长大陡坡富水斜井防排水施工技术

 干庆隧道全长6693m，为全线第三长大隧道，设计为单洞双线隧道，线间距5m，进口至改DK586+900为6‰的上坡，自改DK586+900至出口为10.6‰的上坡。隧道共设置三座斜井，其中干庆隧道1#斜井斜长550.507m，设计围岩级别全为Ⅴ级围岩，涌水量大，围岩差，施工难度大，安全风险高，本文重点介绍长大陡坡富水斜井防排水施工技术。
1 工程概况
干庆隧道1#斜井斜长550.507m，承担主洞1525m的施工任务，大同方向700m，西安方向825m。与主洞交叉处桩号为改DK587+937.705，与线路左线中线平面夹角80°，井底综合坡度9.36%，最大纵坡10%，斜井采用单车道无轨运输，净空断面尺寸为5m（宽）×6m（高）。1#斜井走向基本与右侧冲沟平行，冲沟上游存在一处老水库，雨季时有水；日涌水量高达3777m3，平均日涌水量为2200m3，月排水量约7万方，从开工至今已排水约28万方，随着掘进长度增加还逐渐递增，设计围岩级别全为Ⅴ级围岩，地质为砂岩、细圆砾土、粉质黏土、细砂，松散结构，软硬不均，层间黏结力差，涌水量大，目前达到设计Ⅲ级以上涌水状态。
干庆隧道1#斜井涌水量大、围岩差，安全风险高，被列为大西客专的重难点控制工程之一，受到大西公司、铁三院、监理站和公司内部各级领导的广泛关注。
2 防排水方案
洞内防排水方案。干庆隧道1#斜井防排水方案按平均日涌水量2200m3的136%倍3000m3设计，防排水采用“以堵为主，防、截、排相结合，因地制宜，综合治理”的原则，建立永久和临时相结合的排水系统，在洞内、洞外施工期间建永久排水泵站，并备足水泵和发电机。
2.1 完善抽排水管理制度，建立专职抽排水工班，由专职技术干部负责 针对涌水情况，项目多次组织召开专题研讨会，细化抽排水方案，并成立以集团指挥部副指挥和项目总工程师为负责人，项目工区施工队长为工班长，技术干部、安全员为副工班长的抽排水工班，项目设备部部长负责抽排水设备的管理工作，共配备22人，其中电工1名，抽水机司机6名，清淤泥12名。完善抽排水管理制度，明确责任人，并制定严格的考核奖罚制度。
2.2 加强防、堵水措施，彻底解决初支表面渗漏水 对全断面出水段落采取径向全环注浆止水措施；对股状水采取“优止水”防水喷层，在股状水周边施作临时通水管道引水、径向注浆和“立止水”封堵的股状涌水注浆堵水措施，以堵为主，减少地下水的排放。
注浆参数设计：浆液扩散半径按2m设计，注浆孔孔径52mm，按梅花型布置；孔口环向间距约200cm，孔底环向间距约280cm，纵向间距200cm；注浆材料为水泥水玻璃浆，注浆终压1～2MPa，水灰比1：1。
2.3 建立可靠的排水系统 在路面两侧设置排水侧沟，尺寸为30cm（宽）×15cm（深）；路面纵向每间隔30m设置一道横向排水槽，尺寸为20cm（宽）×15cm（深）；未开挖段纵向每间隔50m在路面左侧设置一处容积为13.5m3的大型集水箱，纵向每间隔20m在边墙左侧设置一处容积为1.5m3的小型集水坑；所有出水水流归槽、入井，然后抽排至洞外，详见干庆隧道1#斜井洞内抽排水示意图（图1）。
说明：①干庆隧道1#斜井排水方案按平均日涌水量2200m3的136%倍3000m3设计（每小时125m3），排水泵站目前设置于错车道，待斜井贯通后设置于主洞交叉口（此时所有的大型集水箱和临时集水坑均停止使用），泵站共配置4台额定流量为125m3/h，扬程为130m的水泵，排水主管道采用？准150mm和？准100mm钢管（备用）；所有出水水流归槽、入井，然后抽排至洞外，详见抽排水示意图。