隧道反坡排水方案.docx

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隧道反坡排水方案

将军山隧道反坡排水专项施工方案

一、编制说明

1.1编制依据

1、新建铁路成贵线站前工程施工图—隧道设计施工图；

2、《铁路隧道钻爆法施工工序及作业指南》（TZ231-2007）；

3、《高速铁路隧道工程施工技术指南》（铁建设[2010]241号）；

4、《铁路隧道工程安全技术规程》（TB10304-2009）。

1.2编制原则

1、隧道涌水的处理应贯彻预防为主的原则。

2、反坡段施工排水应以设计图纸为依据，尊重现场实际情况，超前规划、统筹全局，合理安排现场施工方案，与实际不符时及时给予优化，随现场实际情况调整施工方案，实现施工动态管理。

3、隧道施工防排水工作应按防、截、排、堵相结合的综合治水原则。

4、结合将军山隧道的施工特点，本方案重点在反坡段排水上面。

二、工程概况

将军山隧道起讫里程D1K388+293～D1K390+325，全长2032m，为双线隧道，全隧为19.3‰的单面上坡。

进口区段1132m顺坡施工，出口区段900m为反坡施工。

隧道通过地区剥蚀、溶蚀低山缓坡，为左高右低的缓坡地形，地面高程为1500～1540m，隧道进出口穿越部位相对高差20～40m左右，出口为沟槽斜坡，自然坡度30～40度，少许灌木，出口为缓坡旱地。

将军山隧道正常出水量为3725m3/d，最大出水量7449m3/d。

隧道洞身段衬砌均按新奥法原理设计，初期支护采用喷、锚、网、钢拱架（格栅）支护，二次衬砌采用复合式衬砌，并视地层、地质条件增加长管棚、超前小导管等预加固措施，洞内支护衬砌结构均采用复合式衬砌。

三、反坡段排水方案

由于反坡隧道，各种作业之间相互干扰大，这不仅对运输和通风提出新的要求，而且在富水区排水的难度也将加大，如何处理这些问题，保证施工安全和进度，是隧道反坡段施工的重点和难点。

反坡段施工应以设计图纸为依据，尊重现场实际情况，超前规划、统筹全局，合理安排现场施工方案，与实际不符时及时给予优化，随现场实际情况调整施工方案，实现施工动态管理。

为此，根据在隧道的施工中总结的经验，综合考虑施工环境及施工条件的影响，制定如下方案，以保证安全生产。

3.1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。

3.2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，固定式排水泵站水仓容量按10min涌水量设计，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。

