摘要：本文主要探討了長距離反坡排水施工技術(shù)在高速公路隧道中的應(yīng)用情況，以天保隧道為例，分析該工程項(xiàng)目的特點(diǎn)，介紹長距離反坡排水施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，總結(jié)了長距離反坡隧道排水處理的要點(diǎn)。結(jié)果表明：長距離反坡排水技術(shù)在天保隧道中的應(yīng)用，能夠保證隧道施工的安全性和效率，可以為類似工程提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：高速公路；天保隧道；長距離反坡排水施工技術(shù)；排水效率

中圖分類號：U41" """"文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A" """"文章編號：2096-2118（2024）05-0118-04

Application of Long Distance Reverse Slope Drainage Construction

Technology in Highway Tunnel

LIU Guoqing

（China Communications 2nd Navigational Bureau 2nd Engineering Co.，Ltd.，Chongqing" 401120，China）

Abstract：This paper mainly discusses the application of long distance reverse slope drainage construction technology in highway tunnel，taking Tianbao tunnel as an example，analyzes the characteristics of the project，introduces the key links of long distance reverse slope drainage construction，and summarizes the main points of long distance reverse slope tunnel drainage treatment.The results show that the application of long distance reverse slope drainage technology in Tianbao tunnel can ensure the safety and efficiency of tunnel construction，and can provide reference for similar projects.

Keywords：expressway；Tianbao tunnel；long distance reverse slope drainage construction technology；drainage efficiency

0" 引言

現(xiàn)階段，在交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)快速發(fā)展的利好背景下，隧道由于能夠穿越復(fù)雜地形、提升線路連貫性以及縮短線路運(yùn)距等優(yōu)勢在高速公路中得到快速推廣與廣泛應(yīng)用。盡管如此，在具體的高速公路隧道施工過程中，長距離反排水問題一直是困擾工程項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)度、質(zhì)量和安全的難題之一。加之傳統(tǒng)的排水方法因隧道長度、坡度等因素難以順利開展，導(dǎo)致施工進(jìn)度受阻、質(zhì)量下降和成本難以控制。因此，探究一種新型、高效、可靠的隧道排水技術(shù)對于保證高速公路隧道施工安全、保證工程質(zhì)量從而控制成本等方面具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1" 案例概況

天保隧道位于麻栗坡縣天保鎮(zhèn)南溫河村，既是特長隧道，也是天麻高速的控制性工程，隧道全長4 000 m，需要穿越3處斷層破碎帶、2處巖溶裂隙發(fā)育區(qū)和高富水區(qū)，推薦設(shè)計(jì)隧道正常涌水量30 589.9 m3/d，雨季最大涌水量68 910.92 m3/d。由于區(qū)內(nèi)地下水動(dòng)態(tài)受降水影響，變化較大，雨季施工時(shí)隧道涌水量可能有較大的增幅。由于隧道設(shè)計(jì)為單向坡施工，故從出口端向進(jìn)口端掘進(jìn)時(shí)，需要進(jìn)行反坡排水。

反坡段排水主要采用機(jī)械排水，設(shè)置多級泵站接力排水。掌子面的積水采用移動(dòng)式潛水泵抽至就近的中心水溝檢查井或泵站水倉內(nèi)，其余已施工地段出水經(jīng)中心水溝自然匯積到檢查井內(nèi)，再抽排至就近的泵站或移動(dòng)水倉內(nèi)，如此接力抽排到洞外，經(jīng)污水池處理后排放。

每個(gè)泵站配置1臺工作水泵、1臺備用水泵和1臺應(yīng)急突水配置。按照設(shè)計(jì)涌水量最不利情況：雨季最大涌水量68 910.92 m3/d計(jì)算，單洞最大采用10臺150WQ200-60-75型污水泵進(jìn)行抽排水，雙洞共計(jì)20臺水泵。主排水管道采用DN500 mm管道進(jìn)行抽排，泵站分級配置，利用泄水洞作為臨時(shí)泵站儲水池。

2" 工程特點(diǎn)

1） 本工程項(xiàng)目的施工場地位于深溝峽谷內(nèi)，便道修建和維護(hù)較為困難，大型材料運(yùn)輸較為困難。

2） 邊坡挖方量大且被眾多既有河道、水渠、橋墩等分割，各施工節(jié)點(diǎn)較為分散、交通極為不便，施工組織難度較大。

3） 本工程項(xiàng)目所在區(qū)域?yàn)樯贁?shù)民族聚居地區(qū)，溝通協(xié)調(diào)難度大。

4） 項(xiàng)目起點(diǎn)靠近邊境口岸，爆破施工受到邊境管控影響。

5） 工程所在區(qū)域?yàn)闊釒в炅謿夂?，夏季時(shí)高溫炎熱，雨季時(shí)間較長，暴雨、滑坡、泥石流等不利自然地質(zhì)災(zāi)害較多，施工風(fēng)險(xiǎn)較高。

