特長深埋TBM施工隧洞反坡排水施工技術(shù)

蔣于波 陽前坤

(1.四川二灘國際工程咨詢有限責(zé)任公司， 四川 成都 610072；2.達(dá)華工程管理(集團(tuán))有限公司， 四川 成都 610017)

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特長深埋TBM施工隧洞反坡排水施工技術(shù)

蔣于波1陽前坤2

(1.四川二灘國際工程咨詢有限責(zé)任公司， 四川 成都 610072；2.達(dá)華工程管理(集團(tuán))有限公司， 四川 成都 610017)

陜西省引漢濟(jì)渭工程是陜西省省內(nèi)跨流域調(diào)水工程，是針對關(guān)中地區(qū)缺水問題提出的陜西省內(nèi)南水北調(diào)工程的骨干線路。工程秦嶺隧洞TBM施工段嶺南工程存在地下突涌水多、獨(dú)頭排水距離長、反坡排水等問題。本文著重介紹了陜西省引漢濟(jì)渭工程秦嶺隧洞TBM施工段嶺南工程反坡排水分級水倉、逐級抽排的施工方法，為類似TBM施工工程提供參考。

TBM施工； 隧洞； 反坡排水； 技術(shù)

1 概 述

陜西省引漢濟(jì)渭工程秦嶺隧洞，TBM施工段嶺南工程的施工方向?qū)儆诜雌率┕?，因其特長、深埋、大斷面，且隧洞突涌水量較大，使得施工期排水系統(tǒng)布置尤為重要，加之該工程采用TBM施工，較傳統(tǒng)鉆爆施工，設(shè)備價(jià)值較高、不能快速轉(zhuǎn)移，所以隧洞允許水位高度有限，要求排水及時(shí)，加大了排水系統(tǒng)布置的難度。

根據(jù)引漢濟(jì)渭前期工程已通過鉆爆法完成了部分主洞開挖的施工特點(diǎn)，提出了在主洞與支洞交叉口上游設(shè)置大水倉、TBM掘進(jìn)段設(shè)置分級水倉并配備相應(yīng)流量水泵的方法。達(dá)到對隧洞突涌水及時(shí)抽排，保證TBM設(shè)備和人員安全，順利開展掘進(jìn)施工的目的。

2 工程概況

陜西省引漢濟(jì)渭工程秦嶺隧洞，是將漢江流域調(diào)出水量自流送入渭河流域關(guān)中地區(qū)，隧洞為無壓洞，全長81.58km，設(shè)計(jì)流量70m3/s，隧洞平均坡降1/2500，采用“鉆爆法+2臺TBM”法施工，TBM設(shè)備施工斷面為圓形，斷面直徑8.02m。

TBM施工段嶺南工程為引漢濟(jì)渭工程秦嶺隧洞兩個(gè)TBM施工標(biāo)段中的反坡施工標(biāo)段，由3號支洞進(jìn)入主洞下游1942m開始，標(biāo)段全長18275m，由TBM輔助洞室(765m)和TBM掘進(jìn)施工段(17510m)組成。其中TBM掘進(jìn)段分為第一掘進(jìn)段9880m和第二掘進(jìn)段7630m，兩掘進(jìn)段中設(shè)置TBM檢修洞進(jìn)行中間檢修，由4號支洞進(jìn)入主洞開挖形成(段落劃分詳見下圖)。

標(biāo)段主洞及支洞布置圖

工程位于秦嶺嶺脊高中山區(qū)及嶺南中低山區(qū)，地形起伏。高程范圍1050.00～2420.00m，洞室最大埋深約2000m。主洞施工段地下水為基巖裂隙水，水量較豐富，受大氣降水補(bǔ)給。

TBM掘進(jìn)段設(shè)計(jì)正常涌水量為6113m3/d，最大涌水量12226m3/d。實(shí)際施工過程中，隧洞涌水頻繁且量大。2016年2月28日，掌子面出現(xiàn)的單點(diǎn)涌水量超800m3/h，在TBM僅完成1890m掘進(jìn)長度的情況下，全隧洞涌水量已達(dá)45000m3/d，嚴(yán)重威脅TBM設(shè)備和人員安全。

