TBM施工隧洞长距离、大埋深反坡排水技术

娄广明+车金丽

摘要：目前TBM施工在国内已经广泛应用于水利、交通、煤矿等行业，施工环境越来越趋于复杂，本文结合TBM施工工法，解决隧洞长度5.3km、地下埋深615m、反坡坡度为11.5%的反坡隧洞施工中的排水问题，设计了一套较为完善的反坡排水备用系统，可供类似工程施工参考。

关键词：TBM掘进机、长距离、反坡排水。

1、工程概况

1.1工程简介

本T3勘探试验洞进口高程约1176.948m，与主洞交点高程571.384m，明槽长度203.628m，隧洞长度5352.247m，采用TBM掘进机开挖，断面型式为圆形，开挖断面尺寸8.0m。勘探试验洞纵坡11.5%，开掘进完成后，通过回填混凝土改造纵坡，洞身改造后形成为200m长12.26%的陡坡+20m长3.9%的缓坡。井底布置30m长纵坡为零的洞段，采用竖曲线为1000.0m圆弧与陡坡段连接。

1.2水文地质条件

（1）地形地貌

工程区主要位于阿尔泰山南坡剥蚀丘陵区内。总地势北高南低、东高西低，由东北向南西缓慢倾斜，海拔高程1150～1200m，地形起伏不大，多为剥蚀残丘，一般高差10～20m，最大高差约30m，基岩大多裸露，主要为戈壁荒漠地貌。根据地质测绘结合钻孔揭露的地层岩性主要为：角闪安山玢岩、辉石安山玢岩及石炭系凝灰质砂岩，厚层状结构，岩石坚硬，岩体完整。

（2）试验洞分段工程地质条件评价

0-028.00～0+042.50m：该段岩性为角闪安山玢岩、辉石安山玢岩，处于强风化岩体中，强风化厚3～5m，由于风化影响，岩体呈块状结构、裂隙面切割，洞身围岩较破碎，属于Ⅴ类围岩。估算该隧洞段总涌水量Q=0.17m2/h。

0+042.50～0+106.30m：该段岩性为角闪安山玢岩、辉石安山玢岩，处于弱风化～微风化岩体中，岩体较完整，地下水为基岩裂隙水，涌水量小，以渗水、滴水为主，地下水对普通混凝土具有强腐蚀性，对混凝土结构中的钢筋具有中等腐蚀性。估算该段隧洞段总涌水量Q=0.26m2/h，该段洞身围岩较完整，属于Ⅳ类围岩。

2、TBM施工反坡排水技术方案

2.1排水量估算

T3勘探试验洞总长5352.247m，即桩号：0-028.00～5+324.247。根据地质资料，该隧洞段总涌水量Q=36m2/h，涌水量并不大，主要为基岩裂隙水。考虑TBM掘进机施工的废水排放量为5m3/h，试验洞施工的总涌水量41m2/h。排水系统按照1.2倍安全系数储备，最大排水量取50m3/h。

2.2反坡排水方案

T3勘探试验洞在施工过程中的洞内渗涌水及施工废水，采用强排措施，即收集顺坡汇集至TBM设备主机位置的积水，采用潜污泵抽排至TBM掘进机后配套设置的水箱，经初步沉淀后，再由高扬程水泵分级泵送至洞外污水处理系统，污水处理能力不小于50 m3/h。由于试验洞总长5352.2m，坡度11.5%，排水系统需满足615m高度扬程要求，即采用多级固定水箱逐级强排方式，固定水箱形成之前采用临时水箱，固定水箱布置间距1000m，共分五级排水，

