楊勁生

（中鐵十二局集團(tuán)第三工程有限公司，山西 太原030024）

1 概述

蒙華鐵路禹門口隧道需反坡排水施工段落為DK507+600～DK508+820，坡度為-9.0585‰，尤其在施工段落DK508+275～DK508+315 時(shí)預(yù)測(cè)正常涌水量為89.85 m3/d，最大涌水量為459.5 m3/d，在加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作的同時(shí)，完善隧道反坡排水方案至關(guān)重要。

2 工程概況

2.1 隧道概況

蒙華鐵路禹門口隧道位于山西省河津市境內(nèi)，進(jìn)口位于黃河石門段東岸陡坡上，與龍門黃河大橋相接，出口位于清澗街道龍門村北側(cè)黃土斜坡上。隧道上部分布半坡村之碗窩、黃窯科及劉西咀等自然村，及中國鋁業(yè)山西分公司龍門山石灰石礦生產(chǎn)車間。隧道起訖里程為DK506+224.6～DK511+314，長(zhǎng)5089.4m，為單洞雙線隧道。隧道最大埋深約為420m。1# 橫洞與正洞交叉里程為DK507+600，反坡施工段落主要為DK507+600～DK508+820，坡度為-9.0585‰。隧道地質(zhì)主要為石炭系砂巖、泥巖及煤層；奧陶系及寒武系碳酸鹽巖類沉積巖。隧道穿越不良地質(zhì)主要為斷層、人為坑洞和采石場(chǎng)、泥石流、巖溶、崩塌落石、巖爆、軟巖大變形等；其中隧道洞身穿越4 條斷裂帶，其中F1、F2 斷層受巖溶水影響易發(fā)生突泥突水，F(xiàn)3 逆斷層、F4 活動(dòng)斷層易發(fā)生坍塌，防涌水突泥、防坍塌是安全管理的重點(diǎn)。

表1 隧道排水任務(wù)劃分表

2.2 水文地質(zhì)

2.2.1 地表水

測(cè)區(qū)位于黃河?xùn)|岸，為黃河石門至禹門口段。測(cè)區(qū)地表水系屬黃河水系，地表水不發(fā)育。

2.2.2 地下水

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、地貌、地層巖性及其組合關(guān)系、地下水賦存條件和水力聯(lián)系，將測(cè)區(qū)地下水類型劃分為三類：第四系孔隙水、基巖裂隙水和碳酸鹽巖類裂隙巖溶水。與隧道關(guān)系密切的主要為碳酸鹽巖類裂隙巖溶水，以潛水為主，局部具弱承壓性。其富水性主要受裂隙巖溶及構(gòu)造發(fā)育程度控制，巖溶、裂隙發(fā)育或較發(fā)育時(shí)，則富水性強(qiáng)。受巖性組合及結(jié)構(gòu)特征影響，測(cè)區(qū)裂隙巖溶水具有含水層段與相對(duì)隔水層段相間組合的特征，受斷裂及節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)的連通作用，各含水層上下溝通，形成一個(gè)空間上含水不均勻但又相互連通的統(tǒng)一含水體。該含水體具有區(qū)域380m穩(wěn)定水位，但在裂隙不發(fā)育或裂隙導(dǎo)水性不良地段，由于水力聯(lián)系差，具有不同水位高程，鉆探揭示水位高程437.62～485.32m。

根據(jù)隧道鉆探水文地質(zhì)資料，并參考區(qū)域水文地質(zhì)資料，認(rèn)為隧道區(qū)地下水主要為裂隙巖溶水。同時(shí)考慮隧道區(qū)域物探預(yù)測(cè)含水層的分布情況，對(duì)隧道分段涌水量進(jìn)行了計(jì)算，經(jīng)綜合分析后隧道區(qū)分段涌水量預(yù)測(cè)如下:

表2 禹門口隧道分段涌水量匯總表

同時(shí)通過隧道鉆探揭示水文地質(zhì)特征并結(jié)合物探預(yù)測(cè)含水層分布情況，禹門口隧道DK507+990.0 ～DK508+275 段、DK508+275.0～DK508+355.0 段、DK508+940.0～DK508+980 段富水性較好，一般易出現(xiàn)集中涌水。在通過F1、F2 斷層及其影響帶時(shí)，在加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作的同時(shí)，應(yīng)做好當(dāng)?shù)貧庀?、水文資料調(diào)查工作。

