反坡斜井突涌水施工技术.pdf

隧 道／ 地 下工 程 反坡斜井突涌水施工技术 刘金 山 ， 1 ．西安建筑科技大学西安7 1 0 0 0 0； 2 ．中铁十三局集 团有 限公 司 天津3 0 0 3 0 8 摘要通过对锦屏山隧道辅引3 施工支洞反坡施工， 介绍反坡斜井突涌水条件下施工技术， 根据实例论述了以 防为主、 防排结合的反坡斜井突涌水隧道施 工方法。 关键词隧道反坡排 水涌水量超前探 测方法 中图分类号U 4 5 3 ． 6 l 文献标识码B 文章编号1 0 0 9 4 5 3 9 2 0 1 3 0 9 0 0 4 8 0 4 Co n s t r u c t i o n Te c hn o l o g y o f Co un t e r s l o pe f o r W a t e r Fa t he r i ng I nc l i ne d Sh a f t L i u J i n s h a n 1 ．X i ’ a n U n i v e r s i ty o f A r c h i t e c t u r e a n d T e c h n o l o g y ， X i ’ a n 7 1 0 0 0 0 ，C h i n a ； 2 ．C h i n a Ra i l w a y 1 3 B u r e a u G r o u p C o ．L t d ． ， T i a n j i n 3 0 0 3 0 8 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e c o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g y o f c o u n t e r - - s l o p e f o r wa t e rt h e fi n g i n c l i n e d s h a f t w a s i n t r o d u c e d b a s e d O i l t h e J i n - p i n g H y d r o p o w e r S t a t i o n 3 b r a n c h t u n n e 1 ．T h e p r e v e n t i v e me a s u r e s c o mb i n e d wi t h d r a i n a g e me a s u r e a r e d i s c u s s e d b a s e d o n a c t u a l c o n d i t i o n ．Me a s u r e s o f d e t e c t i o n ，d i v e r s i o n a n d d r a i n a g e a r e p r e f e r r e d i n t h e c o n s t r u c t i o n for t h i s k i n d o f t u n n e 1 ． Ke y wo r d s t u nn e l ；s l o pe d r a i na g e；wa t e r i n fl o w；a d v a nc e d d e t e c t i o n 工 程 简 介 辜 1 ． 1 工程概况 较多。工程 区内碳酸岩约 占9 0 ％， 其余为碎屑岩和 锦屏二级水电站属于二滩 电站 ， 在雅砻江干流 少量绿泥石片岩， 围岩为 T 2 b白山组大理岩 ， 为厚层 锦屏大河湾上， 总装机容量 4 8 0 0 MW， 是雅砻江流 或巨厚层状 ， 岩石坚硬较脆。根据长探洞观测水压最 域装机规模最大 的水电站。辅 引 3 施工支洞是连 大值为 4 2 ． 