李臨杰

（山西省小浪底引黃工程建設管理局，山西 太原 030002）

長距離小斷面陡坡支洞隧洞排水措施淺析

李臨杰

（山西省小浪底引黃工程建設管理局，山西 太原 030002）

長大隧道斜井施工是隧道施工中的重要組成部分，斜井施工中由于隧道自身坡度問題，導致隧道抽排水問題尤為關鍵，抽水系統(tǒng)的高效節(jié)能可大大縮小施工成本。自動化抽水系統(tǒng)可更好地保障隧道施工的正常運作，同時可節(jié)約大量的人力、物力。以山西省小浪底引黃工程10號支洞為例，對隧道長大陡坡斜井的自動化抽水系統(tǒng)作簡要分析。

隧道；陡坡；抽水；自動化

1 工程概況

山西省小浪底引黃工程是大水網工程的重點骨干工程，其引水干線總長59.6 km，共設16個施工支洞。其中，10號支洞位于石門鄉(xiāng)后川村李家莊，支洞全長927.779 m，控制主洞3 247 m（34+090～37+337），支洞進口底高程為878.8 m，設計坡度48.4%，與主洞交匯點里程為35+363.0，交匯點底標高為485.52 m，交角22.735°，支洞開挖斷面尺寸為4.76 m×4.08 m（寬×高），采用雙軌絞車出渣。

2 水文地質敘述及水量

10號支洞洞身主要經過涑水群小嶺組（Asx）淺粒巖、黑云斜長片麻巖、斜長角閃巖夾白云片巖、磁鐵石英巖等，巖性較硬，多屬堅硬巖。本段巖性復雜，經歷過強烈的區(qū)域變質及混合巖化作用。局部穩(wěn)定性差，局部會產生塑性變形，可能產生塌方或變形破壞。隧洞處于地下水位以下，隧洞施工存在涌水問題，且可能存在斷層突水、突泥現(xiàn)象。根據(jù)實際測算，10號支洞洞內總出水量已達304 m3/h。

3 抽排水方案

3.1 抽水措施

采用“固定高揚程大流量抽水泵站、低壓接力泵站與移動泵站”相結合的排水系統(tǒng)，將隧洞內的水一級一級地排出洞外。根據(jù)已知的斜距、坡度、日最大涌水量，確定抽排水設備型號、抽排水管道型號及管徑和抽排水供電方式。再根據(jù)細部深化設計要求認真組織實施，保證足夠的排水能力，防止因抽排水耽誤工程施工，延長隧洞循環(huán)時間。

10號支洞共設置5個大積水站，從支洞口起每200m布置積水站一個，編號為1—5號積水站，1—4號之間的距離為200 m（高差87 m），5號積水站位于支洞與主洞交匯口處，逐級將洞內水排至洞外沉淀池中。

3.2 水泵及主要配套設備選擇

3.2.1 水管選擇與配置

原施工方案選擇Φ150 mm的1套水管系統(tǒng)，根據(jù)測算，單套管路在兩臺80 m3/h水泵工作時正常排水量約為150 m3/h，三臺80 m3/h水泵工作時正常排水量約為220 m3/h，雖然水量可以此繼續(xù)疊加，但抽水管路壓力過大，故單套水管配置水泵數(shù)不超過3臺。因此，綜合考慮支洞斷面尺寸、管路壓力、突涌水預案等多種因素，在原有管路基礎上，新增加1套Φ150 mm的排水管路系統(tǒng)，支洞中共計Φ150 mm水管2套。

3.2.2 水泵選擇與配置

由于支洞坡度大、斷面小，機械不便于操作，更換、加設水泵等配套設備均采用人工安裝。故選擇水泵必須考慮水泵自重問題，選擇功率不宜太大的水泵。根據(jù)現(xiàn)場情況選擇功率75 kW揚程120 m額定出水量80 m3/h與揚程80 m（用于5號積水站）額定出水量120 m3/h的潛水泵。對1—4號每個積水站水泵選擇4臺75 kW（120 m）潛水泵，并且配備用2臺75 kW（120 m）潛水泵備用。5號積水站到4號積水站的揚程相對減小，配置2臺75 kW（80 m）和2臺75 kW（120 m）潛水泵，并各1臺備用。

3.2.3 電力配置

根據(jù)水文地質情況和超前地質預報分析可知隧道前方仍有出水可能，為保證今后新增水泵所增加的電力需求，決定對每個積水站配置一臺500 KVA變壓器，對該積水站專項供電，并對每個積水站配置兩套240 mm2的鋁芯電纜線，每條動力線配置一個空氣斷路開關，以保證洞內安全、正常抽水。

3.2.4 配套設施配置

每臺水泵配置獨立的自耦降壓啟動柜、鋼編管、止水閥、閘閥和自動抽水控制系統(tǒng)，每2臺水泵配置1個空氣斷路開關，每個積水站配置一套監(jiān)控系統(tǒng)和報警系統(tǒng)。根據(jù)需要可增加相應感應元件用于積水站信息采集。

4 抽水輔助系統(tǒng)

4.1 自動抽水運行系統(tǒng)

