1、二青山隧道施工排水专项方案1、二青山隧道工程概况1.1、工程简介二青山隧道穿越吕梁山山脉北段，属中山区，进口位于岚县境内，出口位于兴县境内。隧道进口里程DK132295，出口里程DK148146，隧道全长15.851km，属单线特长隧道，也是本项目控制工期的工程。隧道中部最大埋深600m左右，出口端埋深较浅，约2560m。隧道区进口段（岚县端）为山间黄土盆地，洞身段及出口段为褶皱断裂中山区，“V”、 “U”字形沟谷发育。隧道穿越地层除进、出口浅埋段为第四系黄土层外，其余均为太古界、元古界的变质岩地层。隧道进口17.47m直线段后接半径R=1200m的曲线，曲线长度为1119.47m，中部为直线2、，至DK146825.91接一半径R2000m的曲线，曲线长899.44m，洞身线路纵坡为单面坡，自进口至出口依次为4/1205m、5/13250m和3/1396m的下坡。二青山隧道设置4座斜井， 1#斜井830米，综合坡度为7.8%的下坡，高差61.904米；2#斜井1725米，综合坡度为11.2%的下坡，高差176.904米；3#斜井1830米，综合坡度为11%的下坡，高差185.404；4#斜井1230米，综合坡度为6%的下坡，高差71.000米，其中除3#斜井采用760588cm双车道内净空断面外其余3座斜井全部采用510580cm的单车道内净空断面，斜井全部采用无轨运输。斜井总长度53、620m，相当于正洞长度的35.4。1.2、地质构造二青山隧道位于吕梁山隆起的中部，主要受来自北西西向的压应力。区域构造应力场中，南北向均匀挤压，东西方向的挤压仅是在短暂时期起了主要作用，最主要的是东部相对向北，西部相对向南的直线扭动作用。因此，山西省东西构造带比较微弱，南北向构造带比较明显，北东向、北北东向最为显著。西部为吕梁山古褶皱带，东部为宁武静乐向斜西翼南部的转折端，中部为新生代断陷盆地。兴县境内地层总体上表现为向西倾斜的单斜构造，西部简单而东部复杂。从清水河起直到离石附近，寒武、奥陶纪和石炭、二叠纪以上地层，一般沿走向较稳定地由北向南延展，向西缓缓插入黄河之下，为平缓褶皱构造。1.24、.1、褶皱测区构造主要受一组走向N2535E向斜控制，即野鸡山向斜控制，该向斜形成于前震旦纪，向斜两翼对称，向斜轴面近直立，向斜东西两翼有北北东向伴生压性断裂。向斜轴线与隧道相交于DK140+350里程，交角55。1.2.2、断裂受区域构造压应力的影响，测区主要发育NNE走向断裂，共有9条断层与隧道正线或斜井相交，现分述如下：F1 正断层断层延展长度约9.5Km，总体走向N35E，倾向S，倾角约60，为测区主要断裂。破碎带宽约70m，DZK-4钻孔揭露带内发育断层角砾岩。该断层与拟建隧道相交于DK137+225+295，与隧道走向夹角48。F2 逆断层断层延展长度约6Km，总体走向N59E，倾5、向N，倾角约80，破碎带宽约110m，断层破碎带内发育断层角砾岩及石英岩脉，该断层与拟建隧道相交于DK140+430+540，与隧道走向夹角24。与2#斜井相交于 IIXJK1+610 +690。F3 逆断层测区向斜西翼伴生断裂，为测区主要断裂，太古界界河口群奥家滩组与元古界野鸡山群青杨树湾组地层以F3断层接触。断层延展长度9.6Km，总体走向N33E，倾向NW，倾角约65，破碎带宽约260m，DZK-7钻孔揭露断层破碎带内发育断层角砾岩和断层泥。该断层与拟建隧道相交于DK141+630+890，与隧道走向夹角51。与3#斜井相交于IIIXJK0+480 +590。F4 逆断层该断层主要据物探6、解译推断，断层延展长度约9Km，总体走向N36E，倾向NW，倾角约60，破碎带宽约50m，断层破碎带内发育断层角砾岩。该断层与拟建隧道相交于DK143+710+760，与隧道走向夹角约50。F5 逆断层该断层延展长度约5Km，总体走向N36E，倾向NW，倾角约75，破碎带宽约50m，DZK-9钻孔揭露断层破碎带内发育断层角砾岩。该断层与拟建隧道相交于DK145+470+520，与隧道走向夹角约50。F6 逆断层断层延展长度约4Km，总体走向N31E，倾向N，倾角约70，破碎带宽约70m，带内发育断层角砾岩，DZK-12钻孔揭露该断层。该断层与拟建隧道相交于DK147+140+210，与隧道走向7、夹角约50。F7 逆断层断层延展长度约2.5Km，总体走向N38E，倾向NW，倾角5080，DZK-13钻孔揭示表明，断层带内断层角砾发育。该断层与拟建隧道相交于DK147+910+950，与隧道走向夹角约50。F8逆断层该断层为物探推测断层，总体走向N36E，倾向NW，倾角约70，破碎带宽约45m。该断层与拟建隧道相交于DK143+260+305，与隧道走向夹角约50。F9断层该断层是F1断层的次级断层，总体走向N33E，倾向S，倾角约55，破碎带宽约80m，XJZK-3钻孔揭示表明，断层带内断层角砾岩、断层泥发育。