1 1 M P a ， 瞬时涌水量为4 ． 9 1 ～ 7 ． 3 m ／ s ， 辅 接辅助洞与锦屏二级水 电站的施工排水洞， 也是4 、 引 3 施工支洞设计和施工 中按照1 ． 5 m ／ s 作 为单 3 、 2 、 l 引水隧道工程施工的一条重要施工斜井 ， 点最大突水量 的量级。我们对 于施工 中突发的涌 是为确保 2 0 1 2年首台机组按期发 电的重要措施之 水问题要 采取 提前 探测 ， 对 中小 涌水 点采 用 “ 抽 一 。斜井总长为 1 1 0 8 ． 5 4 m， 最大坡度为 一1 3 ％。 排” ， 大涌水点采用“ 探” “ 避” “ 绕” “ 排” 结合的施工 该斜井穿越 中部第五 出水带 ， 单点 涌水量最 大达 方案。 0． 5 m3 ／s ，汇总水量在施工支洞开挖期间为 1 ． 5 m 3 ／ s ， 1 ． 3 洞内主要涌水点 斜井高差为 7 9 ． 4 0 3 m， 该洞段埋深在 2 2 0 0 m以上。 在施工过程 中对洞内主要 涌水点进行 了统计 ， 1 ． 2 水文地质情况 详 见 ． 表 1 锦屏山属裸露型深切河间高山峡谷岩溶 区， 主 1 ． 4 突涌水施工的重难点 要接受大气层降水补给。锦屏二级水电站位于四 辅引3 施工支洞涌水的突发性、 大流量、 水压 川省凉山彝族 自治州木里 、 盐源 、 冕宁 3县交界处的 高是本工程 最大的重难 点。给施工排水和交通运 输带来了巨大的困难 。如何做好施工强制排水是 收稿日 期 2 0 1 3 0 6 2 5 本工程的重难点 ， 解决好 抽排水 和防水工作 ， 本工 4 8 铁道 建筑技术R AI L WAY C ON S T R UC T I ON T E C H N OL OGY 2 0 1 3 f 9 J 隧 道／ 地 下工 程 程就成功了一半 ， 所以下面着重讲述抽排水的运用 和在支洞开挖过程 中预防和绕开大涌水。 表 1 洞 内主要涌水点统计 序号 洞内里 程 喷射距 离／ m 涌水量／ i n s 一 1 0 0 21 l 1 O． 7 2 0 0 2l～O 4 2 6 0． 7 3 O O 4 2 3 0 ． 7 4 O l 8 6 1 2 O． 3 5 02 5 5 7 0 ． 0 4 6 0 2 9 3 3 0 ． 1 5 2 反坡抽排水总体方案及原则 根据隧道埋深大 最大达 2 2 5 0／ I 1 、 水压大 、 水 量大等特点 ， 且辅 引 3 施工支洞均为反坡排水 ， 施 工 中根据现场及掌子面涌水情况 ， 适时设置临时抽 水系统 ， 同时根据隧道施工位置及预估涌水量设置 系统排水， 保证隧道排水顺畅。系统排水， 采用机 械排水 ， 设置一 、 二级 2个泵站。 在施工中反坡抽排水 系统应遵循 “ 以防为主、 防排结合 、 多道 防线、 刚柔 相济 、 因地制宜 、 综合治 理” ， 采用及时探 、 大水绕 、 小水引 、 接 力排水 的措 施 ， 即探 、 引 、 绕 、 排相结合。 采取临时排水与系统排水相结合 ， 小 型积水坑 与大型泵站相结合， 排水与防水相结合， 经验预测 与实际探测相结合的方案。 3临时抽排水 3 ． 1 临时抽排水布置原则 临时抽排水系统是根 据 出水量大小 和出水点 多少随机布置， 出水量大 、 出水点多 ， 水泵要选择大 功率的， 集水坑容积也要开挖大， 反之水泵选择小 功率的， 集水坑容积也可减小。临时排水管路则选 择 , 2 o o一, I , 3 o o m m钢管 ， 管道用法兰连接 ， 起 到快 速方便的作用。临时管路和系统抽排水管路布置 同一侧以减小对路 面交通 的影响 ， 掌子面处则 用消 防管道 ， 使用方便灵活。 3 ． 