某TBM施工隧洞排水系统设计

孟诗然

（新疆伊犁河流域开发建设管理局，新疆 乌鲁木齐 830000）

1 工程概况

某隧洞为主隧洞的施工支洞，设计长度为2 583.5 m，纵坡为10.4%。隧洞采用钻爆法与TBM开挖相结合的施工方案，均为顺坡掘进、逆坡排水。钻爆法施工长度为965 m，TBM法施工长度为1 614.5 m。

2 隧洞渗涌水量计算

根据预测的隧洞最大稳定渗涌水量，计算如下：

隧洞全长稳定渗涌水量为8 005 m3/d（333.5 m3/h）。

最大渗涌水量分两段计算，分别为施工至隧洞桩号1+961.00 m及2+583.56 m，经过计算分别为 579.5 m3/h和717.1 m3/h。

隧洞最大渗涌水量=非断层稳定渗涌水量+稳定断层渗涌水量+前500 m断层最大渗涌水量+施工断层最大渗涌水量。

综上所述，隧洞最大渗涌水量发生在隧洞桩号2+346～2+596 m段最大汇水量为717.1 m3/h。

3 隧洞排水系统设计

3.1 排水设计原则

1）排水系统能力。根据相关资料，隧洞最大出水量为720 m3/h，排水系统设计在TBM处按照大于720 m3/h设计。

2）不同水质的水泵选型。为提高排水效率，结合被排水水质，TBM后配套水箱前配置6台排污泵，后配套水箱之后水泵全部配置为矿用耐磨泵。

3）泵站的设置。隧洞开挖后尽可能进行堵水处理，隧洞沿线分级排水，设置接力泵站。

4）管道流速选择。正常排水管道流速应为1.5～2 m/s，应急排水管道流速应为3～3.5 m/s。

5）排水管选择。根据管道的排水压力，选取相应经济壁厚，当管路不大于200 mm时，管道壁厚为2种；当管路直径大于200 mm且不大于400 mm时，管道壁厚拟为3种。壁厚应充分考虑水锤产生的压力。

本组15例患者中，男7例，女8例；年龄1～60岁，平均（16±12）岁，其中颈部5例、腹腔肠系膜3例、肝脏1例、脾脏3例、胸部前纵隔2例、手腕骨1例。均以局部发现肿块就诊，除1例合并感染外，其余病例均无疼痛。1例手腕稍有不适。

6）洞壁管道布置。TBM后配套的排水管路延伸储存装置布置在右侧，存在与集水井和集水箱不同侧问题，应急排水管路设置在进洞方向的左侧，正常排水的管道设置在隧洞左侧。直径不大于200 mm的排水管路，延伸储存装置的型式采用卷筒式；当管路直径为400 mm时，TBM后配套部分采用DN250 mm的高压软管与DN426 mm的钢管相连，高压软管采用S型收放储存，收放储存量不小于12 m，实现TBM掘进管路不中断功能。

7）洞体渗水组织。隧洞的渗水应汇集到左侧排水沟，沿隧洞路面应设截水槽，根据隧洞路面渗水情况多切槽，切窄槽，以最大限度地保证路面的干燥。TBM掘进期间应及时统计排水量，统计间隔不应大于5 m。

3.2 隧洞排水系统水量

根据隧洞渗涌水量计算成果，最大稳定渗水量与最大渗涌水量之和为717.1 m3/h，确定隧洞排水系统的最大排水能力为720 m3/h。

3.3 隧洞泵站

3.3.1 泵站布置

隧洞泵站包括TBM后配套泵站和隧洞洞段各沿线泵站。TBM后配套污水箱前、后泵站（即TBM 1级泵站和TBM 2级泵站），隧洞洞段从主隧洞交叉口起，共设三级泵站，设置在隧0+930.0 m、隧1+965 m及主9+620 m处，分别称为隧1号、隧2号及隧3号泵站。

