長(zhǎng)大陡坡富水斜井防排水施工技術(shù)

 干慶隧道全長(zhǎng)6693m，為全線第三長(zhǎng)大隧道，設(shè)計(jì)為單洞雙線隧道，線間距5m，進(jìn)口至改DK586+900為6‰的上坡，自改DK586+900至出口為10.6‰的上坡。隧道共設(shè)置三座斜井，其中干慶隧道1#斜井斜長(zhǎng)550.507m，設(shè)計(jì)圍巖級(jí)別全為Ⅴ級(jí)圍巖，涌水量大，圍巖差，施工難度大，安全風(fēng)險(xiǎn)高，本文重點(diǎn)介紹長(zhǎng)大陡坡富水斜井防排水施工技術(shù)。
1 工程概況
干慶隧道1#斜井斜長(zhǎng)550.507m，承擔(dān)主洞1525m的施工任務(wù)，大同方向700m，西安方向825m。與主洞交叉處樁號(hào)為改DK587+937.705，與線路左線中線平面夾角80°，井底綜合坡度9.36%，最大縱坡10%，斜井采用單車道無(wú)軌運(yùn)輸，凈空斷面尺寸為5m（寬）×6m（高）。1#斜井走向基本與右側(cè)沖溝平行，沖溝上游存在一處老水庫(kù)，雨季時(shí)有水；日涌水量高達(dá)3777m3，平均日涌水量為2200m3，月排水量約7萬(wàn)方，從開工至今已排水約28萬(wàn)方，隨著掘進(jìn)長(zhǎng)度增加還逐漸遞增，設(shè)計(jì)圍巖級(jí)別全為Ⅴ級(jí)圍巖，地質(zhì)為砂巖、細(xì)圓礫土、粉質(zhì)黏土、細(xì)砂，松散結(jié)構(gòu)，軟硬不均，層間黏結(jié)力差，涌水量大，目前達(dá)到設(shè)計(jì)Ⅲ級(jí)以上涌水狀態(tài)。
干慶隧道1#斜井涌水量大、圍巖差，安全風(fēng)險(xiǎn)高，被列為大西客專的重難點(diǎn)控制工程之一，受到大西公司、鐵三院、監(jiān)理站和公司內(nèi)部各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的廣泛關(guān)注。
2 防排水方案
洞內(nèi)防排水方案。干慶隧道1#斜井防排水方案按平均日涌水量2200m3的136%倍3000m3設(shè)計(jì)，防排水采用“以堵為主，防、截、排相結(jié)合，因地制宜，綜合治理”的原則，建立永久和臨時(shí)相結(jié)合的排水系統(tǒng)，在洞內(nèi)、洞外施工期間建永久排水泵站，并備足水泵和發(fā)電機(jī)。
2.1 完善抽排水管理制度，建立專職抽排水工班，由專職技術(shù)干部負(fù)責(zé) 針對(duì)涌水情況，項(xiàng)目多次組織召開專題研討會(huì)，細(xì)化抽排水方案，并成立以集團(tuán)指揮部副指揮和項(xiàng)目總工程師為負(fù)責(zé)人，項(xiàng)目工區(qū)施工隊(duì)長(zhǎng)為工班長(zhǎng)，技術(shù)干部、安全員為副工班長(zhǎng)的抽排水工班，項(xiàng)目設(shè)備部部長(zhǎng)負(fù)責(zé)抽排水設(shè)備的管理工作，共配備22人，其中電工1名，抽水機(jī)司機(jī)6名，清淤泥12名。完善抽排水管理制度，明確責(zé)任人，并制定嚴(yán)格的考核獎(jiǎng)罰制度。
2.2 加強(qiáng)防、堵水措施，徹底解決初支表面滲漏水 對(duì)全斷面出水段落采取徑向全環(huán)注漿止水措施；對(duì)股狀水采取“優(yōu)止水”防水噴層，在股狀水周邊施作臨時(shí)通水管道引水、徑向注漿和“立止水”封堵的股狀涌水注漿堵水措施，以堵為主，減少地下水的排放。
