高志強(qiáng)

（山西省交通建設(shè)工程監(jiān)理總公司，山西 太原 030012）

云中山特長(zhǎng)隧道通風(fēng)豎井抽排水施工技術(shù)

高志強(qiáng)

（山西省交通建設(shè)工程監(jiān)理總公司，山西 太原 030012）

云中山特長(zhǎng)隧道豎井深度深，涌水量大，地質(zhì)復(fù)雜，井身的正常涌水量達(dá)到650m3/d。從設(shè)備選型、水倉(cāng)建設(shè)及井底排水三個(gè)方面，詳細(xì)介紹了富水豎井抽排水施工技術(shù)。富水豎井抽排水問(wèn)題的解決，不僅加快了豎井施工進(jìn)度，并大大減少了工程投資。

公路隧道；富水豎井；水泵；水倉(cāng)

近幾年，隨著國(guó)家高速公路網(wǎng)的不斷完善和施工技術(shù)的逐步提高，在山嶺重丘區(qū)設(shè)計(jì)特長(zhǎng)隧道時(shí)采用豎井通風(fēng)的形式作為該類(lèi)隧道運(yùn)營(yíng)通風(fēng)已較為普遍。由于云中山特長(zhǎng)隧道通風(fēng)豎井地下水豐富、地質(zhì)條件復(fù)雜，增大了通風(fēng)豎井的施工難度，且在下挖至60m時(shí)，遇軟弱圍巖與硬巖的分界處有一層含水夾層。建設(shè)單位在確保安全的前提下，對(duì)豎井在施工過(guò)程中可能遇到的困難作了充分的考慮，并在此基礎(chǔ)上對(duì)豎井抽排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了完善，該設(shè)計(jì)對(duì)富水類(lèi)豎井工程整體施工進(jìn)度及成本控制提供了一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

作為忻保高速公路云中山特長(zhǎng)隧道的運(yùn)營(yíng)專(zhuān)用通風(fēng)巷道，該豎井工程位于山西省忻州市忻府區(qū)境內(nèi)。豎井設(shè)置于隧道K44+400行車(chē)方向右側(cè)64.375m，位于廟洼溝溝頭處；豎井地下部分總長(zhǎng)度182.612m，開(kāi)挖斷面面積72.38～662.21m2；采用地下通風(fēng)機(jī)房形式。

豎井井身主要為弱風(fēng)化的灰紅色花崗巖，洞口處受構(gòu)造活動(dòng)影響和水流侵蝕，地形切割劇烈，河谷發(fā)育、溝壑縱橫，洞身巖體較破碎,呈碎石狀壓碎結(jié)構(gòu)。洞身開(kāi)挖后，井身水呈點(diǎn)滴狀、浸潤(rùn)狀產(chǎn)出。在井身60m含水夾層處呈淋水狀，并呈涌水狀。根據(jù)前期豎井段現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)勘查資料及隧道主洞身開(kāi)挖斷面的出水情況，綜合判斷該豎井的正常涌水量為650m3/d，最大涌水量達(dá)1 200m3/d。

2 富水豎井抽排水施工技術(shù)

在云中山隧道通風(fēng)豎井進(jìn)行的抽排水系統(tǒng)施工技術(shù)實(shí)踐驗(yàn)證過(guò)程中，富水豎井在不影響施工進(jìn)度、不加大工程投入的前提下，抽排水工作必須解決好以下問(wèn)題：①抽水水泵型號(hào)的選擇及抽水管道的設(shè)計(jì)；②水倉(cāng)的建設(shè)；③隧道豎井井底排水。

2.1 豎井水泵型號(hào)及管道設(shè)計(jì)

云中山特長(zhǎng)隧道豎井深182.612m，綜合豎井涌水量、深度、主要富水段落及水泵揚(yáng)程和工作面集水情況、主要設(shè)備的可靠程度等因素考慮，云中山特長(zhǎng)隧道豎井設(shè)置3個(gè)固定水倉(cāng)，分別在60m處、105m處和145m處。見(jiàn)圖1。

