大相岭隧道大倾角富水斜井抽排水施工技术.pdf

公路 隧道 2 0 1 2年第 1 期( 总第 7 7期) 大相 岭隧道大倾角 富水斜 井抽 排水 施工技术 李建军 ( 中铁十二局集团第三工程有限公司 山西太原0 3 0 0 2 4 ) 摘 要 大相岭隧道斜井斜距长， 坡度陡， 地质复杂， 井身正常涌水量为 3 0 1 0 m 3 d ， 最大涌水量为 9 0 5 0 m 3 d 。本 文从设备选型、 泵站建设及供电系统 3 个方面， 详细介绍了大倾角富水斜井抽排水施工技术。通过对这 3个方面 的阐述， 结合工程特点， 泵站抽水设备由2台 5 5 K W 卧式离心泵和 1台 3 0 KW 污水潜水电泵组成， 每隔 1 6 0 m建立 一 个泵站 ， 供电架设专线， 当隧道掘进 4 5 0 m时， 采用高压进洞技术， 确保洞内抽水用电。大倾角富水斜井抽水问题 的解决， 加快了隧道施工进度 ， 由每月 4 0 m达到每月 9 0 m， 大大减少了工程投资。 关键 词 隧道大倾角富水斜井水泵管道供电系统 1 引 言 3 角富水斜井抽排水施工技术主要研究 随着我 国隧道施工技术和机械化程度的不断提 高 ， 我国公路特长山岭隧道越来越多， 在特长山岭隧 道设计 中， 采用斜井等形式作为运营通风或运输通 道越来越普遍。由于西南地 区雨水较多， 地表水 丰 富， 增大了通风斜井的施工难度， 严重制约了隧道施 T的进度 ， 难以完全按传统 的施工方法实施。在确 保安全 的前提下 ， 通 过对抽排水 系统 进行设计 、 分 析、 论证 ， 解决了大倾角富水斜井抽排水难题 ， 加快 了隧道施工进度 ， 减少了工程投资， 为以后运营通风 富水斜井施工提供一点参考l 1 j 。 2 工程概况 大相岭隧道 2号通风斜井是雅泸高速公路大相 岭特长隧道的运营专用通风巷道 ， 工程位于 四川省 雅安市汉源县境内。斜井左线全长 9 0 9 3 7 8 m， 倾角 l 7 2 8 。 ， 开挖断 面面积 5 5 8 6 7 2 1 3 m ； 右线全长 9 1 2 6 9 8 m， 倾 角 1 6 4 9 。 ， 开 挖 断 面 面积 5 5 8 6 72 1 3 m 。 。 斜井井身主要为弱风化 的流纹岩 ， 洞 口段岩体 受 F 6断层破碎带影响严重 ， 节理裂隙较发育 ， 部分 呈碎石状压碎结构或角( 砾) 碎 ( 石) 状松散结构 ； 洞 身开挖后地下水呈点滴状 、 浸润状产出， 部分段落可 能呈淋水状 ， 局部呈涌水状 ， 斜井井身正常涌水量为 3 0 1 0 m。 d ，最大涌水量为 9 0 5 0 m。 d 。 3 大倾角富水斜井抽排水施工技 术 1- 3 3 3 8 针对大倾角曲线斜井施T中的排水 问题 ， 如果 不能得到及时解决 ， 将严重影响隧道施T进度 ， 除加 大丁程投入外 ， 还将严重影 响企业 的信誉 。针对此 情况 ， 必须解决好大倾角富水斜井抽排水 问题。通 过对大相岭隧道 2号通风斜井进行的抽排水系统施 工技术的实践验证 ， 解决好抽排水 问题必须处理好 以下 3个问题 ： ( 1 ) 水泵型号及泵站建设 ； ( 2 ) 抽排水 管道选型 ； ( 3 ) 供 电方案选择。 3 2 处理 办法 以大相岭隧道 2号通风斜井 为例 ， 针对上述 3 个具体 问题就大倾角富水斜井抽排水施_T技术进行 论述 。 ( 1 ) 大相岭隧道斜井排水设计 大相岭隧道斜 井左线 长 9 0 9 3 7 8 m， 坡 度为 一 3 1 5 ； 右线长 9 1 2 7 m， 坡度为一3 0 。因左 、 右线 长度及坡度相差不大 ， 误差小 ， 在论述大相岭隧道斜 井排水设计时， 以左线进行讨论 。 由于斜井总长度为 9 0 9 3 7 8 m， 倾角为 1 7 2 8 。 ， 综合涌水量 、 斜井坡度 、 水泵扬程和集水难 度、 排水 可靠程度等 因素考虑， 大相岭 隧道斜井设置 5个 固 定泵站( 图 1 ) ， 即泵与泵之间的距离都为 1 6 0 m。 