注漿參數(shù)設(shè)計(jì)：漿液擴(kuò)散半徑按2m設(shè)計(jì)，注漿孔孔徑52mm，按梅花型布置；孔口環(huán)向間距約200cm，孔底環(huán)向間距約280cm，縱向間距200cm；注漿材料為水泥水玻璃漿，注漿終壓1～2MPa，水灰比1：1。
2.3 建立可靠的排水系統(tǒng) 在路面兩側(cè)設(shè)置排水側(cè)溝，尺寸為30cm（寬）×15cm（深）；路面縱向每間隔30m設(shè)置一道橫向排水槽，尺寸為20cm（寬）×15cm（深）；未開挖段縱向每間隔50m在路面左側(cè)設(shè)置一處容積為13.5m3的大型集水箱，縱向每間隔20m在邊墻左側(cè)設(shè)置一處容積為1.5m3的小型集水坑；所有出水水流歸槽、入井，然后抽排至洞外，詳見干慶隧道1#斜井洞內(nèi)抽排水示意圖（圖1）。
說(shuō)明：①干慶隧道1#斜井排水方案按平均日涌水量2200m3的136%倍3000m3設(shè)計(jì)（每小時(shí)125m3），排水泵站目前設(shè)置于錯(cuò)車道，待斜井貫通后設(shè)置于主洞交叉口（此時(shí)所有的大型集水箱和臨時(shí)集水坑均停止使用），泵站共配置4臺(tái)額定流量為125m3/h，揚(yáng)程為130m的水泵，排水主管道采用？準(zhǔn)150mm和？準(zhǔn)100mm鋼管（備用）；所有出水水流歸槽、入井，然后抽排至洞外，詳見抽排水示意圖。②在XD1+350～XD1+000段路面兩側(cè)設(shè)置排水側(cè)溝，尺寸為30cm（寬）×15cm（深）；③在XD1+300～XD1+000段路面縱向每間隔30m設(shè)置一道橫向排水槽，尺寸為20cm（寬）×15cm（深），設(shè)置里程分別為XD1+300、XD1+270、XD1+240、XD1+210、XD1+180、XD1+150、XD1+120、XD1+090、XD1+060、XD1+030和XD1+000，如遇集水井，位置可適當(dāng)調(diào)整；④未開挖段縱向每間隔50m在路面左側(cè)設(shè)置一處容積為13.5m3的大型集水箱，大型集水箱的水通過(guò)水泵抽排至泵站，大型集水箱設(shè)置里程為XD1+100、XD1+050和XD1+000，若遇出水量較大處，位置可適當(dāng)調(diào)整；⑤縱向每間隔20m在邊墻左側(cè)設(shè)置一處容積為1.5m3的小型臨時(shí)集水坑，在下一個(gè)大型集水井未設(shè)置前使用，將臨時(shí)集水坑的水通過(guò)水泵抽排至上一個(gè)大型集水井，臨時(shí)集水坑設(shè)置里程為XD1+100、XD1+080、XD1+060、XD1+040、XD1+020和XD1+000，若遇出水量較大處，位置可適當(dāng)調(diào)整。
2.3.1 測(cè)定目前隧道的日涌水量約2200m3，貫通后按最大日涌水量3000m3（每小時(shí)125m3），計(jì)算、設(shè)計(jì)、確定抽排水參數(shù)。
①排水鋼管管徑的選擇
根據(jù)水頭損失計(jì)算公式：V=Q/A=Q/（πr2）
管道阻力水頭損失：Hf=λ×L/d×v2/（2g）
彎道阻力水頭損失：Hf=ξv2/（2g）
式中：V-流速，Q-流量，A-管路截面積，λ-系數(shù)（0.02），L-管路長(zhǎng)度，d-管路直徑，ξ-系數(shù)（1.86）。
