隧道现场施工排水方法

精心整理精心整理泰宁至建宁（闽赣界）高速公路A8合同段K78+080~K80+310全长2.23公里广建隧道进口反坡施工排水专项方案编制：复核：审核：中铁十五局集团有限公司建泰高速公路A8合同段项目经理部2011年9月2日广建隧道进口反坡施工排水专项方案1广建隧道设计情况1.1工程概况广建隧道进口为泰宁至建宁（闽赣界）A8标段工程，位于建宁县黄埠乡桂阳村。广建隧道全长4118.5米，为分离式隧道，我标段施工进口2230米。右幅隧道起点桩号YK78+080，终点桩号YK80+310，长度2230米，左幅隧道起点ZK78+098，终点桩号ZK80+325，单幅全长2227米。隧道纵坡坡率/坡长：右洞为-1.95/1650M、-1.6/580M,左洞为-1.95/1632M、-1.6/595M，隧道口与隧道洞内与江西交接处高差为40m，隧道综合坡度1.8%，隧道最大埋深约627.99米。洞口段位于曲线范围内，曲线半径R=1210M左右，洞口处都设置拦水沟将路面水拦截，排入排水沟内排除。隧道洞口还设置两道横向涵洞及一道纵向涵洞，横向涵洞汇集两侧洞外挖方边沟水及高边坡急流槽水，再流向纵向涵洞排出，隧道外水已能通过涵洞排出，不会再影响隧道内施工（后附洞口排水系统图）。1.2水文地质情况本隧道区地下水主要为风化带网状孔隙-裂隙水、基岩裂隙水，洞口位置裂隙水较发育，地下水较发育；洞身段构造裂隙水主要分布在隧址区的构造裂隙密集带处，精心整理精心整理断层带岩体较破碎，裂隙极发育，受大气降水的补给，岩性接触带两侧中风化基岩较完整，透水性较差，水量贫乏，断层带富水性较好，水量较丰富，在施工中易形成突水。1.3不良地质隧址区主要的裂隙构造带见下表，其它未见有断裂构造、褶皱等地质构造，地壳整体相对稳定。断层带岩体较破碎，裂隙极发育，受大气降水的补给，岩性接触带两侧中风化基岩较完整，透水性较差，水量贫乏，断层带富水性较好，水量较丰富，在施工中易形成突水，施工至该里程桩号时特别需防预。裂隙构造特征一览表编号位置产状长度m宽度m性质特征及对隧道影响评价走向倾向倾角F801YK78+68443o133o78o大于50010左右压扭性根据大地电磁资料和钻探揭露表明：该处电阻率低，破碎黄铁矿化，绿泥石化，有挤压现象，判断为断层。对隧道围岩有影响。F802YK78+80525o115o46o大于5005左右压扭性根据大地电磁资料和钻探揭露表明：该处电阻率低，破碎，绿泥石化，有挤压现象，判断为断层。对隧道围岩有影响。F803YK79+07817o107o81o大于5005左右压扭性根据大地电磁资料和钻探揭露表明：破碎岩，绿泥石化，有挤压现象，判断为断层。对隧道围岩有影响。F804YK79+260194o284o77o大于500-压扭性根据大地电磁资料和钻探揭露表明：该处电阻率低，判断为断层。对隧道围岩有影响。F805YK79+92533o123o64o大于50030左右压扭性根据大地电磁资料和钻探揭露表明：该处电阻率低，破碎岩，局部黄铁矿化发育，绿泥石化，有挤压现象，判断为断层。对隧道围岩有影响。1.4涌水量计算根据我标段广建隧道施工图及工程地质勘察报告图，根据《水文地质手册》中地下水动学法的水文试验公式计算，估算隧道单洞涌水量4013.17m3/d、进口段涌水精心整理精心整理量约135.41m3/d，洞身内地下水主要贮存在构造破碎带、岩性接触带中，估算涌水量约2910.99m3/d，水质较好，对混凝土无侵蚀性。2总体方案2.1隧道反坡排水的特点反坡施工即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。