3.3主要的排水系统方式的选定

洞内反坡排水方式有很多种，根据将军山隧道的坡度、水量和设备情况，集水坑接力式反坡排水和长距离集水坑（水仓）排水法适合该隧道。

3.3.1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1所示：

图1小集水坑排水示意图

集水坑间距离Lk（米）用下式计算：

Lk=hk/（is+ik）

式中hk——反坡水沟开挖最大深度，一般不超过0.7米；

is——线路坡度；

ik——水沟底坡度，不小于2‰。

计算可知Lk=hk/（is+ik）=0.7/（0.0193+0.002）=32.86m，则将军山隧道反坡段900m，理论需至少设置27个小集水坑。

而实际施工现场计划采用扬程150米的水泵，因此按照90米设置一道集水井共设置10道，能满足现场排水要求。

3.3.2长距离集水坑（水仓）排水

隔开较长距离开挖集水坑（水仓），设置泵站，开挖掌子面的积水设置临时集水坑汇水用临时水泵抽到最近的积水坑（水仓），再由水仓经主抽水机排到洞外，如图2所示。

图2长距离集水坑排水示意图

这种排水方法的优点是所需抽水机数量较少、固定，利于检查和维修，缺点是要安装较长的排水管，增加工时，且掌子面临时抽水机需要随掌子面的掘进而拆迁前进。

在隧道较长、坡度较大、涌水量较大时采用。

集水坑排水一般分为两个阶段。

第一阶段为初始阶段，在没有形成下一个固定的水仓和泵站前的排水，第二阶段为形成固定的水仓和泵站后的排水。

第一阶段，在未形成下一个固定水仓、泵站前的排水。

此阶段排水比较困难，特别是在坡度大、涌水量大的情况下，如何组织这个阶段的排水工作，将直接影响到前方掌子面的施工安全及施工进度。

第一阶段主要采用临时水泵和临时排水管。

临时排水管数量应根据设计最大涌水量及现场的实际情况决定，并配以临时水泵随掌子面移动。

水管和水泵与掌子面应保持50～70ｍ的距离，保证掌子面在突发涌水的时候积水线不超过掌子面后退50m的距离；同时在掌子面爆破时也可以减少对水管和水泵的损坏。

如果洞口或变坡点到水泵之间的裂隙水或散水较大，且距离过长，则需要挖出临时水沟，设置一个小型的临时集水坑，把水引流汇集到临时集水坑，在临时集水坑安装水泵，把水由临时集水坑的水泵抽到洞口或顺坡水沟，尽量减少流到前方施工掌子面的水量；同时掌子面的水也可抽到临时积水坑，从临时集水坑统一抽到洞口或顺坡水沟。

为方便施工与引流，临时排水管应与临时水沟应设在同一侧。

第二阶段为形成固定水仓和泵站之后的排水。

此阶段的排水可以分为两个过程：

第一个过程为施工掌子面到水仓泵站的排水，第二个过程为泵站到上一个泵站、洞口或顺坡水沟的排水。

第一个过程的排水与未形成固定的水仓和泵站前的排水方法相同。

第二个过程就是水仓泵站建成以后，具有一定的积水能力。

把掌子面的积水抽到固定的水仓，后方的散水和裂隙水也可经水沟引流到水仓，当水仓的容量达到安全警戒线时，再由水泵经正式排水管排到洞口或顺坡水沟。

正式排水管应根据现场的实际情况安装，要满足排水的要求且不能影响正常的施工及运输，最好设在临时排水管的对面，与掌子面有一定的距离后即可进行安装，等到水仓和泵站形成后，立刻进行水泵的安装、与排水管连接，形成排水能力。

所有的正常使用、备用、检修水泵要配备相应的独立管路。

正式排水管必须连接牢固，避免漏水。

考虑到排水管所受的自重及水的压力和重力，正式排水管应尽量使用钢管，每节钢管下设置基座，用焊接的方法连接牢固，排水管坡度应和隧道的施工坡度相同。

正式排水管的数量根据设计最大涌水量及实际的情况进行安装，各级泵站之间呈递减形式，即离洞口或顺坡水沟最近的泵站配置的排水管最多，最远的最少。

当固定水仓和泵站形成工作能力后，临时排水管及临时水泵可以拆除，随着掌子面前移。

第二阶段的排水流程为：

临时排水管或临时积水坑将水排到固定水仓，再由固定水仓将水抽到上一个固定水仓，如此接力，最终将水排到洞口污水处理池，达到排水目的。

经过对两个方案的优缺点进行分析比选，决定将军山隧道反坡排水采用长距离集水坑（水仓）排水法。

3.4水仓及泵站的修建

3.4.1水泵的配置

水泵的型号选择，应根据工艺流程、排水要求（最大涌水量）从多个方面加以考虑：

最大涌水量、液体性质、扬程、管路布置、操作运转等。

将军山隧道出口反坡排水区中心泵站排水能力按照设计最大涌水量的1.2倍考虑，备用泵站按照主泵排水能力的50%配置。

最大涌水量是选择水泵型号的重要数据之一，根据最大涌水量选择水泵的功率，水泵的功率将直接影响到整个排水系统的排水能力。

选择时以最大设计涌水量为依据，同时考虑到特殊情况和突发情况，为最大设计涌水量选择一个合适的安全系数，一般抽水机的功率应大于排水量所需功率20%以上，并有备用抽水机。

