双悦岭隧道反坡排水施工方案

任惠翔

（中交四航局第一工程有限公司，广州510310）

1 工程概况

双悦岭隧道起点位于广东省恩平市分水坑村276 省道，西侧接双悦特大桥，终点位于阳春市春湾镇三乡村东侧山体接规模垌大桥。设计为分离式隧道，隧道左线起讫桩号为ZK39+545～ZK41+170，全长1625m；隧道右线起讫桩号为K39+530～K41+175，全长1645m，呈270°方向展布；进洞口均采用端墙式，出口均采用削竹式，射流风机纵向通风；进洞口设计标高270m，出洞口设计标高310m；隧道最大埋深约276m，属长隧道。

据现场水文地质调查统计，隧道进口地段隧道大量出水可能存在的影响因素为地表水流量0.05m3/s，出口地段隧道大量出水可能存在的影响因素为地表水流量0.02m3/s。双悦岭隧道进、出口位于山体中部，存在少量偏压，进出洞口设计标高较高，存在较大的汇水面积，但水流量较少；地表水主要为大气降水形成的地表面流，隧道区域山体多陡峭，地表径流条件好，贮水性差，但岩体破碎裂隙发育，大气降水等地表水对施工有一定影响，应注意暴雨期间地表面流对洞口的冲刷破坏作用，宜采取截流、疏排措施。

隧道所属地址为亚热带季风气候，为武夷南岭山地过湿区及华南沿海台风区（IV6～7），位于副热带高气压带和赤道低压地带之间，气候温和湿润，雨量充沛，无霜期长。累年年平均气温21.6℃，最冷1 月份，月平均气温13.1℃，极端最低气温是-2.3℃（1967 年1 月17 日），最热7 月份，月平均气温28.3℃，极端最高气温是38.9℃（1990 年8 月17 日），气温比较稳定，变辐不大。雨量充沛，水资源充足，年平均降雨为1680.2mm，月平均最大降雨量651.5mm，每年雨季和旱季明显，最大日雨量达400mm（1976 年9 月20 日），造成山洪暴发，江河横溢。

2 隧道内涌水量预测

根据隧道所属地区泉点调查、小流域枯水期径流量和基岩裂隙水抽水试验、压水试验等，评价隧道岩层的渗透性，具体内容见表1。

表1 地基岩层渗透性一览表

隧道主穿越石英砂岩及砂岩，据钻孔资料揭露，强风化、中风化层裂隙发育，岩体呈块碎裂结构至镶嵌碎裂结构，透水性较弱，微风化层岩体较完整，透水性较差。根据区域水文地质资料，该岩体平水期地下水径流模数Mj=2.31L/（s·km2）。按径流模量估算隧道涌水量，隧道长1645m，左右侧计算宽度各400m。平水期隧道地下水补给量按式（1）计算：

式中，Fj为计算块段面积，km2。

按年降水有效渗入时间系数估算该段地下水的渗入补给量见式（2）：

式中，λ 为渗入系数，此处取λ=0.15；X为年降水量，此处取X=1.680m；Ai为年降水有效渗入时间，此处按Ai=200d 计。

根据工程实际需要，从偏安全方面考虑，按年降水有效渗入时间系数估计隧道涌水量，其最大涌水量为1658.2m3/d。进行反坡排水设计时，按照应急排水能力1.5 倍最大涌水量设计，则设计涌水量为2494.8m3/d。

3 隧道反坡排水分段施工设计

3.1 反坡排水原则

为了将地下水及地表水妥善排出，使之形成一个可靠的防排水系统。隧道反坡排水应考虑的原则有[1]：

1）根据设计文件可知，双悦岭隧道出口的施工涌水主要为基岩裂隙水，水体中可能附带岩层中的各种杂物。因此，在进行排水过程中应设置沉淀过滤，防止杂物堵塞排水管道，造成排水中断，对施工造成影响，同时应选择设备性能好、耐用、耐腐蚀的水泵。

