中铁二局集团有限公司 四川成都 610036
摘要：随着铁路行业的快速发展，长大隧道越来越多，为了加快工程进度，长大隧道一般都设有斜井以增加施工作业面，斜井一般有长度较长、高差大等特点，因此隧道斜井排水成为影响施工的重要环节。如何合理的选择、布置排水设备，为施工提供良好的工作环境，保证隧道施工各个工序安全、顺利的完成，已成为长大隧道一项必不可少的问题。
关键词：长大隧道；斜井；排水；施工技术
1工程概况
紫高尖隧道全长9770m，为铁路单洞双线隧道，洞身纵坡为11.41‰/6160m，-3‰/3850m的“人”字坡。隧道设置2座斜井，1#斜井长693m、2#斜井长677m。隧址处于中山区，岩性以砂岩、泥岩为主，砂岩中构造裂隙虽然发育，但多被泥岩风化后的粘土充填堵塞，不利于大气降水入渗补给地下水，更不利于地下水的储存与运移，多形成地表径流，故地表水丰富。但水量受季节性变化影响比较明显，其中4-6月的梅雨期水量最大，11月至次年1月的少雨期水量较小。隧道穿越8处断层破碎带，破碎带宽度30～80m，施工过程中可能发生塌方涌水。隧道的正常涌水量为12438m³/d，最大涌水量为39808m³/d。
2排水方案设计
2.1 斜井段排水
斜井每隔300m设临时积水坑，尺寸3m（沿隧道纵向）*2m（横向）*1.5m（深），容积9m3，工作面的积水由移动污水泵抽排至临时积水坑，然后依次抽排至洞外。
2.2 斜井进入正洞后排水
斜井进入正洞施工后，在斜井与正洞交叉处设置一个大型水仓，尺寸为15m（沿隧道纵向）*4m（横向）*1m（深），水仓分为沉淀和储水两个隔舱。抽水机选用大流量，低扬程的污水泵，正洞地下水及污水由各级集水井排入斜井井底水仓，随斜井排水系统排出洞外。
（1）隧道未衬砌地段集水坑的设置
集水坑设置在排水管一侧的墙角处，集水坑距离掌子面不得大于10m，尺寸2m（沿隧道纵向）*2.5m（横向）*1m（深），掌子面附近积水汇入集水坑，然后通过抽水机排入仰拱集水坑，其尺寸为2m（沿隧道纵向）*3m（横向）*1.5m（深），再通过仰拱集水坑排入临近集水井。
（2）隧道衬砌成型地段集水井的设置
沿隧道衬砌侧壁每隔300m设一集水井，尺寸12m（沿隧道纵向）*3.5m（横向）*1m（深），容积42m3，仰拱集水坑内积水通过抽水机排入临近集水井，然后通过集水井依次排入斜井井底水仓，最后通过斜井井底水仓大功率抽水机将水抽排出洞外。
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洞内集水池布置图
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斜井排水管平面布置图
2.3排水泵及排水管设计要求
关于排水泵和排水管，要想切实发挥出良好的作用，实际设计过程中有如下几个方面的要求。第一，在工作水泵和排水管的能力方面，必须充分满足设计排水量的要求。第二，不管是工作水泵和排水管，还是备用水泵和排水管，总体上都必须要满足隧道24h最大涌水量的要求。第三，配备的备用水泵，能力不能比工作水泵的能力小。第四，当隧道涌水的PH〈5时，在排水设备上必须采用有效的预防手段。
3确定排水方案
3.1选择排水管
综合考虑紫高尖隧道斜井承担的排水量比较大，且井身坡度大的因素，排水管必须具备阻力小、流量大等特点。
经查询，φ150、φ200钢管参数为：φ150钢管流量122.4方/h，流速1.8m/s，管道阻力损失39.2水柱米/1000m；φ200钢管流量252方/h，流速2.25m/s，管道阻力损失44.2水柱米/1000m。
根据实际计算斜井最大涌水量为6162m³/d，而两种排水管同时使用排水能力为8985.6m³/d，所以两种排水管结合使用可满足现场排水需要。
3.2选择排水设备
排水设备要依据实际情况进行选择，以下通过几个表格数据展现出斜井、正洞集水坑的设置及应该选择的排水设备类型，以供学习和参考。
斜井0~600m设备配备如下：
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斜井600~正洞100m设备配备如下：
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正洞100~400m设备配备如下：
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正洞400~700m设备配备如下：
