随着我国针对基建项目的大力发展[2], 建筑界也处在深刻伟大的变革之中。隧道工程关系到民生大计, 优异的施工管理水平和施工经验是确保隧道安全高效施工的保障。目前, 国内长大隧道开工甚多, 面临的反坡排水问题也日益凸显。长大隧道作为我国隧道系统中的重要组成部分, 优异的反坡排水方案不仅能有效的提高隧道的功能质量, 同时也能进一步改善长大隧道的施工环境, 促进我国隧道工程建设行业的进步与发展[3]。
大柱山隧道位于云南省保山市, 穿越著名的横断山南段, 起讫里程为D2K110+524～D2K125+008, 全长14484米。大柱山隧道地下水源丰富, 预计最大涌水量达120000m3/d, 隧道开挖揭示反坡段的最大涌水量达802546m3/d, 局部地段可能出现突涌水, 施工难度及风险极高。
大柱山隧道位于云南高原西部边缘, 横断山脉中南段, 区内峰峦重叠, 地形起伏大。本隧位于保山褶皱带保山复式背斜东翼, 穿越一复式向斜构造。主要发育澜沧江断裂、街子坡向斜、太元背斜及伴生断裂, 隧道共穿越7条断层、2条向斜、1条背斜, 地质构造强烈, 经过有放射性场所监督区、低高温带, 地质极其复杂多变。
⑴河流水文
大柱山隧道临近澜沧江, 众多的山间沟槽为季节性水流, 水量受季节性控制。其地表水主要接受大气降水及地下水的补给。
⑵地下水
(1) 基岩裂隙水
基岩裂隙水储存于测区分布较广的碎屑岩、变质岩及岩浆岩之中, 主要接受大气降水补给, 向低洼沟槽处排泄。
(2) 构造裂隙水
构造裂隙水主要发育在大断裂带附近、裂隙密集带、背斜两翼或向斜构造中, 形成局部的强富水带, 略具承压性。
(3) 岩溶水
岩溶水主要分布于澜沧江与保山盆地之间, 赋存于灰岩、白云质灰岩、泥质灰岩、白云岩内, 以溶岩裂隙水及溶岩溶洞、暗河水为主, 对隧道施工影响较大。
反坡排水是将隧道工作面的水通过机械抽排的方式引出, 因其施工方向为下坡, 若不采取抽排水措施, 极有可能影响工作面的正常作业, 难以确保工程质量和安全, 甚至可能影响到机械设备的施工寿命和人员的生命安全。本隧反坡排水施工有以下特点:
⑴水量大。隧道开挖揭示反坡段的最大涌水量达802546m3/d, 水量非常大。
⑵反坡排水施工段长。从PDK122+320～PDK116+635段反坡长度为5685m, 长距离的反坡排水段增加了排水难度和各项投入。
⑶反坡坡度大。反坡段坡度均为20‰以上, 反坡坡度非常大。
⑷涌水风险极高。由于反坡段所处岩性为灰岩段, 属于岩溶地区, 隧道开挖可能遇到溶腔、暗河等岩溶形态。
本隧反坡排水距离长、坡度大, 主要采用大型固定泵站和临时泵站相结合, 辅以临时集水坑抽排水的方式。泵站之间依靠排水钢管道对水流进行传输。大柱山隧道在反坡施工段设置大型固定泵站8座, 在正洞设置应急排水泵站一座。1#泵站因所在区段隧道富水, 且出水量受雨季降水影响变化大, 固单独设置一泵房将该区段积水排至顺坡水沟。从2#～8#泵站, 采用接力式排水方式, 逐级将水排至顺坡水沟。
为解决2#和3#泵房高温高湿环境下水泵效率严重降低因素, 决定从正洞建立一应急泵站, 该泵站与4#泵站连接, 在掌子面发生较大涌水后, 可同时通过4#泵站向正洞应急泵站和平导2、3#泵站抽排。
⑴设置原则
泵站设计距离为650～850m, 因在施工过程中, 可能遇到突泥涌水等不确定因素, 现场应根据实际水流大小灵活控制泵站间距, 且不得小于最小距离。临时泵站200～250m设置一座。临时泵站和固定泵站之间的水流采用Φ219mm排水钢管输送。通过在作业面附近施做集水坑将水抽排至临时泵站, 确保满足作业面施工条件需求, 由于作业面施工干扰, 采用可移动的消防软管将水抽排至临时泵站。临时泵站再将水抽排至固定泵站内, 再由沿路的固定泵站接力至顺坡段, 后由洞内顺坡段平导右侧排水沟和正洞排水沟排至洞外。
⑵临时泵站设置
由于泵站间距较大, 在掌子面和既有泵站之间设置临时泵站, 临时泵站的位置在掌子面距离既有泵站200～250m时根据实际情况设置。临时泵站配备3台18.5KW排量为350m3/h离心泵, 备用2台。