】 立 管道 ， 图 1 泵站示 意图 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 李建军 大相岭隧道大倾角富水斜井抽排水施工技术 由于泵站与泵站之间的相对距离一样 ， 则整个 排水系统泵站处水泵及管道 型号也都一样 ， 下 面具 体以 I号泵站和 2号泵站进行计算 。 因大相岭 隧道斜 井 正常 涌水量 为 3 0 1 0 m。 d ， 最大涌水量为 9 0 5 0 m。 d ， 根据 煤矿安全规程 第二 百七十八条 ， 水泵必须有工作 、 备用和检修水泵 。工 作水泵的能力 ， 应能在 2 0 h内排 出矿井 2 4 h的正常 涌水量( 包括充填水及其它水) 。备用水泵的能力应 不小于工作水泵能力 的 7 O 。工作和备用水 泵的 总能力 ， 应能在 2 0 h内排 出矿井 2 4 h的最大涌水量 。 检修水泵的能力 应不小 于工 作水泵 能力 的 2 5 ， 得 ， 正常涌水量 时 ， 每个 泵站每小 时排水 流量为 ： Q，l 一 1 5 0 5 mz h( 按 2 0 h工作计算) ， 最大涌水量时， 每个泵站每小时排水流量为： 一 4 5 2 5 m。 h( 按 2 0 h工作计算) 此外 ， 在大倾角 富水斜井抽排水过程 中管道的 选型也至关重要 ， 正确选择管道型号将 直接影 响水 在管道 内的流速 ， 即水泵的扬程。根据 煤矿安全规 程 第二百七 十八 条 ， 水 管必须有工作 和备用 的水 管 。工作水管的能力应能配合工作水泵在 2 0 h内排 出矿井 2 4 h的正常涌水量 。工作和备用水管的总能 力 ， 应能配合工作 和备 用 水泵 在 2 0 h内排 出矿井 2 4 h的最大涌水量 。 正常涌水 量 时， 每个 泵站 每小 时 排水 流量 为 1 5 0 5 m。 h =4 1 8 I s ， 查 阅直管摩擦损失简表中一 定管道最大直径之最大流量 限制表得 ( 附直管摩擦 损失简表) ， 选择管道直径 一1 5 0 mm。根据公式 ： q= =7 J A 式中： q 一为液体 的流量 ； 一 为通流截面上的平均流速 ； A一为通流管道 的截面积。 得通 流截 面上 的平 均 流 速 一 2 3 7 5 m s 2 4 5 ， 符合要求 。 最大涌水 量时 ， 每个泵 站 每小 时排 水 流量 为 4 5 2 5 m。 h一1 2 5 7 1 s ， 查 阅直管摩擦损失简表一 定管道最大直径之最大流量限制表得 ，选择管道直 径 ( D 一2 5 0 mm。根据公式 ： q 一 A 得通流 截 面 上 的平 均 流速 一2 5 6 5 m s Q 。 泵站所配置的水泵总扬程除必须大于泵站与泵 站之间的相对高差外 ， 还得考虑管道摩擦损失值 ， 计 算过程如下 ： 泵站与泵 站 的相 对高 差 ： h一 1 6 0 s i n a一 47 5 2 m 。 通过查阅直管摩擦损 失表， 计算 两种 流量下水 泵的管损值 ： 一 1 9 2 m。 h， 1 5 0 mm直管每 1 0 0 m的损失为 9 4 m， 则 ：1 6 9 4 1 5 0 4 m ； Q 一 8 0 m。 h， 1 5 0 mm 直管每 1 0 0 m 的损失为 i 6 m。则 ： 1 61 6 2 5 6 m 。 弯头和阀门损失按 3 m计 。 因此 ， 泵站所配置 的两种水泵总扬程应分别不 低于： 4 7 5 2 m + 1 5 0 4 m+ 3 m= 6 5 5 6 m 7 3 m 4 7 5 2 m+ 2 5 6 m+ 3 m =5 3 O 8 m 8 0 m 通过计算并对 照所选水泵 的型号 ， 泵站所配置 的水泵可 以满足使用要求 。 ( 2 ) 供 电系统设计 在确定了泵站数量和水泵数量及型号后 ， 还必 须对抽排水供 电系统进行设计 ， 根据 煤矿安 全规 程 第二百七十八条 ： 配 电设备应 同工作、 备用 以及 检修水泵相适应 ， 并能够同时开动工作和备用水泵。 