特长深埋TBM施工隧洞反坡排水施工技术

蒋于波 阳前坤

(1.四川二滩国际工程咨询有限责任公司， 四川 成都 610072；2.达华工程管理(集团)有限公司， 四川 成都 610017)



特长深埋TBM施工隧洞反坡排水施工技术

蒋于波1阳前坤2

(1.四川二滩国际工程咨询有限责任公司， 四川 成都 610072；2.达华工程管理(集团)有限公司， 四川 成都 610017)

陕西省引汉济渭工程是陕西省省内跨流域调水工程，是针对关中地区缺水问题提出的陕西省内南水北调工程的骨干线路。工程秦岭隧洞TBM施工段岭南工程存在地下突涌水多、独头排水距离长、反坡排水等问题。本文着重介绍了陕西省引汉济渭工程秦岭隧洞TBM施工段岭南工程反坡排水分级水仓、逐级抽排的施工方法，为类似TBM施工工程提供参考。

TBM施工； 隧洞； 反坡排水； 技术

1 概 述

陕西省引汉济渭工程秦岭隧洞，TBM施工段岭南工程的施工方向属于反坡施工，因其特长、深埋、大断面，且隧洞突涌水量较大，使得施工期排水系统布置尤为重要，加之该工程采用TBM施工，较传统钻爆施工，设备价值较高、不能快速转移，所以隧洞允许水位高度有限，要求排水及时，加大了排水系统布置的难度。

根据引汉济渭前期工程已通过钻爆法完成了部分主洞开挖的施工特点，提出了在主洞与支洞交叉口上游设置大水仓、TBM掘进段设置分级水仓并配备相应流量水泵的方法。达到对隧洞突涌水及时抽排，保证TBM设备和人员安全，顺利开展掘进施工的目的。

2 工程概况

陕西省引汉济渭工程秦岭隧洞，是将汉江流域调出水量自流送入渭河流域关中地区，隧洞为无压洞，全长81.58km，设计流量70m3/s，隧洞平均坡降1/2500，采用“钻爆法+2台TBM”法施工，TBM设备施工断面为圆形，断面直径8.02m。

TBM施工段岭南工程为引汉济渭工程秦岭隧洞两个TBM施工标段中的反坡施工标段，由3号支洞进入主洞下游1942m开始，标段全长18275m，由TBM辅助洞室(765m)和TBM掘进施工段(17510m)组成。其中TBM掘进段分为第一掘进段9880m和第二掘进段7630m，两掘进段中设置TBM检修洞进行中间检修，由4号支洞进入主洞开挖形成(段落划分详见下图)。

标段主洞及支洞布置图

工程位于秦岭岭脊高中山区及岭南中低山区，地形起伏。高程范围1050.00～2420.00m，洞室最大埋深约2000m。主洞施工段地下水为基岩裂隙水，水量较丰富，受大气降水补给。

TBM掘进段设计正常涌水量为6113m3/d，最大涌水量12226m3/d。实际施工过程中，隧洞涌水频繁且量大。2016年2月28日，掌子面出现的单点涌水量超800m3/h，在TBM仅完成1890m掘进长度的情况下，全隧洞涌水量已达45000m3/d，严重威胁TBM设备和人员安全。

3 反坡排水总体考虑

TBM第一掘进段段落长，施工难度高。TBM第一掘进段施工期间，在3号支洞与主洞交叉口上游约50m，采用钻爆法在已完成开挖的洞段设置容量为12万m3的大水仓，主洞设置分级泵站，逐级抽排至大水仓，1号泵站设在步进洞位置，后续施工每级泵站间距原则按照2000～2500m设置，后期根据实际涌水情况调整。3号支洞上游水仓水由2号支洞和3号支洞抽排至洞外。

4 TBM掘进段(主洞)反坡排水设计

4.1 涌水量确定

根据设计资料和已掘进段的涌水情况，经设计人重新估算预测，在对已掘进段进行注浆堵水后，主洞最大涌水量约41212m3/d。设计时，设备最大排水能力应大于41212m3/d，并适当考虑一定余量。

4.2 TBM第一掘进段排水方案

TBM第一掘进段，主洞排水设置五级永久泵站+TBM随机泵站，每级永久泵站的间距约2000m，掌子面涌水由各级泵站逐级抽排至大水仓，再由2号、3号支洞抽排至洞外。

4.3 各级泵站水管及水泵配置

4.3.1 水管配置原则

排水管路按照大管配小管及永、临结合的原则进行设置，抽排水经济流速按照1.70～2.50m/s考虑，各种材质、管径水管在经济流速范围内的流量见表1。

表1 各种材质、管径水管在经济流速范围内的流量

4.3.2 水泵扬程计算

水泵扬程依据表2中各项参数进行计算。

表2 水泵扬程计算参数

水泵所需扬程主要由以下三部分组成：

a.排水净高度h：h=1m。

b.管路沿程阻力损失：

c.局部阻力损失：

所选水泵的扬程≥h+h1+h2。

经计算，不同管径的水管在经济流速内对应的水泵扬程见表3。

表3 水泵扬程计算

4.4 各级泵站水管及水泵配置

根据泵站水管及水泵型号，TBM第一掘进段主洞各级泵站的抽排水能力见表4。

表4 TBM第一掘进段主洞各级泵站抽排水能力

续表

注 总排水能力按照每台水泵每天工作20h计算

综上，TBM第一掘进段按照以上管路及水泵配置的抽排水能力可以满足隧洞最大涌水量要求。

4.5 各级泵站水仓设置

1号泵站水仓由步进洞纵断面V形底板形成，容量约400m3，2号～5号泵站水仓采用TBM设备通过后抬高轨道并设置小型拦水坝形成，水仓依次确定为400m3、350m3、300m3、300m3。TBM随机泵站在TBM拖车上部安装一容量80m3的水箱。