3 反坡排水方案

3.1 總體方案

根據(jù)禹門口隧道施工組織情況，隧道排水相應(yīng)分為1#橫洞進(jìn)口段、出口段兩部分。由于出口段小里程方向、1#橫洞及橫洞段小里程方向?yàn)轫樒屡潘磧?nèi)涌水能夠通過邊溝自然排出，本方案主要考慮1#橫洞進(jìn)入正洞后的反坡排水。

根據(jù)本隧道的實(shí)際出水量及現(xiàn)場(chǎng)水文調(diào)查情況，現(xiàn)場(chǎng)配備應(yīng)急水泵及消防軟管，當(dāng)掌子面出現(xiàn)涌水時(shí)在橫洞大里程布置排水管及泵站進(jìn)行反坡排水。

3.2 排水方案設(shè)計(jì)原則

3.2.1 排水能力。為確保隧道施工安全，排水系統(tǒng)中應(yīng)含工作泵和備用泵，工作泵應(yīng)能滿足20h 排出24h 正常涌水；增加備用泵后應(yīng)能滿足1h 排出2h 最大涌水。

3.2.2 綜合考慮泵站數(shù)量和水泵的選型，泵站數(shù)量應(yīng)盡可能少設(shè)置；移動(dòng)水箱水泵選用低揚(yáng)程大流量污水泵；泵站水泵應(yīng)選用合金耐磨型渣漿泵、揚(yáng)程應(yīng)按70%的利用率計(jì)算。

3.2.3 泵站水倉應(yīng)高于水泵進(jìn)水口，水倉底部應(yīng)設(shè)置排泄口，方便清理淤積雜物。

3.2.4 電力配置應(yīng)預(yù)留一定的富余量，電源應(yīng)合理考慮采用高壓進(jìn)洞方式。

3.3 設(shè)計(jì)水量情況

1#橫洞進(jìn)入主洞后，向進(jìn)出口兩個(gè)方向掘進(jìn)，進(jìn)口段地下水不發(fā)育，主要為橫洞大里程段反坡排水，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙橫洞大里程方向最大出水段落為DK508+275～DK508+315 段，正常涌水量為89.85 m3/d，最大涌水量為459.5 m3/d。

3.4 抽水參數(shù)計(jì)算

3.4.1 流量：工作泵應(yīng)滿足20h 排出24h 最大涌水量，增加備用泵后應(yīng)滿足1h 排出2h 最大涌水量。

正常涌水量情況下，每個(gè)泵站每小時(shí)排水流量為：Qh =3594/40/20=4.5 m3/h

最大涌水量情況下，每個(gè)泵站每小時(shí)排水流量為：Qhmax=18379/40/20=23 m3/h

3.4.2 管徑：排水管應(yīng)能滿足工作泵在20h 內(nèi)排出隧道24h 的正常涌水量。工作和備用泵應(yīng)能滿足工作和備用泵在20h 內(nèi)排出24h 的最大涌水量。正常涌水量時(shí)排水流量4.5m3/h；最大涌水量時(shí)23 m3/h。根據(jù)計(jì)算，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，掌子面為正常涌水量時(shí)掌子面積水采用移動(dòng)水箱來收集，并通過Φ80mm消防軟管輸送至集水泵站內(nèi)，泵站與橫洞水溝之間采用Φ100mm排水管長(zhǎng)距離輸送，當(dāng)掌子面出現(xiàn)大量涌水導(dǎo)致暫停施工時(shí)，將施工用風(fēng)管、水管投入使用進(jìn)行輔助抽排水。

3.4.3 揚(yáng)程：

水泵揚(yáng)程根據(jù)公式:

4 設(shè)備選型配套

4.1 抽水設(shè)備型號(hào)選型原則

禹門口隧道的排水主要為隧道滲水和施工用水。除了考慮排水流量外，還應(yīng)考慮排水中含的雜質(zhì)等。各級(jí)泵站排水能力應(yīng)配備充分。因洞內(nèi)排水量是逐段遞增，所以在各級(jí)泵站的水泵選型上應(yīng)自下而上遞增選配。

