棋盘石隧道反坡道排水施工组织设计(最终版).doc

棋盘石隧道反坡道排水施工组织设计(最终版)
棋盘石隧道反坡施工排水、防水施工方案
一、 工程概况
棋盘石隧道起于尤溪县城关镇尤溪河南岸，止于尤溪县台溪乡清溪村牛头洋。隧道进出口里程分别为：DK400+974、DK411+796,隧道进出口里程处内轨顶面标高分别为：183.639、265.887。本隧道全长10822m。隧道最大埋深约770m。
隧道出口段位于左偏曲线上，曲线半径R=6000m，左线曲线曲线长1156.60m，右线曲线长度1157.28；隧道其余地段均位于直线上。全隧道位于单面上坡，坡度为 7.6‰，坡长13350m
1#斜井承担正洞DK400+974~DK405+000共4026米施工任务，其与正洞交界里程为DK401+950，其中斜井设计综合坡度为10.3%，斜长375.4米，穿越F1（DK401+177~DK401+230）53米、F2（DK401+352~DK401+445）93米、F4（DK402+647~DK402+767）157米共三条断层，其中F4断层为强富水断层，设计资料显示隧道单位长度涌水量q为9. 58m3/d·m，隧道估算涌水量为192 m3/d，虽然F4断层带在正洞顺坡施工区段，但在整体未贯通之前，其涌水仍需顺坡排至正洞交界DK401+950里程处后，经斜井排至洞外，因此斜井布置泵站时需考虑该段隧道涌水量。
3#横洞位于线路前进方向右侧，承担DK407+776~DK410+000共2224米正洞施工排水任务，其与正洞交界里程为DK409+000，与线路左线前进方向交角为30°，综合坡度为3‰，横洞口里程H3DK2+140，斜长2140m。其中正洞DK407+776~DK409+000段共1224米存在反坡道排水，该段穿越F5（含F7）DK407+950~DK408+186段共236米，属于强富水断层，隧道单位长度涌水量q为74. 53m3/d·m，隧道估算涌水量为16901 m3/d；F8断层DK408+966~DK409+065共99米，属于强富水断层，隧道单位长度涌水量q为47. 79m3/d·m，隧道估算涌水量为4739 m3/d；F9断层DK409+506~DK409+540共34米，属于强富水断层，隧道单位长度涌水量q为6. 05m3/d·m，隧道估算涌水量为1279 m3/d。该段施工排水均需经过3#横洞排出洞外。
棋盘石隧道出口工区DK410+000~DK411+796，承担1796米正洞施工任务，其中明洞17米，暗挖1779米，出口段经过F9-1断层（DK410+731~DK410+795）、F10断层（DK410+905~DK411+000），其中F9-1断层属于中等富水断层，隧道单位长度涌水量q为1.35m3/d·m，隧道估算涌水量为2443 m3/d。隧道出口正洞施工均属于反坡道排水
二、 排水方案
（一）隧道反坡排水的特点与重要性
反坡施工向洞内施工前进方向为下坡，洞内水向工作面汇集，需要与时抽排，以防止施工掌子面水积聚过深，影响隧道围岩的稳定和危与隧道施工的机械设备与施工人员的安全，影响正常的施工生产。
（二）总体方案
反坡排水，需采用机械排水，设置多级泵站接力排水，工作面积水采用移动式潜水泵抽至就近泵站或临时集水坑内，其余已施工地段隧道渗（涌）水经隧道内侧沟自然汇积到临时集水坑内或泵站水池内，由固定排水泵站上工作泵将积水经排水管路抽排至上一级排水泵站内，如此由固定式排水泵站接力将洞内积水抽排至洞外，经污水处理池处理后排放。固定式排水泵站水仓容量按5 min设计涌水量设计，并考虑施工和清淤方便综合确定；临时集水坑根据汇水段水量大小而定。工作水泵按使用1台、备用1台、检修1台配备，针对隧道涌水量大时要适当增加工作水泵；同时，为防止断层突水，设置利用高压风管作为1套应急排水系统。并设专业排水队伍进行管理和操作。
（三）主要的排水系统方式
