孟志明 劉文曉 陳建超

（1.中鐵十局集團第一工程有限公司，山東 濟南 250000； 2.濰坊理工學(xué)院，山東 濰坊 262500）

0 引言

隨著我國隧道施工不斷往高度機械化方向的發(fā)展，盾構(gòu)及TBM在隧道施工過程中的使用量也越來越多。與傳統(tǒng)爆破施工相比，雖然機械化施工極大地提高了施工的效率，提高了施工過程中的安全系數(shù)，但是隧道機械化施工一旦出現(xiàn)問題往往是災(zāi)難性的，處理起來也較為困難。如施工過程中排水問題的處理就是困擾隧道施工的一個方面。

在TBM隧道施工過程中隧道內(nèi)積水較為嚴(yán)重，尤其是后方管片背后來水較多，施工過程中常規(guī)處理方法為盾尾設(shè)計排水泵抽排，但隨著掘進長度增長，若壁后注漿堵漏不及時，積水會越來越多，處理越來越困難，若過程中水泵失效，設(shè)備會有較大水泡風(fēng)險。常規(guī)施工過程中為抽排干凈，盾尾一般采用7.5～15kW的水泵，若前方突發(fā)涌水，設(shè)備水泡風(fēng)險也較大。

青島地鐵8號線鞍山區(qū)間穿越多條破碎帶，區(qū)間臨近海邊地層水量較為豐富且部分水段具有微承壓性。施工過程中有大量巖層裂隙水匯集至開挖隧道內(nèi)，導(dǎo)致土倉水量過大，TBM在掘進過程中大量泥渣隨水外溢至盾尾，施工過程中盾尾積渣會影響到管片拼裝，進而影響到掘進的效率。為解決該問題，項目部研究決定對水進行抽排，自主設(shè)計了一種TBM施工過程中的隧道排水系統(tǒng)。

1 整體設(shè)計情況

針對TBM積水風(fēng)險，本單位設(shè)計了一種斷裂帶富水地層TBM施工排水系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由集水系統(tǒng)、排水支系統(tǒng)、應(yīng)急排水系統(tǒng)三個子系統(tǒng)組成。集水系統(tǒng)負(fù)責(zé)將隧道內(nèi)分區(qū)域的水源匯集在一塊；排水支系統(tǒng)負(fù)責(zé)將匯集的積水向洞門逐級外排；當(dāng)TBM前端出現(xiàn)涌水險情時，應(yīng)急排水系統(tǒng)負(fù)責(zé)將大量涌水積水抽排至洞外。三個子系統(tǒng)構(gòu)成整個排水系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 TBM施工隧道排水系統(tǒng)示意圖

2 集水系統(tǒng)

集水系統(tǒng)由1集水箱、5集水管、11集水孔組成，如圖2所示，集水箱通過固定支架固定在管片的內(nèi)壁上，集水孔通過集水軟管與集水箱連通。若集水箱背后有較大水流，水會通過集水孔、集水管匯聚到集水箱內(nèi)。

圖2 集水系統(tǒng)示意圖

3 排水支系統(tǒng)

每個集水箱內(nèi)部設(shè)有一套排水支系統(tǒng)，如圖3所示，排水支系統(tǒng)主要是由3排水泵、6排水軟管、7排水硬管、8水位傳感器、9自動開關(guān)組成。排水泵和水位傳感器設(shè)置在集水箱內(nèi)，自動開關(guān)與水位傳感器和排水泵通過線纜連接，若排水支系統(tǒng)中的集水箱匯集的水達到水位上限，即觸發(fā)排水泵控制開關(guān)，排水支系統(tǒng)會啟動排水泵將水通過排水軟管、排水硬管排入到臨近且靠近隧道洞口的集水箱中，逐漸依次將水排出隧道，當(dāng)水位排至集水箱水位傳感器下限，控制器會停止排水泵排水。

圖3 排水支系統(tǒng)示意圖

4 應(yīng)急排水系統(tǒng)

應(yīng)急排水系統(tǒng)主要是應(yīng)對突發(fā)涌水或者部分排水支系統(tǒng)損壞，導(dǎo)致積水過多的突發(fā)險情，如圖4示。應(yīng)急排水系統(tǒng)主要包括19應(yīng)急排水泵、20應(yīng)急排水管、21應(yīng)急排水軟管、23應(yīng)急排水管等。應(yīng)急排水泵根據(jù)需求分別設(shè)置在TBM前端盾尾處及易匯聚積水的隧道最低點（也可根據(jù)需求在相應(yīng)部位添加應(yīng)急排水泵），設(shè)備內(nèi)的應(yīng)急排水管均設(shè)置在TBM的每節(jié)臺車走道板下部，相鄰節(jié)臺車下部的應(yīng)急排水管通過應(yīng)急排水軟管連接，隧道內(nèi)應(yīng)急排水管均設(shè)置為硬管通過抱箍連接，每個應(yīng)急排水泵與應(yīng)急排水軟管之間均設(shè)置單向閥以防止應(yīng)急排水泵之間相互影響。隧道內(nèi)應(yīng)急排水硬管每隔100m設(shè)置一個球閥，以便后期硬質(zhì)排水管的整修更換。當(dāng)局部有較多積水影響生產(chǎn)時，則啟動應(yīng)急排水泵，將積水通過應(yīng)急排水管排至洞外。

圖4 應(yīng)急排水系統(tǒng)

5 排水系統(tǒng)整體工作原理

為保證排水效果，此排水系統(tǒng)每隔50～100m在管片外部通過施作止水環(huán)，將管片背后的積水分割為獨立的集水區(qū)域，每個集水區(qū)設(shè)置一個集水系統(tǒng)，每個遠離洞口集水系統(tǒng)的集水箱都由帶泵的管道連通到靠近洞口的集水箱。管片背后的積水通過集水系統(tǒng)匯集到集水箱，集水箱中的水位達到一定高度就會觸發(fā)啟動集水箱內(nèi)的抽水泵，水泵將水通過水管往靠近隧道洞口的集水箱抽排，排水系統(tǒng)通過此類循環(huán)，將隧道管片壁后的積水抽排至隧道外部。該系統(tǒng)有效地將隧道內(nèi)的積水分段排出，大大地降低了TBM施工過程中積水帶來的施工風(fēng)險。

6 結(jié)束語

目前該系統(tǒng)已應(yīng)用于中鐵十局青島8號線，在使用過程中，該系統(tǒng)不僅很好地將管片壁厚積水導(dǎo)出，保證了管片外觀的干燥，而且避免了隧道滲漏積水匯集至隧道最低點，避免下坡段掘進過程中盾尾積水處理困難等問題。此外，該系統(tǒng)減少了隧道的后方來水，避免發(fā)生土倉內(nèi)積水過多的現(xiàn)象，減輕了由于水多導(dǎo)致皮帶漏渣漏泥等情況的發(fā)生，極大地減少富水地層盾尾清泥的工作量。該系統(tǒng)所包含的應(yīng)急排水子系統(tǒng)很好地規(guī)避了富水地層涌水淹沒設(shè)備的風(fēng)險，不僅保證了生產(chǎn)過程中設(shè)備及施工的安全性，而且極大地提高了設(shè)備在富水地層中的掘進效率，解決了盾構(gòu)及TBM在富水地層中因水大導(dǎo)致的一系列不良影響，并在生產(chǎn)過程中得到了較好的應(yīng)用。