3 反坡排水總體考慮

TBM第一掘進(jìn)段段落長，施工難度高。TBM第一掘進(jìn)段施工期間，在3號支洞與主洞交叉口上游約50m，采用鉆爆法在已完成開挖的洞段設(shè)置容量為12萬m3的大水倉，主洞設(shè)置分級泵站，逐級抽排至大水倉，1號泵站設(shè)在步進(jìn)洞位置，后續(xù)施工每級泵站間距原則按照2000～2500m設(shè)置，后期根據(jù)實(shí)際涌水情況調(diào)整。3號支洞上游水倉水由2號支洞和3號支洞抽排至洞外。

4 TBM掘進(jìn)段(主洞)反坡排水設(shè)計(jì)

4.1 涌水量確定

根據(jù)設(shè)計(jì)資料和已掘進(jìn)段的涌水情況，經(jīng)設(shè)計(jì)人重新估算預(yù)測，在對已掘進(jìn)段進(jìn)行注漿堵水后，主洞最大涌水量約41212m3/d。設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)備最大排水能力應(yīng)大于41212m3/d，并適當(dāng)考慮一定余量。

4.2 TBM第一掘進(jìn)段排水方案

TBM第一掘進(jìn)段，主洞排水設(shè)置五級永久泵站+TBM隨機(jī)泵站，每級永久泵站的間距約2000m，掌子面涌水由各級泵站逐級抽排至大水倉，再由2號、3號支洞抽排至洞外。

4.3 各級泵站水管及水泵配置

4.3.1 水管配置原則

排水管路按照大管配小管及永、臨結(jié)合的原則進(jìn)行設(shè)置，抽排水經(jīng)濟(jì)流速按照1.70～2.50m/s考慮，各種材質(zhì)、管徑水管在經(jīng)濟(jì)流速范圍內(nèi)的流量見表1。

表1 各種材質(zhì)、管徑水管在經(jīng)濟(jì)流速范圍內(nèi)的流量

4.3.2 水泵揚(yáng)程計(jì)算

水泵揚(yáng)程依據(jù)表2中各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

表2 水泵揚(yáng)程計(jì)算參數(shù)

水泵所需揚(yáng)程主要由以下三部分組成：

a.排水凈高度h：h=1m。

b.管路沿程阻力損失：

c.局部阻力損失：

所選水泵的揚(yáng)程≥h+h1+h2。

經(jīng)計(jì)算，不同管徑的水管在經(jīng)濟(jì)流速內(nèi)對應(yīng)的水泵揚(yáng)程見表3。

表3 水泵揚(yáng)程計(jì)算

4.4 各級泵站水管及水泵配置

根據(jù)泵站水管及水泵型號，TBM第一掘進(jìn)段主洞各級泵站的抽排水能力見表4。

表4 TBM第一掘進(jìn)段主洞各級泵站抽排水能力

續(xù)表

注 總排水能力按照每臺水泵每天工作20h計(jì)算

綜上，TBM第一掘進(jìn)段按照以上管路及水泵配置的抽排水能力可以滿足隧洞最大涌水量要求。

4.5 各級泵站水倉設(shè)置

1號泵站水倉由步進(jìn)洞縱斷面V形底板形成，容量約400m3，2號～5號泵站水倉采用TBM設(shè)備通過后抬高軌道并設(shè)置小型攔水壩形成，水倉依次確定為400m3、350m3、300m3、300m3。TBM隨機(jī)泵站在TBM拖車上部安裝一容量80m3的水箱。

4.6 各級泵站間抽排水

各級泵站間在較大出水點(diǎn)位置仰拱塊跳段形成集水坑，配置63kW-60m-200m3/h或者100kW-80m-250m3/h水泵抽排至泵站間400mmPE管路內(nèi)。

5 支洞排水方案

5.1 2號支洞排水方案

鑒于2號支洞在開挖過程中已布置了兩條300mm排水管路(1號、2號管路)，在此基礎(chǔ)上再增加兩條300mm排水管路(3號、4號管路)，1號、2號管路均為兩級排水抽至洞外，3號、4號管路均由洞底直接抽排至洞外。水泵布置如下：

1號管路：2號支洞洞底1臺MD280—215→支洞水倉1臺MD280—172→洞外。

2號管路：2號支洞洞底1臺MD250—151→支洞水倉1臺MD280—172→洞外。

3號管路：2號支洞洞底1臺MD360—60×7→洞外。

4號管路：2號支洞洞底1臺QW725—397→洞外。

2號支洞水泵參數(shù)見表5。

表5 2號支洞水泵參數(shù)

