隧道反坡排水施工方案(1)

新建贵广铁路GGTJ-7标

宝峰山隧道一号斜井反坡

排水专项施工方案

编 制： 审 核： 审 批：

中铁二十三局贵广铁路GGTJ-7标指挥部

二○○九年五月

宝峰山隧道1#斜井反坡排水专项施工方案

一、 编制依据

（1）宝峰山隧道设计咨询版；

（2）《新建贵阳至广州铁路站前工程施工总价承包招标—招标文件》(招标编号：JS2008-092)； （3）《铁路隧道防排水技术规范》（TB10119-2000）； （4）《铁路隧道施工规范》（TB10204-2002）；

（5）《客运专线铁路隧道施工技术指南》（TZ 214-2005） （6）国家、铁道部和地方现行相关技术规范和相关法律法规文件。

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童游隧道DK601+930～DK602+010属Ⅴ级围岩偏压地段，采用双侧壁导坑发开挖

二、 隧道设计及水文地质概况

由我单位负责施工的新建贵广铁路GGTJ-7标宝峰山隧道，里程D3K478+091～DK491+818,全长13727m，为贵广铁路重点控制工程。其中1#斜井工区负责施工的斜井里程X1K0+000～X1K1+480，长1480m，正洞里程D3K481+060～DK485+000，长3940m。斜井长1480m，坡度9%，为反坡排水，正洞D3K481+060～DK482+800，长1740m，坡度4.5‰，为反坡排水。由于宝峰山隧道为特长隧道，经过7个断层带，地质条件复杂多变，渗水、涌水情况点多面广。围岩破碎，渗水量大，渗水不间断汇流，给施工带来了很大难度。其中宝峰山隧道1#斜井正洞经过一条大断层（栗木-恭城区域性大断层）和一条背斜（凉亭背斜）。我单位根据具体情况，在斜井及正洞内布置了大量的抽排水设备和管道，24小时不间断的抽排，及时排除隧道内积水，确保了隧道的顺利施工。

一、原设计水文地质情况 （一）地表水发育特征

宝峰山隧道1#斜井段位于广西桂林市以东，阳朔县以北凉亭村附近，洞身测段属剥蚀高，中山地貌，绝对高程200-1300m，相对高差最大达950m，自然坡度一般20~65度，地形起伏较大，坡陡沟深，沟谷多呈“V”字形。年平均降雨量1677mm，最大2199mm，最小1219mm，4~8月为雨季，降雨量占全年60%，十一月到二月为枯季，降雨量占全年15%。测区水系属珠江桂江水系，漓江支流，地表河流发育，水系沿构造发育，形成许多深切沟谷，支沟时有流水，主沟常年有水流，由大气降雨控制及上游水补给，流量受季节变化影响大，以蒸发，下渗和径流等形式排泄。 （二）地下水发育特征

测区地下水以土层孔隙水、基岩裂隙水、溶隙水位主。基岩裂隙水由于地质构造的活动，断裂及构造节理裂隙发育，为地下水的富集提供了良好的空间，在节理密集地带或断裂破碎带附近地下水量较大，水量丰富，因此在隧道施工过程中，节理裂隙密集带或断裂破碎带附近可能会遇到股状涌水，应做好引排水处理措施。 （三）隧道涌水量预测

本隧最大涌水量：Q平常期=56010m3/d，Q雨期=84015m3/d。

三、 总体方案 ㈠、斜井反坡排水

正常施工时：斜井采取反坡排水。反坡排水采取固定泵站与集水井（坑）相结合的方式进行抽排，斜井内距掌子面200～300m在洞侧设置一临时集水井，用于污水沉淀。固定泵站的位置根据具体施工时涌水量大小进行设置。泵站安装大功率水泵，分级将污水抽至洞口沉淀池再次沉淀达标后排放。

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应急抽水时：备用变压器和备用抽水泵组成应急排水系统，水泵直接布置在出水点，将高压风管改装成排水管路。