2临时抽排水水泵选择使用 隧道施工水泵一般选用 WQ型潜 水泵 ， WQ潜 水泵具有流量大、 扬程高、 可抽取污水等特点。根 铁道 建筑 技术R A I L WA Y C ON ST R U CT I ON T E C H NOL 0GY 据涌水量选择好水泵后 ， 在集水坑 内要安放备用水 泵 ， 防止水泵毁坏 而导致 隧道 内被淹。本工程 由于 出水量较大， 根据出水量和所 安放位置选 择水泵为 7 ． 5 7 5 k W 不等 ， 因掌子面水泵移动频繁 ， 根据 出 水量尽量选择小 功率轻型水泵。所用 水泵型号见 表 2 。 表 2 所用水泵型号 名称 规格型号 流量／ I1 1 s 一 扬程／ m 掌子面用污 水泵 5 ． 5 k W 0 ． 0 1 7 3 0 掌子 面用污水泵 7 ． 5 k W 0 ． 0 1 9 2 0 掌子 面用 污水泵 1 1 k W O ． O l 7 3 0 掌子 面用污水泵 l 3 k W 0 ． 0 1 9 4 0 掌子面用污水泵 1 5 k W 0 ． 0 2 5 6 0 备 用及应 急污水泵 WQ 1 8 O - 3 O - 2 2 k W 0 ． 0 5 0 3 0 备用及应 急污水泵 WQ 2 0 0 - 4 0 - 3 7 k W 0 ． 0 5 6 4 0 积水坑及应急用污水泵 4 5 k W 0 ． 0 5 6 4 0 积水坑用污水 泵 WQ 6 5 O - 2 O - 5 5 0 ． 1 8 1 2 0 积水坑用污水 泵 WQ 7 5 O - 2 O - 7 5 o ． 2 0 8 2 0 大型泵站污水泵 3 5 5 k W 抽水机 0 ． 5 5 6 4 0 3 ． 3临时抽排水集水坑布置 临时抽排水系统 中集水 坑应根据 出水量 的位 置和出水量大小设置 ， 出水量大 ， 集水坑开挖则大， 反之则小。合理布置集水坑体现在 1 大涌水位 置设置集 水 坑 ， 避 免 涌水 流 到 掌子 面 影 响开 挖； 2 每隔 8 01 0 0 n a 布置集水坑 ， 主要原 因让涌水 尽早流人集水坑 ， 减小掌子面的抽水 压力； 3 大、 小集水坑结合 ， 根据水量 合理选择集水坑 大小 ， 集 水坑底部要低于路面， 且预留出人员清淤的空间。 4系统抽排水 因辅引 3 榄 工支洞涌水量大 ， 布置临时抽排水 系统仍然不能保证正常施工， 所以要增加布置长期 运行的系统抽排水设施 。整个抽水系统 由储水仓 、 水泵、 排水管路、 电气路等部分构成。储水仓由沉 淀池、 检修平台、 储水仓等构成。 4 ． 1 储水仓布置 影响储水仓布置的主要因素有 1 隧道的长短 和高差决定水仓的数量 ， 隧道越长 ， 高差越大 ， 需要 布置的储水仓数量就越多 ， 反之则少 ； 2 涌水量的 2 0 1 3I 9 1 4 9 隧道／ 地 下工程 大小决定储水仓的容积大小 ， 设置的储水仓至少要 证 了供 电的可靠性 ， 防止 了停 电对抽 排水 系统 的 储存所辖范围 1 h的涌水量 。 影响。 辅引 3 榄 工支洞在 03 7 5处布置一级水仓 ，4 ． 4 排水管路 水仓与洞 IZ l 排水沟处高差为 3 3 ． 0 7 5 I T I ， 水仓布置在 排水管路选用 3趟 6 6 3 0 X 1 0 m m的焊接钢管， 进洞方向右侧边墙， 与边墙呈 4 5 。 夹角， 水仓长 每台水泵单独配备 1 趟管路， 洞内涌水通过水泵抽 8 1 I T I ， 水仓断面为 8 ． 5 IT I 6 ． 5 I T I ， 城门洞形。储水仓 出经排水管排至洞外排水沟。 ／ 由 1 “ 沉 淀 ． 鲁 、 储 水 仓 。 沉 淀 池 辅 引 3 施 工 支 洞 抽 排 水 总 结9 2 斗 ⋯ m 3 ， 储水仓可储水 ， 可储存． 