自動抽水系統(tǒng)主要使用交流接觸器與雙向浮標開關控制。交流接觸器主要由3項水泵動力線與兩相控制線控制，基本原理是在兩相控制線路合閘通電時，交流接觸器內磁線圈產生磁場使控制開關合閘，從而使三相動力線合閘，為水泵啟動柜送電。雙向浮標開關根據(jù)接線方式不同可設置為浮標開關向上時合閘或向下時合閘。通過交流接觸器和雙向浮標開關，自動控制水泵的啟動、關閉。

4.1.1 自動抽水系統(tǒng)

自動抽水系統(tǒng)可保證積水井在有一定水量的情況下自動開始抽水、少于一定水量自動停止，不但可大大減少人工長時間看管，也節(jié)省了水泵與電力的消耗。

首先要確定每個積水井抽水的合適范圍，其范圍確定應在水位高于該范圍最高臨界點時水泵開始工作，在水位低于該范圍最低臨界點時水泵應停止工作。最高點不能超過積水井上邊緣高度，并留有一定的安全高度，最低點要保證水泵不空載運行。其次是安裝浮標開關，必須保證浮標開關向下時斷電位置與最低臨界點一致，向上時通電位置與最高臨界點一致。利用水的浮力使浮標開關工作。最后將浮標開關接在交流接觸器兩相控制線上，保證浮標開關通電交流接觸器工作接通水泵主線，水泵正常運行。

4.1.2 自動停止抽水系統(tǒng)

自動停水系統(tǒng)是上下級積水井之間的聯(lián)動控制系統(tǒng)，將水從本級抽至上一級積水井后，在上一級積水井因特殊原因無工作或工作故障時，可及時將本級積水井內所有水泵停止工作，以保證上一級積水井中不會漫出積水井，對斜井內原以完成所有工作造成不必要的損失。

首先，應找到每個積水井最大水位線，在水量高于該水位線后，積水井會漫出積水井。其次安裝浮標開關，該浮標開關接為向上斷電、向下通電位置，并且該浮標開關向上斷電位置應略低于最高水位線，以保證水不會漫出積水井。最后將浮標開關接在下一級積水井水泵交流接觸器兩相控制線的其中一根上，保證浮標開關通電交流接觸器工作接通水泵主線，水泵正常運行。

綜上所述，每個交流接觸器工作至少滿足兩個浮標開關同時通電，缺一不可，在上一級積水井的向下通電浮標開關與該積水井的向上通電浮標開關為串聯(lián)關系。這樣就保證了積水井自動抽水且上下級積水井之間互相聯(lián)動。

4.2 抽水報警系統(tǒng)

抽水報警系統(tǒng)采用浮標開關控制報警器，將報警器安裝于監(jiān)控室，浮標開關連接向上接通線，該報警浮標開關應低于最高水位控制浮標開關，在水位達到報警水位時的第一時間內，電工及專業(yè)人員進入積水井檢查維修。

4.3 抽水視頻監(jiān)控系統(tǒng)

抽水視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要是輔助人工監(jiān)控，用以遠程監(jiān)控所有積水站水泵是否正常運作，以保證在報警系統(tǒng)故障、最高水位停止系統(tǒng)故障時，及時發(fā)現(xiàn)問題、處理問題。視頻監(jiān)控系統(tǒng)安裝于能看到下一級積水井出水管口與該積水井水位高低的位置，并在積水井中設置水位標尺以便于區(qū)分水位線高低，保證抽水系統(tǒng)安全運行。

5 日常維護保養(yǎng)制度

10號支洞整個抽水系統(tǒng)配備專業(yè)電工4人、積水站巡查人員8人，分別負責全天值班工作，負責檢查和維護抽水系統(tǒng)的安全，及時發(fā)現(xiàn)存在的安全隱患并上報整改，定期檢查水泵工作性能情況、控制線路安全問題、浮標開關靈敏性能和積水站淤泥淤積情況，確保整個抽水系統(tǒng)正常運行。

6 安全及文明施工

一是加強現(xiàn)場安全管理，做好安全教育工作，施工操作必須嚴格遵守《中華人民共和國安全生產法》、《安全防護手冊》等規(guī)定的安全操作規(guī)程、；嚴禁違章、違規(guī)作業(yè)。二是所有進入工地的管理、施工人員必須戴安全帽，高空作業(yè)必須掛安全帶、設置安全網。現(xiàn)場配置專職的安全員，24 h安全值班。三是加強安全防范管理，嚴格執(zhí)行以“預防為主、安全第一”的方針，積極采取有效的預防措施，確保施工安全。四是加強現(xiàn)場安全用電管理，安排專職電工值班，執(zhí)行國家安全用電標準，確保用電安全。五是在施工過程中應遵守國家和當?shù)卣沫h(huán)境保護法，做好施工現(xiàn)場周邊的環(huán)境保護工作，實現(xiàn)安全文明施工。

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1004-7042（2017）10-0030-02

李臨杰（1968-），男，1990年畢業(yè)于太原工業(yè)大學機械制造及自動化專業(yè)，高級工程師。

2017-08-15；

2017-09-21