由于整個(gè)排水系統(tǒng)所用水泵及管道型號(hào)一樣，下面具體以長(zhǎng)度最長(zhǎng)的1號(hào)水倉(cāng)進(jìn)行計(jì)算。

正常涌水量時(shí)，每個(gè)水倉(cāng)排水流量為：Qmin=32.5m3/h(按20 h工作計(jì)算)；最大涌水量時(shí)，每個(gè)水倉(cāng)排水流量為：Qmax=60m3/h(按20h工作計(jì)算)。

抽排水水管必須有工作和備用的水管。工作和備用水管的總能力，應(yīng)能配合工作和備用水泵在20h內(nèi)排出豎井24h的最大涌水量。

正常涌水量時(shí)，每個(gè)水倉(cāng)排水流量為32.5m3/h=9 L/s，查閱直管摩擦損失簡(jiǎn)表一定管道最大直徑之最大流量限制表，選擇管道直徑100mm。

u——通流截面上的平均流速；

A——通流管道的截面積。

得通流截面上的平均流速u(mài)=1.146m/s<2.4m/s，符合要求。

放眼全省，玉溪市全面落實(shí)河（湖）長(zhǎng)制為重點(diǎn)，建立覆蓋全流域的責(zé)任體系，堅(jiān)決打好新時(shí)代撫仙湖保衛(wèi)戰(zhàn)；大理州認(rèn)真總結(jié)洱海流域水環(huán)境保護(hù)治理工作經(jīng)驗(yàn)，把“生態(tài)+”的理念融入全州產(chǎn)業(yè)發(fā)展……“絕不以犧牲環(huán)境為代價(jià)來(lái)發(fā)展經(jīng)濟(jì)”，成為云南各族群眾在改革開(kāi)放進(jìn)程中的共識(shí)。

最大涌水量時(shí)，每個(gè)水倉(cāng)排水流量為60m3/h=16.7 L/s，查閱直管摩擦損失簡(jiǎn)表一定管道最大直徑之最大流量限制表，選擇管道直徑100mm。

根據(jù)公式：q=u×A，得通流截面上的平均流速u(mài)=2.12m/s<2.4m/s，符合要求。

圖1 云中山特長(zhǎng)隧道豎井的剖面圖

從洞壁管道安裝等因素上考慮，選擇直徑100mm的工作和備用的管道各一路。

根據(jù)此計(jì)算結(jié)果，云中山隧道通風(fēng)豎井在施工中選擇了山東德源30 kW污水潛水電泵作為工作和備用水泵，其參數(shù)為:流量80(m/h)、揚(yáng)程80m、功率30 kW。水泵排水量為:Qmax=80m/h>Qmax=60m/h。

水倉(cāng)所使用水泵總揚(yáng)程除必須大于水倉(cāng)間最大間距60m以外，還得考慮管道摩擦損失值，計(jì)算過(guò)程如下：

水倉(cāng)與水倉(cāng)的相對(duì)高差：h=60m；

通過(guò)查閱直管摩擦損失表計(jì)算得兩種流量下水泵的管損值；

Qmin=32.5m3/h，100mm直管每100m的損失為2.13 m，則管損值為0.6×2.13=1.28m；

Qmax=60m3/h，100mm直管每100m的損失為8.5m，則管損值為0.6×8.5=5.1m；

彎頭和閥門(mén)損失按2m計(jì)。

因此，施工所使用的兩種水泵最小揚(yáng)程應(yīng)分別不得低于：60+1.28+2=63.28m<80m；60+5.1+2=67.1m<80m。

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果施工所選用水泵可以滿足使用要求。

2.2 隧道水倉(cāng)設(shè)計(jì)

