張 品

（中鐵十二局集團(tuán)第一工程有限公司 陜西西安 710038）

1 引言

隨著隧道修筑長(zhǎng)度增加，我國(guó)交通工程中出現(xiàn)的長(zhǎng)大隧道越來(lái)越多，受線路走向、進(jìn)出口高程和水文地質(zhì)等條件的影響，在施工中往往出現(xiàn)很長(zhǎng)的反坡排水段，為防止排水不暢、涌水災(zāi)害堵井，因此，在反坡排水地段施工，采取有效的反坡排水技術(shù)至關(guān)重要。近年來(lái)在工程界，隧道施工人員進(jìn)行了很多研究和實(shí)踐［1］。

但是現(xiàn)有排水技術(shù)需跟隨掌子面頻繁移動(dòng)，或?qū)⑴潘O(shè)備吸水口直接置入水中，無(wú)法將吸水口延長(zhǎng)；排水設(shè)備前移過(guò)程中，容易造成水泵鑄鐵件損壞、電纜受傷、管道連接漏水等不利因素，修復(fù)過(guò)程緩慢，容易引起積水過(guò)大淹沒(méi)工作面，影響施工進(jìn)度。反坡排水技術(shù)結(jié)合高海拔長(zhǎng)大隧道——米拉山隧道施工中所遇到的排水難點(diǎn)進(jìn)行了深入研究［2］。

2 工程概況

米拉山隧道是國(guó)道318線林芝至拉薩公路改造工程的控制性和重難點(diǎn)工程，隧址位于拉薩市墨竹工卡縣日多鄉(xiāng)念村，線路長(zhǎng)5 727 m，米拉山海拔高度約4 680～5 350 m，相對(duì)高差達(dá)670 m以上。米拉山隧道進(jìn)口海拔4 752 m、出口海拔4 774 m、斜井口海拔4 890 m，采用分離式雙洞布置，斜井長(zhǎng)度1 045 m，縱坡坡度為-10%反坡，設(shè)計(jì)了5級(jí)反坡排水方案。隧道正洞設(shè)計(jì)涌水量為8 647.44～12 139.2 m3／d，在斜井及正洞施工中出現(xiàn)極大涌水（見(jiàn)圖1），最大水量達(dá) 38 600 m3／d，涌水的抽排組織嚴(yán)重影響隧道正常的施工進(jìn)度。

在隧道施工過(guò)程中，由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)的不確定性，經(jīng)常性出現(xiàn)涌水或透水，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度。采用水泵抽水可以減少工作面積水，但是當(dāng)開始新的工作面時(shí)，面臨來(lái)回挪動(dòng)水泵、管道、電纜等繁瑣工序，在挪動(dòng)過(guò)程中有可能將電纜、管道、水泵等造成二次傷害，影響施工進(jìn)度。因此，在調(diào)查總結(jié)現(xiàn)有反坡排水技術(shù)的基礎(chǔ)上，研發(fā)了負(fù)壓排水裝置和負(fù)壓排水施工工藝，解決了在掌子面抽水時(shí)，開辟新的工作面時(shí)，無(wú)須挪動(dòng)電纜、水泵，只需挪動(dòng)取水管道即可［3-5］。

圖1 米拉山隧道內(nèi)涌水

3 負(fù)壓排水技術(shù)的工藝原理措施

負(fù)壓發(fā)生器將壓力容器內(nèi)的空氣壓力逐漸由正壓變?yōu)樨?fù)壓時(shí)，連接壓力容器的取水管道內(nèi)氣體開始?jí)嚎s并填充壓力容器容積，當(dāng)氣體通過(guò)負(fù)壓發(fā)生器排出壓力容器外時(shí)，壓力容器內(nèi)形成負(fù)壓環(huán)境，取水管道中的液體水開始逐步進(jìn)入取水管道并依次流入壓力容器內(nèi)，當(dāng)液體水充滿壓力容器，負(fù)壓度達(dá)到一定飽和度。開啟潛水泵，液體在潛水泵離心力作用下經(jīng)排水管道排出［6］，設(shè)計(jì)見(jiàn)圖2和圖3。

圖2 負(fù)壓排水裝置設(shè)計(jì)圖

具體工作過(guò)程如下：壓力容器上安裝有負(fù)壓發(fā)生裝置，當(dāng)開始取水時(shí)，關(guān)閉排水閥，依次打開取水閥、負(fù)壓閥，負(fù)壓裝置開始工作；當(dāng)自動(dòng)控制系統(tǒng)檢測(cè)到容器內(nèi)負(fù)壓到達(dá)一定閥值時(shí)，開啟排水設(shè)備，打開排水閥，系統(tǒng)處于正常排水狀態(tài)。當(dāng)自動(dòng)控制系統(tǒng)檢測(cè)到負(fù)壓閥值處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，負(fù)壓發(fā)生裝置停止工作，系統(tǒng)維持自平衡狀態(tài)；當(dāng)容器內(nèi)的液位達(dá)到設(shè)定閥值時(shí)，負(fù)壓發(fā)生器自動(dòng)根據(jù)設(shè)定流程運(yùn)行［7］。