2.2总体方案反坡排水，需采用机械排水，设置多级泵站接力排水，工作面积水采用移动式潜水泵抽至就近泵站或临时集水坑内，其余已施工地段隧道渗（涌）水经隧道内侧沟自然汇集到临时集水坑内或泵站水池内，由固定排水泵站将积水经排水管路抽排至上一级排水泵站内，如此由固定式排水泵站接力将洞内积水抽排至洞外，经污水处理池处理后排放，第一固定式排水泵站量153方（左右洞共用），第二固定式排水泵站量73方（左右洞各一个），并考虑施工和清淤方便综合确定；临时集水坑根据汇水段汇水量大小确定。工作水泵按使用1台，备用1台，检修1台配备，针对隧道涌水量大时要适当增加工作水泵；同时为防止突水，设置利用高压风管作为1套应急排水系统。2.3主要的排水系统方式洞内反坡排水方式，根据坡度、水量和设备情况布置管路和排水泵站，一次或分段接力排出洞外。根据隧道的实际情况，一般在施工中采用的反坡排水系统布置方式有两种：2.3.1集水坑接力式反坡排水对坡度较大隧道施工对排水电机扬程要求相对较高，所以采用集水坑反坡道排水方式，在隧道施工过程中分段开挖反坡排水沟，在每一段的终点开挖集水坑，设抽水机一台，把积水抽至最后一段反坡，最后一个抽水机将积水排除洞外，采用接力的方式将水抽至洞外的污水沉淀处理池。如下图：精心整理精心整理LK-集水坑间距is-线路坡度图（一）：集水坑接力式反坡排水方式2.3.2长距离管道配合小集水泵收集式反坡排水对坡度较缓的隧道反坡道施工排水，适合采用较长距离开挖固定式集水坑作为泵站，用小集水泵将开挖面的积水抽到最近的集水坑内，再用大功率的泥浆泵通过排水管道将水排到洞外。如下图：洞内平面布置示意图图（二）：长距离采用的反坡排水方式这种方式的优点是所需抽水机较少，需要开挖的集水坑较少，排水泵站较少，缺点是要安装水管较长，抽水机需要跟随坑道的掘进二次拆迁前移。3本工程拟采用的主要排水方案考虑隧道反坡施工较长、隧道坡度平均达1.8%、水泵扬程及施工方便等因素，采用长距离管道配合小集水泵收集反坡排水较好，每个泵站的设备按照一使用一备用一维修的原则配备。隧道内每小时渗水量：4310/24=180m3/h，总体泵站设置如下：3.1第一临时泵站左右幅隧道各开挖500米（YK78+600、ZK78+600）位置，各设置一临时排水泵站，采用离心式渣浆泵GMZ150-182-90型泵，功率110KW，流量182m3/h，扬程90米，数量6台。此时高差约10米，使用Φ150mm排水管的管路，在流量Q=180m3/h时，管路损失计算过程如下：V=Q/F=180/(∏*0.0752^2*3600)=2.83m/sV2/2g=2.83^2/(2*9.8)=0.4H损失=λ*L/D*（V2/2g）=0.02*500/0.15*0.4=26.6m其中V：流速，Q：流量，F：管路截面积，λ：系数，L：管路长度，D：管路直径根据以上计算，水泵扬程应大于10+26.6=36.6米，每天抽水180m3/h*24=4320m34310m3,经计算所选设备符合要求，备用一台，此时安全系数达到2.0。精心整理精心整理3.2第一固定泵站开挖至1120米位置时，拟设置固定式排水泵站1座，即左幅隧道分别设置在ZK79+225.5集水池专用横洞，右幅隧道分别设置在YK79+200集水池专用横洞，采用离心式渣浆泵GMZ150-182-90型泵，功率110KW，流量182m3/h，扬程90米，数量6台。同时取消前500米处排水泵站（设备下移）。V=Q/F=180/(∏*0.0752^2*3600)=2.83m/sV2/2g=2.83^2/(2*9.8)=0.4H损失=λ*L/D*（V2/2g）=0.02*1120/0.15*0.4=59.7m根据以上计算，水泵扬程应大于22+59.7=81.7米，每天抽水180m3/h*24=4320m34310m3,左右洞各3台，共6台。经计算所选设备符合要求，加上备用一台，此时安全系数达到2.0。3.3第二临时泵站左右幅隧道各开挖1700米（YK79+780、ZK79+798）位置，各设置一临时排水泵站，采用离心式渣浆泵GMZ150-182-90型泵，功率110KW，流量182m3/h，扬程90米，数量6台。