隧道豎井分別在60m處、105m處和145m處設(shè)置3個(gè)固定水倉(cāng)。據(jù)前期豎井段現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)勘查資料及隧道主洞身開(kāi)挖斷面出水情況，以此為依據(jù)進(jìn)行水倉(cāng)建設(shè)，并通過(guò)接力的方式將掌子面處的裂隙水排向洞外，水倉(cāng)容量的大小設(shè)計(jì)至關(guān)重要。防止水溢出水倉(cāng)，水泵須短時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)循環(huán)抽水，并考慮一定的富裕時(shí)間，每個(gè)水倉(cāng)儲(chǔ)水時(shí)間按3min考慮，計(jì)算得，每分鐘儲(chǔ)水量為：60/60=1m3，則 3min儲(chǔ)水量為：1×3=3m3，按 3m3設(shè)計(jì)。水倉(cāng)為一個(gè)沿隧道行車(chē)方向開(kāi)挖方向長(zhǎng)1.5m、高1.5m、深2.8m的深坑，儲(chǔ)水容量為3.37m3，如圖2。在隧道側(cè)壁開(kāi)挖后，對(duì)圍巖進(jìn)行掛網(wǎng)，噴厚度為10 cm混凝土。

2.3 隧道豎井井底排水設(shè)計(jì)

由于云中山特長(zhǎng)隧道豎井井底工作面較大，且極易產(chǎn)生大量囤積水，為盡快使掌子面具備施工條件，其具體排水措施如下：①在匯水面中部設(shè)置集水坑，如施工干擾時(shí)可現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整；②豎井底設(shè)置臨時(shí)排水溝，直接排入集水坑內(nèi)，避免水大面積軟化圍巖；③井壁有股水的地方用排水管直接排水進(jìn)入集水坑內(nèi)；④主管道采用Φ100鋼管；⑤主管道采用法蘭盤(pán)連接；⑥主管道與水泵采用Φ100消防水管連接；⑦水倉(cāng)口主管道采用90°彎頭變向，變向后排入水倉(cāng)；⑧豎井向下開(kāi)挖5m時(shí)，接一次主管道；⑨支管走向盡量避免人踩或鋼筋或鋼管劃破。

圖2 水倉(cāng)剖面圖

3 注意事項(xiàng)

①富水豎井在突水情況下，同直徑的風(fēng)管也可以作為排水管使用，并起用備用水泵；②3個(gè)水倉(cāng)水泵必須有備用水泵；③井底作業(yè)面主管道與水泵采用Φ100消防水管連接，并按大流量低揚(yáng)程原則進(jìn)行選擇；④三級(jí)水倉(cāng)排水管路均需設(shè)置2個(gè)進(jìn)水口，分別與主設(shè)備和備用設(shè)備連接；⑤排水管路均需設(shè)置逆止閥；⑥在開(kāi)挖、出渣施工作業(yè)時(shí)應(yīng)同步抽排水，縮短作業(yè)面抽水作業(yè)時(shí)間。

4 結(jié)束語(yǔ)

云中山特長(zhǎng)隧道豎井在不影響施工進(jìn)度、不加大工程投入的前提下，重點(diǎn)解決了水泵型選型及管道設(shè)計(jì)、水倉(cāng)建設(shè)、豎井井底排水3方面的問(wèn)題。豎井抽排水問(wèn)題的解決，極大地加快了云中山特長(zhǎng)隧道豎井施工進(jìn)度，為豎井各項(xiàng)工序的正常進(jìn)行提供了強(qiáng)有力的保障。因此，在富水豎井施工中，解決好抽排水工作在富水豎井施工中有著極其重要的意義。

[1]中華人民共和國(guó)交通部.JTG D70-2004 公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2004.

[2]中華人民共和國(guó)交通部.JTG/T F60-2009 公路隧道施工技術(shù)細(xì)則[S].北京：人民交通出版社，2009.

The Long Tunnel Ventilation Shaft Yunzhong Mountain Pum ping and Drainage Construction Technology

Gao Zhiqiang

The long tunnel shaft Yunzhong mountain deep, gushing large, complex geological wellborn normal water inflowamounted to 650 m3 /d.This article from the three aspects of equipment selection, construction and the bottom of sump drainage, details of the rich water pumping and drainage construction technology.To solve the water problem of shaft drainage, not only speed up the shaft construction schedule, and greatly reduce the engineering investment.

highway tunnel;water-rich shaft;water-pump;sump

U 453.6

A

1000-8136（2013）02-0031-02

（編輯：王靜）