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隧道斜井反坡抽排水技术研究
摘要：以新建崇礼某隧道2#斜井反坡抽排水施工为例，通过斜井施工期间反坡排水和正洞施工期间设置井底泵站和反坡掌子面临时泵站的施工，结合设计预测排水量和施工期间的涌水量，合理地选择抽排水设备，布设合适的管路、电力配置等，为隧道的顺利施工提供了有力的保障。
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1、工程概况
新建崇礼某隧道设计为单洞隧道，设计长度12.974km，共设置4座辅助坑道。隧址区主要穿越侏罗系上统张家口组喷出岩，为一套酸性及中偏碱性的火山喷出岩，主要岩性有粗面岩、流纹岩、凝灰质砾岩及粗面安山岩，地下水发育，预测隧道正常涌水量1.1×105m3/d,最大涌水量为1.65×105m3/d。
2、反坡排水设计
针对本隧道2#斜井井长，坡度大，涌水量大的特点，主要排水设计方案而分为2个阶段：第一阶段为未设置固定泵站前的抽排水方案，未设置固定泵站前，开挖面采用移动水箱（9m×1.5m×1.5m）安设水泵直接抽排至洞外；第二阶段为设置固定泵站后的抽排水方案，在2#斜井小里程DK35+222～DK35+134段（88m）仰拱内设置水仓，在水仓处设置固定抽水泵站，小里程反坡掌子面采用移动水箱（9m×1.5m×1.5m）安设水泵直接抽排至水仓，由水仓直接抽排至洞外。
3、抽排水方案设计
3.1第一阶段排水
3.1.1设计原则
本隧道2#斜井处于裂隙密集富水发育带，涌水量根据现场涌水情况，按1400m3/h考虑，设备选型及配置按照涌水量的1.5倍考虑，斜井抽排水设备、管路、电路的选型按2100m3/h的标准来配置。在斜井掌子面设临时积水坑直接抽排至洞外的排水方式。
3.1.2设备选型及配置
1）抽水设备选型。2#斜井井口至井底高差为101m，泵站排水能力按照最大水量2100m3/h配置设备。2#斜井泵站配备MD280-43×5,250kW多级离心泵（离心泵，功率250kW，扬程190m，流量335m3/h)6台，MD280-43×4,200kW多级离心泵（离心泵，功率200kW，扬程172m，流量280m3/h)1台。
335m3/h×6+280m3/h=2290m3/h>2100m3/h，选用6台250kW多级离心泵和1台200kW多级离心泵。
2）排水管选型。水流速按3m/s，直径300mm排水管过水量为763m3/h，设置3根直径为300mm的排水管，150mm高压风管与100mm高压水管作为应急排水管。
3）排水管托架选型。由于300mm排水管质量较大，需选用120mm槽钢加工托架，托架高1.6m，宽0.6m，托架横梁间距0.4m，采用膨胀螺栓安装，沿隧道纵向每6m布设一个。稳管钢丝绳沿隧道每200m布设2根，每根钢丝绳长6m。
4）电力配置。7台泵总功率1700kW，故配备1台2000kV·A变压器，另配备3台800kW发电机作为应急电源。进洞电缆选用70mm2的高压铜芯电缆。
3.2第二阶段排水设计
3.2.1水仓设计原则，水仓设备选型及配置
1）设计原则。本隧道2#斜井正洞涌水量较大，预测正洞涌水量能达到7000m3/h，正洞抽排水现场设置储存量大的水仓是必要的。在水仓处设置泵站，设备选型及配置按照涌水量的1.5倍考虑，斜井抽排水设备、管路、电路的选型按10500m3/h的标准来配置。正洞大里程方向和平导大里程方向为顺坡排水，通过边墙预留排水沟，引入水仓；正洞小里程方向平导和正洞为反坡排水，掌子面设积水坑，反坡抽排水至水仓处，通过水仓抽排水出洞外[1]。