洞内反坡排水方式，根据坡度、水量和设备情况布置管路和排水泵站，一次或分段接力排出洞外。根据本隧道的实际情况，拟在施工中采用的反坡排水系统的布置方式有两种：
1、集水坑接力式反坡排水
对坡度较大斜井施工对排水电机扬程要求相对较高，所以采用集水坑反坡道排水方式，在斜井施工过程中分段开挖反坡排水沟，在每一段的终点分段处）开挖集水坑，设抽水机一台，把积水抽至最后一段反坡，最后一个抽水机将积水排出洞外，采用接力的方式将水抽至洞外的污水沉淀处理池。如下图（一）：

LK—集水坑间距；is—为线路坡度
图（一）：集水坑接力式的反坡排水方式
2、长距离管道排水配合小集水泵收集式反坡排水
对坡度较缓的正洞反坡道施工排水，适合采用较长距离开挖固定式集水坑作为泵站，用小集水泵开挖面的积水用水泵抽到最近的集水坑内，再用大功率泥浆泵通过排水管道将水排到洞外。如下图:

洞内平面布置示意图
图（二）：长距离采用的反坡排水方式
这种方式的优点是所需抽水机数量少，需要开挖的集水坑少，排水泵站较少，缺点是要按照水管较长，抽水机需要跟随坑道的掘进而拆迁前移，在隧道较长，涌水量较大正洞施工时宜采用本布置方式。
（四）本工程拟采用的主要排水方案
1、1#斜井工区反坡道施工排水方案
1#斜井洞身施工和DK400+974～DK401+950段正洞施工均存在反坡道排水的问题。在DK400+974～DK401+950段976米正洞施工时，由于正洞坡度较缓，采用长距离管道排水配合小集水泵收集式反坡排水，考虑隧道正洞洞身较长、穿越的断层带、水泵扬程等因素，拟设置固定式排水泵站3座，每450米设置一个，分别设置在DK401+950、DK401+500、DK401+050处，实际施工时如遇到涌水量较大时可根据具体情况加密，泵站之间采用φ150mm排水管长距离输送，前方施工掌子面积水采用临时集水坑来收集积水，小集泵使用φ80mm消防软管将积水收集并输送至最近的较大的集水泵站内，对两个固定式排水泵站之间积水采用洞内两侧设排水沟加横沟自然汇集至高程较低的集水泵站内，由最后一级泵站传递至正洞与斜井处DK401+950泵站；
斜井洞身施工由于井身坡度较大，故考虑采用集水坑接力的反坡排水方式，在斜井洞身设置固定是排水泵站两处，约150米一处，可根据隧道实际渗水量调整位置，由最后一级泵站将污水排至洞外污水池处理。斜井内固定式排水泵站在选择排水设备时需考虑正洞DK401+950~DK405+000段影响，该段穿越F4强富水断层，虽然该段正洞施工不存在反坡道排水，但其正洞顺坡施工区段的隧道排水，在整体未贯通之前，仍需顺坡排至正洞交界DK401+950里程处后，经斜井排水泵站排至洞外，因此斜井布置泵站时需考虑该段隧道涌水量，适当加大排水泵站的排水能力。
2、3#横洞工区反坡道排水方案
棋盘石隧道3#横洞承担隧道DK407+776~DK410+000段共2224米正洞施工排水任务，其与正洞交界里程为DK409+000，其中正洞DK407+776~DK409+000段共1224米存在反坡道排水，拟采用长距离的反坡道排水方式，因考虑该段穿越F5(含F7) 、F8、F9共三条强富水断层，该段施工排水量大，拟300米设一座固定式集水坑作为永久式排水泵站，共设四个固定式泵站，分别设置在DK408+700、DK408+400、DK408+100、DK407+800处，当涌水量较大时可根据实际情况加密，泵站之间采用φ150mm排水管长距离运输，施工掌子面积水采用临时集水坑收集积水，小集水泵配合φ80mm消防软管将集水收集至临近的较大的集水泵站内，对两个固定式排水泵站之间的隧道渗（涌）水利用隧道内两侧设排水沟加横沟自然汇集至高程较低的集水泵站内。最后由固定式排水泵站接力将隧道渗（涌）水输送至横洞与正洞交界处DK409+000，由横洞内排水沟顺坡排至洞外污水处理池。
3、棋盘石隧道出口工区反坡道排水方案