5 m 1 5 0 0 m3 0 41 7 m3 ／ s “ ～ 一” ～ 一 一 “ ～ “ 一 涌水1 h o 储水仓是抽排系统中的主要组成部分， 其功 辅引 3 施工支洞开挖至 0 0 8 0处左侧边墙出 能主要为储存洞内涌水 ， 安放水泵 ， 为大功率水泵抽 现一涌水点 ， 水量约 0 ． 0 2 I n ／ s ， 根据施工需要在此 水提供合理水位 ， 水仓的设置使洞 口至水仓段和水仓 布置集水坑， 安放 1台 1 5 k W 水泵， 阻止水流 向掌 至掌子面段的涌水汇集到水仓里。 子面影响施工。开挖至 01 8 6时遇到 0 ． 3 m 。 ／ s 的 4 ． 2 水泵选择安装 突涌 水 ， 在 此 安 放 3台 7 5 k W 水 泵 ， 布 置 2趟 安装在储水仓里的水泵基本上 固定不动 ， 所以 3 0 0 m m排水管， 2台水泵工作 ， 1台备用 ， 同时取消 要选择质量可靠， 抽水量、 扬程都要满足现场涌水0 0 8 0 处抽水设施， 此处涌水通过纵、 横向排水沟 量的大功率高压水泵 ， 根据辅引 3 施工支洞使用效 流至 01 8 6处。开挖至 02 5 5时 ， 01 8 6 2 4 0 果建议选取 S L D B型单级双吸双窝壳潜水 电泵 ， 此 段涌水量约 0 。 0 4 I n ’ ／ s ， 则在 此设 置一个小型集水 类水泵性能稳定 ， 不易损坏。在安装水泵时要充分 坑 ， 安放 2台5 5 k W 水泵 ， 阻止水流向掌子面， 水泵 考虑安装备 用水泵 ， 防止水 泵损坏 而导致 隧道被 将水抽至 01 8 6处 ， 统一排 出。开挖至 02 9 3处 淹， 即在一台水泵能满足使用的情况下， 要安装 1 ～ 右侧边墙涌水量为0 ． 1 5 in ／ s ， 在此处布置大型集水 2台备用水泵 ， 排水管路也要相应增加 。因大型水 坑安放 3台 5 5 k W 水泵， 1～2台工作 ， 1台备用 ， 拆 泵维修困难 ， 需要 时间长， 在涌水量较大 隧道建议 除 0 2 5 5处临时抽排水设施 ， 01 8 602 9 3处 安装 2台水泵作备用 。 涌水和 0十 2 9 3至让掌子面处涌水汇集在此 ， 统一抽 水泵选用 3台 4 5 0 S L D B 2 0 0 0 ／ 3 6 ． 3 6 0型单 级双 排至 01 8 6处。隧道开挖至 0 3 5 0时， 02 9 3～0 吸双蜗壳潜水 电泵 Q0 ． 4 5 1～0 ． 4 8 9 i n ／ s ； H 3 5 0涌水量约 0 ． 0 2 m ／ s ， 在此布置 一小型集水 3 8 ． 7 3 9 ． 9 I T I ； N 3 6 0 k W； U1 0 k V ， 安放在水仓 坑 ， 安放 l台 1 5 k W 水泵 ， 抽排此段和掌子面处涌 储水区域 ， 其安全运行状态下 2台水泵 同时开启 水至 0 2 9 3处。 最大 排 水 能 力 为 0 ． 9 1 1 1 ／ s ， 在 最 大 涌水 情 况 下 考虑到洞内总涌水量已达到 0 ． 4 6 I T I ／ s ， 且高差 O ． 5 1 1 1 ／ s 其安全系数为 0 ． 9 0 ． 51 ． 8 0， 遇特殊 已有 3 0多 m， 所以在 03 7 5处布置一级水仓 ， 让掌 情况 3台水泵同时开启 。 子面至洞 口至的涌水统一汇集至此 ， 通过大功率水 4 ． 3 双回路电源 泵抽至洞外。因考虑雨季对涌水 的影响， 保 留了 0 因单电源可靠性差， 停电后水泵停止运行将会 1 8 6 处的抽排水设施， 其余临时抽排水设施全部 给施工带来很大影响和损失 ， 所以必须采用双回路 废除， 随着掌子面的开挖继续在一级水仓至二级水 电源 ， 而且 电源不会 同时停 电。