趙文升

(中國水利水電第五工程局有限公司，成都，610065)

自動(dòng)化抽排水系統(tǒng)在向家壩水電站南總干渠S1#施工支洞控制段的應(yīng)用

趙文升

(中國水利水電第五工程局有限公司，成都，610065)

取水隧洞反坡排水采用設(shè)置多級泵站接力方式自動(dòng)化抽水，較洞內(nèi)傳統(tǒng)抽水優(yōu)勢明顯。降低了抽水費(fèi)用，減少了人員配置，提高了洞內(nèi)文明施工形象。該方法可為其他類似工程提供參考。

自動(dòng)化抽排水系統(tǒng) 隧洞施工 向家壩水電站

1 工程概況

向家壩水電站南總干渠取水隧洞工程開挖斷面為馬蹄形洞型，隧洞混凝土襯砌后為圓形斷面，直徑6m。S1#施工支洞控制段(南取0+299.326～南取2+733.326)坡比3/1000，其中下游段施工范圍樁號南取1+051～南取2+733.326，下游全長1682.326m。隧洞以Ⅳ、Ⅴ類巖石為主，圍巖主要構(gòu)成為粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖。工程開挖施工過程中，下游洞段排水均為反坡排水，局部洞段存在涌水和滲水等情況，結(jié)合圍巖特性，為保證取水隧洞施工安全，需及時(shí)采取抽水措施，避免作業(yè)面及洞內(nèi)沿線積水浸泡圍巖，并做好洞內(nèi)文明施工。故S1#施工支洞控制段下游洞段采用機(jī)械排水，從洞內(nèi)排水人員配置、經(jīng)濟(jì)性、文明施工等幾方面綜合研究分析，采用設(shè)置多級泵站接力方式自動(dòng)化抽水將水排出洞外。

2 設(shè)備配套選型

隧洞坡比只有3/1000，S1#施工支洞下游控制段高差只有5m，開挖時(shí)段掌子面水流主要以鉆孔用水及部分圍巖滲水為主，根據(jù)水量計(jì)算，排水管網(wǎng)采用φ150mm鋼管，考慮在管理、操作維修上的方便，泵站均選用同型號水泵。水泵選型主要考慮單級單吸離心泵，隧洞高差較小故選型水泵揚(yáng)塵不宜過大，功率不宜過高，同時(shí)水泵工作需選擇轉(zhuǎn)速、功率等技術(shù)參數(shù)相匹配的電機(jī)組合運(yùn)行，電機(jī)選擇考慮結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、重量輕、價(jià)格相對便宜的三相異步電動(dòng)機(jī)?？紤]水泵在運(yùn)行過程中缺水時(shí)自動(dòng)停泵，來水時(shí)自動(dòng)啟泵，需選擇與水泵技術(shù)參數(shù)相匹配的水泵控制器，能夠自動(dòng)控制水泵的運(yùn)行并保護(hù)水泵。水泵控制器選擇操作簡便、安全性高、使用壓力滿足要求的型號。

設(shè)備配套選型如下：

(1)IS80-65-125A型單級單吸離心泵，設(shè)計(jì)流量44.7m3/h，設(shè)計(jì)揚(yáng)程16m，功率4kW，轉(zhuǎn)速2900r/min；

(2)XY-BT1-4000型水泵控制器，工作電壓220V～380V；

(3)Y132M-2型三相異步電動(dòng)機(jī)，工作電壓380V，功率5.5kW，轉(zhuǎn)速2900r/min。

3 自動(dòng)抽排水控制系統(tǒng)

3.1 自動(dòng)化抽水布置

S1#施工支洞控制段下游排水為逆坡洞段，比降較小，開挖斷面為馬蹄形斷面，底板寬4.84m，因洞段較長，開挖支護(hù)過程中每隔500m左右需設(shè)置一處調(diào)頭洞便于車輛的倒車錯(cuò)車，調(diào)頭洞設(shè)計(jì)尺寸為10m×4m×5m(長×寬×高)，同時(shí)每隔300m左右在隧洞順?biāo)鞣较蜃髠?cè)拱腳設(shè)置3m×1.5m×1m(長×寬×高)集水井，每個(gè)集水井容水量約4.5m3，共設(shè)置5處集水井，若遇到調(diào)頭洞部位集水井在調(diào)頭洞洞內(nèi)拱腳處設(shè)置。隧洞每開挖100m左右底板進(jìn)行混凝土硬化，并在順?biāo)鞣较蜃髠?cè)拱腳部位設(shè)置25cm寬排水溝，調(diào)頭洞處排水溝沿調(diào)頭洞拱腳布設(shè)，每個(gè)集水井之間用排水溝連接，如果有圍巖滲水部位洞段需設(shè)置臨時(shí)集水坑，先將滲水引致臨時(shí)集水坑后通過排水溝自流至集水井處。

自動(dòng)化抽水為多級泵站接力式將水抽至洞外，按照集水井的布設(shè)情況分為5級泵站抽水，開挖過程中掌子面處積水采用移動(dòng)式潛水泵人工搬運(yùn)對積水進(jìn)行抽排，用軟管引至就近的臨時(shí)集水坑或集水井匯集。靠近掌子面的集水井用水泵沿φ150mm鋼管管路抽排至前一段集水井，如此接力將水抽排到洞外經(jīng)二級沉淀處理后排放。集水井布置見圖1所示。

圖1 集水井布置示意

3.2 自動(dòng)化抽水系統(tǒng)組成

每處集水井處設(shè)置一臺IS80-65-125A型單級單吸離心泵，并配套使用一臺XY-BT1-4000型水泵智能控制器及傳感器探頭組成一套水泵自動(dòng)化抽水系統(tǒng)。如圖2所示。

