长大隧道斜井排水方案比选
长大隧道斜井排水方案比选
唐伯乔
（衡茶吉项目经理部）
摘 要 本文针对衡茶吉铁路云阳山隧道斜井排水量大坡度大及排水距离长的特点，介绍了在单线铁路隧道内施工排水的方法和经验，以供同类型工程项目参考。
关键词 云阳山隧道斜井 排水 技术方案
一 工程概况
云阳山隧道位于茶陵县县城以西云阳山，是新建铁路衡（阳）茶（陵）吉（安）线上第二长隧道，隧道起讫里程DK115+271～DK120+460，全长5189m 。分为进、出口和斜井三个工区施工，斜井施工段落为斜井自身668米及正洞DK117+200～DK118+900段1700米。
隧道地下水主要为基岩裂隙水，水位埋深普遍较大，补给来源主要为大气降水和地表水
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的补给，设计文件说明隧道正常涌水量为367.1m /d.km, 隧道进、出口各存在一断层破碎带，容易出现突发性涌水。隧道分段涌水量预测结果见下表。
隧道分段涌水量预测结果表
隧道最大单位涌水量685m /d.km。
云阳山隧道斜井全长668m 、平均坡度-10%，高差66.8米，正洞1700m （DK117+200～DK118+900）、坡度-11.5‰，高差18.4米，属于反坡施工。
从斜井以及正洞开挖段水量分析，水量明显大于设计量，从2009年8月至2010年8
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月，斜井段最大涌水量平均为100 m /h，即2400 m /d,进入正洞后，斜井段涌水量减小，平
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均为70 m/h；正洞每公里涌水量平均为50 m/h，即1200m /d.km。
大量的涌水给施工造成了很大的影响，加上地质情况复杂，工期特别紧张，为保证施工进度和质量安全，开工伊始，就投入了大量的抽排水设备，但效果不明显，对进度影响较大。随后项目部邀请各方专家到场指导，结合云阳山隧道自身特点和现有资源设备，对原有方案进行检算和调整，重新制定下列排水方案。 二 原排水方案
洞内排水均采取多级泵站排水。考虑突发性大涌水的发生，设备排水量按照最大涌水量的2倍进行配置。
1 斜井段，长660m ，共设2级泵站
第一级设于斜0+300处，用于截留斜0+300～斜0+660段涌水和渗水，该段长度360米，
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最大涌水量按照全斜井一半计算，即35 m /h，排水扬程高度36米。该泵站集水井尺寸设计为2m （宽）×4m （长）×1m （深），为不占用斜井通车空间，集水井采用扩挖隧道边墙的方
法，坑壁用砖砌或者混凝土浇筑。排水设备为2台18.5KW 潜水泵（1台备用），排量为80 m /h（大于2倍最大涌水量），扬程72m 。排水管为φ110㎜钢管，摆放在斜井进洞方向右侧，直接排水出斜井洞外。
第二级泵站设于斜0+000处（即正洞DK117+200处），用于抽排斜0+000～斜0+300段，以及正洞DK117+200～DK118+800段涌水，涌水量按斜井一半与正洞的最大涌水量之和计算，
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即85m /h。该集水井尺寸为10m （长）×2m （宽）×2m （深），设置在正洞与斜井交叉处，采用挖深和砖砌，满足集水要求。水泵选用2台潜水排污泵（1台备用），功率75kw ，流量
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160m /h，扬程135m 。该级泵站排水管为Ф150㎜钢管，接头处用法兰盘连接，方便拆装，排水管设于斜井进洞方向的右侧，直接抽排出斜井洞外。再备用2台18.5kw 排污泵，流量3
80m /h，扬程72m , 排水管为Ф150㎜钢管，排水管设于斜井进洞方向的右侧，直接抽排出斜井洞外。水泵流量和扬程满足抽排水要求，并可以满足排更大水量的要求。
斜井段所有泵站和排水管均设置在斜井进洞方向的右侧，集水井要求砌筑牢固，高度适当，不发生溢水和垮塌情况；斜井段地板左右侧均要求设置排水沟，汇集渗水，并每隔20米左右长度设置横向水沟，引导左侧水流向右侧水沟，集中抽排出洞；左右侧水沟及时清理疏通，防止水流淤塞和蹿流至底板上。 2 正洞段：长1700m ，共设3级泵站
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第一级：设置在DK117+600处，最大汇水长度1600米，最大涌水量按照40 m /h计算，集水井设置尺寸为2m （宽）×5m （长）×1m （深），采用砖砌，水泵选用2台18.5kw 排污
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泵（1台备用），流量80m /h，扬程72m , 在泵站处设置三通接头和阀门，接通Ф150㎜主排水管，抽排时关闭其他阀门。从该泵站抽排至斜0+000（即正洞DK117+200处）集水井，排水扬程5米。排量、扬程均满足要求。