2）水仓处抽水设备选型。2#斜井井口至井底高差为101m，泵站排水能力按照最大涌水量10500m3/h配置设备。2#斜井泵站配备COS300-700A双吸泵（双吸泵，功率1250kW，扬程150m，流量2000m3/h)3台（用2备1),MD450-60×3多级离心泵（功率355kW，扬程180m，流量450m3/h)10台（用10备5),MD280-43×4多级离心泵（功率200kW，扬程172m，流量280m3/h)12台（用8备4）。
2×2000m3/h+10×450m3/h+8×280m3/h=10740m3/h>10500m3/h，选用2台1250kW的双吸泵、10台335kW和8台200kW多级离心泵。
3）排水管选型。水流速按3m/s，直径300mm排水管过水量为763m3/h，需设置14根直径为300mm的排水管，150mm高压风管与100mm高压水管作为备用排水管。
4）排水管托架选型。由于直径300mm排水管质量较大，需选用120mm槽钢加工托架，托架高1.6m，宽0.6m，托架横梁间距0.4m，采用膨胀螺栓安装，沿隧道纵向每6m布设一个。稳管钢丝绳沿隧道每200m布设2根，每根钢丝绳长6m。
5）电力配置。水泵总功率7650kW，配备2台2000kV·A变压器、4台1000kV·A变压器，配备10台800kW发电机作为应急电源。进洞电缆选用2根70mm2的高压铜芯电缆。
3.2.2反坡排水掌子面设备选型及配置
2#斜井正洞小里程方向和小里程平导根据设计提供的水文、地质，涌水量按照1000m3/h考虑，现场采用反坡排水。设备选型及配置按照涌水量的1.5倍考虑，斜井抽排水水设备、管路、电路的选型按1500m3/h的标准来配置。在掌子面设置临时集水坑，随着开挖集水坑逐步前移，抽排水至水仓。
1）掌子面抽水设备选型。正洞掌子面至水仓距离高差较小，坡度为3%，扬程很小。泵站排水能力按照最大涌水量1500m3/h配置设备。掌子面移动泵站配备MD280-43×4多级离心泵（功率200kW，扬程172m，流量280m3/h)12台（用6备3）。
6×280m3/h=1680m3/h>1500m3/h，选用6台200kW多级离心泵。
2）排水管选型。水流速按3m/s，直径300mm排水管过水量为763m3/h，设置2根直径为300mm的排水管，150mm高压风管与100mm高压水管作为备用排水管。
3）排水管托架选型。由于直径300mm的排水管质量较大，需选用120mm槽钢加工托架，托架高1.6m，宽0.6m，托架横梁间距0.4m，采用膨胀螺栓安装，沿隧道纵向每6m布设一个。稳管钢丝绳沿隧道每200m布设2根，每根钢丝绳长6m。
4）电力配置。水泵总功率1200kW<2000kW，配备1台2000kV·A变压器、配备2台800kW发电机作为应急电源。进洞电缆选用2根70mm2的高压铜芯电缆。
4、结语
斜井施工阶段通过设置移动泵站结合后期修建的斜井泵站，开始正洞施工后结合井底泵站和反坡掌子面的临时泵站，很好地解决了现场反坡排水问题，为隧道的顺利施工提供了有力的保障。
参考文献：
[1]刘艳霞.山岭特长隧道斜井高反坡长距离排水施工技术[J].国防交通工程与技术,2013(1):47-49.
江志刚.隧道斜井反坡抽排水技术[J].工程建设与设计,2020(24):48-49.
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2024-01-02我要评论
期刊名称：现代隧道技术
期刊人气：3706
主管单位：中国铁路工程总公司
主办单位：中铁西南科学研究院有限公司,中国土木工程学会隧道及地下工程分会
出版地方：四川
专业分类：交通
国际刊号：1009-6582
国内刊号：51-1600/U
邮发代号：62-197
创刊时间：1964年
发行周期：双月刊
期刊开本：大16开
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2020-12-28
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