圖3 負(fù)壓排水裝置實(shí)物

4 負(fù)壓排水技術(shù)的工藝流程及操作要點(diǎn)

4.1 施工工藝流程（見(jiàn)圖4）

圖4 施工工藝流程

4.2 操作要點(diǎn)

4.2.1 施工準(zhǔn)備

（1）材料、設(shè)備準(zhǔn)備

按排水設(shè)備與負(fù)壓發(fā)生器功率選擇合適的電纜，并從配電箱引至設(shè)備安裝地點(diǎn)，壓力容器、底座及電氣、附件運(yùn)至安裝地點(diǎn)。

（2）人員準(zhǔn)備

施工前項(xiàng)目部管理人員和工人要全部到位；電工、焊工人員要到位并持證上崗。

4.2.2 安裝壓力容器

（1）基礎(chǔ)安裝

壓力容器底座由鋼筋混凝土澆筑而成，澆筑前需定好設(shè)備基礎(chǔ)位置、幾何尺寸、標(biāo)高及地腳螺栓位置等，安裝精度不大于5 mm，地腳螺栓安裝位置應(yīng)正確，埋設(shè)牢固，墊鐵調(diào)整符合要求，與設(shè)備密貼。

（2）安裝壓力容器

底座安裝好混凝土達(dá)到強(qiáng)度后，使用裝載機(jī)或挖掘機(jī)等隧道內(nèi)常用設(shè)備吊裝壓力容器，吊裝時(shí)使用2根鋼絲繩兩端扣緊壓力容器的4吊點(diǎn)，以保持壓力容器平衡。

起吊之后調(diào)整壓力容器空中位置，再下放吊臂，將壓力容器的底座螺栓孔固定在地腳螺栓上，再擰緊地腳螺栓，灌注細(xì)石混凝土（或水泥砂漿）［8-9］。

（1）進(jìn)水管道安裝

進(jìn)水管道分兩截安裝，靠近掌子面端采用大口徑夾布吸排膠管，夾布吸排膠管具有比較強(qiáng)的抗負(fù)壓力強(qiáng)度，同時(shí)可彎曲，具有一定韌性，可抵抗掌子面爆破飛石的沖擊，另一端采用鋼管與壓力容器相連接，夾布吸排膠管與鋼管采用法蘭連接，法蘭間安裝密封膠圈，防止漏氣。大口徑夾布吸排膠管沒(méi)入掌子面前挖的集水坑中，隨著掌子面向前推進(jìn)，鋼管不斷延長(zhǎng)，夾布吸排膠管始終置于掌子面附近。

（2）出水管道安裝

①支架安裝

出水管道的支架采用角鋼焊接而成，支架焊接于隧道邊墻上，間距為10～15 m一組，支架需安裝牢固，位置準(zhǔn)確，排列整齊美觀，以保證出水鋼管平直。

②管道安裝

出水總管道安裝在支架上，采用法蘭連接接長(zhǎng)，出水管道的閘閥、安全閥等附件設(shè)備安裝應(yīng)方便操作和維修，出水總管道與壓力容器相連，并穿過(guò)壓力容器壁延伸到容器內(nèi)與排水設(shè)備連接，管道與壓力容器需雙面滿焊，防止漏氣，保證負(fù)壓［10］。

4.2.4 排水設(shè)備安裝

體育老師在實(shí)際的動(dòng)作示范教學(xué)中，可根據(jù)具體情況選擇示范器械，不要一味地拘泥于教材的要求，而應(yīng)采取靈活的教學(xué)手段，盡可能地降低動(dòng)作演示的難度，保證演示動(dòng)作的精準(zhǔn)性和連貫性，讓學(xué)生在老師一氣呵成的演示中感受體育的魅力。

整套設(shè)備安裝有水位測(cè)控裝置與自動(dòng)控制裝置，排水設(shè)備為低揚(yáng)程大流量潛水泵，型號(hào)可按保證掌子面最大涌水量選擇，排水設(shè)備安裝在壓力容器內(nèi)，在壓力容器底部焊接一個(gè)支架，排水設(shè)備即固定在支架上，排水設(shè)備出口與出水管道連接。