6） 施工現(xiàn)場距國界較近，環(huán)保要求高。

3" 長距離反坡排水施工

3.1" 預(yù)行方案制定

為保證長距離反坡排水施工技術(shù)在天保隧道中應(yīng)用的有效性，工程師需要仔細(xì)分析隧道建設(shè)各個(gè)環(huán)節(jié)可能產(chǎn)生的涌水量，根據(jù)準(zhǔn)確、可靠的涌水量制定反坡排水施工組織設(shè)計(jì)。

在制定施工組織設(shè)計(jì)過程中，需要根據(jù)工程項(xiàng)目的實(shí)際情況，并遵循環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性和可行性的原則對隧道工程掘進(jìn)過程中所需要的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行選擇，合理預(yù)測設(shè)備使用過程中可能產(chǎn)生的突涌水等安全隱患，并采取行之有效的應(yīng)對措施[1]。在此基礎(chǔ)上，采用機(jī)械排水法進(jìn)行反坡排水，并通過布置一定數(shù)量的泵站完成接力排水。

在本工程項(xiàng)目中，使用的泵站包括移動(dòng)泵站和固定泵站兩種，在使用這兩種泵站時(shí)，需要將滲入掌子面中的水通過集水溝匯集排放至基坑內(nèi)，再將隧道內(nèi)產(chǎn)生的施工降水使用移動(dòng)泵站抽出并排放至隧道外部的污水池內(nèi)，經(jīng)過處理后，排放至附近的河流。為避免洞外的水倒流至隧道內(nèi)，需要在掌子面的附近設(shè)置一個(gè)截水溝。在隧道掘進(jìn)過程中，反坡排水溝應(yīng)分段開挖，即在不同的施工節(jié)點(diǎn)分別開挖一個(gè)集水坑，并設(shè)置一個(gè)抽水機(jī)，抽水機(jī)的作用是將施工產(chǎn)生的降水及時(shí)排放至反坡溝內(nèi)，再利用抽水泵將污水抽至沉淀池內(nèi)。固定泵站接力式反坡排水如圖1所示。

根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果得出：該隧道的斜井坡度為-10.892 6%，如果采用接力式反坡排水法，需要在斜井兩側(cè)的位置分別設(shè)置兩條排水溝，保證隧道施工過程中產(chǎn)生的降水能夠及時(shí)流入泵站內(nèi)，再使用污水泵抽至洞外。泵站和掌子面之間以臨時(shí)集水井匯水為主，使用積水泵將隧道內(nèi)產(chǎn)生的施工降水順利排出洞外。經(jīng)過測試得出：該隧道斜井的長度約為1 603 m，洞口和洞內(nèi)的高差為175 m。根據(jù)同類工程項(xiàng)目的施工經(jīng)驗(yàn)：對于隧道施工過程中產(chǎn)生的施工降水需要采用三級排水措施，并于洞口的位置設(shè)置550 m，100 m的積水泵站，對于隧道掌子面施工過程中可能產(chǎn)生的突涌水，需要使用臨時(shí)集水坑作為主要泵站進(jìn)行排水，移動(dòng)泵站反坡排水見圖2。

3.2" 排水管道計(jì)算

按照隧道施工過程中豐水時(shí)期突水量10 872 m3/d計(jì)算，為了保證長距離反坡排水施工技術(shù)能夠在天保隧道中得到有效應(yīng)用，需要按照450 m3（0.125 m3）進(jìn)行設(shè)計(jì)。斜井排水系統(tǒng)管道計(jì)算如下：

D=（1）

式（1）中：D為管道的直徑，m；Q為管道計(jì)算流量，m3/s；V為管道的流速，m/s，一般取0.6 m/s～2.25 m/s，本工程項(xiàng)目按照2.0 m/s計(jì)算。則

D==0.079 6 m

3.3" 積水坑、聚水坑設(shè)置

在本工程項(xiàng)目中，集水坑和聚水坑的設(shè)置較為關(guān)鍵，對于坑底抗?jié)B需要采用具有良好防水性能的材料，如防水材料、防滲層等。在底部施工過程中，應(yīng)保證施工質(zhì)量和密實(shí)度，避免出現(xiàn)裂縫，以防止水體通過裂縫滲入土壤。對于隧道已施工段落涌水較大區(qū)域的排水，采用分級泵站間增設(shè)截流集水坑、 增級排水的方法，如圖 3所示；對于坑壁的保護(hù)，需要設(shè)置相應(yīng)的防護(hù)措施，如防護(hù)網(wǎng)、擋板等，防止在挖掘時(shí)，坑壁受到破壞或者坍塌，坑壁的材料應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，必要時(shí)應(yīng)采取加固措施，如噴射混凝土，加設(shè)鋼筋等。坑壁同樣需要進(jìn)行防滲處理，可以設(shè)置防滲層或者使用防滲材料，防止水分通過坑壁滲入土壤。