㈡、正洞反坡排水

正洞反坡排水阶段为：斜井承担的正洞开挖不具备顺坡排水条件时必须采取反坡排水措施。在斜井与正洞交点附近设置一大型泵站（交叉口固定泵站），将汇集的水流通过斜井泵站抽排至洞外沉淀池。正洞反坡施工段水量较小时每隔300m设置一座集水井；当开挖面遇涌水量较大时泵站设置在开挖面安全范围内。泵站抽排能力根据该段涌水量设计；顺坡排水施工里程段水流集中汇于斜井交叉口固定泵站。

由于正洞坡度较小，集水坑每隔500米设置一处，为保证正洞车辆运输畅通，聚水坑结合横通道或综合洞室位置设置。聚水坑采用片石砌筑，坑内采用水泥砂浆抹面，同时掌子面配备2～3台污水泵，防止掌子面出现涌水。

斜井采用机械排水，由于斜井洞口与正洞交叉口高差较大，为防止突然涌水，抽水设备选用大功率水泵，多级泵站抽水。

施工工作面积水采用移动式潜水泵抽至就近的泵站或临时积水坑内，其余已经施工地段出水经临时集水坑自然汇积到泵站水池内。由工作泵将水经管路抽排至交叉口泵站，如此接力抽排到洞外污水池经处理后排放。 ㈢、排水供电布置

根据建设单位“关于反坡排水隧道需配置备用电源的文件通知”，结合所在区域的电网结构布局及施工现场实际情况。为保障洞内抽水设备正常运转，布置两条高压线路进洞。分别是10KVA、35KVA线路，以避免某一电网停电对排水系统运行造成的影响。

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㈣、反坡排水实施方案 1、斜井施工阶段抽水方案

抽水系统的布置：斜井施工过程中因涌水量较大，分别在X1K0+970、X1K0+480、X1K0+030里程处设置固定泵站，在X1K1+180、X1K0+670、X1K0+280处设置临时泵站。具布置详见图1。

供电系统的布置：斜井掘进1100m后，为保障洞内抽水设备正常运转，布设高压进洞线路（10KVA），并安装1台800KVA变压器，设置里程为X1K0+380。

2、正洞施工阶段抽水方案

抽水系统的布置： 进入正洞施工后在DK481+800处设置固定泵站，在DK482+300、D3K481+300设置临时泵站，正洞反坡施工方向分别布置排水系统。具体布置详见图2。

供电系统的布置：在斜井X1K0+380处设置1台800KVA变压器为交叉口泵站供应电源。从交叉口至贵阳方向1000m范围内排水用电由斜井X1K0+380处的变压器直接引出。当施工至1000m范围外时，在DK481+964综合洞室内增设1台800KVA变压器，供贵阳方向的抽水用电。

3、斜井阶段与正洞阶段设备及管路配置

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贵阳方向广州方向二根φ200X1一根φ1508K000+K3V81XA011423#泵1K##站0+030一根φ150一根φ200二根φ2001110##X一根φ150泵1K站0+280一根φ200一根φ150X789###1泵K站0+48056##Xφ150 1#:185m/h,75m,55KW泵1Kφ150 2#:185m/h,75m,55KW二根φ200站0+670φ200 3#:285φ200 4#:285m/h,75m,90KW一根φ150φ150 5#:185m/h,75m,90KWφ200 6#:285m/h,75m,55KWm/h,75m,90KWφ150 7#:185一根φ1504#X23##泵1Kφ200 8#:285m/h,75m,55KW站0+970φ200 9#:285m/h,75m,90KWφ150 10#:18m/h,75m,90KW1#Xφ200 11#:285m/h,75m,55KW泵1K1+1φ150 12#:185m/h,75m,90KW5m/h,75m,55KW站80φ200 13#:28φ200 14#:285m/h,75m,90KW5m/h,75m,90KW峰山隧道1#斜井.斜井施工阶段反坡排水系统布置图

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图1 宝

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贵阳方向二根φ200三根φ200三根φ200广州方向四根φ200D3K481+300泵站23#22#21#20#19#DK481+800泵站DK481+964800KVADK482+300泵站18#17#16#一根φ1501514#13#12#11##X1K800+30K80VAX1泵K0+0站30四根φ200一根φ150109##8#7#6#X1K泵0+4站80四根φ200一根φ1505#4#3#2#1#X1K泵0+9站70φ150 1#、6#、11#:185m/h,75m,55KWφ200 2#、3#、4#:285m/h,75m,90KW 5#、7#、8#:285m/h,75m,90KW 9#、10#:285m/h,75m,90KWφ200 16#、17#、18#:200m/h,25m,22KW 22#、23#:200m/h,25m,22KWφ200 19#、20#、21#:206m/h,50m,55KW 图2 宝