4.6 各级泵站间抽排水

各级泵站间在较大出水点位置仰拱块跳段形成集水坑，配置63kW-60m-200m3/h或者100kW-80m-250m3/h水泵抽排至泵站间400mmPE管路内。

5 支洞排水方案

5.1 2号支洞排水方案

鉴于2号支洞在开挖过程中已布置了两条300mm排水管路(1号、2号管路)，在此基础上再增加两条300mm排水管路(3号、4号管路)，1号、2号管路均为两级排水抽至洞外，3号、4号管路均由洞底直接抽排至洞外。水泵布置如下：

1号管路：2号支洞洞底1台MD280—215→支洞水仓1台MD280—172→洞外。

2号管路：2号支洞洞底1台MD250—151→支洞水仓1台MD280—172→洞外。

3号管路：2号支洞洞底1台MD360—60×7→洞外。

4号管路：2号支洞洞底1台QW725—397→洞外。

2号支洞水泵参数见表5。

表5 2号支洞水泵参数

5.2 3号支洞排水方案

3号支洞布置3条300mm排水管，分别与3台MD580—60×7水泵连接，3号支洞排水由洞底直接抽排至洞外。3号支洞水泵参数见表6。

表6 3号支洞水泵参数

5.3 2号、3号支洞抽排水能力

根据上述“2号支洞排水方案”“3号支洞排水方案”，2号、3号支洞抽排水能力见表7。

由表7可知，按照以上抽排水配置，2号支洞抽排水能力为32300m3/d，3号支洞抽排水能力34800m3/d，2号、3号支洞抽排水能力达67100m3/d，考虑将QW725—397水泵作为应急排水，2号、3号支洞合计日常排水能力52600m3/d，满足主洞最大涌水量情况下抽排水要求。

表7 2号、3号支洞泵站水泵配置及抽水能力参数

注 总排水能力按照每台水泵每天工作20h计算

6 施工体会

根据陕西省引汉济渭工程秦岭隧洞TBM掘进段的反坡排水设计和实际使用效果分析，有四点施工体会供参考：一是TBM反坡排水设计，采用分级抽排的方案可行，较为稳妥，但需大致了解隧洞突涌水特性、掌握水泵性能和相邻建筑(或标段)关系，这些需要提前研究；二是在进行反坡排水设计时，需对配电等配套设施等一并考虑，并充分考虑应急电源设置，做到快速切换；三是应及时进行注浆堵水，减小抽排压力；四是特长、深埋、大断面的反坡施工隧洞，尤其是采用TBM设备施工时，选择排水方案设计一定要慎重，否则将对TBM设备及人员安全带来极大危害。

7 小 结

根据引汉济渭工程岭南TBM掘进段反坡排水的现场实际情况，结合该套系统在实际使用过程中的适应性，采用分级抽排方式能够应对特长深埋隧洞反坡排水情况。根据实际涌水量大小、位置，设备配置随时调整，可得到最佳抽排效果。

[1] 高文涛，吴志刚.反坡排水技术在隧道涌水处理中的应用[J].土工基础,2012,26(2):16-18.

[2] 王岩.杨家杖子供水工程中途加压泵站水泵选型设计[J].水利建设与管理，2015(12).

[3] 杨宇.长距离有压输水系统防水锤设计探析[J].水利建设与管理，2015(9).

Counter-slope drainage construction technology of super long deep buried TBM construction tunnel

JIANG Yubo1, YANG Qiankun2

(1.SichuanErtanInternationalEngineeringConsultingCo.,Ltd.,Chengdu610072,China; 2.DahuaEngineeringManagement(Group)Co.,Ltd.,Chengdu610017,China)

Shaanxi Hanjiang-to-Weihe River Water Diversian Project is an inter-basin water transfer project in Shaanxi Province. It is a backbone line of South-to-North Water Diversian Project in Shaanxi Province, which is proposed aiming at water deficiency problem in the Guanzhong area of Shaanxi Province. Lingnan Project in Qinling tunnel TBM construction section has the problems of excessive underground sudden floods, long single-head drainage distance and counter-slope drainage, etc. In the paper, the counter-slope drainage classified water warehouse and stage-by-stage drainage construction methods of Qinling tunnel TBM construction section Lingnan Project in Shaanxi Hanjiang-to-Weihe River Diversion Project are introduced emphatically, thereby providing reference for similar TBM construction projects.

TBM construction; tunnel; counter-slope drainage; technology

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.01.007

TV554

A

1005-4774(2017)01- 0022- 05