斜井施工排水技术在小浪底引黄工程中的应用.pdf

山 西 水利昌 鲁 技术 与应用 2 0 1 4年第 8 期 斜井施工排水技术在小浪底弓 I 黄工程中的应用 孙文 明 ( 山西省水利 建筑工程局 ， 山西太原0 3 0 0 0 6 ) [ 摘要] 斜井排水在地下工程施工中应用广泛， 对施工进度及安全影响较大。结合小浪底引黄工程， 阐述了在 斜井施工过程 中排水方案的选择 ， 详细介绍了设施布置过程， 并对施工排水、 应急排水提 出了相应的处理措 施， 可为类似工程施工提供参考。 [ 关键词] 斜井施工； 排水技术； 水泵； 管线； 小浪底引黄工程 [ 中图分类号] T V 5 2 [ 文献标识码] C [ 文章编号] 1 0 0 4 — 7 0 4 2 ( 2 0 1 4 ) 0 8 — 0 0 3 5 — 0 2 1 工 程概 况 小浪底 引黄工程位于山西省运城市 ， 北依 吕梁山 与临汾市接壤 ， 东倚中条山与晋城市毗邻， 西南与陕 西省渭南市、 河南省三门峡市隔黄河相望。引水干线 始于垣曲县境内板涧河右岸的小浪底水库库区， 终于 闻喜县境内的吕庄水库，线路大体为东南一西北向， 总长度 5 9 ． 6 k m。 8号支洞进 口位于垣 曲县毛家湾镇桐木沟附近 ， 支洞沿线地面高程 7 2 0 ～ 9 0 0 I n ， 地表地形起伏较大。 支 洞进 口位于后川河河谷右岸 ， 河谷 内常年流水 。支洞 南北两侧存在桐木沟铜矿采区和店头铜矿 1 采区， 洞 线北距桐木沟铜矿边界约 7 5 m， 南距店头铜矿 1 采区 边界 4 4 0 ～ 4 5 0 m 。古采空区高程 5 9 0 ～ 6 9 5 m范围内被 水充填 ， 其水位高程在 6 9 5 m左右 ， 高于洞底高程 。隧 洞开挖存在涌水问题， 涌水量可能较大。 8 号支洞控制 的主洞长度 为上游 2 2 0 0 m， 下游 1 8 6 0 m， 主洞段坡 度 1 ／ 3 0 0 0 。 支洞采用钻爆法施工 ， 出碴采用小型原位挖掘机 装箕斗 ， 绞车提升至洞外 的翻碴平台 ， 然后装 自卸汽 车运往碴场。 2 排水方案 8号施工支洞位 于主洞桩号 2 8 + 5 2 0处 ，与主洞 斜交 7 O 。 ， 支洞进口底高程 7 1 6 n l ， 与主洞相交处洞底 高程 4 8 7 ．8 0 1T I ， 斜井长度 6 6 4 ． 7 m， 倾角 2 0 ． O 8 。 。与主 洞衔接处设 2 5 m的平洞段 ， 支洞总长 6 8 9 ． 7 m。 截至 2 0 1 3年底 ， 支洞已完成开挖 4 7 0 i n ， 随着 隧 洞的开挖 ， 从支洞桩号 0 + 2 7开始出现 1 8 ． 6 m3 ／ h的渗 水，至桩号 0 + 4 7 0 处渗水量增大到 1 2 0 m 。随着隧 洞的掘进 ， 洞内大部分的出水点沿掌子面下移， 掌子 面出水量 占总出水量的 6 0 ％， 且 出水点较分散( 顶板 、 侧墙 、 底板均有出水点 ) 。 通过对支洞 口板涧河河水与 洞内水水质化验对 比发现微量元素含量不 同， 可 以基 本判定渗水为裂隙水。 按照“ 堵 、 截 、 引 、 排 ” 相结合 的排水原则 ， 结合现 场出水点较分散 ， 且 随着洞身的掘进 ， 出水 点不断下 移 的特点 ， 采用堵 的效果不太 明显 ， 故采 用“ 截 、 引 、 排” 相结合的原则进行排水 ， 即“ 高水高排、 分级排水 ( 分 四级 ) ” 的方法。 