4.2.5 附件及電氣設(shè)備安裝

（1）附件安裝

本套設(shè)備的附件包括前級(jí)過(guò)濾閥、止回閥、負(fù)壓裝置、負(fù)壓傳感器、水位測(cè)控裝置，前級(jí)過(guò)濾閥與止回閥安裝于進(jìn)水管道管末端，以過(guò)濾被負(fù)壓吸入的水流帶動(dòng)的石渣顆粒，止回閥安裝于過(guò)濾閥后端，在壓力容器中負(fù)壓突然消失時(shí)防止管內(nèi)水流回掌子面，負(fù)壓裝置安裝并固定于壓力容器上部，負(fù)壓發(fā)生器為多級(jí)抽氣泵，通過(guò)排氣管道與壓力容器內(nèi)部連接，工作時(shí)抽出壓力容器內(nèi)空氣，使壓力容器呈負(fù)壓狀態(tài)。負(fù)壓傳感器安裝在壓力容器上部，水位測(cè)控器安裝于壓力容器內(nèi)部。

（2）電氣控制系統(tǒng)

電氣控制系統(tǒng)包括控制面板、電力線與數(shù)據(jù)線等，負(fù)壓傳感器、水位測(cè)控器中的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)線上傳到控制面板內(nèi)，控制面板發(fā)出指令操作水泵、負(fù)壓發(fā)生器，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制［11］。

4.2.6 壓力容器密封

排水設(shè)備、各種附件安裝好之后需將壓力容器密封，密封時(shí)，依次對(duì)管道與壓容器的焊接接縫進(jìn)行檢查，最后用密封門密封住設(shè)備安裝工作門，密封門需從壓力容器外部安裝，安裝密封門前，安裝工作門四周的油污要清理干凈，密封門的密封條與安裝工作門要密貼嚴(yán)實(shí)，再擰緊密封門螺栓，壓力容器安裝完成后由當(dāng)?shù)貦z驗(yàn)檢測(cè)部門進(jìn)行壓力測(cè)試，并發(fā)放檢驗(yàn)報(bào)告。

4.2.7 排水

所有設(shè)備安裝完成之后需進(jìn)行調(diào)試，啟動(dòng)設(shè)備，正常排水，再將進(jìn)水管末端抬高露出水面，此時(shí)容器內(nèi)進(jìn)空氣，壓力容器內(nèi)負(fù)壓瞬間消失，設(shè)備自動(dòng)停機(jī)。

啟動(dòng)設(shè)備進(jìn)行正常的隧道抽水?，F(xiàn)場(chǎng)配備專業(yè)維護(hù)人員2人，24 h兩班倒值班，進(jìn)行檢修、維護(hù)。

5 施工注意事項(xiàng)

（1）現(xiàn)場(chǎng)配備操作人員，掌子面排水結(jié)束后重新排水需重啟設(shè)備，保證掌子面不積水。

（2）混凝土基座要牢固，在設(shè)備高頻振動(dòng)下不開裂。

（3）壓力容器必須有制造許可證，其密封性，壓力的穩(wěn)定性，容器材料可靠性符合《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》（JB／T 4730-2005）。

（4）鋼管、壓力容器各焊接點(diǎn)焊縫飽滿，保證焊接質(zhì)量。

（5）加強(qiáng)隧道抽排水及臨時(shí)用電管理，加強(qiáng)電線、配電線、用電器的巡視工作，安裝漏電保護(hù)裝置，杜絕不安全用電行為。

6 結(jié)束語(yǔ)

負(fù)壓排水技術(shù)可延長(zhǎng)抽水設(shè)備的有效吸程，不需要頻繁移動(dòng)水泵、管道、電纜等附屬設(shè)備，極大優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程，減低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，有效解決了由于隧道掌子面施工場(chǎng)地太小、水深度等不能滿足排水設(shè)備正常工作的要求；反坡排水技術(shù)極大地提高了施工效率，與其他傳統(tǒng)排水設(shè)備相比，傳統(tǒng)排水設(shè)備需要將排水設(shè)備吸水口直接置入水中，無(wú)法將吸水口延長(zhǎng)，本裝置經(jīng)實(shí)際試驗(yàn)以及測(cè)試，有效延長(zhǎng)吸程70 m，極大解決了掌子面施工過(guò)程中需要頻繁移動(dòng)水泵、管道、電纜等附屬設(shè)備，抽排水設(shè)備故障率幾乎為零，極大優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程，減低工人勞動(dòng)強(qiáng)度［12］。本技術(shù)已經(jīng)申請(qǐng)實(shí)用新型專利且得到專利授權(quán)，獲評(píng)山西省省級(jí)工法，在實(shí)際使用中有很好的效果，其較高的施工速度得到了林拉公路米拉山隧道建設(shè)指揮部、監(jiān)理的一致好評(píng)，為企業(yè)在施工能力及信譽(yù)方面取得了很好的社會(huì)效益！