Q计算流量=7449×1.2÷（24×60）×10=62.1m3/h

所以选用上海蓝升泵业出产的300WQ800-20-90型潜污泵，抽水量为800m3/h，扬程为20m,功率75KW，需要3台（临时水仓，固定水仓各一台，备用一台），小水泵2台移动临时排水（备用一台），备用1台，检修用1台，共6台。

3.4.2水仓的修建

⑴水仓平面位置的选择

由于将军山隧道全隧都采取反坡排水，其高差为：

高差计算H=900×7.5‰=17.28m

选用上海蓝升泵业出产的300WQ800-20-90型潜污泵，扬程为20m，

20m＞17.28m，将军山隧道只需设置一个水仓即可满足施工需要。

水仓的设置位置不能影响正常的施工，同时也要保证施工时不会造成水仓和泵站内的配置及配电装置的损坏，选择将水仓设置在距离隧道洞口600m处的隧道中部能够满足施工需求。

⑵水仓几何尺寸的确定

根据隧道最大涌水情况下10分钟水仓的蓄水量大小，选择水仓的几何尺寸，设计最大涌水量为7669m3/d，则水仓10分钟水畜水量为27.49

设置一个（10m长×2.5m宽×2.5m深）容积62.5m³的水仓满足排水需要。

根据计算及对施工现场分析将军山隧道在距离隧道洞口处设置一个（10m长×2m宽×2.5m深）的水仓。

⑶掌子面临时集水坑的设置

根据现场水量情况用挖机在隧道左侧挖开满足汇水要求容积的临时水坑，用塑料布铺设坑底及坑壁防止坑内水渗漏入地基。

水仓设置如下图所示

施工排水纵向布置示意图

3.4.3排水管路

根据洞内水量情况，结合选配的抽水设备，正常施工排水采用3套管路（可根据隧道施工后洞内涌水情况增加管路）：

2套为Φ300mm管材均为无缝钢管（一套检修备用，一套日常使用）2套管路均随着掌子面跟进；1套为Φ80mm消防软管（工作面上移动积水）。

工作掌子面排水采用移动式水泵，管路为Φ80mm消防软管，抽排至临时集水坑内。

具体布置见管道平面布置图:

将军山隧道排水设备表

隧道名称

设计涌水量（m3/d）

泵站位置

水泵型号

水泵数量

备用数量

维修数量

抽水能力（m3/h）

扬程

固定水管直径（mm）

移动管路直径（mm）

将军山隧道

7449

D3K400+628

300WQ800-20-90

2

1

1

800

20

300

掌子面

50QW15-15-1.5

1

1

15

15

80

3.5排水供电

为确保洞内排水正常进行，不因电路问题导致抽排工作的间断，设置一条专用供电线路。

由于水泵功率较大，新用电源电压为380V，所以泵站用电引入380V稳定电源。

排水中心泵站必须安装电表。

为确保洞内道路无水干爽，必须修建好两侧排水沟，确保洞内渗水通过侧沟引入集水坑内，防止在洞内道路上漫流。

（1）供电系统与隧道瓦斯监控系统联锁控制

根据相关规定，瓦斯隧道施工洞内供电必须做到“三专”、“两闭锁”即：

专用变压器，专用开关，专用供电线路，瓦斯浓度超标时与供电的闭锁及压入式通风的风机与洞内供电的闭锁。

因此，高瓦斯工区和瓦斯突出工区内的主通风机、局部通风机、射流风机和洞内与之相应的工作面的电气设备，必须与瓦斯监控系统进行风电、瓦电闭锁，当通风机停止运转时，应能立即自动切断局部通风机供风区段的一切电源。

（2）接地保护系统：

根据规定，瓦斯工区内的配电变压器严禁中性点直接接地，严禁由洞外中性点直接接地的变压器或发电机直接向瓦斯隧道供电。

瓦斯隧道必须采用独立的接地保护系统。

因此，本隧道的接地保护系统系统设计采用MBVS-25mm2黄/绿双色PE接地保护线，从洞口集中接地处向洞内架设，洞内每200米施做重复接地，