富水岩溶隧道反坡排水施工工法

杨保振

摘  要：随着我国经济不断地发展，高速铁路成为了最主要的运输手段，尤其是西南艰险山区高速铁路的快速发展，逢山开路、遇水架桥，成为了现阶段比较常见的施工现象。隧道工程的施工便成为了最为重要的施工对象，无论是质量、安全、进度都成为了隧道施工的重要指标，这样长大隧道的施工进度成为了高速铁路能否快速建成的制约因素。

1.前言

为加快施工进度，解决施工中的各种问题，都是多工作面同时施工，这样无法避免出现反坡施工的现象。朝阳隧道为贵南铁路的Ⅰ级风险隧道，富水、岩溶发育，如何解决涌水对朝阳隧道反坡施工的阻碍，成为了朝阳隧道施工进度的最大原因，施工过程中及时的将水抽排是反坡施工最关键的一道工序。

2.工法特点

2.1该工法能够实现边排水，边施工;

2.2该工法的成功解决了隧道施工掌子面积水的现象;

2.3该工法能够解决仰拱混凝土施工中，混凝土被污水浸泡问题;

2.4该工法降低了朝阳隧道反坡施工的安全风险，加快了隧道施工进度;

3.适用范围

该工法适用于富水岩溶隧道施工，尤其是在西南地区高速铁路隧道施工中有明显的经济、安全、高效优势。

4.工艺原理

隧道反坡排水与其他排水方式有不同的地方，需要借助机械排水还需要设置多级泵站进行接力排水，其主要原理如下：采取移动式潜水泵将工作面积水抽送到移动水箱内。对于已施工完成区域隧道内所涌出的地下水等可顺着侧沟最终流入到临时集水坑中，经由固定排水泵将所收集到的积水抽排到洞外。由于积水直接排放会对周围的环境等造成污染，因此需经过污水处理池处理后，达到相关排放标准后方可排放。

5.施工工艺流程及操作要点

5.1施工工艺流程

反坡排水的施工工艺流程详见图5.1。

5.2操作要点

5.2.1施工准备

（1）技术培训交底。项目技术管理人员在施工前，对现场参与施工及管理人员进行全面技术交底和安全交底，确保参与施工及管理人员按方案严格施工;

（2）材料准备。现场集水坑、抽排水设备、流量计、电磁阀、电表准备齐全;

（3）集水坑选址。根据反坡排水方案，结合现场施工实际情况，在洞内进行选址，确保集水坑位置设置安全，不影响施工;

（4）流量设备调试。安装完毕后，进行试抽排，查看流量计、电表的记录性能是否良好。

5.2.2集水坑施工

根据现场实际情况在掌子面后方30m处及待施工仰拱靠掌子面端距边墙0.8m外设临时集水坑，集水坑尺寸为1.5m*1.5m*1m（长*宽*深），临时集水坑底部采用10cm厚M10砂浆抹面，防止集水渗入墙脚浸泡拱脚，临时集水坑随掌子面及仰拱掘进而向前推进。

5.2.3泵站设置

5.2.3.1高差计算

斜井：洞口标高-洞底标高=高差（m），

正洞：（洞内高坡段-洞内低坡段）×隧道设计坡度=高差（m）。

5.2.3.2涌水量计算

（1）正洞反坡段：

根据设计预测涌水量计算正洞反坡段出水量即：Q1=设计出水量/设计长度×反坡段长度。Q2=Q设计/L设计*L反坡

（2）正洞顺坡段：

根据设计预测涌水量计算正洞反坡段出水量即：Q2=设计出水量/设计长度×顺坡段长度。Q2=Q设计/L设计*L顺坡

（3）斜井：

根据设计斜井预测涌水量Q3，排水数量为正洞水量+斜井涌水量Q=Q1+Q2+Q3。

5.2.3.3泵站级数的确定

（1）正洞反坡段：

泵站级数：m=（L×Z）/（h×r）。其中L-反坡抽水长度，Z-隧道排水坡度;h-水泵扬程，h=20～30m;r-压力折减系数，取0.5。

（2）斜井段：

根据朝阳隧道斜井指导性排水设计图，斜井内在施工中设置3级泵站。

5.2.3.4水泵排量的确定

（1）正洞反坡

水泵排量：Q=V/（24*a）。其中：V-洞内涌水量，取V=4646m3/d;a-流量折减系数，取a=0.75。

（2）斜井

水泵排量：Q=V/（24*a）。其中：V-洞内涌水量，取V=11955m3/d;a-流量折减系数，取a=0.75。

5.2.4截水墻施工

隧道施工具有两个工作面，一面为反坡施工，另一面为顺坡施工，现场应当根据顺坡排水的排水量设置截水墙，封堵因顺坡排水导致反坡面的水量增加。应当在较差口处设置一道封堵墙;在仰拱栈桥处设置一道封堵墙，如水量明显增大，应在仰拱栈桥前再次增加封堵墙的数量，确保水量不会流至掌子面。