3
第二级：设置在DK118+000处，最大汇水长度1300米，最大涌水量按照20 m /h计算，集水井设置尺寸为2m （宽）×5m （长）×1m （深），采用砖砌，水泵选用2台18.5kw 排污
3
泵（1台备用），流量80m /h，扬程72m , 在泵站处设置三通接头和阀门，接通Ф150㎜主排水管，抽排时关闭其他阀门。从该泵站抽排水至DK117+600处集水井，排水扬程5米。排量、扬程均满足要求。
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第三级：同理，在DK118+400处设泵站，最大涌水量按照20 m /h计算，集水井尺寸为2m （宽）×5m （长）×1m （深），采用砖砌。水泵选用2台18.5kw 排污泵（1台备用），流
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量80m /h，扬程72m , 在泵站处设置三通接头和阀门，接通Ф150㎜主排水管，抽排时关闭其他阀门。从该泵站抽排水至DK118+000处集水井，排水扬程5米。排量、扬程均满足要求。
正洞段所有泵站和排水管均设置在进洞方向的右侧，集水井要求砌筑牢固，高度适当，不发生溢水和垮塌情况；隧道左右侧均要求设置简易排水沟，汇集渗水，引导渗水汇集到集水井，集中抽排出洞；水沟及时清理疏通，防止水流淤塞和蹿流至底板上。 3 其他地段
为确保施工过程中不出现作业面积水现象，须在隧道渗水较大地段和掌子面设置小型的临时集水坑，将渗水及时抽排入最近的集水井。
斜井端全部抽排水设备同时运转时最大功率为168kw ，电的负荷较大，抽排水时可能影响混凝土泵车和喷浆设备等的使用，故计划采用铺设专用电缆供电，电缆采用240㎜²×3＋120㎜²×2铝芯电缆。从斜井洞口铺设至DK118+400处设泵站，长度约1860米。 三 数据检算
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1 斜井进入正洞施工后，最大涌水量的估计。实测涌水量为1200m /d.km，设计为685m /d.km应，以实测为准。正洞开挖总长为1700米。则总涌水量为：
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1.7×1200=2040 m/d。考虑到已施工完成二衬地段已封闭一部份水在衬砌以外，实际上总涌水量应小于此数值。
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2 按照已定位置计算各集水井的排水量
排号分别为“一斜”“二斜”“一”“二”“三”。
可以看出越接近洞口的集水井其排量越大，因为它要接收前面各集水井抽上来的水。还有后一个集水井至该井段洞身的涌水量。为此，每一集水井位置要作一横向排水沟，使后面的水通过横向沟截入此井，不要一直向下排，直至开挖掌子面，再从掌子面将全部集水抽出洞外。否则不仅抽水能力满足不了，而且消耗增加很大。 2·1 各排水井排水量计算
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Q(三)=0.8km×50m /Km.h=40 m/h
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Q(二)=1.2km×50m /Km.h=60 m/h
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Q(一)=1.6km×50m /Km.h=80 m/h Q(二斜)=Q(一)+0.36km×70m3/Km.h
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=80+25=105 m/h（直接抽出洞口）
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Q(一斜)=0.30km×70m /Km.h=21 m/h
2·2 检算“二斜”号井的排水设备能力（排量最大）
已知设备情况：
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水泵1：功率75KW 流量Q=160 m/h 杨程135m
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水泵2：功率18.5KW 流量Q=80 m/h 杨程72m 排水管直径150mm
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集水井 10m×2m ×2m=40 m 2·2·1 要求水泵的排水能力Q
Q =C/m×q(二斜) =1.4/0.8×105
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=183.75 m/h