在没有条件的隧道 仓之间布置临时抽排水设施 。在雨季 ， 二级水仓未 施工 中可备 用发 电机组 ， 以保证水泵 2 4 h能正常 形成之前 0 0 4 2 0 7 0 0处总涌水量约 0 ． 7 m ／ s ， 运行 。01 8 6处开启 1台 7 5 k W 水泵 ， 一级水仓处开启 电气路是抽排水系统中的动力部分， 高压电通 1 台3 5 5 k W水泵， 正好能抽排洞内涌水。根据洞内 过高压配电柜后连接高压软启动柜 ， 高压软启动柜 具体涌水量和涌水位置 ， 共布置 l 2个临时集水坑。 控制水泵启动与停止。在一级水仓中3个水泵配置 二级水仓布置在 0 8 1 8处 ， 根据洞内现有涌水 的高压配 电柜 和高压 软启动柜 相对独 立 ， 互不 干 量和即将开挖主洞后的涌水量预测 ， 洞 内涌水量可 扰。供电电源 采用锦屏东端 、 西端双 回路电源 ， 保 达 1 ． 5 m ／ s ， 所 以水仓开挖 2 0 0 m， 水泵选 用 3台 S o 铁道建筑技术R A I L WAY CO NS T R U CT I ON T E C H N OL OGY 2 0 1 3 9 l 隧 道／ 地 下 工 程 临时抽排水系统也 以完善。在雨季辅引 3 群 施工支 洞总涌水量约 1 ． 5 m。 ／ s ， 其中00 4 2处约 0 ． 7 m ／ s 的涌水自然排出， 无需抽排， 洞内需要抽排水的约 0 ． 8 m 。 ／ s 。辅引 3 施工支洞 比节 点工期提前 6 1 d 完成任务 ， 辅 引 3 施工支洞成 功开挖至 1 } } 引水主 洞 ， 与运用“ 绕” “ 避” 水是不可分的。 7“ 探 ” 水 的运用 “ 探” 水是一项预防大涌水对施工造成危害的 一 种有效手段 ， 首先在每一 次开挖 的时候就要对前 面掌子面的情况做 出正确预测 ， 对潜在的涌水量做 出判断， 提前做好各项应对准备工作 ， 减小损失。 超前探测主要有以下几 种手段 1 探水孔预 报 ， 在开挖时钻超前探水 孔 ， 探水孔 比炮孔深度至 少大于 2 i n ， 且在拱顶、 边墙 、 掌子面中心都要布置， 此种方法基本上能对下一炮掌子面的出水情况作正 确的判 断， 但 是不能对更深 的地方做 出判断依 据。 2 表面雷达预报， 使用拉托维亚进 口的 Z o n d 一 1 2 e型 地质雷达或美国 S I R ． 2 0型地质雷达 ， 选用 1 0 0 M H z 雷达天线。其探测有效距离为2 5～ 3 0 m， 因此需要每 2 0 m进行探测一次。在工作面 以及左 、 右侧壁及洞 底板至少各布置一条侧线， 左、 右侧壁侧线长度应大 于本次开挖循环进尺长度。运用表面雷达基本上准 ， 但是不够精确 ， 距 离也较短。 3 T P S 地质超前预报 系统用于预报工作面前方 01 2 0 m范围内及周 围临 近区域地质情况， 预测工作面前方围岩的类别 主要 是对地质的结构面 、 地质构造及地下水的预报 ， 包括 底层岩性界面、 构造破碎带、 富水区、 岩溶发育等不良 地质体 ， 确定其位置 、 规模及大致产状， 推测其性质。 其设备 主要 采 用瑞 士 最新 的地质 超 前预 报 系统 T P S 2 0 0或 T P S 2 0 3 ； T P S地质超前预报距离远 ， 但是预 报不够准确。 只有把超前探水孔 、 表面雷达 、 T P S地质超前预 报三者有机结合起来 ， 就能对前面掌子 面的情况做 出比较准确的判断， 提前做出防水工作的准备。 8结束语 辅引3 妨包 工支洞抽排水系统的成功布置和“ 探” “ 绕” “ 避” 水的有机结合是辅引3 施工支洞成功的关 键， 它的成功开挖给反坡斜井突涌水施工提供了可借 鉴的工程经验。 2 0 1 3f 9 J 5 l