棋盘石隧道出口段（DK410+000~DK411+779）工区为坡度较缓的反坡道正洞施工，拟采用长距离管道排水配合小集水泵收集式反坡排水方式，出口段经过F9-1断层（DK410+731~DK410+795）、F10断层（DK410+905~DK411+000），其中F9-1断层属于中等富水断层，隧道单位长度涌水量q为1.35m3/d·m，隧道估算涌水量为2443 m3/d，因此考虑布置固定式排水泵站是考虑在DK410+730处设置一处，排水功率要适当加大，在布置固定式排水泵站时考虑排水泵的扬程，拟每500米设置固定式排水泵站一个，本工区还需在DK411+230、DK410+230各设置固定式排水泵站一个，共设三个固定式排水泵站（里程分别为：DK410+230、DK410+730、DK411+230），在最后DK410+200～DK410+000段施工段采用临时小集坑配合使用小水泵用φ80mm消防软管将集水收集至临近的较大的集水泵站内，，在排水泵站之间两侧设排水沟加横沟自然汇集至高程较低的固定式集水泵站内，固定泵站之间靠大功率泥浆泵使用φ150 mm排水管接力传递，然后由最后一级泵站通过φ150 mm排水管道排至洞外污水处理池。
（五）、设备选型配套
1抽水设备型号选型原则
(1)隧道排水主要为隧道渗水，同时需考虑到施工用水。水质除地下水的本身成分外，主要还有岩石、石屑、泥浆，同时还有喷射混凝土的回弹物掺杂物，所以，除考虑到需排出的水量外，还应考虑到排水的成分组成。
(2)洞内水量是逐段递增，则在各级泵站的水泵选型上，应按照排水能力递增原则自下而上递增选配。
(3)各级泵站排水能力应充分配备，并有一定的储备能力。
(4)隧道施工后通过对洞内水的成分组成分析，其主要水质除地下水的本身成分外，主要还有岩石、石屑、泥浆等，应考虑应选用污水污物潜水电泵。根据扬程合理选用水泵型号。正洞内泵站间水量递增较大，为考虑到在管理、操作维修上的方便，泵站间高差相近，也选用型号相同水泵，只是在设备数量上相应增加。工作面移动水泵，取用移动轻便的水泵，实际操作根据水量大小在数量上予以增减。
2 需要配用的设备与位置表
各个工区设置泵站位置与选用设备一览表
施工工区
根据资料估算涌水量
泵站位置
选用的型号
使用数量
备用数量
抽水能力（m3/d）／扬程（m）
1#斜井工区
约242 m3/d
XDK0+180
WQ30—120
1
1
30/75
DK401+950
WQ30—120
1
1
30/120
DK401+050
WQ30—120
1
1
30/115
DK401+500
WQ30—120
1
1
30/115
临时集水
AS30-2CB
2
1
30/11
WQ30—100

1
1
30/100
3#横洞工区
约7656m3/d
DK408+700
WQ30—120
1
1
30/115
DK408+400
WQXN25- 75／3-11
1
2
100/115
DK408+100
WQXN25- 75／3-11
1
2
100/115
DK407+800
WQ30—120
1
1
30/120
临时集水
AS30-2CB
2
1
30/11
WQ30—100
1
1
30/100
出口工区
约2493m3/d
DK411+230
WQ30—120
1
1
30/115
DK410730
WQXN25- 75／3-11
1
2
100/115
DK410+230
WQ30—120
1
1
30/115
临时集水
AS30-2CB
1
1
30/11
WQ30—60
1
1
30/60
说明：
1、 各个工区均考虑一套备用设备，并有一定的富余量，可根据开挖后的实际情况进行调整，WQXN25- 75／3-11衡阳市大力成泵业制造的每小时100方排量污水污物潜水泵，WQ30—60、WQ30—100、WQ30—120为山西天波生产的污水潜水泵系列，AS30-2CB为上海欣泉搅碎式排污泵。
