长大隧道反坡排水新技术探讨

【摘要】随着我国长大隧道设计与建设的不断进步，研究其反坡排水的新技术凸显出重要意义。本文首先介绍了常用的反坡排水方法，分析了风压排水技术，探讨了反坡排水系统设置，最后结合相关实践，研究了反坡排水的施工方案。

【关键词】长大隧道；反坡排水；新技术；探讨

中图分类号：C35文献标识码： A

一、前言

作为长大隧道设计与建设的一项重要工作，反坡排水的关键作用应该引起有关人员的高度关注。对长大隧道反坡排水的新技术进行研究，能够为长大隧道的设计与建设提供最为有科学合理的技术参考。本文从概述常用反坡排水方法着手本课题的研究。

二、常用反坡排水方法

一般来说，在1km以上的隧道反坡施工中，常用的反坡隧道排水是利用一个或多个水泵串联接力，将掌子面水抽排至洞口经隧道外排水系统排放（如图1所示）。反坡排水采取多级排水，每级排水长度为50m左右，即每50m设置一个集水槽，每个集水槽安装一台污水泵，通过污水泵从第一级集水槽抽排至第二级集水槽，由第二级集水槽抽排至第三级，将水逐级排出至洞外。

图1常用的集水坑法排水图

但是，随着长大隧道开挖施工的不断深入，排水长度逐渐加大，当排水长度超过500m时，形成了多级排水后，通常会因各级因排水设备的排水能力不一致导致排水节拍不一致，经常出现有的集水坑排水不及时，有的集水坑水泵空转的现象，还有因水泵的坏损、水管破裂等原因，也会导致各级排水节拍不一致。因为经常出现排水节拍不一致的现象，致使多级排水排水效率降低，排水不及时，满足不了排水的需要，导致隧道内积水而影响隧道施工效率和施工安全。而且在多级排水过程中，当隧道出水量较大时，水泵因长时间运转损坏的频率相当高。人工消耗方面，每3～4级集水槽，水量大时甚至每两个集水槽就需要派出一名工人进行不间断的排水操作，使得人工消耗也非常大。

三、风压排水技术

尽管常用排水方式应用多年，但其不足已是不争事实，促使长大隧道的排水技术急需解决，长大隧道风压排水技术在多次的改进改良中逐步成熟，这种技术提供一种长大隧道风压排水装置，改变现今反坡排水采取多级排水的作业方式，充分利用隧道施工的可利用资源进行排水。

1.排水装置介绍

风压排水装置如图2所示。

注：图中1为空压机储气罐；2为罐体支架；3为进气管口；4为进水管口；5为排水管口；6为压力表；7为泄压管；8为排污管口。其中各进出水管口上设置闸阀。

2.总体技术方案

长大隧道风压排水装置，主要是利用废弃或闲置的空压机储气罐以及罐体支架，罐体上方设置有高压气进气管口和进水管口；空压机储气罐罐体下方设置有排水管口和排污管口，各管口上设置闸阀。为保证安全，空压机储气罐罐体上连接有压力表，以及泄压管。用水泵将掌子面积水抽进储气罐，抽满后，利用隧道高压风将罐体内的水压出隧道外。

3.风压排水技术

在离隧道掌子面约5～30m处设置一个集水槽，将隧道中的积水，主要是洞内围岩的裂隙水等地下水、施工用水如开挖钻孔使用的冷却水等引排至该集水槽内。用一个小型水泵将水泵送经本装置进水口至罐体中，罐体中水满后，停止进水，关闭进水管口的闸阀，先打开出水口口闸阀后，打开进气阀利用高压风将罐内水冲压排出。高压风来自于隧道外空压机，通过高压风管道引入隧道内，高压风主要供应给掌子面的风枪风镐使用，高压风主要作用是供隧道开挖及支护的设备使用，应用于本使实用新型排水只是利用其中的极少部分，或者为存储于罐体内的气体。由于风压远大于水泵的扬程压力，因此，不需要采用多级排放，单级排水便可以将洞内水一次性排出洞外，且利用高压风冲压能够将罐内水全部排尽，且有较大气流冲刷，能将污水包括水中的杂质全部冲送排走，罐内几乎不存有残留物。

四、反坡排水系统设置

1.水泵选型

斜井排水主要为渗水及施工用水，其水质含有岩石石屑、泥浆及喷浆回弹料等，因此采用污水污物潜水泵。洞内水量从下往上逐级递增，水泵选型时根据每级的排水量确定型号、数量及扬程。同时应考虑富余量。