2）如水量较大可采用井点降水，减少隧道掌子面涌水情况。

3）现场除采用电力排水外，应配置柴油抽水泵作为应急使用。

4）考虑到隧道内空间较少，排水设备的设置不能过多地占用施工空间[2]，减少对施工造成影响。

5）水泵的型号选择必须考虑设备使用的安全系数，同时，设备的安全参数应不小于设计要求计算得到的水泵参数，反

坡排水的总排量应不小于设计及时的最大涌水量。

6）为了防止施工过程中设备故障对现场施工造成影响，施工现场必须配置1 套备用的排水设备，在施工过程中，可通过调节水泵数量的多少来达到设计排水要求[3]。

3.2 反坡排水施工方案

双悦岭隧道出口涌水量较大，因此，采用机械排水作为隧道反坡排水方式，通过设置移动泵站、固定泵站和多级泵站相结合的方式，多个水泵接力排水，将隧道掌子面积水、围岩裂隙水及隧道施工用水排出洞外。具体流程为：在已施工完二衬的位置等间距设置一个固定排水泵站，在掌子面开挖附近，每50m 设置一个临时集水坑，然后通过临时水沟将掌子面的水排至集水坑中，再通过水泵将水抽至移动泵站，最后通过不断地接力排水将水安全排出隧道洞外。

隧道反坡排水应考虑的措施有如下几个方面：

1）必须采用机械排水设施。

2）排水方式考虑的因素主要有：坡度、水量、距离、水量和设备等情况。然后通过选择合适的排水管道及设置合理的集水坑，以分段接力的方式将水顺畅地排出隧道安全区内。

3）在施工过程中应根据现场水量的变化及时调整排水泵和集水井的大小。

4）抽水机的功率应不小于设计水量所需功率的120%，并且必须配置备用水泵。

5）为了防止停电造成排水中断，必须配置好应急设备。6）隧道施工过程中应时刻关注超前地质预报结果，及时做好涌水突发紧急事件排水处理工作。

根据设计图纸以及涌水量预测结果，隧道设计涌水量为2510.0m3/d，然后可以根据设计给定的用水量来选择合适的抽水设备，如若现场水文地质条件和设计出入较大，水量超出设计值，应考虑配备备用水泵。抽水管道采用钢管法兰盘安装，出口段800m 主洞施工的高差为17.87m，抽水时除考虑克服水体自身重力之外，水头损失（即扬程损失）也是需要考虑的问题。水头损失根据式（3）计算：

式中，λ 为水管摩阻系数，取值0.024；L为水管长度，m；dj为水管内径，m；v为管内流速，取2m/s；g为重力加速度，取9.8m/s2。

流量计算：根据隧道昼夜涌水量并考虑一定的富裕系数，在排水设备满足要求的前提下，结合技术和经济2 方面进行抽水钢管直径d的选取，计算公式见式（4）：

式中，Q为管流量；Vp为管道允许流速，取值为2m/s。

分析隧道出口段内水量情况，涌水量可按2494.8m3/d 加以考虑，即每天应排除的水量需＞104.6m3，因此，采用大型钢管道作为双悦岭隧道出口主要排水管道。钢管流速取值为2m/s，所有管道的截面面积应≥83cm2。计算可知，选取2 根φ100mm的钢管作为排水管，面积可达到157cm2，满足现场排水需求。

水泵功率：水泵电机在使用过程中应考虑的因素有能量利用效率、电机使用功效、安全系数及水头损失等，可用此公式计算电机功率：电机功率=流量×9.81×水头/（3600s×功效）。如果水泵每小时抽水量为400m3，可计算得到电机功率为72.6kW，因此，施工现场可选配电机功率为75kW。

综合考虑双悦岭出口隧道的各种情况，可按表2 配置排水设备。

表2 抽水泵型号选用表

3.3 洞口排水

双悦岭隧道出口段有两级边仰坡，隧道施工前应先施工洞顶截水沟，防止雨水直接冲刷边仰坡，通过截水沟将水量汇集至洞口集水坑。洞口地面应设置雨水回流截断水沟，通过连通集水坑，水量可自动流入集水坑，经过处理后的水可引至不影响隧道的地段排出。

4 结语

综上所述，根据双悦岭隧道出口所属地区的水文地质条件，依据地下水动力学法和地下径流模数法进行隧道洞身内水量预测，编制适宜的反坡排水施工方案；同时，对隧道反坡排水的原则、设备选择、方案选择、系统性布置、洞外排水等关键原则技术进行研究讨论，可为后续类似工程建设提供参考。