浅谈长大隧道斜井反坡排水施工技术

【摘要】本文以怀邵衡铁路南雪峰山隧道斜井反坡排水施工方案为例，从泵站设置、设备选型、管路布置做浅显交流。

【关键词】斜井；反坡排水；施工技术

1、工程概况

怀邵衡铁路南雪峰山隧道位于湖南省怀化市铁山乡境内，全长9596m，斜井与线路交于DK64+650处，与小里程方向平面交角45°，全长1100m，综合坡度10%，井口至坑底最大高差105.3m。斜井承担正洞3576m施工任务，其中往进口方向施工1433m（11‰反坡），往出口方向施工2143m（11‰顺坡）。

2、水文地質

斜井及正洞岩层设计为Ptfy粉砂质板岩、绢云母板岩、以粉砂质板岩为主，段内发育有F4断层，根据设计施工图纸涌水量推测：斜井正常涌水量为1879m?/d最大涌水量2825m?/d。正洞正常涌水量为6899.6m?/d，最大涌水量10349m?/d。在正洞施工期间最大涌水量应为13174m?/d。

3、总体施工方案

斜井为反坡排水，斜井施工期间排水采用2处移动集水箱接力抽排，即掌子面设一台WQ65-22-7.5移动污水泵将水抽至移动集水箱，移动集水箱内采用1台DFSS150-6/2污水泵抽至移动泵站，根据实际涌水量掌子面可适当增加移动污水泵。

正洞在进口打通之前的排水也经过斜井反坡排出。正洞排水采用一级抽排方式，在正洞大里程方向设置固定泵站一座，施工期间设置移动集水箱一个，固定泵站至斜井外排水管采用一根Φ300钢管。

进入正洞后，在固定泵站未形成抽排水能力前，三岔口设置集水坑。进口方向为反坡施工，掌子面积水采用WQ65-22-7.5污水泵接力抽至三岔口集水坑内；出口方向为顺坡施工，掌子面积水采用移动式潜水泵抽至临时（中心）水沟内，自然汇积到三岔口附近设置的集水坑内；集水坑中积水通过WQ65-22-7.5或WQ150-26-18.5污水泵抽至斜井内移动集水箱，接力排至洞外。

固定泵站形成抽排水能力后，正洞进口方向反坡施工时，将斜井内移动集水箱调转至正洞，掌子面积水采用WQ65-22-7.5污水泵抽至移动积水箱内，再接力抽至固定泵站内；出口方向掌子面积水采用WQ65-22-7.5污水泵抽至临时（中心）水沟内，自然汇积到固定泵站内；固定泵站采用DFSS200-5/2水泵抽排至洞外（见图1，图2）。

图1 固定泵站示意图（单位cm）

图2平面布置示意图（单位cm）

4、固定泵站设置

在正洞DK64+705处往大里程方向设置固定泵站，采用占用正线右线车道并加深正洞仰拱设置，长度36m，宽度3.74m，深度2.0m，集水沉淀容积270m?。泵站分水仓和泵房，其中泵房位于水仓之上，为避免水仓淤积，水仓按照三级沉淀池标准施工，沉淀池清淤采用挖掘机清理。集水井井底及井身与仰拱及填充一起施工，沉淀池隔墙采用C25混凝土浇注，混凝土平均厚度不得小于30cm。固定泵站至斜井口安装一套Φ300钢管作为排水管。

5、集水箱（坑）设置

固定泵站具备抽排能力以前，斜井内排水主要为移动集水箱，集水箱采用5mm厚钢板焊接成箱型，长5m，宽2.5m，高度2m，容积25m?，移动集水箱配备采用DFSS150-6/2型水泵一台。固定泵站具备抽排能力后，将集水箱移动至进口方向正洞使用。

进口方向施工过程中，在小里程一侧边墙安装一套Φ200钢管作为排水路，钢管一头连接于固定泵站，钢管另一头连接于移动式集水箱。掌子面施工过程中采用WQ65-22-7.5污水泵将积水抽至集水箱内，然后通过离心泵将水通过排水管反排至固定泵站，再通过固定泵站反排至斜井口，移动集水箱一般滞后掌子面150～200m。水量不大的情况下可以直接通过移动式排污泵通过软管与Φ100mm钢管连接反排至固定泵站。

6、设备选型

①水泵选型

每级泵站配备设备数量按下式计算：

N=a×n= ×a

式中：N—泵站实际配置设备数量，台

a—备用系数，考虑备用和检修取a=2；

n—满足最大涌水量需要的水泵数量；台

Q—泵站最大水量，m?/h

q—单台水泵额定抽水流量，m?/h

一级泵站总流量为550m?/h.斜井拟选用单泵流量Q=280 m?/h；扬程H=125m；采用DFSS双吸中开泵，并联运行，另外，固定泵站需考虑隧道施工期间突水、涌水等突发情况；泵房泵的台数至少保证在4～5台，采用2用2备运行，在库房再储备一台应急使用，确保大量涌水时的施工安全；

②排水管道直径的选择

式中：Q—管道流量，m?/s

vp—管道允许流速，m/s，参考一般给水管道取值2～3.0m/s。

根据隧道最大涌水量取Q=0.1525m?/s，vp取2.5m/s，按单排管考虑，计算管道直径为d=0.279m，取钢管直径为φ300mm。

查《管径、流速、流量对照表》，当流速为2.4m/s时，φ300mm钢管流量为610.73m?/h，则1条管路一天最大流量为610.73×24=14657.52m?/d。出口方向移动集水箱拟采用φ200排水管。当流速为2.4m/s时，φ200mm钢管流量为271.4m?/h，则1条管路一天最大流量为271.4×24=6513.6m?/d，均大于隧道最大涌水量，满足要求。

③扬程的确定

首先，计算DN300输水管的流速m/s

公式：V. ∏R2.3600=550 m3/h

计算得出DN300输水钢管流速为2.16m/s

沿程水头损失的计算公式-达西公式

hf =λ

式中：λ-水力摩阻系数；

L-管段长度（m）；

di-管道内径（m）；

V-平均流速（m/s）；

g-重力加速度，9.81m/s2；

DN300管路沿途摩擦系数取0.02，计算得出沿途水头损失为15.4米。

根据计算得出，排水泵的总扬程为105（垂直高差）+ 15.4 （管路总损失）= 120.4m，

另外需要考虑弯管、阀门等局部损失，保留富余量暂时考虑为5米损失，总损失20.4m。综上所述，固定泵站排水泵扬程至少设计应为大于125m。

结 语

斜井抽排水方案成功与否是决定着隧道能否正常施工生产，正确的泵站位置设置、水泵选型、管路布设是关键，既要经济合理，又要满足现场需求，同时做好污水过滤沉淀细节控制，尽量减少因水质原因而造成的水泵维修频率，最终实现一级泵站抽排到位。

参考文献：

[1]《新建怀化至邵阳至衡阳铁路南雪峰山隧道设计图》，（2014.5）

作者简介：

赵惠凯，（1985～），男，山西忻州人，助理工程师，本科，毕业于石家庄铁道学院，主要从事施工技术管理。