正常涌水量时， 每个泵 站只需要投入使用一 台 5 5 k W 卧式离心泵 即可 ， 则泵站抽排水用 电负荷为 5 5 5 2 7 5 k W 。 最大涌水量 时， 每个泵站将投入 2台 5 5 k W 卧 式离心泵和 1台 3 O k W 污水潜水电泵 ， 则泵站抽排 水用电负荷为 2 5 5 5 +3 O 5 7 O 0 k w 。 因此 ， 大相岭隧道斜井抽排水供 电系统按最大 用电负荷进行配备 。在隧道 内抽水 时， 除原有的隧 道 2 4 0 mm 铝芯进洞线外 ， 又架设 了一条抽水线路 ， 线径大小为 2 4 0 mm ， 供前两个泵站抽水使用 。 3 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 公路隧道 2 0 1 2年第 l期( 总第 7 7期) 由于水泵负荷大， 原有的抽水专线只能同时供 两个泵站的水泵使用 ， 在隧道掘进至 4 5 0 m 时 ， 将实 施高压进洞技术， 如图 2所示 。 士1 5 o 管道 图 2变压 器位 置示意图 根据后期泵站数量和水泵数量及型号 ， 泵站抽 排水用电负荷为 2 5 5 3 +3 0 3 4 2 0 k W ， 此外 考虑到掌子 面抽水 用 电负荷 ， 选择 变压 器容量 为 6 3 0 k VA， 则最大工作 电流 I = = = S ( 3 U) 一6 3 0 ( 1 7 3 2 6 ) 6 O 6 ( A)( 因大相岭隧道斜井施工用 电等级为 6 k V) ， 查 阅 电力工程电缆设计规范 ， 可 知 Y J I V2 2 一一 3 2 5 5 mi I 1 1 0 k V 电缆 ( 安全载流量 9 O A) 能满足要求 。 4 注意事项 通过对大相岭隧道斜井 抽排水施 工技术 的应 用 ， 在大倾角富水斜井抽排水过程中， 必须注意以下 几点 ： ( 1 ) 针对大倾角富水斜井 ， 排水管路设计除能满 足隧道正常施工情况外 ， 还应考虑突水因素 ， 在突水 情况下 ， 同直径的风管也可以作为排水管使用 。 ( 2 ) 隧道 内增加截 流措施 ， 通过设置 隧底 集水 仓 、 横 向截水沟可有效 阻止 已施工段渗水流到掌子 面 ； ( 3 ) 按照一用一备的原则 ， 泵站水泵必须有备用 水泵 ， 并采用 三通将主备两 台水 泵 同时与 5 0主 排水管路连接 。 ( 4 ) 掌子面水泵按大流量低扬程原则进行选择 ， 至移动水箱 的排水管 采用 (p 8 0或 0 0的钢丝 软 管 ， 不易采用消防管 。 ( 5 ) 各级泵站排水管路均需设置双进水 口， 一个 与主设备连接 ， 一个与备用设备连接。 4 0 ( 6 ) 排水管路设置逆止阀。 ( 7 ) 电力配置必须满足主设备 、 备用设备同时工 作的需求 ， 洞外应配足备用电源 。 ( 8 ) 建立掌子面排水作业1 ： 班 ， 必须实现出碴时 能 同步抽排水 ， 减小掌子面抽水作业时问。 5 结 语 通过实施大相岭隧道斜井抽排水施T技术 ， 采 用“ 固定高扬程大抽水泵站 、 低压接力泵站与移动泵 站” 相结合的排水 系统 ， 由每月进 尺 4 0 m提高到每 月进尺 9 0 m， 大大提高了隧道的施T进度 ， 缩短 了施 工工期。 此外 ， 体会到抽排水工作在大倾角富水斜井施 T中的重要性 ， 只有解决好抽排水工作才能加快 隧 道施工进度 ， 为隧道各项工序的正常进行提供强有 力的保障， 才能为企业创造 可观 的经济效益。因此 在大倾角富水斜井施工中， 除采取合理 的抽水设备 配置外 ， 抽水设备节能问题有待进一步研究和探讨。 参考文献 E l i 钟有信， 郭德福 ， 罗草原 长大斜井有轨运输系统配套 没计与施工技术F J 隧道建设， 2 0 0 8 ， ( 1 ) ： 7 0 7 3 E 2 1 辛国平， 李集光， 刘汉红 富水大断面陡坡曲线斜井施 工技术_ J 公路隧道， 2 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