反坡排水技术在大坡度小断面隧洞中的分析应用

【摘 要】反坡排水技术在大坡度小断面隧洞中的运用，是向洞内施工前进方向为下坡，洞内水向工作面汇集，需要及时抽排，以防止施工掌子面水积聚过深，影响隧道围岩的稳定和危及隧道施工的机械设备及施工人员的安全，影响正常的施工生产。本文结合具体工程案例，重点就反坡排水技术在大坡度小断面隧洞中的应用进行了研究。

【关键词】反坡排水技术；大坡度小断面；隧洞排水；应用分析

引言

道真县换金坝排洪隧洞工程进口端为下坡道开挖，出口端为上坡道开挖。上坡道开挖，隧洞两侧设边沟，地下水沿隧洞底板坡度自流出隧洞；下坡道开挖时，地下水无法自流出隧洞，必须采用反坡排水，即地下水先沿隧洞两侧边沟汇集至集水坑，再用抽水设备抽排至洞外。

1 工程概况

道真县换金坝排洪隧洞工程位于道真县玉溪镇换金坝村境内，进口位于玉溪河与巴渔河交汇处，距道真县城约4公里，出口位于洋渡水库库区黄板石。换金坝排洪隧洞全长3862m，进口底板高程595.00m，出口底板高程470.00m，设计底坡3.23%，无压隧洞，城门洞形，底宽4.5m，洞高5.0m。

2 工程地质

换金坝排洪隧洞洞线下穿三迭系下统嘉陵江组（T1j）地层，岩性以薄层至中厚层块状白云质灰岩、灰岩为主，岩层产状N10～20°E/NW∠14～29°。换金坝排洪隧洞工程区域地层地表出露面积大，地表岩溶洼地分布较多，岩溶较为发育，且洞线位于地下水位以下，地下水含水类型为岩溶裂隙水，隧洞开挖时会产生渗水涌水，地下水枯季涌水量为300～400T/d，施工中应加强排水。

3 主要的排水方式选择

洞内反坡排水方式，根据坡度、渗水量和设备情况，分段接力式或一站式排出洞外。根据本隧道的实际情况，拟在施工中采用的反坡排水系统布置方式有两种：

3.1 分段接力式反坡排水

分段接力式反坡排水是洞内均匀布置集水坑，选择低扬程抽水泵将洞内渗水从距离掌子面最近的一个集水坑通过接力方式逐步抽排出洞外。如下图1：

此排水方式的优点：设备选型容易，抽排水能力强；缺点：所需集水坑和抽水水泵较多，若某一水泵出问题，将影响整条抽水系统效率，系统维护工作量大。

3.2 一站式反坡排水

一站式反坡排水，用小功率水泵将开挖面的积水抽到最近的集水坑内，再用高扬程大功率的水泵通过排水管道一站抽排至洞外，如下图2：

图2 长距离采用的反坡排水方式示意图

这种方式的优点：所需抽水设备较少，管理方便，抽水稳定；缺点：抽水扬程较大，水泵选型困难，水泵功率大，对电的要求高。

3.3 反坡排水方式选定

通过对以上两种反坡排水方式进行比较分析，本工程选定一站式反坡排水方式排水。

4 设备选型配套

4.1 抽水设备选择

隧道排水主要为隧洞渗水及施工用水。水质除地下水的本身成分外，主要还有岩石、石屑、泥浆等，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。

洞内地下水水量随着掘挖长度增长逐渐增多，在水泵选型上，应充分考虑到地下水和施工排水水量总和，并预留一定的盈余量。本工程选用抽排水设备为高扬程无堵塞排污潜水泵。

地下水涌水量为300～400T/d，即：12.5～17m?/h；隧洞只有两个工作面，单向平均开挖1931m，落差达62.5m。根据以上地下水量和抽水落差，选用WQ20-90/3-11型高扬程无堵塞排污潜水泵（主要技术参数：额定流量20m?，扬程90m，功率11kw）基本满足抽排水要求。但在施工过程中难以避免会有特殊因素的短暂影响，如工地停电、雨季施工等、排水管爆裂等，导致地下水汇集过多，抽水设备抽水能力不够，地下水抽排不出或抽排时间过长，影响掌子面正常施工，因此备用一台抽水能力更强的抽水设备，拟备用WQ30-100/4-15型高扬程无堵塞排污潜水泵（主要技术参数：额定流量30m?，扬程100m，功率15kw）。

掌子面至集水坑段，采用移动轻便水泵，实际操作根据水量大小在数量上予以增减。

4.2 排水管路选择

根据地下水水量，并考虑一定的盈余量，集水坑至洞外段选用与以上抽水设备配套的管路（Φ75mm塑料管）为排水管路，为防止管内水回灌，在管路上安装止回阀。掌子面至集水坑段选用Φ50mm塑料管或消防水管。

4.3 集水坑设置

集水坑布设在距掌子面150m～200m位置，容积为5～10m?，集水坑内水泵周围设钢丝网保护，拦截洞内杂物，集水坑定期清理淤泥。本工程采用无轨运输出碴，集水坑布设尽量利用洞内会车道增大集水坑容积，使抽排水间隔时间增长，可减少短时间抽排水系统故障对施工的干扰。

4.4 设备安装

抽水设备安装：在洞壁上钻孔，锚固钢筋挂钩，水泵用1t手拉葫芦悬挂在挂钩上；排水管安装在距底板50cm位置，每隔10m用钢筋固定，排水管安装要做到顺直。

5 供电系统

在确定了水泵的数量和型号后，还必须对抽排水供电系统进行设计。本工程抽排水系统用电以备用泵（15kw型高扬程无堵塞排污潜水泵，额定电压380V）为计算依据。