强富水地层大流量隧洞逆坡施工排水技术

沙宗天，陈寿根，陈 亮

(1.中铁二局第二工程有限公司，四川成都 610031;2.西南交通大学，四川成都 610031)

1 工程概况

锦屏水电站共有4条相互平行的引水隧洞，洞线长度约16.67 km，开挖洞径约14 m。引水隧洞横穿锦屏山脉，上覆岩体最大埋深约2525 m，一般埋深1500～2000 m，埋深大于1500 m 的洞段占全隧总长的75.2%。引水隧洞纵断面从西段起为水平坡，4000 m(DK4+000)后为下坡，最大纵坡为0.365%。隧洞由东、西两端掘进施工，西段采用矿山法施工，在桩号DK4+450 后进入T2b白山组强富水地层。为解决该段逆坡施工排水问题，专门设计了一条先行的施工排水洞，拟通过3条横向排水通道将引水隧洞和施工排水洞相连，将掌子面揭露出的地下水通过抽排至横向排水通道，并经施工排水洞自流排放。然而，当引水隧洞西段施工到该段强富水地层时，施工排水洞施工严重滞后，尚有5000 m 多洞段未开挖。白山组强富水地层具有“出水带宽、连续且空间分布;出水点多、单点水量大、流量稳定;压力大、压力衰减快”等特点，逆坡排水难度极大。

为了解决这一施工难题，通过优化研究并结合现场实践，在分析地下水揭露情况及进度目标的基础上，深入研究了富水地层大流量隧洞逆坡施工排水技术，形成了一套合理的施工组织方案及可靠的抽排水措施，解决了本工程逆坡施工排水难题，保证了引水隧洞强富水地层逆坡施工的顺利进行。

2 排水系统方案设计

在引水隧洞开工之前，较引水隧洞高约70 m 的两条交通辅助洞(A 线和B 线)已开通运营。基于此，结合引水隧洞施工情况、进度目标计划及未开挖洞段预测地下水量分析，对该段强富水地段的引水隧洞施工排水方案进行了设计，通过不断优化，最终形成了利用已运营的交通辅助洞的A 线的逆坡施工排水系统方案:在DK 4+096 处设置一条排水横向通道，此横向通道穿过施工排水洞，并在施工排水洞南侧边墙处设置一集水仓，将隧洞内涌水通过掌子面抽排设备集中到集水仓内;在辅助洞8#通道口布置1个直径1.4 m 的抽水竖井，通过抽水竖井将集水仓内的水抽排至A 线辅助洞，沿A 线辅助洞排出洞外(图1)。

3 排水系统施工和安装方案

排水系统的施工工程量较小但工序较多，施工顺序依次包括洞挖、支护、竖井、路面及基础混凝土、管路安装、水泵安装、电缆及控制系统铺设、检修栈桥、沉渣池及滤渣网、调试等工序。

3.1 抽水竖井施工

抽水竖井连通引水隧洞内的集水井和交通辅助洞的A线，竖井直径1.4 m，竖井总高度约为65 m。采用反井钻机施工，先按设计在辅助洞B 线8#通道口定位，然后进行反井钻机固定安装，安装时通过全站仪调整钻孔方向和角度。在安装固定后，先用反井钻机开挖竖井导井，从上往下钻进直径216 mm 导孔，直至导孔钻钻透导流洞拱顶后，更换直径1.4 m 的扩孔钻头，从下往上扩孔。钻导孔时岩屑由洗井液沿钻杆与孔壁间的环行空间提升到平洞;扩孔时岩屑靠自重落到排水洞。竖井施工顺序如图2 所示。

3.2 管路安装

管路安装主要包括竖井管路安装和洞内管路安装两大部分。

(1)竖井管路安装。采用平板挂车(30 t)将排水管路运至主集水仓内。竖井内的排水管路安装时，在辅助洞B 洞竖井上方设置好钢支架和工字钢作为支撑，在钢支架上安装20 t 手拉葫芦进行吊装排水管，集水仓内利用已经吊装的排水管，在排水管下部焊接2个挡板，在挡板上绕上2 圈钢丝绳，在钢丝绳上安装2个10 t 的手拉葫芦，在准备安装的排水管上焊接2 块钢板，在钢板上造2个手拉葫芦挂钩孔，已经吊装的排水管上安装2个10 t 的手拉葫芦配合挖掘机将准备安装的排水管竖立，在准备安装的排水管下部套上钢丝绳，并用一个10t 的手拉葫芦进行位置调节，电焊工在升降车上进行排水管对接焊，并将前一根排水管上挡板切割。为加快施工进度方便排水管吊装，排水管每6 m 进行一次吊装焊接。

图1 锦屏二级引水隧洞西端富水地段逆坡施工排水系统(单位:m)

图2 竖井施工顺序示意

(2)洞内管路安装。采用平板挂车(30 t)将排水管路运至2#引水隧洞内，从每个集水仓到横向排水通道各布置2 道直径400 mm 管路。管路连接采用法兰盘螺栓连接，在排水管两侧焊接上法兰盘，在洞内边墙用冲击钻施工挂钩，装载机配合人工对管路进行螺栓连接，并将管路挂于洞内边墙，使其不影响后续的下部开挖施工。

4 抽水设备选型及布置

(1)主泵站。利用排水竖井，从下部集水仓到辅助洞布置3条直径400 mm 主管路，采用一次抽排方式排水。主泵站如图3 所示，其水泵配备及参数见表1。

图3 锦屏二级西端排水系统主泵站设备布置

表1 主泵站水泵配备及参数表

(2)洞内泵站

水仓布置:①在1#引水洞K4+580 位置布置一集水仓，长25 m，断面按城门洞型设计，设计储水能力720 m3;②在2#引水洞K4+520 位置布置一集水仓，长20 m，断面按城门洞型设计，设计储水能力540 m3;③从排水洞SK4+050 起，每300 m 布置一大集水仓，长20 m，断面按城门洞型设计，设计储水能力540 m3;每50 m 布置一小集水坑，坑长宽深分别为4 m×2 m×2 m，设计储水能力16 m3。管路布置:从每个集水仓沿主洞到横向排水通道各布置两道直径400 mm 管路。水泵配备及参数见表2。

表2 洞内泵站水泵配备及参数

5 结束语

本研究在分析本工程特点的基础上，结合隧洞施工和现场试验，对逆坡施工排水系统方案进行了优化设计，对排水系统的施工和设备安装进行了分析总结，形成了一套行之有效的富水地层大流量隧洞逆坡施工排水技术。该技术在本工程中的应用，解决了隧洞逆坡施工排水难题，为今后类似工程提供了有价值的参考。

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