中国水利水电第七工程局有限公司国际工程公司四川成都610000
摘要:依托沪昆客运专线铁路某标段隧道施工工程,通过对涌水隧道反坡排水技术研究分析,对高速铁路涌水隧道反坡排水技术进行总结分析,为类似工程提供借鉴。
关键词:高速铁路;涌水隧道;反坡排水;施工技术
1引言
当前,云、贵、川等西南地区国家正在大力建设高速铁路,以上地区主要以山区为主,隧道多,经常出现隧道群,且该区域隧道普遍穿越地下水丰富区域,在组织隧道施工时,经常会遇到涌水隧道反坡排水问题,如何科学地确定安全、有效、经济的排水方案成为解决该问题的关键。因此对大涌水隧道反坡排水施工技术进行研究显得十分必要。
2工程概况
2.1隧道概况
隧道位于玉屏东~三穗车站区间,双线隧道,线间距为5.0m,设计为3.4‰的单面下坡,全隧除D1K443+380~D1K445+588.6893段位于半径R=9005m的右偏曲线上,D1K446+077.4745~D1K447+055段位于半径R=9000m的左偏曲线上外,其余地段均为直线。隧道进口里程D1K443+380,出口里程D1K447+055,全长3675m。
2.2水文地质特征
(1)地表水
地表水不发育,主要为季节性山沟水。以山间沟水为主,水量受季节性变化较大,雨季时沟内水量增加明显,普遍流量在5~40L/s。
(2)地下水特征
本区地下水类型主要为第四系松散土层孔隙水、基岩裂隙水。在环境作用类别为化学侵蚀环境时,地下水酸性侵蚀对砼具H1侵蚀性。设计预测隧道正常涌水量Q=5944(m?/d),最大总涌水量Q=8916(m?/d)。
3总体排水方案
隧道按照进出口两个工作面组织施工,出口工区直接利用隧道中心水沟排水,进口工区反坡排水,洞内涌水量大,排水问题尤为突出,采取在设集水井,建立多级固定排水泵站,铺设排水管路将洞内地下水通过接力排出洞外。洞内每隔一定距离设一泵站,利用一定长度的中心水沟形成集水井,每个集水井汇集正洞一定范围内的地下水,洞内设水泵并敷设管路将水接力排出洞外。
4排水施工方案
4.1高差计算
隧道进口段施工里程为D1K443+380~D1K445+061,该段线路最大高差为1681×3.4‰=5.72m。
4.2抽水机配置
结合以往施工经验,按最大涌水量考虑排水能力,选用大流量、低扬程抽水机,设备分阶段投入。选用200WQ400-7-15型污水泵,流量400m3/h,扬程7m,功率15Kw。
掌子面处活动泵站选用WQL-10-7.5型潜水泵,排水能力为100m3/h,数量根据掌子面的水量配备,施工中不少于4台。
工作水泵按使用1台、备用1台、检修1台配备。
4.3涌水量确定
进口段承担南门坡隧道正洞D1K443+380~D1K445+061段1681延米的施工任务,设计预测正常涌水量为5944m?/d,最大总涌水量为8916m?/d,遵循最不利状态的原则,本方案按照最大涌水量作为计算涌水量即Q=8916m?/d。
4.4泵站级数的确定
采用如下公式计算:
泵站级数:m=(L×Z)/(h×r)
L-反坡抽水长度,L=1681m;
Z-隧道排水坡度,D1K443+380~D1K445+061段Z=3.4‰;
h-水泵扬程,h=7m
r-压力折减系数,取0.5。
m=1.6,在施工中设2级泵站。
4.5泵站抽水机数量
抽水机数量:n=V/(v×24×a)
V-洞内涌水量,取V=8916m3/d;
v-抽水机排水量,v=400m3/h,
a-流量折减系数,取a=0.85
n=1.09,取每级泵站需设1台抽水机。
4.6水仓容量
水仓容量:泵站水仓容量按15min最大涌水量考虑,水仓容量最小值Qmin=8916&pide;24&pide;60×15=93m3;
中心水沟截面尺寸为1.1m*0.8m,泵站水仓长度为120m,容量为105.6m?,大于水仓用量需求最小值,所以利用已完工的中心水沟作为临时水仓是可以满足施工要求的。在隧道D1K443+788~D1K443+908,D1K444+429~D1K444+309等2段设置水仓。
D1K443+788~D1K443+908段四周设置防护栏杆,并设置警示标志;
为保证掌子面施工,需要在D1K444+429~D1K444+309段沟顶面铺设钢板,钢板尺寸为9m*2m*2cm,总计需要14块。
4.7排水管路布置
现场水仓之间布置一排排水管(直径150mm无缝钢管),洞内通风管作为预防突发大型涌水等特殊情况时备用管道。其他临时泵站排水管路根据实际情况选用直径80mm的消防尼龙软管。
5经验体会
(1)为防止洞外高压停电影响洞内排水及其他施工作业,洞口配备500KVA发电机1台,与变电站构成两套完整的双回路供电电源,一路外供电,一路自发电。
(2)固定泵站设设专用配电箱,排水设备搭接电由专职电工负责,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)每级泵站设两名专职抽水人员,负责该泵站的抽水工作。
(4)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。
(5)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。
6结束语
笔者结合自身的工程实践,对大涌水隧道反坡排水施工技术进行了总结,依据科学的理论计算数据为基础,结合工程实践经验,适当采取放大系数,有效解决了大涌水隧道反坡排水问题,为类似穿越富水地层隧道及其他地下工程等提供借鉴,同时该施工技术亦可以用于反坡隧道突水、涌水等地质灾害的应急处理。
参考文献:
[1]《高速铁路建设典型工程案例隧道工程》卢春房编著中国铁道出版社;
[2]《铁路工程施工组织设计规范》(Q/CR9004-2015);
[3]《高速铁路设计规范》(TB10621-2014);
[4]《高速铁路隧道工程施工技术指南铁建设》(铁建设〔2010〕241号);
[5]《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》(TB10754-2010);
作者简介:
程鹏军(1986-),男,湖北应城人,项目总工程师,工程师,工学学士,从事铁路施工技术与管理工作。