石 峰

(中鐵隧道集團(tuán)二處有限公司，河北 廊坊 065000)

0 引言

在隧道開挖過程中,根據(jù)不同的排水條件采用不同的排水方式，為滿足安全施工的要求，在出水量較大或者地下水發(fā)育的隧道開挖環(huán)境中，則需要采用超前排水施工技術(shù)。

1 工程概況

某隧道3號(hào)斜井長2 045 m，綜合坡度為11.34%，由斜井洞口下坡進(jìn)正洞，右線交于DK627+600與井底相交，交角為76°，主要負(fù)責(zé)正洞左右線各3 315 m施工工作。起止里程為DK625+655～DK628+970。在建設(shè)項(xiàng)目中，主要穿越寒武系中統(tǒng)灰?guī)r段，裂隙發(fā)育，局部發(fā)育小型溶腔、溶洞。地下水發(fā)育至極發(fā)育(詳見表1)。

表1 某隧道正洞區(qū)間地勘涌水量設(shè)計(jì)表

某隧道3號(hào)斜井實(shí)際抽排水量高達(dá)67 000 m3/d。

2 超前排水施工技術(shù)

2.1 施工原理

在開挖掌子面采用超前潛孔鉆按照設(shè)計(jì)要求打設(shè)7個(gè)長30 m的泄水孔。地下水通過泄水孔將掌子面前方承壓水釋放到工作面，地下水泄壓后通過掌子面后方的水泵、排水管路等排至洞外。超前排水讓掌子面水量、水壓變小或者無水，從而降低帶水作業(yè)的開挖的難度(詳見圖1)。

2.2 施工工藝流程

施工工藝流程見圖2。

2.3 施工方法及步驟

2.3.1反坡排水方案第一階段(3號(hào)斜井未進(jìn)正洞前)

在斜井中部緩坡段設(shè)置水箱，采用20 mm厚鋼板焊接，尺寸：2.0 m×3.3 m×18.0 m，容積：120.0 m3。掌子面后方設(shè)置可拖動(dòng)水箱，尺寸：2.0 m×1.5 m×6.0 m，容積：18.0 m3，采用20 mm厚鋼板焊接，采用對(duì)拉斜撐對(duì)水箱內(nèi)加固。移動(dòng)水箱跟隨開挖掌子面保持固定距離前進(jìn)。采用污水泵將污水從地面抽入水箱內(nèi)，然后泵送至斜井中間泵站和隧道外的三級(jí)沉淀池。

2.3.2反坡排水方案第二階段排水方案(進(jìn)正洞后)

井底水倉尺寸：2 m×7.5 m×20 m，容積：300 m3。井底水倉設(shè)置在斜井副聯(lián)內(nèi)填充路面以下，位于路中間，水倉四周立面墻采用厚度為35 cm的C35模筑鋼筋混凝土澆筑，上部鋪設(shè)鋼板，水倉頂部高度與填充面齊平，架設(shè)防護(hù)欄。

2.3.3超前排水

1)結(jié)合掌子面素描、地質(zhì)雷達(dá)、紅外探水、超前探孔、TSP等數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析掌子面前方地下水情況。當(dāng)?shù)叵滤S富并且為承壓水時(shí)，項(xiàng)目決定采用超前排水措施。

2)在開挖掌子面采用超前潛孔鉆按照設(shè)計(jì)要求打設(shè)7個(gè)長30 m的泄水孔。泄水孔將掌子面前方承壓水釋放，地下水泄壓后通過掌子面附近的集水坑、水泵、排水管路排出洞內(nèi)。3號(hào)斜井正洞掌子面通過超前排水讓水量、水壓變小或者無水，從而降低開挖作業(yè)難度。

2.3.4排水管路布置

管道水流速度選擇適當(dāng)，根據(jù)3號(hào)斜井坡度、高差、經(jīng)濟(jì)效益等因素水流速度選定為2.8 m/s。

φ300 mm,φ200 mm,φ100 mm的管路排水量計(jì)算分別如下：

根據(jù)計(jì)算得出直徑300 mm的管路排水量為712 m3/h，直徑200 mm的管路排水量為317 m3/h,直徑100 mm的管路排水量為79 m3/h。

1)某隧道3號(hào)斜井正洞洞內(nèi)排水側(cè)溝排水上限約3 000 m3/h。

2)在保證正常施工的條件下，某隧道3號(hào)斜井農(nóng)電網(wǎng)網(wǎng)電負(fù)荷上限為3 300 m3/h。

根據(jù)以上條件綜合考慮，我工區(qū)正洞超前排水段抽排水量上限設(shè)定為3 300 m3/h。洞內(nèi)排水管路設(shè)置5趟直徑為300 mm，1趟直徑為200 mm，1趟直徑為100 mm，其中5趟直徑為300 mm焊接鋼管作為常用排水管，1趟直徑為200 mm，1趟直徑為100 mm管路作為備用排水管路。

排水管滿負(fù)荷排水量為5×712+1×317+1×79=3 956 m3/h，常規(guī)排水量5×712=3 560 m3/h，大于當(dāng)前實(shí)際涌水量(2 700 m3/h)，可以滿足施工要求。

2.3.5水泵選型

3號(hào)斜井洞口至井底高差為231.9 m，單級(jí)提升120 m，一共分為兩次提升揚(yáng)程(120 m×2=240 m≥231.9 m)。3號(hào)斜井排水負(fù)荷上限為3 300 m3/h，在3號(hào)斜井中間泵站安裝10臺(tái)套揚(yáng)程215 m的250 kW(280 m3/h～400 m3/h)污水泵，井底泵站安裝14臺(tái)套揚(yáng)程215 m 250 kW(280 m3/h～400 m3/h)污水泵。由于井底泵站泥沙多、阻尼大等因素，所以井底泵站比中間泵站多安裝4臺(tái)作為備用水泵。

2.3.6變壓器及備用電源選型

為防止電網(wǎng)電力故障或電網(wǎng)檢修斷電導(dǎo)致淹井，在斜井附近配備了由800 kW柴油發(fā)電機(jī)和1 000 kVA變壓器組成自供電站。3號(hào)斜井250 kW污水泵共計(jì)24臺(tái)，抽水總功率為24×250=6 000 kW。

共需配置800 kW柴油發(fā)電機(jī)數(shù)量計(jì)算如下：6 000÷800÷0.8=9.375臺(tái)，其中安全系數(shù)K=0.8。

所以需配置800 kW發(fā)電機(jī)組、1 000 kVA變壓器各10臺(tái)。

3 結(jié)語

1)超前排水施工技術(shù)為解決隧道掌子面開挖施工過程中水量大、壓力高的帶水作業(yè)難題提供有效方法。

2)超前排水在帶水作業(yè)過程中降低了隧道開挖作業(yè)的危險(xiǎn)系數(shù)，為軟弱圍巖富水段施工提供了多一層的安全保障。

3)同時(shí)為隧道提高了富水段開挖作業(yè)效率，操作簡單，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

4)超前排水技術(shù)在隧道、煤礦、地下空間開挖等領(lǐng)域具有明顯的社會(huì)效益，具有較高的推廣價(jià)值。