3 排水布置 3 ． 1 排 水 沟及 集 水坑设 置 根据现场情况 ，在支洞 右侧挖设一宽 4 0 e m、 深 3 0 e m的排水沟 ，每隔 4 5 m左右开挖一小集水坑 ， 每 隔 1 7 0 m设一大集水坑( 交叉段储水仓代替集水坑 ) ， 分四级将水排 出洞外。 进入主洞后 ， 在上游段左侧挖设 同支洞截面相同 的排水沟 ， 坡度与 主洞坡度相同 ， 在下游段 挖设反坡 排水沟 ，坡度 1 ／ 3 0 0 0 ，排水沟最浅部分宽 4 0 e m、 深 3 0 e m， 最深部分 4 0 e m、 深 7 0 e m， 每隔 6 0 0 m开挖一 个 2 mx 2 mx 2 1T I 的集水坑 ， 利用水泵将水逐级抽人排 水沟 ， 将 主洞 内的水引人交叉段 的储水仓 ( 4 rex 8 mx 4 m) 后集 中排 出洞外。 3 ． 2 盲 沟设 置 由于支洞的坡度较大 ， 出水 点分散 ， 如不对渗水 进行拦截 ， 大部分水不能流入排水沟和集水坑 ， 渗水 将顺底板坡面流向掌子面， 影响施工， 同时对轨道造 成较大损坏。将水引入集水坑的同时， 在每个集水坑 上游 1 m处设盲沟 ，与洞轴线交角 7 5 。 方向挖一个 3 0 c mx 3 0 e m的横向排水沟 ，与支洞右侧 的纵排水沟 生 旦 圜 鬣叠困●嗣融—团 连通 ，在沟内设直径 l O 0 mm的钢花管 ，管外用 1 ～ 3 c m碎石 回填 。 3 - 3 排水强度计算 掌子面渗水量为 7 2 m 3 ／ h ， 在爆破前将水泵及水管 移至距掌子面 5 0 m处需 2 0 m i n ， 排烟需 4 0 ra i n ， 进入 掌子面安放水泵布设水管需 3 0 m i n ， 一次爆破累计停 止排水时间共 9 0 m i n ，为保证在排水 2 h内具备出碴 条件 ， 掌子面排水量为 1 2 6 m 3 ／ h 。出碴前 2 h支洞排水 量为 1 7 4m3 ／ h 。 3 ． 4水泵管线布设 输水管线采用直径 1 5 0 mm的焊接钢管 ，出水量 1 6 0 m 3 ／ h ， 为满足排水量要求同时按照 1 ： 1 备用 ， 拟在 支洞右侧布设 2 路管路， 管路在每个小集水坑下游安 装阀门与止 回阀， 在水泵与主管连接的支管上安装球 阀与止 回阀， 在每个大集水坑处断开 。掌子面水泵与 集水坑之间采用软管连接 ， 软管总长度 5 0 m， 分 5段 ， 每段之间用快速接头连接， 以方便爆破时安拆。 在每个大集水坑具备排水条件前 ， 在每个小集水 坑安装相应流量与扬程的潜水污水泵 ， 水泵安设在集 水坑的高位处 ， 当大集水坑形成后， 将上一级的水沿 排水沟汇入其 内集 中排出， 同时将小集水坑的水泵撤 出移至下一级使用 每个集水坑的水泵按照 1 ： l 备用， 每个集水坑 的水泵均采用液下 自动启动装置。 掌子面在 出碴过程 中会不停搅动水泵周围的水 体， 产生大量的细小颗粒 ， 故掌子面要采用液下渣浆 泵， 同时对所排水在进入集水坑前布设小水箱对水质 进行过滤， 水箱底部安装多层筛网， 筛网最小孔径不 大于 1 m m，并根据实际情况对水箱及时进行人工清 理 ， 以免堵塞 。 