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后续段落设备配置以此类推，正洞每300m增设1处集水井，如隧道内涌水量增大，根据计算增加抽水机数量，确保满足排水需要。
根据实际计算斜井最大涌水量为6162m³/d，而2台Y250M-2型抽水机的排水能力为2×162×24=7776m³/d，因此斜井交叉口2台抽水机可满足现场排水需要。
4计算用电量
排水设备电力供应首先要确定总用电量，以便选择合适的发电机、变压器和配套配送电器材。确定现场供电负荷的大小时，不能简单的将所有用电设备的容量相加，因为实际使用时并非所有设备都同时工作，工作状态的用电设备也并非均处在额定工作状态。
4.1斜井段用电量计算
（1）进斜井0~600m
所配排水设备为掌子面及中间集水坑各一台WOGO-27-18.5抽水机，功率18.5KW，只考虑动力负荷：
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=42.4KW/h
（2）进斜井600m~正洞100m
所配排水设备为斜井口1台Y250M-2抽水机，每台55KW；中间两个集水坑各配置一台WOGO-27-18.5抽水机，功率18.5KW，只考虑动力负荷：
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=105.5KW/h
4.2正洞用电量计算
（1）进正洞100~400m
所配排水设备为斜井口2台Y250M-2抽水机，每台55KW；两端仰拱各一台WQ70-10-5.5抽水机，每台5.5KW；两端掌子面各一台WOGO-9-3抽水机，功率3KW，只考虑动力负荷：
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=145.7KW/h
（2）进正洞400~700m
所配排水设备为斜井口集水井2台Y250M-2抽水机，每台55KW；两端仰拱各一台WQ70-10-5.5抽水机，每台5.5KW；两端掌子面各一台WOGO-9-3抽水机，功率3KW；两端第一集水井各一台WQ70-10-5.5抽水机，每台5.5KW，只考虑动力负荷：
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=158.3KW/h
后续段落设备用电量计算以此类推。
式中：
Sd-排水设备所需的用电量（KW）；
∑Pi-排水设备的额定输出功率总和（KW）；
η-动力设备的平均效率，其值取0.83～0.88，通常取0.85进行计算；
cosφ-平均功率因数，采用0.5～0.7；
K1-动力设备同时使用系数，其值取0.65～0.75（根据同时用电机械的台数选取，一般10台以下取下限，10台以上取上限）；
K2-动力负荷系数，考虑不同类型设备带负荷工作时的情况，一般取0.75～1。
5排水施工保证措施
隧道排水是隧道施工的重要工作内容，为保证排水的有效性，应该采取相应的保证措施。第一，成立专门的排水班组，24h专人专职专段负责排水。成立管道班组，对施工用水管路进行拉网式排查，严防因管道破损造成漏水，增加排水难度，定期检查维修抽水设备及清理池底淤泥，以保证抽水设备及管道畅通。第二，排水通道及应急通道要提前布置，在大突涌水未揭露前通道能正常投入使用，抽水管道也应准备妥当，保证出现大方量突涌水时施工排水管道、设备、人员能快速投入使用。第三，设置专门供电线路给排水设备供电，确保排水机械设备不中断并正常运行。第四，所有积水坑必须设置防护措施，设置安全防护网或盖板，并有醒目的安全警示标识，防止车辆、人员的进入。第五，隧道内排出的污水必须经过至少两级沉淀池再进入污水排放通道，保证排放的污水满足环保标准。第六，必须配备足够抽水泵、管道等设备，以备设备出现故障能及时更换。
6 结语
本文结合紫高尖隧道斜井的特点，提出具体化的设计方案，介绍了各阶段排水设备布设及用电量计算，对于以后类似隧道斜井施工时如何才能合理的选择、布置排水设备，保证隧道斜井排水正常，确保隧道施工各个工序安全、顺利的完成，起到一定借鉴作用。
参考文献：
[1]于复杰.浅析涌水隧道反坡排水施工技术[J].工程建设与设计，2017（17）；
[2]宋维坤，曾丽梅.城市轨道交通隧道斜井反坡排水施工技术[J].门窗.2017（03）；
[3]韩超.特长隧道涌水综合反坡排水施工技术[J].交通世界，2020（32）。