如果设备为新泵，C 值可降到1.3,m 提高至0.85, 则一台可满足要求。 2·2·2 杨程
此井到洞口中（斜井口）实际杨程为53.75m ，管路倾角为4°42′00″，需要泵的杨程为：
H =(l1+l2)S =(1+k)=660×0.0814×1.2=64.5m＜72m (满足) l1、l2——吸排水管长度
k —阻力换算系数
2·2·3 泵的功率换算
需要功率 N =
=
=37kw＜75+18.5=93.5 kw （满足）
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r ——水容色 1.1t/m η——泵效率 0.85 2·2·3 管路直径
要求管路中水的流速V （规定1.5～2.2m/s） 取V = 2 m/s
则
=1.88 =1.88
=20.6 cm＞15 cm （满足） 现有管路直径满足要求，可利用。
通过以上计算，证实斜井段排水设施满足排水要求，可继续按此方案施工。开挖未到终点时，排水量达不到以上数值，待到达终点前，若发现涌水量超出计算量，则可在该集水井
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启用备用的一台泵和一套管路（功率18.5KW ，流量80m /h，杨程72m ，管径Ф100～150mm 的排量泵）。
2·3 “一”号井计算
已有设备情况：
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水泵1：功率18.5KW 流量Q=80 m/h 杨程72m
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水泵2：功率18.5KW 流量Q=80 m/h 杨程72m （备用）水泵均为新设备 排水管直径150mm
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集水井 2m×5m ×1m=10 m
因为此排水井仅作为中间过渡排水，不强调蓄水功能，因此只计算排水能力即可 2·3·1 泵的排水能力Q
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Q=1.3/0.85x80=122 m/h>80 m/h
现有设备排水能力小于2倍涌水量，按照配置原则，设备) 排水勉强足够，在水量增大的情况下，必须立即启动备用设备。 2·4 “二”号井计算
已有设备情况：
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水泵1：功率18.5KW 流量Q=80 m/h 杨程72m
水泵2：功率18.5KW 流量Q=80 m/h 杨程72m （备用），水泵均为新设备 排水管直径150mm
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集水井 2m×5m ×1m=10 m 2·4·1 泵的排水能力Q
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Q=1.3/0.85x80=122 m/h>40 m/h，
现有设备排水量大于2倍最大涌水量，满足要求。 2·5 “二”号井计算
已有设备情况：
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水泵1：功率18.5KW 流量Q=80 m/h 杨程72m
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水泵2：功率18.5KW 流量Q=80 m/h 杨程72m （备用），水泵均为新设备 排水管直径150mm
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集水井 2m×5m ×1m=10 m 2·5·1 泵的排水能力Q
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Q=1.3/0.85x80=122 m/h>40 m/h，
现有设备排水量大于2倍最大涌水量，满足要求。 2·6 “一斜”：
该集水井只截流斜井口到该井范围的水，其下方360米范围的涌水已流入“二斜”井，按已有设备能力满足要求。 3 结论
通过以上计算，对斜井工区的施工排水设备配置给予以下结论和调整建议 ①集水井位置布置合理可行；
②斜井底的储水井排水采用一级到位，即直到排出洞外，不在斜井中部再储水； ③在斜井中部另设一集水井，单独一套管路排出；
④各集水井的上方要挖一横向排水沟，截流以上涌水不往下流； ⑤若有条件，可在大型泵站（如斜二号）设安设自动控制系统。 四 过程及实施效果
方案确定以后，项目部严格按此执行，布置到位，并及时调整，维修养护设备，从2010年9月开始，直至2011年6月19日云阳山隧道全部贯通，有力的保证了进度，实现了既定目标。 参考文献
1、云阳山隧道设计图 2、《隧道工程》 人民交通出版社 2000.8
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