2.管路

管路的选择与选配的抽水设备配套，管材均采用无缝钢管。5个泵站扬程均高于100米，为了安全起见，管路上均配置止回阀，以防发生水锤现象。

3.泵站设置

根据蓄水量确定水仓的大小。计算时按照排水量最大的泵站15min的排水量确定。泵站两侧均设置拦水坝，将已施工完成段沿斜井纵坡漫流的水截住并引至泵站内。由于泵站深度较深，蓄水后存在较大的安全隐患，因此在泵站四周必须设置钢管护栏，采用Φ48mm钢管，立柱间距为1.5m，高度1.2m，在高度方向设置两层横联，钢管护栏外侧挂设安全防护网，并在泵站上采用型钢及钢板进行覆盖，防止施工人员不慎掉入泵站内。但为了方便泵站清淤，需要在钢管护栏的一侧设置活动门，清淤时开启活动门，清淤完毕后关闭活动门。

4.临时集水井设置

洞内临时集水坑设置在掌子面附近，掌子面的渗水及施工用水等汇集至临时集水坑内，再通过泵站接力排至洞外。临时集水坑的大小根据现场实际的渗水量进行调整。为了安全起见，临时集水坑深度不得超过1.2m，并在集水坑四周设置警示标志。

5.供电

为了确保泵站的正常运行，不因工点问题而中断排水，从洞外引入两条380V的供电系统，一条供电，一条备用。同时在洞外配备一台500KW的发电机，一旦停电，立即将接口引至发电机，启用发电机供电。

6.应急措施

同时，为了保证突发事故大量涌水时的排水，设置了一套应急管路。利用高压风管及高压水管作为应急管路，见图4洞内管线示意图，在每个泵站处的高压风管及水管处开口，设置阀门，一旦急需抽水，立即将阀门打开，与泵站连通进行应急抽排。

五、反坡排水的施工方案

1.顺坡、反坡排水方法

顺坡排水施工段采用在两侧挖排水沟（砂浆抹面）的方式；排水沟断面应当能够同时满足洞内渗漏水、涌水和施工废水的排出需要，并且经常清理。膨胀岩、土质地层、围岩松散地段，铺砌水沟或利用管槽进行排水。

反坡排水施工段采用机械排水的方式，在掌子面设置可移动的潜水泵，在掌子面至洞口间分段设置集水池进行蓄水，同时可用泵站分级接力抽排水来将隧道出水和施工废水抽排至洞外水沟。配备的泵站按排水能力递增，各级排水泵站排水能力都考虑80%储备排水能力，泵站间均布200mm的管路布置。最后经洞外排水沟引入污水处理池，经处理达标后排放。

2.斜井排水

在长隧道、特长隧道工程的建设中，由于多方因素，经常需要增设斜井。可是，从斜井到正洞的施工过程中，交叉段空间结构与施工过程复杂，结构受力转换频繁，围岩应力分布，支护结构变形，隧道施工对围岩的扰动情况等尚不十分清楚，施工方案多以经验设计为主。

隧道内按照适当距离设置多个水仓，分段汇集隧道内的地下水，在水仓处设置水泵，逐级、接力提升至洞外，注入污水沉淀池。斜井反坡排水所需设备众多，大量的设备长时间工作会产生大量的CO、烟尘等空气污染物，为保障设备的正常工作，还需专业维修人员进行定期的检测与维护。

3.隧道通风

从近年来已建成的铁路隧道的通风情况来看，并不是很好。南门口铁路隧道建设应将这一重点重视起来，采取专业的通风方式，搭配专业设备来解决这一问题。

六、结束语

通过对长大隧道反坡排水新技术的相关研究，我们可以发现，在新的时代条件下，研究反坡排水的新技术意义重大。有关人员应该从长大隧道的客观实际出发，充分结合现有反坡排水技术，研究制定最具针对性的反坡排水技术实施方案。

参考文献：

[1] 李维宏.TSP超前预报在新万山寺隧道涌水灾害防治中的应用[J].铁道建筑.2010（02）：88-89.

[2] 宋建平.复杂地质长大隧道快速施工技术研究[J].西南交通大学学报.2013（18）：102-103.

[3] 李升平.反坡排水设计与施工[J].建筑.2011（14）：25-29.

[4] 高风险特长隧道反坡排水方法探析[J].桥梁与隧道工程.2011（16）：77-81.

[5] 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）：125-126.