施工排水工艺工法.doc

施工排水工艺工法
1序言
1.1概况
地下水丰富隧道施工排水已经成为隧道施工一项重要内容。隧道排水方式分为顺坡排水和反坡排水两种,顺坡排水重要是通过洞内设置临时排水沟排水；反坡排水重要是通过水仓、泵站、管路构成排水系统将隧道内地下水排出隧道外，本工法对反坡排水进行总结。
1.2工艺原理
隧道内按照一定间距集中设置水仓，分段汇集隧道内地下水，在水仓处设置水泵，逐层、接力提高至洞外污水沉淀池。
1.3排水方案设计
排水方案设计中重要包括：
1.3.1抽排水设备配套
根据隧道坡长、坡度、最大涌水量等参数确定水泵型号、数量以及供电系统（包括备用发电机）容量，遵照经济、合理、有效并有一定安全保证系数。
1.3.2管路布置
根据隧道排水设计布设管路，保证管路易更换、易维修、易加固等。
2工艺特点
2.1可根据隧道内渗涌水量调整各水仓水泵数量和污水管道趟数。
2.3排水系统简朴可靠，适应能力强。
3合用范围
长大隧道反坡、斜井施工排水。
4重要引用原则
《客运专线铁路隧道工程施工技术指南》，《高速与客运专线铁路施工工艺手册》，《铁路工程施工技术手册》，《工业与民用配电设计手册》，《铁路隧道防排水施工技术指南》。
5施工措施
隧道排水施工重要是根据隧道长度和坡率，并根据隧道内渗涌水量大小合理布设水仓，选择最合适水泵，确定水泵台数和污水管趟数。通过度级接力式抽排水措施将隧道内渗涌水抽出隧道外。
6工艺流程及技术要点
6.1施工工艺流程
工艺流程见图1。
确定隧道长度、坡度、最大涌水量等参数
根据有关参数确定水泵型号、数量和水仓大小
根据各水仓内水泵最大用电量确定变压器大小
按照施工方案布置水仓内水泵、污水管道并做好电力配置
进行现场实际布设安装及排水试验
正式投入使用
满足规定

图1 施工工艺流程图
6.2操作要点
6.2.1隧道内排水距离和有关参数确实定
根据施工任务确定排水长度，并根据隧道设计图纸中有关信息确定预测最大涌水量和合计最大涌水量。
6.2.2理论计算确定排水设备
根据隧道抽排水距离和规定排水量，选择扬程和抽水量满足实际规定水泵，并根据隧道最大涌水量和合计涌水量确定水泵水量、污水管道趟数。

L=水泵扬程
Q=水泵流量
T=污水管直径
P=泵站之间坡度
h=泵站之间水平距离
q=隧道每小时最大出水量
k=水泵最大功率系数（根据现场实际运行发现，水泵在长时间运转后最大功率只能到达设计功率75%左右），最大排水量考虑一定安全保证系数。
q0=水泵最大有效流量
l=泵站之间污水管最大长度
i=系数（根据污水管摩擦系数定）
π=圆周率
由于水泵扬程和流量成反比，水泵扬程和管径成正比，因此在水泵选型时要充足考虑水泵扬程、流量和管径关系。均衡三者之间关系，从而选择适合水泵和污水管。
6.2.3电力设备确实定
由于隧道内各水仓水泵设置时按照隧道内最大涌水量和最大合计涌水量确定，因此各水仓水泵在某些时候必须满负荷工作，因此应根据各水仓水泵功率确定合理、经济变压器。
为了保证隧道在任何状况下排水系统可靠，因此要配置足额发电机。

