尖山I号隧道涌水分析及反坡排水方案

李维明

(贵州省公路工程集团有限公司)

1 工程概况

尖山I 号隧道为分离式隧道，位于大方县西12 km 处，起于遵义市大方县东关乡田坪村，止于大方县竹园乡尖山村。左幅隧道起点桩号为ZK1743 + 804，终点桩号为ZK1745+260，单幅全长1 456 m，最大埋深约266 m;右幅隧道起点桩号为YK1743 +795，终点桩号为YK1745 +210，单幅全长1 415 m，最大埋深约267 m。左右幅隧道平面线性进口及洞口段均为直线，出口段均位于R=2 000 m 圆曲线上。左右幅隧道均为下坡，左幅隧道纵坡为－0.643%，右幅隧道纵坡为－0.647%。隧道区地形条件较复杂，山高谷深，属中亚热带湿润季风气候，雨量充沛，年均降雨量954 mm，地下水主要类型为基岩裂隙水。

2 涌水的类型及对施工不良影响

2.1 涌水的类型

(1)干燥;(2)渗水:沿岩石或软弱结构面渗出的雨状滴水;(3)线状涌水(线流);隧道岩体内部水分汇集而成的现状水流;(4)帘幕式涌水:沿断层、裂隙或节理流出的呈帘幕状的涌水;(5)股状涌水:按涌水量大小可以分为小股状涌水、中等股状涌水、大股状涌水和特大股状涌水。

2.2 涌水对施工的影响

隧道涌水对施工的具体不良影响及原因分析见表1 所示。

表1 涌水对施工的影响

3 涌水量的估算

目前涌水量的估算主要有简易水均衡法、水文地质比拟法以及水动力学法等三种方法，采用简易水均衡法对尖山I号隧道的涌水量进行估算。根据水文地质条件，假设一定范围内的大气降水部分或全部涌人隧洞，则平均的涌水量可按照公式(1)计算

式中:Qcp 为涌水量(m3/d);F 为地表的补给面积(103m2);η 为折减系数;R 为年平均降雨量，mm;α 为渗水系数(无量纲)。

根据水文地质剖面进行分段计算，尖山I 号隧道涌水量估算结果见表2 所示。

表2 尖山I 号隧道涌水量估算

4 反坡排水方案的选择

4.1 集水坑接力式反坡排水

坡度较大隧道施工对排水电机扬程要求相对较高，应采用集水坑反坡道排水方式，在隧道施工过程中分段开挖反坡排水沟，在每一段的终点开挖集水坑，设抽水机一台，把积水抽至最后一段反坡，最后一个抽水机将积水排除洞外，采用接力的方式将水抽至洞外的污水沉淀处理池。

4.2 长距离管道配合小集水泵收集式反坡排水

对坡度较缓的隧道反坡道施工排水，适合采用较长距离开挖固定式集水坑作为泵站，用小集水泵将开挖面的积水抽到最近的集水坑内，再用大功率的泥浆泵通过排水管道将水排到洞外。

由于尖山I 号隧道坡度较缓，因此采用长距离管道配合小集水泵收集反坡排水。考虑隧道反坡施工较长以及水泵扬程等因素，每幅隧道拟设置固定式排水泵站3 座，每400 m设置一座。泵站水仓容量按5 min 的汇水量加上施工用水(每工作面20 ～30 m3/d)合计确定，其结构尺寸为3 m(长)×3 m(宽)×1 m(深)。水泵排水能力递增原则自下而上递增选配，水泵型号为GMZ100－30－80，抽水能力80 m3/h，工作水泵按使用1 台，备用1 台，检修1 台配备，同时为防止突水，设置利用高压风管作为1 套应急排水系统。需要配用的设备及位置见表3 所示。

表3 尖山I 号隧道设置泵站位置及选用设备

选用山东淄博博山润神渣浆泵公司生产的高效耐磨泥浆泵，泥浆泵扬程30 m，流量80 m3/h，功率22 kW。泵站之间采用Φ100 mm 排水管长距离输送，小集水泵用Φ80 mm消防软管将积水收集并输送至最近的较大的集水泵站内。集水坑设于洞内左侧，每隔140 m 设置1 处，尺寸为2 m(长)×3 m(宽)×1 m(深)。

5 其他保证措施

5.1 组织管理保证

在反坡排水施工时，合理、可靠的排水设备和系统固然重要，但是只有强有力组织管理才能保证达到预期的效果。为此成立了专业排水队，每个排水队设队长1 人，副队长1人，设备检修人员2 人，2 个排水工班，工班长1 人，泵站管理1 人。还制定严格的值班制度。每个隧道作业面的隧道排水日常工作坚持队长和副队长进行轮流24h 值班制，并通过对抽水记录表的制定进行统一的组织管理，发现问题应及时的汇报、分析、处理、解决。

5.2 安全技术措施

(1)对技术人员进行专业的安全技术培训，针对重要的技术特点和操作要领要进行重点讲解和现场示范。

(2)要确保排水设备电路安装和转向是否正确，设置接地装置及标志，要严格按照安全用电方案办理，做到一机一闸一漏。

(3)施工人员对隧道内排水沟及集水坑内污泥杂物要及时进行清理，对管路要定期检查维修，定期用清水进行冲洗，防止污泥及杂物进入而发生堵塞。

(4)当水位下降到超过底座，并且间隙出水时，应立即停机检查，并及时地进行保养和维修确保设备正常运转。

(5)对隧道内的抽水设备要进行定期的安全检查，并派专人负责管理，做到24 h 轮流值班，建立严格的值班管理制度。

5.3 应急预案

尖山I 号隧道施工穿越小型煤矿采空区，因此在排水系统上布设了1 套设备和管路作为应急措施。布设的管路在每个泵站处的高压水管上开口，在正常情况下，将闸阀关闭，若出现涌水现象，则立即关闭进水闸阀，同时打开排水阀进行应急抽排，在特殊情况下，洞内高压风管也可以改造利用上作为排水管道。

针对隧道反坡施工排水的困难的特点，对隧道内突发涌水事故，抽水设备损害，水位突然升高，建立必要的逃生系统，在掌子面及隧道内设置应急灯，在隧道内作业区放置救生衣，并保持隧道内通信畅通，发生突发事故后及时上报项目部应急预案领导小组，启动突发事件的应急预案。

6 小 结

(1)对地下涌水的类型和施工影响进行了概述，根据尖山I 号隧道的水文地质条件估算了涌水量，为地下涌水的处理提供依据。

(2)根据涌水特征，提出长距离管道配合小集水泵收集式反坡排水方案，并进行了施工技术设计，对突发性的涌水易采用快速封堵、分流减压、及时上报等应急方案。

(3)根据地下涌水特征的估算，综合利用国内外特长隧道反坡排水的处理方法与经验，成功的解决了尖山I 号隧道施工涌水处理的技术难题，具有较大的参考价值。

［1］重庆交通科研设计院主编.公路隧道设计规范［M］.北京:人民交通出版社，2004.

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