与第一固定泵站相比，此时高差约12米，使用Φ150mm排水管的管路将水排至第一固定泵站，在流量Q=180m3/h时，管路损失计算过程如下：V=Q/F=180/(∏*0.0752^2*3600)=2.83m/sV2/2g=2.83^2/(2*9.8)=0.4H损失=λ*L/D*（V2/2g）=0.02*580/0.15*0.4=40m根据以上计算，水泵扬程应大于12+40=52米，每天抽水180m3/h*24=4320m34310m3,左右洞各3台，共6台。经计算所选设备符合要求，加上备用一台，此时安全系数达到2.0。3.4第二固定泵站隧道开挖至与江西交界处，在YK80+100，ZK80+125.5临时水池（人行横洞），仍采用采用离心式渣浆泵GMZ150-182-90型泵，计算同上，能满足临时将水排至第一固定泵站。开挖完后改移至江西交接处专用集水池（YK80+310，ZK80+325），拟设置固定式排水泵站1座，将水排至第一固定泵站。同时取消第二临时排水泵站（设备下移）。两固定泵站间距1110米。精心整理精心整理V=Q/F=180/(∏*0.0752^2*3600)=2.83m/sV2/2g=2.83^2/(2*9.8)=0.4H损失=λ*L/D*（V2/2g）=0.02*1110/0.15*0.4=59.2m根据以上计算，水泵扬程应大于（530*1.95+580*1.6）/100+59.2=78.9米，每天抽水180m3/h*24=4320m34310m3,左右洞各3台，共6台。经计算所选设备符合要求，加上备用一台，此时洞内有两固定排水泵站，安全系数达到4.0。实际施工时如遇到涌水量较大时可根据具体情况加密，泵站之间采用Φ150mm排水管长距离输送，前方施工掌子面积水采用临时集水坑来收集积水，小集水泵用Φ80mm消防软管将积水收集并输送至最近的较大的集水泵站内，对两个固定式排水泵站之间积水采用洞内两侧设排水沟加横沟自然汇集至高程较低的集水泵站内，由最后一级排水泵站传递-第一固定站-洞外污水处理池。3.5排水管设置在左幅隧道右侧及右幅隧道左侧分别设置1条Φ150钢管作为正常排水管，如遇断层涌水量较大则将施工用Φ200高压风管作为备用排水管供应急排水使用。3.6其它集水坑设置首先在掌子面处设一小型临时集水坑，然后在掌子面后部50～70m处设移动铁皮箱，采用小型潜水泵将水直接抽到铁皮箱内；在离掌子面100米设一集水坑，拦截洞口至掌子面100米以外段渗漏水，同时保证在掌子面出碴过程中均可正常抽排水，以减轻掌子面集水坑排水压力，然后将集水坑内水抽到铁皮箱内，该水箱需配置较大型水泵（扬程根据洞口高差选定）将水箱内水抽排至近的固定排水站或第一、第二临时排水泵站。隧道局部遇到出水量较大时，可适当增加临时排水泵站，泵站内设沉淀池、抽水池和大型水泵，在水量不大的情况下，可取消已开挖段的临时排水坑。4排水方案4.1隧道施工期间排水①管路安装在右洞左侧、左洞右侧分别安装1条Φ150钢管，正常水量时使用，将施工用Φ200高压风管作为备用排水管。管路每200m设置一个减压阀，防止水锤对管路或水精心整理精心整理泵造成损坏。排水管路接入污水处理池，经处理后排放。②集水坑设置首先在掌子面处设一小型临时集水坑，采用小型潜水泵将水直接抽到铁皮箱内；在离掌子面100米设一小型集水坑，拦截洞口至掌子面外渗漏水，同时保证在掌子面出碴过程中均可正常抽排水，以减轻掌子面集水坑排水压力，然后将集水坑内水抽到铁皮箱内。③移动泵站在离掌子面50~70m的位置设置一个铁皮箱加工的水箱作为移动水箱、配备1台MD46-50/84*4型离心泵移动泵站作为移动泵站。水箱、离心泵安装为整体，随着掌子面的前进向前推移。铁皮箱尺寸为长2m、宽1.5m、高1.5m，水箱容量为4.5m3，采用潜水泵将集水坑内积水汇入水箱内，然后采用较大型水泵将水箱内水抽排至临时排水泵站或两个固定排水泵站。④特殊地段排水根据超前地质预报的结果，显示富水的段落，或设计图纸