圖2 水泵自動(dòng)化抽水系統(tǒng)示意

3.3 技術(shù)原理

水泵自動(dòng)抽排水控制主要是通過安裝自動(dòng)水位控制開關(guān)來實(shí)現(xiàn)抽排水自動(dòng)控制。即通過傳感器探頭隨水位升降而通、斷電，達(dá)到啟閉水泵的目的。主電源進(jìn)水泵控制器輸入端，水泵電源接水泵控制器輸出端，每個(gè)水泵均由水泵控制器的自復(fù)位開關(guān)控制該水泵的開啟及關(guān)閉，每個(gè)水泵出水口接鋼管管路至上一級集水井處。自復(fù)位開關(guān)通過軟導(dǎo)線與三個(gè)傳感器探頭連接，傳感器探頭高度可通過軟導(dǎo)線長度調(diào)節(jié)。自動(dòng)化抽水前先將三個(gè)傳感器探頭高度調(diào)節(jié)具有一定高度差，且高位探頭調(diào)至與集水井高度一致。傳感器探頭帶有一定重量，水位下降至低位傳感器探頭以下時(shí)，低位傳感器探頭因自重自然下垂，通過軟導(dǎo)線感應(yīng)自復(fù)位開關(guān)，水泵控制器立即切斷水泵電源停止水泵抽水作業(yè)。水量逐漸復(fù)位，水面與高位傳感器探頭接觸瞬間，自復(fù)位開關(guān)工作，水泵控制器立即啟動(dòng)水泵進(jìn)行抽水作業(yè)，將水抽至上一級集水井中。水泵開啟、關(guān)閉一次即完成一次抽水，每一級水泵抽水系統(tǒng)原理相同。

3.4 運(yùn)行管理

正常運(yùn)行后，由2名抽水人員組成巡視組，分兩班制進(jìn)行巡視，巡查時(shí)仔細(xì)檢查通電線路狀況、自動(dòng)排水裝置、水泵、電機(jī)及集水井內(nèi)淤泥淤積狀況等，發(fā)現(xiàn)有隱患，及時(shí)處理、匯報(bào)。每隔一段時(shí)間還需對洞內(nèi)排水溝的污泥雜物進(jìn)行清理，保證洞內(nèi)滲水及時(shí)從排水溝自流至臨時(shí)集水坑內(nèi)。

4 技術(shù)先進(jìn)性分析

采用水泵自動(dòng)化抽水系統(tǒng)抽水，無論是在人員配置、經(jīng)濟(jì)性、文明施工等方面，都要比水泵傳統(tǒng)抽水先進(jìn)，其技術(shù)先進(jìn)性分析見表1。

表1 技術(shù)先進(jìn)性分析

4.1 技術(shù)成熟度

水泵自動(dòng)化抽水系統(tǒng)技術(shù)在南總干渠取水隧洞施工中運(yùn)用3年多時(shí)間，運(yùn)行良好，技術(shù)較為成熟。

4.2 適用范圍

因地制宜選用合適技術(shù)參數(shù)的水泵，配合水泵智能控制器組成自動(dòng)化抽水系統(tǒng)，可在馬蹄形洞型、城門型洞型等類似洞型內(nèi)使用，洞內(nèi)底板寬度需大于4m以上為宜，并且底板部位盡量混凝土硬化、需設(shè)置排水溝。抽水系統(tǒng)的布設(shè)需要保證洞內(nèi)施工的便利性，以不占用施工通道、保證車輛設(shè)備通行、不影響人員洞內(nèi)施工為原則。洞內(nèi)積水較多部位先采用移動(dòng)式潛水泵輔助后，再用自動(dòng)化抽水系統(tǒng)進(jìn)行抽水作業(yè)。

4.3 安全性

一個(gè)自動(dòng)化抽水系統(tǒng)配置一臺配電箱，一機(jī)一閘，選擇相匹配的水泵及電機(jī)、選擇性能優(yōu)良的水泵控制器為安全性的首要前提。水泵控制器自動(dòng)控制水泵的開和關(guān)，有效保持水循環(huán)系統(tǒng)的壓力，進(jìn)行缺水保護(hù)，防止水泵無水空轉(zhuǎn)，燒毀電機(jī)，使用過程中安全可靠，并自帶故障查詢、電機(jī)是否過載等功能，安全性能滿足相關(guān)規(guī)范要求。

5 結(jié)語

南總干渠取水隧洞工程主洞現(xiàn)已全線貫通，采用水泵自動(dòng)化抽水系統(tǒng)抽水取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，洞內(nèi)環(huán)境保護(hù)及文明施工有了很大提升，得到了業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理的一致好評。同時(shí)在向家壩水電站北總干渠取水隧洞工程進(jìn)行推廣，應(yīng)用過程中積累了一定經(jīng)驗(yàn)，今后在類似隧洞抽水作業(yè)中進(jìn)一步對設(shè)備選型、集水井設(shè)置、文明施工等方面進(jìn)行優(yōu)化、調(diào)整，為提高項(xiàng)目管理及降低施工成本打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

〔1〕SL255-2000.泵站技術(shù)管理規(guī)程[S].北京：中國水利水電出版社，2000.

〔2〕SL378-2007.水工建筑物地下開挖工程施工規(guī)范[S].北京：中國水利水電出版社，2007：51-55.

趙文升(1982.04-)，男，甘肅白銀人，本科(工學(xué)學(xué)士)，工程師，從事水利水電工程技術(shù)與管理。

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