P总=发电机总功率
p1=水仓中单台大型水泵功率
∑p2=小型水泵总功率
p3=正常照明功率
n=所需大型水泵台数
cosφ=发电机功率因数，cosφ=0.8
6.2.4现场排水试验
1试验过程：
1）在试验前要确定水泵运转正常。水仓最大储水量根据开挖后实际体积进行取值；根据单趟排水管单泵进行试验。
2）试验措施：在水仓中放满水（到达最大储水量）。然后开一台抽水机进行抽水同步对水位下降状况进行观测，应分多次对水位下降状况进行记录取平均值。根据水仓数量，对每个水仓都进行如上试验。
3）试验时为了保证水泵持续工作可以满足现场规定，抽水试验必须在水泵持续工作3～4小时后进行。
6.2.5正式投入使用
在单趟排水管和单泵试验结束后，对单管单泵每小时抽水量进行理论计算，并根据隧道内布设管路确定该排水系统每小时最大排水量。当该系统最大排水能力不小于隧道内理论最大涌水量时，方可确定该排水系统可以投入使用。
7劳动力组织
隧道排水作业人员一天24小时持续作业，人员配置见表1（供参照）。
表1 人员配置表
序号
作业组
重要工作内容
人数
备 注
1
水泵安装组
水泵安装
5

2
污水管道安装组
安装隧道内污水管道
6

3
维护班
对水泵进行平常维护和修理
3
包括一名电工
4
协调组
对各水仓平常运转和人员进行协调
2

5
运送组
运送人员和物资
2

合计

18

8重要机具设备
排水施工中机械设备数量重要以抽水设备及安装设备为主，机械设备配置见表2。
表2 重要机械设备配置表（以高盖山隧道4#斜井为例）
序号
设备名称
规格型号
数量
用 途
1
离心泵
75kW
63台
抽水设备
2
电焊机

3台
污水管管口法兰盘焊接
3
运送车

2台
污水管及水泵运送
4
交通车

1台
隧道出入人员交通工具
5
污水管
200mm
若干
污水排水管道，数量根据隧道长度和管道趟数确定
6
法兰盘
φ200mm
若干
污水管连接，数量根据隧道长度和管道趟数确定
7
螺 栓
M12*40
若干
法兰盘连接，数量根据隧道长度和管道趟数确定
8
变压器
500千伏安
5台
隧道内水仓水泵使用
9
发电机
500kW
2台
应急抽水电力
10
小型工具