3.4" 積水站水泵的選擇

積水站水泵揚(yáng)程計(jì)算公式如下：

H=h+0.018×l×V2÷2Dg（2）

式（2）中：H為揚(yáng)程，即水泵出水口至排水管路之間的垂直高差，m，此處為60 m；l為管道的沿線長度，m，此處為550 m；V為管內(nèi)水流的實(shí)際流速，m/s；D為排水管的直徑，m；g為重力加速度，取9.8 N/kg；由此計(jì)算得出：H=60+（0.018×550×1.832）÷（2×0.3×9.8）=63.08m。

綜上所述，根據(jù)目前市場中水泵的供貨能力，綜合考慮隧道掘進(jìn)過程中泵站最大的排水能力，擬使用10臺150WQ200-60-75型污水泵。

3.5" 電力配備設(shè)置

水泵的額定功率為440 kW，變壓器的功率為550 kW，根據(jù)這一數(shù)據(jù)信息，每一臺水泵所在區(qū)域內(nèi)設(shè)置1個(gè)500 kW的變壓器。另外，根據(jù)排水系統(tǒng)每日的用電量，工程項(xiàng)目所在區(qū)域內(nèi)的輸電線路經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)停電的現(xiàn)象。為保證水泵的正常運(yùn)行，在施工過程中，需要配置一臺500 kW的柴油發(fā)電機(jī)備用，以解決在停電狀態(tài)下泵站的正常運(yùn)行。

3.6" 泵站和集水坑布置

在隧洞上方的位置設(shè)置一個(gè)接力式反坡排水集水坑（見圖4），集水坑與隧洞的距離應(yīng)控制在140 m，并根據(jù)項(xiàng)目建設(shè)過程中產(chǎn)生的降水臨時(shí)增加集水坑。在確定積水坑的容積時(shí)，需要根據(jù)每間隔5 min的降水量和涌水量進(jìn)行確定。一般情況下，集水坑的深度為1.0 m，長為3.0 m，寬為2 m，也可以根據(jù)工程項(xiàng)目的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

3.7" 長距離管道配合小型集水泵收集

對于反坡施工段， 適合采用 在較長距離外開挖固定集水坑作為 排水泵站， 將工作面積水用 移動(dòng)式集水泵抽到附近的集水坑內(nèi)，最后用大功率的排水泵站通過排水管道將水抽到順坡排水段，如圖5所示。

3.8" 防護(hù)層鋪設(shè)

在長距離反坡排水技術(shù)中，防護(hù)層的鋪設(shè)是保證排水系統(tǒng)安全和穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵所在[2]。防護(hù)層需要鋪設(shè)在排水管道的外側(cè)、特別是容易暴露在外部環(huán)境中的管道部分，如隧道洞身、斜井、豎井或者是穿越軟弱底層和塌方的地段。

在材料的選擇上，需要使用具有優(yōu)良耐腐蝕和耐磨性強(qiáng)的材料，如聚乙烯、聚丙烯等高分子材料。對于尺寸的確定，防護(hù)層的厚度和寬度需要根據(jù)管道的直徑、埋設(shè)深度以及工程項(xiàng)目所在區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)條件進(jìn)行精確計(jì)算和設(shè)計(jì)。通過精心的設(shè)計(jì)與施工，長距離反坡排水技術(shù)中的防護(hù)層鋪設(shè)能夠在關(guān)鍵位置為排水管道提供有效的保護(hù)，確保其免受外部環(huán)境的侵害，從而保證整個(gè)排水系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定運(yùn)行。

3.9" 坡度和排水溝設(shè)計(jì)

在長距離反坡排水施工技術(shù)中，坡度和排水溝的設(shè)計(jì)是兩項(xiàng)十分重要的內(nèi)容[3]。其中，合理的坡度設(shè)計(jì)能夠保證排水順暢，避免發(fā)生積水現(xiàn)象。根據(jù)工程項(xiàng)目的實(shí)際情況和排水需求，坡度值一般為0.5%～5%，排水溝寬度一般為300 mm～1 200 mm，深度為300 mm～800 mm。在結(jié)構(gòu)上，排水溝通常采用混凝土制造而成，以確保其堅(jiān)固耐用。