4.2 需要配用的設(shè)備及位置表

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，每個(gè)泵站設(shè)置采用渣漿泵2 臺(tái)，前期安裝1臺(tái)，洞內(nèi)水量出現(xiàn)設(shè)計(jì)最大涌水量后再安裝1 臺(tái)。為方便維修，泵站應(yīng)采用相同型號(hào)的水泵，掌子面移動(dòng)泵站采用輕型的水泵。

表3 禹門口隧道進(jìn)口1#泵站配置表

由于禹門口隧道主洞洞內(nèi)涌水主要為裂隙水，掌子面水量較小，施工時(shí)移動(dòng)水箱距離較近，所以掌子面集水宜選用大流量泥漿泵。

表4 掌子面集水泵配置

5 排水系統(tǒng)

5.1 管路

正常施工排水掌子面至移動(dòng)水箱采用1 套Φ80mm 消防軟管（工作面上移動(dòng)積水）、移動(dòng)水箱至集水泵站采用1 套Φ80mm 消防軟管、泵站與橫洞水溝之間采用1 套Φ100mm 管路（可根據(jù)隧道施工后洞內(nèi)涌水情況增加管路）。每級(jí)泵站出水管附近均安裝閘閥，方便檢修。

5.2 移動(dòng)水箱設(shè)置

移動(dòng)水箱設(shè)于洞內(nèi)線路右側(cè)，洞內(nèi)先設(shè)置一處移動(dòng)水箱，根據(jù)掌子面水量情況靈活移動(dòng)，同時(shí)根據(jù)洞內(nèi)出水量情況適當(dāng)加密（控制在250m 一處）。移動(dòng)水箱的容量計(jì)算按不小于該段落掌子面5min 的滲水量再加上施工用水量的兩倍確定，移動(dòng)水箱尺寸：3m（長(zhǎng)）×1.2m（寬）×1.5m（深），容量5.4m3。

5.3 固定泵站設(shè)置

固定泵站設(shè)置在1#橫洞與正洞交叉口附近的二襯已完工地段，泵站水倉容量計(jì)算按不小于該段5min 的滲水量加上施工用水量的兩倍確定，尺寸為4m（長(zhǎng)）×2m（寬）×1.5m（深），容量12m3＞5minQ max=23/60*5=1.9 m3，泵站統(tǒng)一設(shè)置在洞內(nèi)右側(cè)。

5.4 排水供電

為確保洞內(nèi)正常排水，不因電路問題影響排水工作，排水系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置備用電源和專用線路。泵站用電采用380V穩(wěn)定電源，且抽排水設(shè)備除滿足施工需要外，還應(yīng)滿足備用要求。

6 其他

由于洞內(nèi)隧道施工中現(xiàn)場(chǎng)排放水主要來源于洞內(nèi)不良地質(zhì)產(chǎn)生涌水、施工設(shè)備產(chǎn)生廢水、噴射混凝土和注漿產(chǎn)生的廢水及基巖裂隙水等，直接排入附近水體，將會(huì)對(duì)水體造成物理、化學(xué)影響和生態(tài)影響。為避免附近水體受到影響，在洞外排水口下游設(shè)置三級(jí)沉淀池，沉淀池采用漿砌片石砌筑，為安全起見周圍設(shè)置護(hù)欄，并預(yù)留補(bǔ)強(qiáng)措施和場(chǎng)地，污水必須經(jīng)沉淀池進(jìn)行沉淀處理達(dá)標(biāo)后排放，并定期對(duì)沉淀池進(jìn)行清理。

結(jié)束語

隧道反坡地段排水處理是影響工程進(jìn)度的大問題，方案得當(dāng)、機(jī)械配置合理，可加快施工進(jìn)度、降低成本。蒙華鐵路禹門口隧道實(shí)施本方案后，未出現(xiàn)掌子面積水影響整體施工進(jìn)度情況，加之現(xiàn)場(chǎng)施工組織科學(xué)安排，各工序施工銜接緊密，使得隧道提前9 個(gè)月安全貫通。