⑶临时集水坑设置
临时泵站与掌子面的积水通过临时集水坑进行抽排。临时集水坑配置4台5.5kw-排量为150m3/h潜水泵 (备用2台) , 2台7.5kw-排量为100m3/h泥浆泵 (备用1台) 。
⑷泵站、水泵投入布置
结合隧道的施工实际情况, 选用大排量的QW型的潜水排污泵。该系列水泵具有结构紧凑、体积小、效率高, 同时可以设置水位自动控制系统, 并备有自动保护装置及控制系统。该水泵适用于排送带固体及各种长纤维的废水、淤泥、污水、雨水等。
泵站水泵的投入组织是根据施工进度逐步进行的。在施工未达到1号泵站位置的时候, 抽排水使用临时泵站和临时集水坑。当施工达到1号泵站位置后, 将泵站的位置预留出来, 泵站的集水井进行施工。施工完毕后泵站先配置一个可以满足抽排水需要的水泵。随着施工进度, 1号泵站根据实际水量来增加水泵。其他泵站也一样, 根据施工进度来进行水泵的配置。
⑸临时泵站、水泵投入布置
由于临时泵站的水泵扬程要求适用范围要大一些, 同时要满足频繁搬运的要求, 选取了ISW200-315⑴离心泵。该系列水泵具体运行平稳、故障率低、噪音低、维修方便、占地省的特点。
临时泵站的水泵从进入反坡施工达到200米以上距离后就形成固定投入, 并长期使用。为了便于根据实际隧道出水量灵活调整, 临时泵站固定投入3台水泵, 备用2台。
⑹临时集水坑、掌子面水泵投入布置
临时集水坑和掌子面所用的水泵在进入反坡施工后就立即投入使用。由于该段隧道排水量情况复杂多变, 采用多台小型水泵就地抽排, 以便于灵活安排。
临时集水坑根据隧道出水量100米左右布置一个, 集水坑内的水通过4台5.5KW (排量150m3/h) 的潜水泵抽排至临时泵站。掌子面的水通过4台泥浆泵抽排至临时集水坑。
⑺输水管路布置
泵站之间的输水管路与水泵的排水口相匹配。平导管路采用Φ219mm排水管, 正洞应急泵站采用Φ350mm排水管。排水管敷设排数与水泵台数对应。
施工过程中, 在未开挖至计划泵站位置时, 既有泵站和掌子面之间的水通过临时集水坑抽排。
⑻排水供电
综合考虑大柱山隧道的用电情况, 必须考虑1万伏高压排水专用线路进洞。在每个固定泵站设置变压器。
考虑到临时停电对抽排水的影响, 在洞外设置3000kw自发电电站系统, 配备6台500kw柴油发电机。
自发电通过变压器增压为10kv进洞。并与外接电之间设置自动转换装置系统, 可以在外接电停电后迅速转接为自发电。
1、因隧道反坡排水需要较多的大型抽排水设备, 在施工过程中, 应成立专业的反坡排水作业班组, 随时对反坡排水设备进行检查、保养、维修和更换, 最大化的减轻其对正常作业的影响。
2、加强隧道超前地质预报, 建立完善的超前地质预报系统, 采用先进可靠的预报方法, 及时探明施工面前方的水量大小, 定制合理的施工方案, 确保配备的人力及设备满足实际涌水量的要求。
摘要：大柱山隧道位于云南省保山市, 穿越著名的横断山南段, 全长14484m, 隧道最大埋深为995m。大柱山隧道地下水源丰富, 预计最大涌水量大达120000m3/d, 局部地段可能出现围岩失稳、突然涌水、岩爆、岩溶、放射性、地热等不良地质, 施工难度极大[1]。大柱山隧道出口段承担8400m以上的施工任务, 其中2715m为3‰上坡外, 其余5685m为反坡施工。本研究结合项目施工的实际特点, 根据反坡排水距离、涌水量等, 确定最优化的技术方案。
关键词：隧道,反坡排水,方案
[1] 中国中铁二院工程集团有限责任公司《新建铁路大理至瑞丽线大理至保山段施工图》
[2] 隧道支洞反坡排水方案的研讨及应用, 江西建材, 交通工程, 2015年第7期 (总第160期)
[3] 长大隧道反坡排水优化措施[J].陈彪.中外企业家.2015 (11)
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