5.2 3號支洞排水方案

3號支洞布置3條300mm排水管，分別與3臺MD580—60×7水泵連接，3號支洞排水由洞底直接抽排至洞外。3號支洞水泵參數(shù)見表6。

表6 3號支洞水泵參數(shù)

5.3 2號、3號支洞抽排水能力

根據(jù)上述“2號支洞排水方案”“3號支洞排水方案”，2號、3號支洞抽排水能力見表7。

由表7可知，按照以上抽排水配置，2號支洞抽排水能力為32300m3/d，3號支洞抽排水能力34800m3/d，2號、3號支洞抽排水能力達(dá)67100m3/d，考慮將QW725—397水泵作為應(yīng)急排水，2號、3號支洞合計(jì)日常排水能力52600m3/d，滿足主洞最大涌水量情況下抽排水要求。

表7 2號、3號支洞泵站水泵配置及抽水能力參數(shù)

注 總排水能力按照每臺水泵每天工作20h計(jì)算

6 施工體會(huì)

根據(jù)陜西省引漢濟(jì)渭工程秦嶺隧洞TBM掘進(jìn)段的反坡排水設(shè)計(jì)和實(shí)際使用效果分析，有四點(diǎn)施工體會(huì)供參考：一是TBM反坡排水設(shè)計(jì)，采用分級抽排的方案可行，較為穩(wěn)妥，但需大致了解隧洞突涌水特性、掌握水泵性能和相鄰建筑(或標(biāo)段)關(guān)系，這些需要提前研究；二是在進(jìn)行反坡排水設(shè)計(jì)時(shí)，需對配電等配套設(shè)施等一并考慮，并充分考慮應(yīng)急電源設(shè)置，做到快速切換；三是應(yīng)及時(shí)進(jìn)行注漿堵水，減小抽排壓力；四是特長、深埋、大斷面的反坡施工隧洞，尤其是采用TBM設(shè)備施工時(shí)，選擇排水方案設(shè)計(jì)一定要慎重，否則將對TBM設(shè)備及人員安全帶來極大危害。

7 小 結(jié)

根據(jù)引漢濟(jì)渭工程嶺南TBM掘進(jìn)段反坡排水的現(xiàn)場實(shí)際情況，結(jié)合該套系統(tǒng)在實(shí)際使用過程中的適應(yīng)性，采用分級抽排方式能夠應(yīng)對特長深埋隧洞反坡排水情況。根據(jù)實(shí)際涌水量大小、位置，設(shè)備配置隨時(shí)調(diào)整，可得到最佳抽排效果。

[1] 高文濤，吳志剛.反坡排水技術(shù)在隧道涌水處理中的應(yīng)用[J].土工基礎(chǔ),2012,26(2):16-18.

[2] 王巖.楊家杖子供水工程中途加壓泵站水泵選型設(shè)計(jì)[J].水利建設(shè)與管理，2015(12).

[3] 楊宇.長距離有壓輸水系統(tǒng)防水錘設(shè)計(jì)探析[J].水利建設(shè)與管理，2015(9).

Counter-slope drainage construction technology of super long deep buried TBM construction tunnel

JIANG Yubo1, YANG Qiankun2

(1.SichuanErtanInternationalEngineeringConsultingCo.,Ltd.,Chengdu610072,China; 2.DahuaEngineeringManagement(Group)Co.,Ltd.,Chengdu610017,China)

Shaanxi Hanjiang-to-Weihe River Water Diversian Project is an inter-basin water transfer project in Shaanxi Province. It is a backbone line of South-to-North Water Diversian Project in Shaanxi Province, which is proposed aiming at water deficiency problem in the Guanzhong area of Shaanxi Province. Lingnan Project in Qinling tunnel TBM construction section has the problems of excessive underground sudden floods, long single-head drainage distance and counter-slope drainage, etc. In the paper, the counter-slope drainage classified water warehouse and stage-by-stage drainage construction methods of Qinling tunnel TBM construction section Lingnan Project in Shaanxi Hanjiang-to-Weihe River Diversion Project are introduced emphatically, thereby providing reference for similar TBM construction projects.

TBM construction; tunnel; counter-slope drainage; technology

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.01.007

TV554

A

1005-4774(2017)01- 0022- 05