2、 隧道估算涌水量是根据设计资料和以往隧道施工经验进行估算，对于断层富水地段设计采用帷幕注浆超前措施，结合超前地质预报辅助手段，实际出水量可能会有出入，应根据开挖后实际情况加以调整，抽水设备的配置情况。
3、 估算原则：本隧道穿越断层破碎带均采用帷幕注浆的方式通过，通过时考虑开挖时暴露一个工作面，一个反坡工作面经过若干个破碎带时，考虑帷幕注浆和衬砌的阻水作用，按其中一条最大涌水量的破碎带计算排水设备，且暴露面为90米（衬砌离掌子面最大90米时），并有一定的富余。
4、 应急措施：当涌水量超出计算值立即启用应急预案，增加排水设施。
5、 施工掌子面用水按20～30 m3/d考虑。
（六）、排水系统
1 管路
根据洞内水量情况，结合选配的抽水设备，正常施工排水采用3套管路（可根据隧道施工后洞内涌水情况增加管路）：2套为φ150 mm管材均为无缝钢管（一路检修备用，一路日常使用）；1套为φ80 mm消防软管（工作面上移动集水）。
2 集水坑设置
集水坑设于洞内左侧，每隔140 m设置1处，同时根据隧道内出水量情况予以适当加密。临时集水坑的容量按该段15 min的汇水量加上施工用水量(每工作面20～30 m3／d)合计确定，一般集水坑尺寸为：2 m(长)×2 m(宽)×1．0 m(深)，容量4 m3，可根据实际情况进行调整大小 。
3固定泵站设置
固定泵站为整个施工过程结束前所使用的接力排水水仓位置。根据估算1#斜井与正洞交界处设固定泵站1处；其他反坡道正洞施工区域内设固定泵站的数量和密度，应根据隧道断层的涌水量而定。泵站水仓容量计算按该段15 min 的汇水量加上施工用水合计确定，其结构尺寸为：3 m(长)×2 m(宽)×1．5 m(深)，容量9 m3 ,可根据隧道开挖后的实际情况进行调整。泵站统一设置在洞内左侧。
4 排水供电
为确保洞内排水正常进行，不因电路问题导致抽排工作的间断，设置两条供电系统，一路运行，一路备用。由于水泵功率较大，新用电源电压为380 V(±5％)，所以泵站用电从洞外引入380 V稳定电源。
5 其他
(1)工作面排水采用移动式水泵，管路为φ80消防软管，抽排至就近泵站或临时集水坑内。
(2)为保证洞内道路无水干爽，必须修建好两侧排水沟，确保洞内渗水通过侧沟引入积水坑内，防止在洞内道路上漫流。
（七）、反坡道排水灵活处理的要点
1、在隧道单侧或双侧设置的排水沟，排水沟的大小要依据隧道的坡度和涌水量的大小确定；
2、抽水设备要依据隧道洞内涌水量的大小与集水坑汇水的情况而定，同时水泵的扬程要参考隧道的坡度和起始点的高差，要尽量做到有一定的富余量；
（八）、在洞外增加防水、防汛与防山洪措施
1、在1#斜井出口与棋盘石隧道出口做好排水设施，永临结合，做到排水畅通，并在洞口增加截水横沟，防止地表水和施工排水倒灌进洞。根据洞口水量情况可适当加大横沟断面并在沟顶加盖铁篦子，做到排水和行车互不影响。雨季少量的地表水进洞，立即启动排水系统，防止隧道积水。
2、对1#斜井出口与棋盘石隧道出口附近的水流与地势情况加以调查，并对洞口100米范围以内可能对隧道施工造成影响的河道溪流，在雨季加以监控，必要时设专人值班，与时掌握汛情，并制定相应的应急预案，在洞外增加防洪措施，储备必要的防洪物资，在必要时封堵洞口，以防止山洪倒灌进洞。
3、对1#斜井出口与棋盘石隧道出口洞口上方的山坡、山谷等地貌情况加以调查，与时发现隧道洞口上游山谷与坡顶的积水情况，防止在雨季出现堰塞湖与“洞顶湖”等情况，发现时做到与时疏导排放，以防止发生山洪突发危与隧道安全施工。
三 各项保证措施
(1)组织管理保证
①在排水施工上不仅需要一套完善、合理的排水系统，还需在管理上预以加强，才能达到预期的效果。为此不仅成立了专业排水队，还要制定了相应的管理措施。
②成立了专业排水队
针对每个隧道工作面的排水情况，成立一个专业排水队，每个队设队长1人、副队长1人、设备检修2人、排水工班2个班。每班组成：工班长1人、泵站管理员2人／每站、工作面操作人员3人。
详见各个工区排水劳动力一览表如下：

各个工区排水劳动力配置一览表
