长大隧道斜井反坡排水施工技术

中图分类号：TU761

摘要：介绍长大隧道斜井反坡排水的设计、设备选型和施工技术

关键词：斜井反坡排水施工技术

1.工程概况

向莆铁路尤溪隧道（DK375+856～DK382+644)位于福建省三明市尤溪县境内,隧道全长12976米,我单位承建的尤溪隧道全长6788m,分出口和溪口尾斜井（以下简称斜井）两个作业工区，其中斜井与正洞相交于DK377+115位置，斜井长度1211.74m。斜井承担自身1211.74m以及正洞3739m（DK375+856～DK379+595）的施工任务。其中斜井为综合坡度11.12%的反坡施工，正洞DK377+115～DK378+600为5‰的顺坡施工，正洞DK377+115～DK375+856为5‰的反坡施工，正洞DK378+600～DK379+595为995m的3‰反坡施工。斜井井坑底至洞口最大高差达到144.3m，隧道施工过程中需要穿过F5、F6、F7 三个强富水断层带。

施工难点

施工时由于斜井自身坡度和长度影响以及正洞F5断层涌水影响，反坡排水的难点在于排水方量大、高差大，管路距离长以及F5断层强富水段施工。

2.水量计算

尤溪隧道剥蚀冲沟发育，地下水主要为构造裂隙水，接受大气降水及地下水的下渗补给，隧道通过断层破碎带及节理较密集带地段时，隧道洞身施工开挖时地下水涌水量较大。因此断层影响带为主要涌水来源，下面是斜井工区需穿越的断层以及涌水量。

斜井工区断层影响带涌水量计算表

表中水量计算根据以下公式计算

Q=BK/2｛（H12/R1+H22/R2）+2∏S/ln【4（R1+R2）/∏D·Cos（∏（R1-R2）/2（R1+R2）】｝

式中：

H1、H2—补给区、排泄区假象隔水层面以上潜水流的深度（米）

R1、R2—隧道中心至补给区及排泄区的距离（米）

F5断层：里程DK377+005～DK376+905，属于小里程反坡排水范围（坡度5‰）。

F6断层：里程DK377+921～DK377+981，属于大里程顺坡自排范围（坡度5‰）。

F7断层：里程DK379+560～DK379+595，属于大里程反坡排水范围（坡度3‰）。

由断层所属里程和长度以及富水情况可以看出，F6断层属于自排范围，F7断层虽然属于反坡排水，但F7断层位于里程交界即贯通位置上，因此F6、F7断层影响不大，主要是F5断层强富水带影响施工较大。

4.设备选择

4.1．水泵选型

隧道内水源主要为隧道裂隙水和断层涌水以及现场施工用水。水质除地下水的本身成分外，主要是含有石碴、泥浆，同时还有喷射砼的回弹物。因此，除满足扬程和排水量外，选用的常规水泵必须要耐磨性高、使用寿命长,且电力系统配置合理的无堵塞污水泥浆泵,才能保证隧道正常施工。

4.2．水泵规格

鉴于斜井施工和正洞施工的不同排水需求，水泵的规格、扬程以及数量配置均有不同。以下是洞内主要水泵的各种规格和配置部位。

使用部位 斜井自身施工 斜井向小里程掌子面移动泵站 斜井向大里程掌子面移动泵站 斜井终点固定泵站

最大涌水量 175m3/d 预测最大涌水量地段为7386 m3/d 预测最大涌水量地段为1793 m3/d

5.排水管路的布置

5.1.斜井施工段

斜井自身施工过程中，由于水量少，排水基本属于逐级增大过程，因此斜井施工工程中采用递级排放的方式，施工过程中掌子面后方20米左右设置一个集水坑并放置一个1.1KW的WQ15-15-1.1型排污泵抽水。根据斜井加宽段的设置（斜井每间隔250米设置一个20米的单侧加宽段），在施工完成段每个加宽段内设置一个集水井，共设置四个集水井，保证斜井内水不流入主洞，集水井尺寸4m长×2m宽×1.5m深。每个集水井内放置一个5.5KW的WQ18-72-5.5型排污泵递级排水，排水管选用Φ80钢管，钢管与水泵之间用软管绑扎。为方便水泵看管，集水井内水泵安装自动启动控制器，等集水井内水位达到设定高度自动启动电源抽排积水，等集水井内水位低于设定高度时自动关闭电源。（下图为斜井自身施工过程中反坡排水示意图）

5.2.正洞施工段

斜井进入正洞后会产生大小里程两个工作面，其中小里程工作面（DK377+115～DK375+856）是5‰下坡段施工，属于反坡排水范围，大里程工作面DK377+115～DK378+600段为5‰上坡段施工，属于自排范围，DK378+600～DK379+595段为3‰下坡段施工，属于反坡排水范围。（下图为正洞施工坡度示意图）

5.2.1正洞施工小里程段

当斜井施工到正洞位置后，在距离斜井中线20米小里程左侧边墙处（DK377+095）设固定式泵站。固定泵站尺寸为11m长×8m宽×3m深，泵站分水仓和泵房，其中泵房位于水仓之上，为避免水仓淤积，水仓按照三级沉淀池标准施工。固定泵站至斜井口安装两套Φ200钢管作为排水管。由于排水管路较长，为避免管路内水的回流，在排污泵与排水管连接处需安装防止回水的止水阀，同时为避免回水压力对阀门造成损伤，止水阀需选择带减压功能的特殊阀门。

小里程方向施工过程中，在小里程一侧边墙安装一套Φ150钢管作为排水路，钢管一头连接于固定泵站，钢管另一头连接于移动式集水箱，集水箱尺寸4m×2m×2m，容量16m ，在集水箱上安装一个37KW离心泵(扬程20m,流量350 m /h)。掌子面施工过程中采用移动式潜水泵将积水抽至集水箱内，然后通过离心泵将水通过排水管反排至固定泵站，再通过固定泵站反排至斜井口。如果在水量不大的情况下可以直接将移动式排污泵通过软管与Φ150mm钢管连接反排至固定泵站。（下图为小里程反坡排水示意图）

5.2.2正洞施工大里程段

施工大里程（DK377+115～DK378+600）时，属于上坡（坡度5‰）施工，在隧道两侧通长预留30㎝×15㎝的砂浆排水明沟，掌子面流水通过两侧排水明沟自然顺坡引流至固定泵站。为避免明沟於塞，排水明沟需安排专人及时清理。

施工大里程DK378+600～DK379+595反坡段时，在掌子面后方20～30m处放置一个移动式排污泵，在隧道变坡点处（DK378+600）设置一座集水井，集水井尺寸设置为2m长×2m宽×1.5m深。集水井一头与移动式排污泵通过Φ80钢管连接，另一头与右侧排水明沟连接，掌子面施工过程中移动式排污泵通过Φ80排水管将掌子面积水反排至集水井，然后再通过边沟将水顺坡自排至固定泵站。（下图为大里程排水示意图）

6.施工体会

斜井和正洞施工基本均为反坡排水，采用机械排水，固定泵站和移动式泵站相结合的排水方案，施工过程中必须根据隧道内实际流水量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等参数。实际施工过程中排水设备必须保证充足，有备用设备和备用发电机，安排专人负责排水作业，加强现场排水设备、排水管路的管理和维护工作，严格按照设备的操作规范进行操作，做好洞内外三级沉淀池的清理工作，做到无污染排放。

参考文献

《水文地质手册》P.727（9—4—39式）

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。