长大有轨斜井抽排水技术

侯占鳌

0 引言

随着施工技术的发展及铁路运行速度提升的需要,桥隧比例增大,隧道设计长度越来越长,而建设工期不断压缩。在长大隧道施工中,通常采用增设辅助坑道来增加工作面,以实现“长隧短打”,并改善隧道的通风、排水等条件,从而实现加快进度、缩短工期的目的。斜井作为辅助坑道可以开创新的工作面,是一种很好的辅助施工措施,在特长隧道施工中得到广泛使用。而长大有轨斜井由于长度长、坡度陡、穿越地层多,水文地质变化频繁,极易发生淹井事故,采取有效的斜井抽排水技术,是长大陡坡斜井实现顺利施工和避免淹井事故发生的根本。

结合龙厦铁路 3号斜井施工期间分阶段对抽排水设备、管路及电力电源的配置、调整及转换,配合辅助设施的设置,说明长大有轨斜井抽排水技术。

1 工程概况

新建工程龙岩—厦门铁路属国家重点工程项目,设计时速200km,客货共线。其中象山隧道是全线最长的双洞单线隧道和最重要的控制性工程,起于福建省龙岩市新罗区漕溪镇三坑村,止于漳州市南靖线和溪镇乐土村,左洞长 15898m,右洞长 15917m,最大埋深 830m。隧道共设 5座斜井,其中 3号斜井地处龙岩市新罗区适中镇象山村,位于线路前进方向的右侧,与隧道中线平面夹角为 17°,斜井斜长 905.65m,井身倾角为 23.08°。 3号斜井对应正洞左、右线施工,施工长度分别为 2183m和 2095m。

象山隧道原设计正常涌水量为 23491m3/d,最大涌水量为51560m3/d,根据3号斜井承担的施工任务,3号斜井正常涌水量为 458.3m3/h,实际揭露的最大涌水量为 1600m3/h。

2 斜井建井期间抽排水阶段

3号斜井建井期间采取四级接力排水,斜井井身共设 8个泵站,其中从井口起每 200m左右设一固定泵站作为四级接力排水中转泵站,共设四处(即:1号、2号、3号和 4号固定泵站,其中4号固定泵站又称井底泵站);各固定泵站中采用4台 75 kW抽水设备(额定流量 150m3/h,扬程 110m)。相邻两固定泵站间设临时泵站作为过渡泵站,共有四个(即:1号、2号、3号和 4号临时泵站),临时泵站中安装 4台 55 kW抽水机(额定流量 140m3/h,扬程 83m),且在新临时泵站洞室形成后,将原泵站中抽水设备转移至新临时泵站中使用。在掌子面附近设移动水箱。斜井施工期间,洞内涌水采取如下方式进行抽排:掌子面积水→移动水箱→临时泵站/固定泵站→固定泵站→……→井口。

在斜井施工期间,根据涌水量变化逐步实现四级接力向二级接力方式的转换。在 2号固定泵站形成后,根据涌水量变化逐步将泵站内 75 kW四级抽水设备替换成 90 kW(额定流量 85m3/h,扬程 255m)至 160 kW(额定流量 155m3/h,扬程 210m)二级抽水设备,并停止使用 2号固定泵站上游所有泵站抽水设备(即:1号临时、1号固定及 2号临时泵站)。在井底泵站直接投入 160 kW(额定流量 155m3/h,扬程 210m)二级抽水设备,并最终形成如下二级接力排水方式:洞内涌水→井底泵站→2号固定泵站→井口。将 1号和3号固定泵站内的抽水机统一放置,作为突水应急之用。

为避免从洞内排出的地下水污染周围环境,在洞外设三级沉淀池对洞内排水进行沉淀净化处理,确保洞内排水达标排放。

3 正洞施工抽排水阶段

进入正洞施工后,根据现场涌水情况,采取二级及一级接力排水相结合的方式。对井底的泵站及斜井 2号固定泵站可利用的空间内增加二级接力抽水设备(160 kW),并在井底泵站增设一级抽水设备 315 kW抽水机(额定流量 155m3/h,扬程 469m);随着正洞施工内地下水的增加,在正洞右线增设 2号井底泵站,并设一级抽水设备 630 kW抽水机(额定流量 280m3/h,扬程 455m)。为保证井底泵站及2号井底泵站间抽水能力的互补,在 2号固定泵站内设联系抽水设备。

在 2号井底泵站投入使用前,斜井及正洞所有涌水均汇集到井底泵站中,由井底泵站统一抽排;2号井底泵站投入使用后,则出口地下水经反坡抽排至 2号井底泵站,由 2号井底泵站直接抽排至洞外。进口方向地下水顺坡排至井底泵站,由井底泵站采取二级及一级排水直接抽排至洞外。当两泵站负荷不均衡时,对两泵站汇水量采取顺坡及机械抽排的方式进行调配。即:当井底泵站负荷较大时,使进口方向地下水分流部分顺坡排至 2号井底泵站;当2号井底泵站负荷较大时,通过2号井底泵站内的联系抽水设备(即安装低扬程高流量抽水设备),将 2号井底泵站中部分地下水抽排部分至井底泵站。

为减少随水进入泵站内的淤泥,在右线正洞交叉口进口方向设 1号井底沉淀池,右线出口 2号井底泵站前设 2号井底沉淀池,对洞内涌水进行沉淀净化后再排放至井泵站中;为保证出口方向作业面正常施工,避免地下水汇集淹没出口作业面,在正洞出口掌子面附近设积水坑拦截并抽排上游顺流下的地下水。

随着洞内排水量的增大,根据洞外场地情况,将原排水沟断面进行改造,以满足排水需要。同时对洞外原明渠改造成沉淀池(即在明渠中等间距设置挡水墙),保证洞内地下水达标排放。

正洞所有开挖面贯通达到顺坡排水条件后,按设计排水方式由小里程向大里程排水(见图1)。

4 结语

1)长大有轨斜井抽排水方式应根据涌水量的变化进行动态调整;

2)在确定初步排水方式时,应考虑排水方式拓展的多样性及其工作空间,以便在现场施工及涌水量发生变化时,能及时转入相适应的排水方式;

3)抽水设备的确定应最大限度的适应多种排水方式。

[1] 朱建萍.新型防排水方案在大通山隧道中的应用[J].山西建筑,2009,35(11):285-286.