若干
水泵、污水管等安装维修
9质量控制
9.1易出现问题
9.1.1水泵管头脱落、堵塞
在排水施工过程中常常发生水泵管头脱落、堵塞现象。水泵在停止运转后管道中污水会出现回流，在重力作用下管头会出现脱落；由于污水中有石碴，在抽水时管头易被石碴堵塞，导致水泵无法抽水。
9.1.2水仓淤积比较严重
由于隧道内污水中石碴、石粉含量很高，污水在水仓中沉淀后轻易形成淤积，极大减少了水仓储水能力。
9.1.3水泵故障
由于隧道内潮湿、高温，水泵长时间运转损耗过大，轻易导致忽然停机或水泵功率减少。
9.2保证措施
9.2.1水泵操作人员要通过厂家和维修人员培训后方可进场进行水泵操作。
9.2.2对排水系统运转过程进行详细书面和会议交底，并组织有关人员进行培训，保证操作人员清晰排水操作要点和环节。
9.2.3对水泵管头进行加固，并将管头进行过滤网安装；同步将管头吊至水面一定高度，保证管头不直接接触到水仓底部淤积。
9.2.4对水仓进行定期清淤。用人工或使用大功率污水渣浆泵将水仓底部淤积清理，保证水仓有效储水量。
9.2.5加强水泵检修维护。
10安全措施
10.1重要安全风险分析
10.1.1 隧道排水对设备完好率规定很高，一旦一种泵站出现问题，整个排水系统都将陷入瘫痪。
10.1.2 泵站供电系统发生漏电，易导致人员伤害。
10.1.3 排水系统出现问题，易导致涌水事故，导致人员伤亡。
10.2保证措施
10.2.1贯彻水泵保养制度和保养计划。加强水泵平常检查、维护，及时对有故障或运转不正常水泵进行技术检查、维修，保证每个泵站正常运转。
10.2.2对隧道内所有污水管道进行平常巡查，及时对管口接头松动漏水部位及时进行修复，保证排水到达最大效率。
10.2.3规范工人操作，贯彻奖惩措施。操作工在上岗前要通过水泵厂家和机械维修人员培训，在详细掌握了水泵性能、操作规程、常见问题等之后方可进场操作。
10.2.4由于隧道内每天有大量运送车辆出入，为了保证水泵和操作人员安全，要对水仓进行防护并做好警示标志，操作人员应严格按照安全原则规定穿戴好反光背心和安全帽。
10.2.5长大隧道排水是一项持续、各水仓之间互相配合工作。为了以便各水仓之间联络，在各水仓配置固定电话或移动手机（隧道内有无线网络覆盖时），并配置专人、专车对各水仓工作和水泵运转状况进行实时协调、巡查。
10.2.6加强对供电系统检查，加装漏电保护装置。
11环境保护措施
环境影响有两层含义：一层含义是指内部环境，即施工作业环境；此外一层是外部环境，即对周围环境影响，对周围环境影响重要指因多种原因引起地表下沉、水文条件变化、枯水、水位减少、水质污染等；对周围构造物影响、对社会、生活环境影响。
针对现场实际状况，在排水施工前先在隧道外修建三级沉淀池。隧道内污水排出隧道外后通过沉淀池沉淀并排放到远离居民生活区用水区，并由环境保护协调部门定期联络当地环境保护监督部门对水质进行检查，保证当地水质不被污染。
12应用实例
12.1工程简介
中铁一局承担向莆铁路FJ-5A标段施工任务，管段全长35.629km，重要工程项目为“两站、八隧、九桥”。中铁一局五企业项目部重要分担高盖山隧道出口段和两座辅助斜井（4号、5号）任务，出口段左线长度7717m，右线长度7719m，项目部下设三个工区组织施工:出口工区、4号斜井工区和5号斜井工区。
向莆线高盖山隧道左线全长17594m，右线全长17612m，是向莆线重点控制性工程，位居全线第二长隧。隧道最大埋深723m,隧道洞身最浅埋深为82.1m。设计为双洞单线，由中铁一局和中铁二局共同施工。
高盖山隧道4#斜井位于瑞应村，斜井与左线正洞隧道中心线交汇点里程为YDK474+910，斜井与左线正洞隧道中线形成夹角40°52′，综合坡率i=8.06%，井口里程为X4DK3+206，斜长为3217.22米。斜井辅助施工正洞左线长2913m（正向2275m，反向638m），右线长2930m（正向2275m，反向655m）。
4#斜井正洞内围岩岩性为白垩系寨下组上段（K1z2）紫红色流纹岩、石泡流纹岩夹流纹质晶屑熔结凝灰岩，围岩完整性很好，岩体坚硬，节理、裂隙不发育，正常段为弱富水。施工区段穿越断层有5条，编号为F36、F34、F33、F32、F31，断层及影响带长度453m，断层带均为强富水；该段设计涌水量最大为F33断层7944m3/d，单洞叠加涌水量为13799m3/d。
12.2施工状况
向莆铁路FJ-5A标高盖山隧道4号斜井工区排水施工过程中，水泵操作班组和水泵安装、维护班组互相配合，从水泵安装、污水管连接安装、水泵合理有效工作，4号斜井开挖到达了280m/月，为项目部全线按期贯穿奠定了基础。3月14日4号斜井顺利开挖至主洞交叉口比业主阶段性计划提前了10天，为顺利实现项目部按期竣工奠定了基础。
12.3工程成果评价
12.3.1社会效益
1改善了施工作业环境，保障了施工人员身心健康，提高了排水效率，加紧了现场施工进度。
2提高了项目形象，为企业赢得了荣誉，为企业发展奠定了基础。
12.3.2经济效益
1该合理排水方案，完备抽水设备，不仅排除了潜在安全隐患，加紧了我们施工进度，缩短了工序衔接时间。
2由于排水效率提高，彻底解除了安全隐患，在下六个月集团企业安全质量检查中获得奖励。
12.4建设效果及施工图片

图2 隧道内水仓及水泵布置

图3 隧道内污水管布设

图4 隧道内水仓水泵变压器布置