施工工区
工种类别
人数
合计
备注
1#斜井工区
队长
1人
20
本工区人数为24小时值班，配置为双班制。
副队长
1人
设备检修
2人
工班长
2人
泵站管理员
8人
工作面操作人员
4人
电工
2人
3#横洞工区
队长
1人
22
本工区人数为24小时值班，配置为双班制。
副队长
1人
设备检修人员
2人
工班长
2人
泵站管理员
8人
工作面操作人员
6人
电工
2人
出口工区
队长
1人
18
本工区人数为24小时值班，配置为双班制。
副队长
1人
设备检修
2人
工班长
2人
泵站管理员
6人
工作面操作人员
4人
电工
2人
说明
人员配备均按施工高峰时配置，要动态控制，可根据开挖后的实际情况进行调整。出口和3#横洞贯通后，排水人员统一管理优化组合，出口施工排水均由3#横洞顺坡排出。

③建立严格的值班制度
每个隧道作业面的隧道排水日常工作坚持队长、副队长轮流24 h值班制，并制定抽水记录表进行统一管理，发现问题与时处理，汇总问题进行总结分析。
(2)安全技术保障措施
① 对施工人员进行技术和操作培训，针对一些技术特点和操作要领作重点讲解并现场示范。
② 对用电的排水设备要确保电路安装的正确，检查转向是否正确；设置接地装置与标志，要严格按照安全用电方案办理，做到一机一闸一漏；
③ 几个泵站处，扬程均大于100 m，管路上均配置止回阀，以防发生水锤现象，造成电泵损坏。
④ 电泵的冷却，采用下一个泵站抽上来的水直接浇至排水电泵上进行冷却。
⑤ 由于洞内均为渗水，虽然使用水泵均为污水泵，一旦在进水口处产生淤积将导致堵泵。为此，需要对坑内污水进行搅和。施工中采用在水泵与管路的接口处安一处出水口并安装阀门，利用抽水的高压水不断对进水口处进行冲搅；同时，利用高压风进行冲吹，防止污泥的淤积。
⑥ 针对隧道施工的特点，施工人员对隧道内排水沟与集水坑内污泥杂物要与时清理，对管路要定期检查维修，定期的用清水进行冲洗。
⑦ 在集水泵进水口包裹铁窗纱，同时把水泵(工作面移动式)或进水口施在竹筐内，可以防止污泥与杂物的进入而发生堵塞。
⑧ 当水位下降超过底座，间歇出水时，应立即停机进行检查；运行一定时间后，须进行维护保养。与时地进行保养和维修是确保设备正常运转的必要措施。
⑨对隧道内的抽水设备要定期进行安全检查，并派专人负责管理，做到24小时轮流值班，建立严格值班管理制度；
⑩对易损的排水设备与管配件要有必要的储备和供应上的保障。
四、 应急预案
由于本段隧道施工穿越多处断层，可能出现突水、涌水等突发事故，为此，在现有排水系统上增设了1套设备和管路作为应急措施。管路利用高压进水管路(φ150 mm管)，即在每个泵站处在高压水管上开口，与安装在泵站处的水泵相接通，正常情况下把闸阀关闭。一旦遇到突水、涌水现象，即把进行闸阀关闭切断高压供水，打开排水闸阀进行应急抽排。在特殊情况下，洞内高压风管也可改造利用上作为排水管道。
针对隧道反坡道施工排水的困难的特点，对隧道内突发的涌水事故，抽水设备损害，水位突然升高，建立必要的逃生系统，在掌子面与隧道内设置应急灯，在隧道内作业区放置救生衣，并保持隧道内通信畅通。发生突发事故后与时上报项目部应急预案领导小组，启动突发事件的应急预案，做到以人为本，兼顾财物，力争把损失降低到最低限度。具体事宜严格按制定好隧道突发事故应急预案办理。
五、 符合安全文明施工，环水保施工规定
1、污水处理
针对隧道排水污染大，粉尘多的特点，对排水要严格按照环水保规定，建立三级沉淀池，严禁污水不处理排放，对洞内施工排放的污水须经沉淀、隔油、气浮处理。处理后的水尽量用于洒道路，排放的水一定要经检验达标后方可排入河沟。沉淀池内淤泥用吸泥泵抽出后集中晾干，而后装运至弃碴场内统一堆弃。
2、其它事项严格按照标段环水保措施办理。
3、安全文明施工按隧道安全文明施工规定办理。

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