山岭隧道反坡排水施工技术

王超

摘  要  山岭隧道反坡排水施工技术，必须根据设计要求以及现场实际情况，从人、机、料、法、环五个方面，进行反坡排水的施工布置及设备选用等，从而保证隧道正常施工。

关键词   反坡排水   施工布置   设备选用

1  工程概况

兴延高速公路是北京市区与延庆县新建高速公路，是北京市延庆县举办2019年（A1级）世界园艺博览会重点配套工程，形成了北京至延庆第二高速通道，也成为京藏高速公路的复线高速，还是北京市和张家口市联合举办2022年冬奥会的重要保障工程。兴延高速公路起点在西六环，向北经过昌平到达延庆，全程42.204公里。

石峡隧道地跨北京市昌平区和延庆县，进口里程K30+364.5;出口里程K36+111，隧道双线全长11625.5m（左线长5746.5m，右线长5879m），我部承担施工起始于K32+320，由竖井、1#、2#、3#斜井至石峡隧道出口施工，施工左线长度3791m，右线长度3867m。

以北京兴延高速公路工程石峡隧道3#斜井段为例，3#斜井纵向最大坡度--10%，斜井断面面积46.03m2，全长791.7米，高差64.847米，正洞纵向最大坡度--2%，正洞断面面积144.6m2，全长998米，高差19.76米，隧道内存在地下水、孔隙水、基岩裂隙水等不良地质条件，应采用反坡排水的方式进行排水作业。

2  技术准备及要求

2.1  技术准备

（1）隧道开工前，需认真核对设计图，反坡排水投入的设备额定抽排水量比最大涌水量富余一定系数。

（2）将抽排水纳入施工工序管理。

（3）排水系统组建专门的工班组操作、维护、管理。

（4）做好停电时的应急排水预案。

（5）抽水设备的选型及采购。抽水设备型号的确定要通过对洞内水的成分组成化验外，主要还有砂石、泥浆等成分，污水泵考虑选用高效耐磨渣浆泵。

2.2  技术要求

（1）配备水泵的排水能力应大于排水量的20%以上，并应一用一备，便于检修、维护。

（2）工作泵和排水管的排水能力，应能在20h内排出24h的隧道设计涌水量。

（3）排水方式可根据距离、坡度、水量和设备等情况选用排水水沟或管路，按一次或分段接力的方式将水排出洞外。

（4）隧道较短时，可在开挖面附近设置集水坑，安装水泵，将水一次送出洞外。

（5）集水坑（箱）的容积按实际排水量确定。

3  设备、材料设置表

反坡排水设备表见表1，反坡排水材料表见表2。

4  排水系统设置

4.1  施工工艺流程图

见施工工艺流程图1

4.2  施工程序

在洞口设置沉沙池保证排水无污染→设置φ200钢管道并连接紧密（冬施要做好管道保温）→斜井K0+700处设置一级集水箱→斜井进入正洞后，并在5#车行横通道（左线位置）ZK34+480处设置二级集水箱→右线YK34+200处设置二级集水箱→在各仰拱处设置三级集水坑并设警戒标志→各掌子面设置四级集水坑。

4.3  洞口沉淀池設置

隧道内污水主要含有砂石、泥浆等成分，为保证水质满足污水排放相关规范要求，在洞口设置沉淀池（见沉淀池平面布置图2），将洞内污水净化后排放;

沉淀池的容积应满足停留30min废水量（即污水停留时间在30min以上）。沉淀池深度在1～1.5m内，长宽尺寸可根据工程情况与工地用地情况确定，出水口应设置隔栅阻隔异物，上盖防护栏以防发生意外。

沉淀池（见示意图3）包括进水区、沉淀区、缓冲区、污泥区和出水区五个部分。进水区和出水区的作用是使水流均匀地流过沉淀池，避免短流和减少紊流对沉淀产生的不利影响，同时减少死水区、提高沉淀池的容积利用率;沉淀区也称澄清区，即沉淀池的工作区，将可沉淀颗粒与废水分离。

4.4  确定排水设备

根据隧道长度确定排水方式采取机械接力式抽排。即在隧道内设置移动泵站，沿隧道设置抽水管道，再由设计图确定正常涌水量和最大涌水量，通过最大涌水量计算出额定流量，最后结合扬程确定水泵型号，以兴延高速公路石峡隧道3#斜井段反坡排水施工为例：

石峡隧道3#斜井纵向最大坡度为-10%，断面面积46.03m2，全长791.7m，高差64.847m;正洞纵向最大坡度为-2%，开挖断面面积144.6m2，全长998m，高差19.76m，正洞掌子面至斜井排水口处最大排水距离为1326.7m，高差在54-74m之间;排水设备扬程满足设计需要（详见表4-1）。

石峡隧道正洞设计最大涌水量为5620m3/d，石峡隧道正洞经现场试验涌水量为260-520m3/d，分四级排水，每级排水设备流量满足最大涌水量设计要求。

4.5  排水集水箱（坑）布置

泵站集水箱容量按5min最大涌水量考虑，集水箱布置需考虑水泵扬程及排水时水力损失等因素，并结合现场施工条件，可适当调整（见排水布置图4）。

集水箱尺寸：5min最大涌水量为19.5m3，集水箱尺寸为 ，采用5mm厚钢板自制而成，满足设计要求。

一级集水箱位置：一级集水箱可设置在斜井内，距洞口最远距离790m，高差64.85m，水泵所需扬程 ，水泵扬程180m满足设计要求。

二级集水箱位置：二级集水箱可设置在距一级集水箱最远1000m处，高差20m，水泵所需扬程 ，水泵扬程135m满足设计要求。

仰拱集水坑（三级）位置：仰拱集水坑可设置在距二级集水箱最远250m处，扬程5m，水泵所需扬程 ，仰拱集水坑水泵扬程40m满足设计要求。

掌子面集水坑（四级）位置：掌子面集水坑可设置在距仰拱集水坑最远90m处，扬程1.8m，水泵所需扬程 ，掌子面集水坑水泵扬程30m满足设计要求。

4.6  排水管道选择

排水管路直径：一、二级排水管采用φ200钢管，三、四级排水管采用φ75PE管及φ75软管相连，流速按2.74m/s计算，每小时过水量为 ，大于最大涌水量 ，排水管满足设计要求。

5  计算依据

5.1  选用MD155-30X6型泵依据

斜井输送距离790m，斜井最大坡比为-10%，高差64.85m，使用φ200mm的管路，管路长度损失10%，在流量 ，管路损失计算过程如下：

6  总结

在隧道施工中，隧道内易出现隧道出水等不良地质条件，且针对特长隧道，常采用斜井施工来加快工期、进度。因此，山岭隧道反坡排水施工，对保证隧道正常施工的有着重要影响。

根据设计要求及现场实际情况，在反坡排水施工中，要明确排水方式，计算出最大涌水量、正常涌水量、排水高差、输送距离等重要参数，以及分级排水中设置集水箱（坑）位置的合理性。使水泵选用具有高效性、经济性、安全性。即提高经济效益，又满足了施工需求。

参考文献

[1]  《公路工程技术标准》（JTGB01-2014）

[2]  《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）

[3]  《公路工程施工安全技术规程》JTJ076—95

[4]  兴延高速公路工程施工图设计

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