峰山隧道1#斜井正洞施工反坡排水系统布置图

四、设备选型配套 1、 设备选型的理论分析

根据一号斜井设计资料及涌水状况，考虑到隧道突发涌水情况的出现，其最大应急排水能力应达到31800m3/d,即每小时排水能力为1325 m3/h,所有泵站排水管均采用钢管进行安装。从正洞一级泵站到斜井三级泵站高差为4.64m,水泵考虑克服抽水高差以外，还考虑排水管道的水头损失（即扬程损失），按照如下公式计算水头损失：

式中：λ为水管摩阻系数，采用的水管为普通钢管，取值0.024； L为水管长度；

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d为水管内径；

v为管内流速，取2.5m/s； g为重力加速度，取9.81；

以直径为200mm为例，每1000m水管的水头损失为38.5m，另外考虑每组管管均至少将安装两组闸阀、两组单向阀及一组以上三通或弯头时造成的水头局部损失，从正洞一级泵站至斜井三级泵站的排水理论所需扬程为18.44m，另考虑到1.1以上的扬程保证系数，所配备的水泵均在48.72m扬程以上。同理，斜井三级泵站至二级泵站高差37.89m，水管长度450m，配置水泵扬程要在60.74m以上，二级泵站至一级泵站高差42.39m，水管长度490m，配置水泵扬程要在67.38m以上，一级泵站至斜井口高差42.39m，水管长度560m（包含50m洞外管路），配置水泵扬程要在70.35m以上。

根据对隧道内涌水情况的分析，其紧急排水能力需达到1325m3/h以上，为此，斜井井身内的管道布设应以大管道为主，钢管流速取值为2.0～3.0m/s，应急抽排水时加大水泵设备，管内流速按2.0m/s考虑，其管道总断面积应达到0.184m2；按照正常排水考虑时，流速取1.5 m/s，其排水能力为900m3/h，所需管道总断面积为0.167m2。

根据隧道昼夜涌水量并考虑一定的富裕系数，在排水设备满足要求的前提下，结合技术和经济两方面进行抽水钢管直径的选取d。

其中Q为管流量（m3/s），VP为管道允许流速（m/s），参考一般抽水钢管流速取值为2.0～3.0m/s，根据上述公式计算结果如表1所示。

表1 管道直径选取计算表

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计序号 算管径 应急排水 正常排水 理论需要排数 备注 采取措施 1 100 24 22 管径太小，排数太多，不利于水泵配置 排数多，不经济 比较经济，实用 经济，实用 管径太大，不利于施工 管径太大，不利于施工 舍弃 2 150 3 200 4 250 5 300 6 350 11 6 4 3 2 10 6 4 3 2 可以考虑 可以考虑 考虑 舍弃 舍弃 为了提高抽水设备及管道的利用率，且确保有一定的富裕系数，在进入正常施工后，在斜井范围内采用不同管径搭配使用，配四排φ200、一排φ150钢管，另在突发涌水时启动应急预案，将高压供水管和高压供风管用作排水使用。

在水泵电机的选型，应综合考虑能量利用、电机功效、电机安全系数及扬程等等，按以下经验公式配备电机功率：

电机功率=流量(m3/h)×扬程(m) ×9.81/(3600×功效) 电机功效一般取0.5～0.75，水泵越大，功效越高。

结合市场现有水泵型号以及可能定型生产的规格，对拟使用的各种水泵功率计算如表2所示。

表2 水泵电机功率一览表

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配套管径 扬程(m) 流量计算流安装部位 斜井泵站 斜井泵站 正洞泵站 正洞泵站 计算功率(KW) 选用功率(KW) 序号 (m3/h) 速(m/s) 功效 1 200 75 285 2.521 0.70 83.21 90 2 150 75 185 2.903 0.70 54.01 55 3 200 50 206 1.826 0.70 40.10 55 4 200 25 200 1.769 0.70 19.46 22 根据目前涌水水位及容水量，为达到操作方面，作业循环时间短的目的，在水位降至安全水位之前，其主泵站均需随着水位下降而移动，根据同类型号水泵配置情况，建立三组移动泵站，采用轮胎行走式移动泵站平台，除此之后，在每一作业面再设置2~4台7.5kw水泵，以配合主泵站抽水及其它较小坑洼处积水，其主泵站具体配置情况如表3所示。