根據(jù)表1結(jié)果，斜井采用管徑150mm的鋼管排水滿足要求，再布設(shè)一套100mm的鋼管作為備用，另外高壓風(fēng)水管也可作為應(yīng)急備用。
②水泵的選擇。泵站配備4臺(tái)（使用2臺(tái)，備用2臺(tái)）額定流量為125m3/h，額定揚(yáng)程130m，2臺(tái)每小時(shí)額定流量為250m3>125m3（每小時(shí)最大涌水量2倍考慮）。
其余排水點(diǎn)配備WQD7-20-0.75潛水電泵（額定流量7m3/h，額定揚(yáng)程20m，額定功率750w），掌子面8臺(tái)，每處臨時(shí)集水坑1臺(tái)，每處大型集水井2臺(tái)。
2.3.2 洞外排水方案 在洞外建立抽水泵站，泵站按雨季最大降雨量和隧道最大涌水量綜合考慮，按2倍的抽排水能力配置水泵和發(fā)電機(jī)，確保雨季時(shí)的抽排水能力。水抽至洞外后需經(jīng)過(guò)處理，達(dá)標(biāo)后才能正常排放，在洞外設(shè)置沉淀池和污水處理池，在斜井便道較高位置處，建20m3鋼板箱水塔，水經(jīng)過(guò)處理后抽至水塔，沿鄉(xiāng)村便道遠(yuǎn)距離接Φ200mm鋼管（或Φ500mm砼管）直接排水，水管埋入地面以下50cm（凍土深度39cm），排至國(guó)道邊經(jīng)公路既有涵洞沿自然溝排出，需疏通自然溝排水系統(tǒng)約15km。埋管需征耕地4800m×3m（寬）≡17400m2≈26畝，疏通自然溝排水系統(tǒng)需征地15000m×3m（寬）≡45000m2≈67.5畝，Φ200mm鋼管（或Φ500mm砼管）4.8Km，其中從泵站抽至水塔需Φ200mm鋼管0.8Km。
Φ200mm鋼管排水：需冬季保暖，埋入地面以下50cm（凍土深度39cm），管道阻力水頭損失：Hf=λ×L/d×v2/（2g），Hf=78m，L=4800m，d=0.2m，得出V=1.78m/s，根據(jù)流量計(jì)算公式：Q=V×A=V×（πr2）。
每小時(shí)排水量為201m3，滿足隧道每小時(shí)涌水量125m3要求。
Φ500mm砼管排水：需施作砼基座和管接頭處防滲處理，根據(jù)上述公式，計(jì)算得出排水量為2360m3。
3 效果及體會(huì)
干慶隧道1#斜井具有縱坡陡、斜井長(zhǎng)、涌水抽排困難等諸多施工不利因素，一旦發(fā)生涌突水將造成嚴(yán)重的后果。因此，必須加強(qiáng)涌突水風(fēng)險(xiǎn)管理，制定切實(shí)可行的應(yīng)急預(yù)案，堅(jiān)持“以排為主，排堵結(jié)合，控制洞身滲漏水”的治水原則，對(duì)已開挖段出現(xiàn)的滲漏水采取徑向注漿的方法及時(shí)進(jìn)行封堵處理，控制洞身滲漏水，減少斜井涌漏水量，降低斜井抽排水壓力。加強(qiáng)施工期間涌水量的監(jiān)測(cè)及預(yù)測(cè)，根據(jù)預(yù)計(jì)的涌水量，配備當(dāng)前涌水量2～3倍抽水能力的設(shè)備，提高斜井抽排水能力。通過(guò)先進(jìn)可靠的機(jī)械設(shè)備，科學(xué)合理的抽排水、注漿堵砂堵水等技術(shù)方案，嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的規(guī)范操作，以及精心有序的組織管理，達(dá)到了預(yù)期的成效，大大的改善了現(xiàn)場(chǎng)的施工環(huán)境，在確保施工安全質(zhì)量的前提下，加快了施工進(jìn)度，使我部能夠按時(shí)完成斜井，進(jìn)入正洞，緩解了我部干慶隧道的工期壓力。