柯明勋
中铁十七局集团第六工程有限公司，福建 福州 350000
摘要：莲花山隧道长10.497km，为浦梅铁路控制性工程，隧道设计有两个斜井。斜井长度大、坡度大，且隧道涌水量大，洞内的水是否能顺利排出是隧道能否正常施工的关键。为保证现场施工条件及工期，选择合适的施工方案是本文的重点。
关键词：隧道 涌水量 反坡 排水
1、 工程概况
1.1 设计概况
莲花山隧道工程总长10. 497km ,其中2号斜井主要采用无轨化的运输形式,斜井与线路的交会里程设计为 dk270 +400,交会处的隧道正线轨面高程设计为424. 32m ,斜井长 l = 1172m (平距),斜井与线路的大里程平面相交角度设计为56°。斜井内部各坡段最大倾斜率为10.35%,综合倾斜率为9.22%。斜井在隧道主体工程竣工以后,做为隧道防灾救援紧急出口,按长久斜井设计。
斜井在进入正洞后,根据设计的地质数据以及具体实施性的施工方案和组织设计的进度表,斜井由一名负责施工的人员编制正洞内部里程段落定义为 dk268 +058~ dk271 +465,均处在7‰的上坡上。其中向大里程的方向分别为 1065m ,向小里程的方向分别为 2342m ,共计施工正洞长度分别为 3407m 。因DK270+400~DK271+400段均处在7‰的上坡上,因此该段不考虑反坡排水,DK271+400~DK271+465段65m处于3‰的下坡、小里程方向及斜井井底考虑施工期间排水。
1.2 施工段落水文地质情况
该地区气候为中亚热带季风气候地区,由于隶属闽西北部的高寒山脉地带,气候不稳定,冷热相互变化异常,冬季平均气温-7℃,最高气温-10℃,较低的温差相互变化不大且相互之间的持续时间短,并存在一段较长的霜冻;年平均降雨主要分为4-6月,年平均累计降雨量1325毫米。
莲花山地下隧道2号线西斜井断层大体结构地质地理条件分析情况基本分析特点为:花岗岩,强度中~弱强度风化,节理层间的裂隙相对较完整,岩体比较完整,呈块(石)碎(岩)状态的镶嵌断层结构,围岩强度比较稳定,有可能出现涌水。正常涌水量为3163m3/d,最大涌水量为4341m3/d。
正洞dk268+058~dk271+465段地区大体的围岩地质气候条件变化情况分别具体表现如下为:花岗岩,弱地质风化,节点大理岩的裂隙相对较容易再生发育,围岩的地质完整性相对良好,呈现一个个的块状地质结构,属极硬岩或硬质岩,整体稳定性较好,局部可能发生掉块。
正洞DK268+058~DK270+400段正常涌水量为6237.2m3/d,最大涌水量为6989.61m3/d; 正洞DK270+400~DK271+400段正常涌水量为3973.85m3/d,最大涌水量为4571.86m3/d; 正洞DK271+400~DK271+465段正常涌水量为96.14m3/d,最大涌水量为144.73m3/d。
2、 排水方案的确定
根据斜井及正洞的坡度、长度以及涌水量等,最终选择正洞的顺坡段经过自然界向下汇集到斜井底泵站的水仓,反坡段则由移动潜水泵向较远的地方抽取工作面上的涌水,通过泵站向斜井底泵站的水仓,最后再通过斜井泵站的接力把水从洞外抽出。
2.1 各级泵站抽排水能力的要求
2.1.1 确定泵站的设置数量
根据设计及施工情况，莲花山隧道2号斜井工区共设置三处固定泵站，泵站设置里程分别为：第一处级泵站：2斜5+50；第二处泵站：2斜0+20；第三处泵站：DK269+345（大避车洞）。详见图1“莲花山隧道2号斜井工区泵站布置图”。
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图1 莲花山隧道2号斜井工区泵站布置图
施工期间共设五段位移动式泵站。斜井施工时应在掌子面两侧设置一段移动式泵站,共分别设置两段移动式泵站,即在斜井口到第一处的固定式泵站掌子面之间设置一段移动式泵站,把掌子的积水吸入斜井口外;在第一处的固定泵站到第二处的固定泵站之间斜井掌子面处设置一段位于移动式泵站把握子面的积水直接抽到第一处的固定泵站;正洞小里程方向在第二处掌子面两段设置一段移动式泵站,共分别设置两段移动式泵站,即在第二处的固定式泵站至第三处的固定式泵站间掌子面两段设置一段移动式泵站将第二处的掌子面积水直接抽至第二处的固定式泵站,在第三处的固定式泵站至第 dk268 +058间的掌子面两段设置一段移动式泵站将第三处的掌子面积水直接抽至第三处的固定式泵车站;正洞大里程方向的施工时分别在掌子面两侧设置一段移动式泵站,共各设置一段移动式泵站,即在第二处的固定式泵站到 dk271 +465间的掌子面两侧各设置一段移动式泵站把掌子面的积水吸入到隧道侧的水沟内。
确定的三处固定泵站主要承担着隧道与进口、出口贯通前排出隧道涌水的任务，一旦启用能保证24小时工作能力；移动泵站主要承担隧道掌子面开挖过程中排出隧道施工涌水的任务，相对较灵活且使用时间相对较短，在下一处固定泵站启用后，此段移动泵站停止使用。
2.1.2 排水能力计算
本施工区段共设置三处固定泵站，掌子面施工过程中设置五段移动泵站。根据设计文件及涌水量估算，斜井井身最大涌水量4341m3/d，正洞大里程施工段最大涌水量4716.59m3/d和正洞小里程施工段最大涌水量6989.61m3/d，对各级泵站进行抽水长度、抽水扬程、抽水能力进行计算。然后进行各处固定泵站和各段移动泵站的抽水量计算。只有准确的计算出各泵站的抽水能力，才能准确配备各级和各段泵站的抽水设备、排水管路及相关的配电设施，各级固定泵站及各段移动泵站的抽水能力详见表2-1、2-2。