2.3排水流程

TBM掘进起始桩号：0+352.00。在掘进机后配套1#、2#以及11#台车上设置固定水箱，当TBM掘进548m至桩号：0+900.00位置时，在桩号：0+750.00形成一级固定水箱，排水高度111.5m；当掘进1548m至桩号：1+900.00位置时，在桩号：1+750.00形成二级固定水箱，排水高度115m；当掘进2548m至桩号：2+900.00位置时，在桩号2+750.00形成三级固定水箱，排水高度115m；当掘进3548m至桩号：3+900.00位置时，在桩号3+750.00形成四级固定水箱，排水高度115m；当掘进5348m至桩号：4+900.00位置时，在桩号4+750.00形成五级固定水箱，排水高度115m。在形成一级至五级固定水箱前采用临时水箱接力后配套台车上的固定水箱，临时水箱间距350m，最大排水高度43m，起缓冲作用。形成一级水箱之前，在桩号：0+150.00、0+500.00位置设临时水箱。总体排水流程：TBM主机→后配套台车固定水箱→临时水箱→各级固定水箱→洞外污水处理系统，

2.4排水管选择

（1）隧洞管路

排水管选型计算如下：

排水管直径：dp=（4Q/（3600×π×V））1/2

=（4×50/（3600×π×1.5～2.2））1/2=110～90mm。

式中： Q―流经管内流量（m3/h）；

V―管口水流速度，一般排水管口V=1.5～2.2 m/s。

选用DN125的无缝钢管，为确保施工中的安全，管路设置两条，一备一用，每条管路长度为1000m。

（2）TBM设备管路

TBM设备后配套2#台车水箱至11#台车水箱之間设置3条胶管，与潜污泵配套使用；11#台车水箱两条管路与排水卷盘相连，另条备用作为涌水时应急管路。另外，设置1条DN50胶管，在隧洞主管路接续时，将管路中存水放入11#台车水箱。

2.5水泵安装

排水设备布置主要考虑到施工快速、安装快捷、检修维护方便等因素，TBM设备以及临时水箱部位采用潜污泵，其它各级排水选用离心泵方案。水泵吸水口设置吸水过滤装置，以避免将颗粒较大的砂粒及碎石吸入泵内，从而影响水泵内的电动机壳及水泵叶轮等，以延长水泵使用寿命和提高排水效率。水泵设置自动液位控制装置，以避免水面过低而吸入空气产生气蚀现象。液位自动控制装置设置有水位传感器，水箱的排水水位控制最低水位为1.0m，由水箱底部算起，当水位低于1.0m时水泵自动跳闸停止排水。

2.6管路布置

排水管路布置主要考虑到隧洞断面大小、车辆运行方便、安装快捷、检修维护方便等因素。由于管路直径不大，从水箱出来的两条管路采用并排垂直排列。排水管路均选用无缝钢管，排水系统管路规格为φ133×5。管路连接采用法兰盘接头进行连接，沿隧洞进洞方向右侧敷设，管路采用锚杆固定于侧墙上方。管路设置闸阀、止回阀，避免水流倒流毁坏水泵。

3、安全及应急措施

为了确保排水系统的安全稳定，避免TBM设备被淹，排水系统采用多重保险措施：

（1）双条管路：各级固定水箱之间布置两条排水管路，单管单泵，确保一条排水管路出现故障时，另一条排水管路立即进入工作状态。（2）双重水泵保险：为确保排水系统能够万无一失，在每级固定水箱，均配备2套水泵，采用“一用一备”原则，即在每级水箱内均布置2台水泵，其中1台正常运行排水，1台随时待命作为备用。（3）双回路供电线路：水泵的供电线路均采用双回路，智能切换供电线路，避免线路断电导致排水系统不能工作。（4）应急备用发电机：施工现场设置1套应急备用发电设备以及升压变压器，在遇突发性事件时，能够为斜井的通风系统和强制抽排水系统，提供应急供电。

4、结语

TBM隧洞施工在我国已经被广泛应用，施工过程中的废水及涌水是影响TBM设备安全和工程进度的大问题，排水工作不利不仅会造成TBM设备的严重损坏，也会严重影响工程工期和企业的经济效益，更会对TBM隧洞掘进这一先进施工方法的推广应用造成不利影响。在本工程排水系统运行过程中，操作性强，工作效率高，解决了施工中长距离、反坡排水问题，保证了TBM设备的正常运行，对类似工程具有一定参考价值。endprint