4" 長距離反坡隧道排水處理要點(diǎn)

4.1" 確定可能產(chǎn)生的用水量和地下水位

在施工準(zhǔn)備階段，應(yīng)依據(jù)詳盡的地質(zhì)勘察結(jié)果，精準(zhǔn)預(yù)測天保隧道施工過程中可能出現(xiàn)的涌水量及地下水位動(dòng)態(tài)，從而制定出切實(shí)可行的排水方案。在施工過程中，應(yīng)密切關(guān)注隧道的出水位置、滲水情況以及水質(zhì)特點(diǎn)，并結(jié)合地下水位的變化規(guī)律，通過一系列試驗(yàn)，不斷優(yōu)化和完善排水措施。為確保隧道內(nèi)排水系統(tǒng)的順暢運(yùn)行，需要安排專業(yè)的排水管理人員負(fù)責(zé)系統(tǒng)的日常維護(hù)和管理工作。通過定期檢查、維修和調(diào)試，確保排水設(shè)施的正常運(yùn)行，為隧道施工提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保障。

4.2" 配備足夠數(shù)量的排水機(jī)

在隧道排水施工過程中，確保抽水機(jī)的數(shù)量充足至關(guān)重要。這是因?yàn)樵谒淼篱_挖過程中，一旦發(fā)現(xiàn)洞內(nèi)出現(xiàn)大面積滲水情況，必須立即采取應(yīng)對措施。此時(shí)，可以利用鉆孔法將積水有效引流至排水溝內(nèi)，從而防止積水對施工進(jìn)度和隧道結(jié)構(gòu)造成不利影響。需要注意的是，隧道內(nèi)長期的補(bǔ)給主要來源于地下水。因此，在找到水源后，首要任務(wù)是挖設(shè)泄水洞進(jìn)行截流排水。對于松散破碎地層中出現(xiàn)的涌水和突水現(xiàn)象，不僅需要減少水壓，還需要降低地下水位，以確保隧道施工安全和順利進(jìn)行[4]。

4.3" 注重環(huán)境的保護(hù)

①選用具有高效節(jié)能特性的排水設(shè)備，如高效潛水泵等，降低能源消耗，減少碳排放。②在排水系統(tǒng)建設(shè)中，使用環(huán)保型建筑材料，如可回收利用的管材等，以減少對環(huán)境的污染。③在排水系統(tǒng)的末端設(shè)置污水處理池，對排出的污水進(jìn)行集中處理，確保達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后再排放。④在條件允許的情況下，對處理后的水進(jìn)行回收利用，如用于隧道內(nèi)的清潔、綠化等，減少對水資源的消耗。⑤對施工過程中產(chǎn)生的廢棄物進(jìn)行分類處理，如可回收物、有害垃圾等，確保廢棄物的合理處置，避免對環(huán)境造成污染。

5" 結(jié)語

綜上所述，隧道工程作為高速公路建設(shè)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，其施工技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用顯得尤為重要。長距離反坡排水施工技術(shù)作為一種高效、穩(wěn)定的隧道排水解決方案，已經(jīng)在高速公路隧道工程中得到了廣泛應(yīng)用。通過實(shí)踐應(yīng)用，長距離反坡排水施工技術(shù)在解決隧道排水問題上能夠提高施工效率、增強(qiáng)施工安全性，且具有適應(yīng)性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)合理以及技術(shù)先進(jìn)等多種優(yōu)勢。這些優(yōu)勢使得該技術(shù)成為解決隧道施工中排水問題的有效手段，對于保障施工順利進(jìn)行和提高隧道建設(shè)質(zhì)量具有重要意義。

參" 考" 文" 獻(xiàn)

[1]李紹平，李傳松，吉陽.鉆爆法鐵路隧道施工反坡排水設(shè)計(jì)的工藝參數(shù)設(shè)置建議[J].鐵路節(jié)能環(huán)保與安全衛(wèi)生，2023（4）：24-27.

[2]張鐸，孫慕楠.單線大坡度鐵路隧道反坡排水施工技術(shù)[J].四川水力發(fā)電，2023（5）：1-3，12.

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[4]李術(shù)才，劉斌，李樹忱，等.基于激發(fā)極化法的隧道含水地質(zhì)構(gòu)造超前探測研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2011（7）：1297-1309.

編輯：楊" 洋

DOI：10.3969/j.issn.2096-2118.2024.05.026

收稿日期：2024-03-15

作者簡介：劉國慶（1983～），男，重慶市人，工程師，從事山區(qū)高速公路工程建設(shè)方面的工作。