3.3.2 泵站水泵配置

1）TBM 1级泵站。该泵站将机头架前的污水排至TBM后配套污水箱，1级泵站排水能力为1 184 m3/h，具体配置如下：

①少量裂隙水排污泵。主梁下侧配置两台排污泵（1号和2号排污泵），排出掘进机前端泥浆水，单台水泵的排水量为30 m3/h，扬程为46 m，排至TBM后配套正常排水污水箱内（10号台车水箱内）。

②正常排污泵。TBM主梁下侧配置有2台排量为162 m3/h，扬程为66 m的排污泵（3号和4号），将水排至TBM后配套正常排水污水箱内（10号台车水箱内）。

③大流量应急排沙泵。TBM主梁下侧配置有2台排水量为400 m3/h，扬程为27 m的排沙泵（5号和6号排沙泵，为变频控制，流量可调），将水排至TBM后配套11号和12号台车放置的应急排水箱内。

2）TBM 2级泵站。该泵站（2级泵站）将TBM后配套污水箱内的水排至上一级泵站（共4级）或直接排出洞外，该级泵站总排水能力为1 080 m3/h，配置如下：

①在TBM后配套9号台车放置2台排量为最大110 m3/h，扬程为102 m的矿用耐磨泵，将10号台车放置的污水箱内的水排至隧洞上一级泵站（共4级）。隧洞沿程共设两处中转泵站，中转泵站配置水泵均为2台最大排量为110 m3/h，扬程为102 m的矿用耐磨泵，将水逐级排出洞外。该排水为正常排水（每处泵站放置两台水泵，为变频控制，流量可调）。

②在TBM后配套11号台车放置1台最大排量为250 m3/h，扬程为320 m（为变频控制，流量可调）,12号台车放置了1台最大排量为660 m3/h，扬程为300 m的矿用耐磨泵，将11号与12号台车放置的污水箱内的水一级排出洞外。该排水为应急排水。

3）隧洞沿程渗水。隧洞沿程渗水，根据渗水量设置集水坑和水泵，将水排至正常排水中转泵站，逐级排出洞外。

3.4 隧洞管道配置

隧洞配置1趟DN200 mm的TBM正常排水管，1趟DN426 mm的应急排水管。

3.5 排水系统电气及控制系统的设计

隧洞排水系统，沿程水泵采用常规400V电机变频驱动，后配套尾部水箱处1台大容量水泵630 kW/10 kV电机，采用高压软启动器控制，配置1台400 V高扬程水泵，采用变频器控制来完成隧洞施工期间应急排水任务。整体排水系统采用PLC程序控制，根据隧洞出水量工况，水泵具备自动控制功能。光纤远程通讯技术可实现本地和远程多点操作、监控，在洞外调度室设置监控屏和操作触摸屏，如隧洞发生大的涌水可从此处直接启动所有的水泵，监视所有水泵的运行参数，发生故障时自动报警并自动保存故障报警信息，以便排查。供电线路采用双回路电缆供电，保证在任何一条线缆出现故障后，另一条电缆可立即投入运行，向水泵供电。后配套新增一节台车，布置有一台排水专用干式变压器，为后配套拖车水泵的主梁下侧水泵的为备用电源，保证掘进机设备在20 kV电缆失电情况下排水系统仍能正常工作。

3.6 排水管道运输及安装

隧洞施工期间，由于DN426钢管管壁厚且随着隧洞不断掘进延伸。排水管道采用双头胶轮车运输至安装区域后，由胶轮车上配置的液压悬臂吊机配合定位后再采用法兰连接或焊接。TBM尾部新增一节拖车，放置DN250 mm 64bar橡胶软管，在竖直方向呈S形状布置，并用电动葫芦牵引，方便在TBM向前掘进时水管的收放，同时在十七号台车尾部放置有1 m、2 m、3 m长DN250 mm 64bar胶管各2根，方便台车的应急排水管路与DN426水管路连接。

4 结论

某TBM施工隧洞目前已掘进至桩号2+650，目前未遇突涌水，排水系统能满足实际排水需求。