②在XD1+350～XD1+000段路面两侧设置排水侧沟，尺寸为30cm（宽）×15cm（深）；③在XD1+300～XD1+000段路面纵向每间隔30m设置一道横向排水槽，尺寸为20cm（宽）×15cm（深），设置里程分别为XD1+300、XD1+270、XD1+240、XD1+210、XD1+180、XD1+150、XD1+120、XD1+090、XD1+060、XD1+030和XD1+000，如遇集水井，位置可适当调整；④未开挖段纵向每间隔50m在路面左侧设置一处容积为13.5m3的大型集水箱，大型集水箱的水通过水泵抽排至泵站，大型集水箱设置里程为XD1+100、XD1+050和XD1+000，若遇出水量较大处，位置可适当调整；⑤纵向每间隔20m在边墙左侧设置一处容积为1.5m3的小型临时集水坑，在下一个大型集水井未设置前使用，将临时集水坑的水通过水泵抽排至上一个大型集水井，临时集水坑设置里程为XD1+100、XD1+080、XD1+060、XD1+040、XD1+020和XD1+000，若遇出水量较大处，位置可适当调整。
2.3.1 测定目前隧道的日涌水量约2200m3，贯通后按最大日涌水量3000m3（每小时125m3），计算、设计、确定抽排水参数。
①排水钢管管径的选择
根据水头损失计算公式：V=Q/A=Q/（πr2）
管道阻力水头损失：Hf=λ×L/d×v2/（2g）
弯道阻力水头损失：Hf=ξv2/（2g）
式中：V-流速，Q-流量，A-管路截面积，λ-系数（0.02），L-管路长度，d-管路直径，ξ-系数（1.86）。
根据表1结果，斜井采用管径150mm的钢管排水满足要求，再布设一套100mm的钢管作为备用，另外高压风水管也可作为应急备用。
②水泵的选择。泵站配备4台（使用2台，备用2台）额定流量为125m3/h，额定扬程130m，2台每小时额定流量为250m3>125m3（每小时最大涌水量2倍考虑）。
其余排水点配备WQD7-20-0.75潜水电泵（额定流量7m3/h，额定扬程20m，额定功率750w），掌子面8台，每处临时集水坑1台，每处大型集水井2台。
2.3.2 洞外排水方案 在洞外建立抽水泵站，泵站按雨季最大降雨量和隧道最大涌水量综合考虑，按2倍的抽排水能力配置水泵和发电机，确保雨季时的抽排水能力。水抽至洞外后需经过处理，达标后才能正常排放，在洞外设置沉淀池和污水处理池，在斜井便道较高位置处，建20m3钢板箱水塔，水经过处理后抽至水塔，沿乡村便道远距离接Φ200mm钢管（或Φ500mm砼管）直接排水，水管埋入地面以下50cm（冻土深度39cm），排至国道边经公路既有涵洞沿自然沟排出，需疏通自然沟排水系统约15km。埋管需征耕地4800m×3m（宽）≡17400m2≈26亩，疏通自然沟排水系统需征地15000m×3m（宽）≡45000m2≈67.5亩，Φ200mm钢管（或Φ500mm砼管）4.8Km，其中从泵站抽至水塔需Φ200mm钢管0.8Km。
Φ200mm钢管排水：需冬季保暖，埋入地面以下50cm（冻土深度39cm），管道阻力水头损失：Hf=λ×L/d×v2/（2g），Hf=78m，L=4800m，d=0.2m，得出V=1.78m/s，根据流量计算公式：Q=V×A=V×（πr2）。
每小时排水量为201m3，满足隧道每小时涌水量125m3要求。
Φ500mm砼管排水：需施作砼基座和管接头处防渗处理，根据上述公式，计算得出排水量为2360m3。
3 效果及体会
干庆隧道1#斜井具有纵坡陡、斜井长、涌水抽排困难等诸多施工不利因素，一旦发生涌突水将造成严重的后果。因此，必须加强涌突水风险管理，制定切实可行的应急预案，坚持“以排为主，排堵结合，控制洞身渗漏水”的治水原则，对已开挖段出现的渗漏水采取径向注浆的方法及时进行封堵处理，控制洞身渗漏水，减少斜井涌漏水量，降低斜井抽排水压力。加强施工期间涌水量的监测及预测，根据预计的涌水量，配备当前涌水量2～3倍抽水能力的设备，提高斜井抽排水能力。通过先进可靠的机械设备，科学合理的抽排水、注浆堵砂堵水等技术方案，严谨细致的规范操作，以及精心有序的组织管理，达到了预期的成效，大大的改善了现场的施工环境，在确保施工安全质量的前提下，加快了施工进度，使我部能够按时完成斜井，进入正洞，缓解了我部干庆隧道的工期压力。