五、排水系统 1、管路

根据洞内最大水量情况，结合选配的抽水设备，管路均为无缝钢管。突发涌水采用一套φ325mm管路（高压风管）和用一套φ100mm管路（高压水管），作为应急排水管路。

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2、临时集水坑

斜井内临时积水坑设在洞内右侧，每隔300米设置一处（临时泵站）。临时积水坑尺寸为：15m（长）×4m（宽）×2.5m（深），容量150m3。

正洞内临时集水坑每隔250米设置一处，临时积水坑尺寸为：15m（长）×5.9m（宽）×1.6m（深），容量141.6m3。

3、固定泵站

固定泵站为正洞泵站、斜井泵站。一号斜井由于高差较大（122.76m），斜井内设固定泵站3处，泵站水仓结构尺寸为：30m（长）×5.0m（宽）×2.8m（深），容量280m3。泵站设在进洞左侧。正洞反坡长度1740m，在1000m处设置泵站，泵站水仓为单幅仰拱施工后未施工的填充位置尺寸：30m（长）×5.9m（宽）×1.6m（深），容量283m3

表2 泵站布置表

配序号 泵站名称 里程 净高差 排水距离 理论计算杨程 备扬程 使用情况 永久 永久 永久 备注 1 一级 X1K0+970 42.39 560 70.345 75 2 二级 X1K0+480 42.39 490 67.38 75 3 三级 X1K0+030 37.89 450 60.74 75 页脚内容9

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正洞泵站 正洞泵站 正洞泵站 临时 永久 临时 4 DK482+300 2.34 530 23.75 25 5 DK481+800 4.64 1030 48.72 50 6 DK481+300 2.25 500 23.65 25 水泵配置情况 斜井一、二、三级泵站各配置300m3/h、75m、90KW/h各5台（一台备用），200m3/h、75m、55KW/h各2台（一台备用） 4、 其他

掌子面排水采用移动式水泵，管路为φ159mm消防软管，抽排至临时积水坑内，再用移动式水泵，管路为φ159mm钢管，抽排至正洞泵站。

六、排水管理和实施 1、 人员安排

班长1人/班、抽水工3人～4/班、电工1人/班，每天3班。 2、运行和检修

⑴确保电路安装的正确，检查转向是否正确；设置接地装置及标志。 ⑵电泵的冷却，采用下一个泵站抽上来的水直接浇至电泵上进行冷却。

⑶施工中在水泵与管路的接口处安一个φ20 mm出水口，利用抽水的高压水不断对进水口处进

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行冲搅；同时，利用高压风进行冲吹，防止污泥的淤积。

⑷施工人员及时对坑内污泥杂物进行清理。

⑸在进水口仓裹铁窗纱，同时把水泵(工作面移动式)或进水口施在竹筐内，可以防止污泥及杂物的进入而发生堵塞。

⑹当水位下降超过底座，间歇出水时，应立即停机进行检查；运行一定时间后，须进行维护保养。及时地进行保养和维修是确保设备正常运转的必要措施。

3、值班制度

工作人员24h值班制，并制定抽水记录表进行统一管理，发现问题及时处理，汇总问题进行总结分析。

七、 应急措施

进入正洞施工后在排水系统上增设1套设备和管路作为应急措施。管路与正常施工排水管路平行布置。一旦遇到突水、涌水现象，即开启应急排水。

八、 污水处理

洞内施工排放的污水须经沉淀、隔油、气浮处理。处理后的水尽量用于喷洒道路，排放的水一定要经检验达标后才预排入河沟。沉淀池内淤泥用吸泥泵抽出后集中晾干，而后装运至弃碴场内统一堆弃。污水处理系统见图2。

图2 污水沉淀净化处理示意图

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