5.2.5设备设置

5.2.5.1设备配置原则

（1）隧道排水主要为裂隙水、岩溶水、溶槽水及施工用水，除地下水的本身外，还有岩石石屑、泥浆等，所以除考虑排出的水量外，还应考虑排水的组成。

（2）洞内水量随着开挖掘进逐段递增的，则在各级泵站的水泵选型上，应按排水能力递增原则自下而上递增加配，并考虑雨季影响。

（3）由于隧区属于岩溶区域，洞内出水量的大小受季节性影响较大，水泵选择组合时在满足最大排量的前提下应按大、中、小排量进行组合，充分发挥各水泵的功效。

5.2.5.2抽水设备的确定

经计算正洞水泵排量斜井水泵排量。考虑到在管理、操作维修上的方便，水泵选择应按相似性配置。工作面移动水泵，取用移动轻便的水泵，实际操作根据水量大小在数量上予以增减。抽水设备配备见下表。

按最大涌水量考虑排水能力，选用大流量、低扬程抽水泵。使用时依据实际隧道实际出水情况，设备分阶段投入。掌子面处活动泵站水泵数量根据掌子面的水量配备。拟投入设备详见表5.1。

5.2.5.3管路及流量计安装

鉴于隧道作业空间有限，管路只布置运行管路，不再另行备用。应急管路利用高压风管管路，即在每个泵站处在高压风管上开口，与安装在泵站处的水泵接通，正常情况下把闸阀关闭。一旦遇到突水、涌水现象，即把进风闸阀关闭，截断高压供风，打开排水阀进行应急抽排。各管路安装相匹配的流量计，流量计采用HDLX型电磁流量计。管路及流量计布置见表5.2。

5.3劳动力组织

5.3.1本工法所需作业人员配置见表5.3。

5.3.2运行和检修

（1）对施工人员进行技术和操作培训，针对一些技术特点和操作要领做重点讲解和现场示范。

（2）确保电路安装的正确，检查转向是否正确，设置接地装置和标志。

（3）施工人员及时对坑内污泥杂物进行清理。

（4）在进水口裹铁纱窗。同时把水泵或进水口放在竹筐内，可以防止污泥及杂物的进入而发生堵塞。

（5）当水位下降超过底座，间歇出水时，应立即停机进行检修，运行一段时间后须进行维护保养。

（6）配电系统全部采用TN-S系统，所用用电设备的外壳必须与专用的PE线相通，总接地电阻必须小于4Ω。

（7）维修和操作均由专业人员进行。

6.材料与设备

6.1材料

7.安全措施

7.1规范标准

1、《国家和铁道部现行的铁路客运专线设计规范、施工指南、验收标准、技术规程》等;

2、《铁路隧道工程施工安全技术规程》（TB 10304-2009）;

7.2安全保证措施

1、排水设备由专人负责，严格按照施工方案操作，加强抽水设备的维修保养，备用抽水机必须保养完好，在其他抽水设备出现故障时保证能及时投入使用。

2、固定泵站设专用配电箱，严格按照施工用电操作规程操作，其他部位施工用电不得接在抽排水专用配电柜或配电箱上。

3、洞内水沟必须保证排水通畅，水仓及排水管道要定期进行清淤及清理，确保排水设备及管道运转正常。

4、电工必须熟悉安全规程、规章，认真执行。并建立临电档案，及时记录有关资料。电工负责填写检查记录和维护临电线路及操作开关。线路开關及设备每周检查一次，包括线路的绝缘测试，接地电阻测试，设备绝缘测试及线路设备检查等。

5、配电系统全部采用TN-S系统，所用用电设备的外壳必须与专用的PE线相连通，总接地电阻必须小于4Ω。

6、维修和操作开关时，电工必须穿戴绝缘鞋、手套，必须使用绝缘工具。现场及洞内电力线必须采用三相五线制，严格遵守一机一闸一箱一漏的规定。

7、在抽水机站设置安全照明，漏水地段照明应采用防水灯头和灯罩，不安全因素较大的地方必须加大照明。

8、在掌子面150m范围内每隔10m悬挂一件救生衣、一个救生圈。掌子面处悬挂10件救生衣和10个救生圈，在逃生绳以上20cm处边墙上每隔10m设置一处明显的逃生线路反光标识，箭头指向洞口方向。

9、每个集水坑四周设置安全防护栏，并在防护栏杆表面设置反光标识，并在出渣及其他施工机械运行时，安排专人现场指挥运行。

8.效益分析

采用移动泵站和固定泵站相结合的排水方式来解决富水岩溶隧道反坡排水的难题，隧道生产进度、安全、文明施工等都得到了极大的提高。反坡排水的应用对保证隧道的施工进度，减少排水费用起到了积极的作用，对长大隧道的反坡排水有积极的参考价值。

9.应用实例

朝阳隧道斜井全长830m，斜井中线与左线线路中线交于DK166+700，斜井进洞里程为XJK0+817，采用无轨双车道运输，内净空尺寸为7.5m（宽）×6.2m（高），XJK0+000处坑底高程=DK166+700处路基面高程;斜井坡度为10‰，每250米设置一处缓坡段，缓坡段坡度3‰。为防止斜井洞外水流入斜井洞内，斜井出洞后设置3%的反坡。斜井预测最大涌水量约为2400m?/d。斜井承担正洞DK164+830～DK168+470段施工，此段正洞预测涌水量为10500/4000m（m?/d）。

本工程于2016年12月开工，反坡排水工法的应用使的朝阳隧道斜井反坡施工的风险大大降低，既解决了掌子面积水的安全问题，也解决了仰拱混凝土被水浸泡的问题，提高了混凝土的施工质量。