程30米，排量15m3/h水泵两台，一台使用，一台备用，水泵以钢筋笼保护，移动水箱处设一台7.5KW，扬程30米，排量15m3/h水泵。

5.2 蓄水池设置

5.2.1 掌子面蓄水池。在洞内加宽段处设置蓄水池，该蓄水池的主要作用是接纳冲掌子面处的排水，计划蓄水池贮水方量12m3，水池内安装功率15KW、扬程60米、排量30m3/h的水泵两台，水池内安装自动开关装置两个，上下布置，间距1米，分别控制两台水泵水量较少时，安装在下侧的自动开关工作，一台水泵运转向泵站抽水，当水量较大时，两个自动开关同时工作，两台水泵均运转，同时向泵站抽水。

5.2.2 泵站蓄水池。两处泵站内分别设蓄水池一座，计划容量20m3，每处泵站安装功率37KW、扬程150米、流量45m3/h卧式水泵两台，安装自动开工装置两套，分别控制一台水泵，K1+800处泵站水通过管道排入K1+300处泵站水仓，K1+300处水仓内水通过主管道直接排出洞外。

5.3 拟用排水设备表（见下表）

6 排水管路的布置

6.1 排水沟 隧道两侧均设排水沟，断面为20cm×20cm。左侧水沟将侧壁的渗漏水收集流入沟内，顺坡流向掌子面或水仓；隧道右侧有错车道，侧沟依侧壁平面曲线而设，所收集的渗漏水分段流入设在各错车道的水仓内。（如图2）

6.2 水仓 在每个错车道设一容积约12m3的水仓，收集两侧水沟的汇水和掌子面处移动水泵的排入水，错车道设置间距为80～120m，若因错车道间距过大无法达到排水要求，可视具体情况在其间增设1～2个小水仓（容积5m3左右）。视围岩裂隙发育及破碎情况，确定水仓四壁是否浇筑混凝土。水仓上覆14#工钢和5cm厚的木板或使用16#螺纹钢加工的间距10cm的钢筋网片。水仓内安装潜水泵或卧式抽水机（错车道内），通过排水支管和主管排水，水泵由水浮子控制，实现自动抽排水。

6.3 排水管路 主排水管采用直径为100mm的钢管，吊挂安装在隧道左侧边墙上，比沟底高50cm，该水管在泵站处断开，下端封死，防止瞬间水压过大爆裂水管。在设水仓的隧道横断面处，主水管安装φ80的三通管，接水仓水泵排水管。若采用多级排水方式，需设两道三通管，两三通间设φ100的闸阀。三通管处设φ80闸阀，按需要开启、关闭。横穿隧道断面的φ80的排水管，埋入隧道底板内，若仰拱已施做，置于底板面上的排水管要用槽钢扣住加以保护，其上填埋洞碴，防止车辆压坏排水管。（如图3）

6.4 掌子面排水

6.4.1 集水坑施工。在每茬炮出碴清底后，用挖掘机或人工在齐头底板上挖一集水坑，坑的大小视出水量而定。坑内放小型潜水泵，用φ50的软管排到距掌子面约30m的移动水箱内。（如图4）

6.4.2 注意事项。为防止掌子面的潜水泵电机“烧坏”，要特别注意：掌子面的集水坑要设在最低处，尽量挖深（必要时打眼放炮），坑口高程低于掌子面处的底板面。潜水泵放置在“量身定做”的全封闭的钢筋笼中（钢筋间隙不大于10mm），将钢筋笼放入集水坑，亦可用小块洞碴掩埋；电缆线要用钢管或槽钢保护，并用洞碴掩埋。根据掌子面底板显现的水位启动、关闭潜水泵，保证潜水泵在坑中始终被水淹没。这样可保证潜水泵在后续作业中继续抽水，而且潜水泵不易“被烧”。

6.5 移动式水箱 移动水箱的容积不宜大于1m3，收集掌子面潜水泵的排水，水箱上安放水泵，再用φ80的排水软管将水排到水仓中。掌子面可采用小扬程的潜水泵，体积小、重量轻，移动方便，并可用扬程来换取流量；若掌子面出水量小，可将少量的水汇集在水箱，待到一定数量后再抽排，避免频繁启动水泵。（如图5）

7 结束语

小断面大坡度隧道，采用机械排水、固定泵站和移动式泵站相结合的排水方案，施工过程中需根据隧道内实际水量的大小和施工坡度来确定排水设备的规格、排水管的直径以及排水管路的布置参数。在大地尖山隧道施工中的一些关键项目可为同类工程提供相关参考。

参考文献：

[1]Ⅰ级高风险特长隧道反坡排水方法探析[J].桥梁与隧道工程， 2011年8月第16期.

[2]长大隧道斜井反坡排水施工技术[J].城市建设理论研究，2012（13）.

[3]泵选用手册[J].机械工业出版社，2009年1月.

[4]公路隧道施工技术规范[M].人民交通出版社，2009年9月.