在每个集水坑内，水中的颗粒物会产生沉淀， 隔 段时间后会把集水坑的低位坑充满， 因此要根据实际 沉淀量 ， 不定 期对沉淀物进行清理 ， 并采用高压水对 水泵周 围进行冲洗 ， 以免沉积物堵塞水泵 ， 影响上水 。 清理低位水坑时采用高效耐磨离心式渣浆泵将颗粒 浆体抽至箕斗， 运往渣场进行处理。 3 ． 5水 泵选 型 小集水坑选用污水潜水泵 ， 掌子面选用液下渣浆 泵 ， 大集水坑选用离心式污水泵， 清淤采用离心式渣 浆泵。每级水泵的流量根据现场实际情况进行调整， 每路直径 1 5 0 mm的钢管与大集水坑的 2台离心污水 泵连接。 3 ． 6 供 电线路 布 设 在 支 洞施 工 过 程 中 4级 排 水 的最 大 功 率 为 2 9 6 k W，线路全长按 7 0 0 m计算 ，假设布设 2路 2 4 0 m m 2 铝电缆， 电压降为 2 3 ．7 7 V， 大于 1 9 V， 不满足 要求。 根据现场实际情况 ，施工现场的变压器为专用 ， 变压器的输出端电压可调高至 4 0 0 V，线路末端电压 能达到( 4 0 0 — 2 3 ． 7 7 ) V， 大于( 3 8 0 — 3 8 0 x 5 ％) V， 能满 足 要求， 故架设 2 路 2 4 0 m m z 铝电缆对排水进行供电。 进入主洞后 ，在距交叉段 3 0 m的地方开挖一侧 洞将高压变压器接人洞内， 以满足在进入主洞后 出水 量增大、 增加水泵及其他施工所需用电。 4 施工排水 随着洞身的掘进，首先对较大的出水点用 Y T 一 2 0 0气腿式凿岩机钻 4 0 m m孑 L ，然后用 3 ． 3 3 c m的胶 管将水引至排水沟或盲沟处， 对较分散顶板的渗水用 彩条布导至底板 ， 并引至盲沟或排水沟处。集水坑至 掌子面的距离大于 1 0 m时 ，安设集水坑的水泵进行 排水 ， 并对水泵进行适 当防护 ， 以防爆破时飞石毁坏 水泵等设施 。 根据出水点的实际情况 ， 在 出水较大 的地方及时 增加盲沟 ， 将水引向排水沟 ， 以减少对底板的冲刷 。 每个集水坑备用水泵的启动水位要高于工作水 泵水位约 1 0 c m，并在备用水泵的启动水位处安设电 铃警示， 启用备用水泵后， 立即对工作水泵进行检查 ， 并予 以修复。 5 应 急排水 在支洞开挖过程 中可能出现较大涌水 ， 为保证施 工安全， 在开挖过程中要对支洞的出水量进行超前勘 探 。超前勘探采用钻孔法进行 ， 当支洞开挖 至距采空 区 2 0 0 m时 ，利用潜孔钻机延洞轴线方 向进行钻孔 ， 钻孔深度 2 0 m， 孔径 9 0 mm， 两次钻孔 间重叠深度大 于 5 m， 当出现较大涌水时要停止钻进 ， 并提前做好封 孔准备， 使总出水量控制在 2 5 0 m 3,／h以内。当出水量 小于 1 6 0 m3 ／ h时， 继续进行超前钻孔 。 为避免 停 电造 成无 法排 水 ，在洞 口安装 一 台 4 0 0 k w 的油动发 电机组 ， 以满足停电时排水需要。 在掘进过程中如出现大的突发涌水 ， 施工人员要 立刻撤离现场 ， 待水位下降后再恢复施工。 [ 作者简介] 孙文明( 1 9 7 3 一 ) ， 男， 2 0 0 8年毕业于河北工程 大学水利工程专业， 工程师。 [ 收稿日期] 2 0 1 4 — 0 6 — 1 7 ； [ 修回日期 ] 2 0 1 4 — 0 7 — 2 1