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3 设备的选型与配备
3.1 水泵选型原则
隧道的施工排水主要部分是因为位于隧道内部的地层渗(涌)出积水,同时也非常需要大家充分考虑隧道施工过程中的设备用水。水质除了主要是考虑地下水的本身性质和成分外,主要成分包括地下岩石、石屑、泥浆,同时也应该包括了在喷射地下混凝土过程中的地下回流子弹物等地下污染性物质掺杂品,所以在建筑设计施工过程中除了应该考虑其中需要及时排出的地下污染物和水体含水量外,还同时应该还要充分考虑地下排水的各个重要部位。
洞内用地排水量一般来说是逐段向上递增,在各类大型泵站和排水泵的设计造型上,应按洞内排水利用能力逐段递增的比例原则上再进行自下而上的逐段递增择优进行选配。
各级泵站的排水设施能力均应进行充分的配备,并且具有一定储备。
3.2 水泵的配置
由于长江隧道内部高压泵站的随地水量增加呈现逐年递增式的趋势,为了能够充分考虑其在泵站管理、运行、维护上的便利,泵站之间的水压高差也相近,选择了一种不同型号不等的高压水泵,只是随着泵站设备的使用数量而不会有所不同相应的随地水量增加。工作面积和位置移动式小型水泵,采用一种操作移动简单轻便的小型水泵,实际工作运行时期它可按照主泵水量的均匀大小而在水泵数量上随时给予相应增减。具体详见表3-1。
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3.3 排水管的配置
根据隧道涌水量及各级泵站承担排水量，对各级泵站进行排水管路配置，每级泵站排水管路配置见表3-2。
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4 水泵相关注意事项及故障处理
4.1 水泵工作注意事项
4.1.1 启动前的检查与准备
①彻底清除电力发电机组上的灰尘和杂物,并把现场垃圾清理干净,检查电力基础上的螺栓有无松动。
②检查水泵是否装好填料。
③还要检测冲洗机械上的密封件和冲洗机所用的清洁剂和水液体是否能够具有一个足够的冲洗压力和一定流量。
④为了能够确保使油泵及水力电机内部轴承均能长期得到良好的机械润滑,水泵电机轴承的使用润滑油料应尽量选择使用l-an32号润滑机械油,润滑脂以约等于占水泵轴承的润滑空腔1/3~1/2左右的量为宜,润滑油的中心油位置应设置在根据水泵轴承油位位置设定时的中心线上下2mm左右。
⑤启动前，转动泵的转子，应能轻滑均匀。
⑥检查电机的转向与泵转向一致。
⑦检查电机及其它电器仪表是否正常。
⑧及时自动关闭泵内进出纯净水的自动闸阀,往泵内全部灌注纯净水(若无关闭底阀则可以使用高压真空泵对水进行强力抽吸或用导管进行引水),要注意做到及时保证泵内全部区域充满纯净水,有无吸入空气的状态窝匀储存。
4.1.2 启动
①切断和打开各类仪表的电磁阀开关,关闭各类压力计量器(真空表)转子旋塞。
②当泵接通了驱动电源,当您的泵转速达到正常的工作转速时,打开一个位于压力表(又称真空压力表)的自动旋塞,逐渐地用它打开了泵进出水渠道管路上的一个闸阀,并将其转速调节至该泵所需的正常工况;在当泵进出口出水管道上的闸阀被自动关闭后的任何一个正常情况下,泵连续正常运行的关键时刻都不能超过少于2分钟。
③此时若我们采用进入填料腔的密封,均匀性地拧紧在进入填料腔内部按压盖上的一个已经压紧好的螺母,使其中的各种液体均匀形成一个水滴状防止泄漏,同时我们还要特别注意如何防止进入填料腔内部的温升。
4.1.3 运行
①特别注意最低轴的环境温度一般应应该不得不要大于或或者超过室内环境额定温度35℃,最高时的环境温度也应该不应不得大于75℃。
②在驾驶室内开车和运行的过程中,必须特别注意仔细观察仪器的度数,轴温度,填料泄漏水以及温度和压力,以及泵的振动与噪音等中是否正常,若发现有异常情况,应及时进行处理。
③填料腔正常漏水程度每分钟为20~30滴。机械密封内径≤50mm,泄漏量≤3ml/h,内径>50mm,泄漏量≤5ml/h。
④注意电机轴承温度。
⑤一般的情况下,每个车辆运转3000小时定期进行补充或更换润滑脂。润滑的油位应该维护在正常的位置上,不能太高或者是太低,过低及时进行补充。一般的情况下,首次操作3000小时后,要全部进行更换一次新的燃料,以后每操作3000小时定期进行更换一次新的燃料(也就是我们可以按现场的实际与使用经历来确定这个换油的周期)。
4.1.4 停机
①关闭压力表（真空表）旋塞。
②逐渐关闭凸出管路上的闸阀。
③切断电源。
④等泵的转动充分停止后,关闭冷却水及机械密封式冲洗水。
⑤若室内或环境气温低于0℃,将泵中的水迅速排放,以免产生冻裂。
4.2 故障处理
水泵故障分析与排除方法见表4-1。
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6 结语
近些年来长大隧道的工程日益增多，斜井的设计必不可少。通过合理的方案选择，精心的施工组织保证了隧道掌子面的积水顺利排出，为隧道正常施工创造了条件。为大坡度的反坡排水施工提供了参考。