该断层与拟建2#斜井相交于XJK0+170+250段。1.2.3、节理测区岩8、体受构造及变质岩化作用影响，岩层产状多变，节理发育，节理间距0.55m不等，岩体多被切割成碎裂状或块状，大部分为微张张开节理，部分胶结，少有充填物，并发育有节理密集带。测区以走向为N310320W、N340350W及N3040E三组节理最为发育。1.3、水文地质1.3.1、地下水类型隧道穿越地层除进、出口浅埋段为第四系黄土层外，其余均为太古界、元古界的变质岩地层。根据各地层的岩性及其组合关系、地质构造条件、水理性质、地下水赋存条件和水力特征，可将隧址区地下水类型划分为两类：变质岩类基岩裂隙水和松散岩类孔隙水。1.3.1.1、变质岩类基岩裂隙水测区内的岩性为太古界和元古界的片麻岩、伟晶岩、片岩、9、石英岩、超基性岩、花岗岩和变粒岩等，岩石一般坚硬致密，透水性、含水性都较弱。基岩中的地下水主要具有如下赋存规律：第一、受区域构造应力作用，岩体节理裂隙、断层发育，为地下水赋存创造了条件，并决定了其富水程度的强弱。与隧道相交的9条断层破碎带、3处节理密集带都含有较多的地下水。第二、隧道进口段、出口段埋深较浅，基岩上覆几十米厚的黄土，基岩全风化、强风化，破碎呈砂土状、碎石土状，透水性强，含水量大。第三、野鸡山向斜是有利的储水构造。1.3.1.2、松散岩类孔隙水第四系中、上更新统孔隙潜水含水层岩性以粉质黄土为主，多以披盖式覆于基岩之上，厚度一般50-70m。以接受大气降水垂直补给为主，局部亦有河流的10、侧向补给，富水程度小。 第四系全新统河谷冲积层孔隙潜水，主要分布于湫水河、岚河水系的河谷、沟谷及其阶地地带，含水层由砂和砂砾组成，含水层厚度变化较大，透水性强，地下水位埋深浅。地质构造对地下水赋存的影响区内地层是以片岩、片麻岩、石英岩、变粒岩为主的变质岩类地层，局部分布各时代的侵入岩类，均属于蓄水程度弱的裂隙含水岩组。从区域地质及构造情况分析，构造是地下水赋存主要影响因素。测区地层受多期构造运动的影响，形成了以元古界野鸡山群白龙山组（PtYb）为核部地层的向斜构造。在其两翼则发育多条与褶皱轴向近平行的区域性断层，其中一条使得太古界界河口群奥家滩三段（ArJa3）与元古界野鸡山群青杨树湾组（Pt11、Yq）呈断层接触。上述褶皱与断层构造的存在，以及各地层岩性的差异，从而使得地下水的赋存有着不同的赋存特征：、在向斜核部地段呈现汇流型特征。从构造条件上看，位于向斜核部的白龙山组（PtYb）地层具有一定程度的富水性，但由于其岩层主要为斜长角闪岩、角闪片岩及角闪变粒岩等硬质岩，且多为块状结构，所以其富水部位主要为节理、裂隙密集带。1.3.2.2、断裂及其影响带，岩体破碎，构造裂隙密集，为地下水的富集、运移创造了条件。测区内分布的两条北东向断裂与向斜构造复合联合，从而形成了该区域近南北向的构造体系。该构造体系控制并制约着地下水的富集，从而形成了地下水不同的赋存条件与分布特征。二青山隧道设计涌水量见表12、1至表4：表1：二青山隧道涌水量统计表序号洞身名称斜井设计涌水量（m3/d）正洞设计涌水量（m3/d）备注正坡排水反坡排水正常最大正常最大正常最大1进口4123.412370.221#斜井1417.784253.341028.33084.84113.112339.432#斜井2846.70 8540.10 2056.66169.74113.112339.443#斜井2562.817688.432467.97403.64318.812956.454#斜井1820.00 5460.00 4113.112339.42151.26453.56出口4113.112339.4表2：二青山隧道斜井井身涌水量13、合计表序号洞身名称设计涌水量最大涌水量备注m3/dm3/hm3/dm3/h11#斜井1417.7859.07 4253.34177.22 22#斜井2846.70 118.61 8540.10 355.84 33#斜井2562.81106.78 7688.43320.35 44#斜井1820.00 75.83 5460.00 227.50 56表3：二青山隧道斜井承担正洞施工反坡排水涌水量合计表序号洞身名称设计涌水量最大涌水量备注m3/dm3/hm3/dm3/h1进口4123.4171.81 12370.2515.43 21#斜井4113.1171.38 12339.4514.14 32#斜井14、4113.1171.38 12339.4514.14 43#斜井4318.8179.95 12956.4539.85 54#斜井2151.289.63 6453.5268.90 6表4：二青山隧道涌水量合计表序号洞身名称设计涌水量最大涌水量备注m3/dm3/hm3/dm3/h1进口4123.4171.812370.2515.421#斜井6559.227319677.54819.932#斜井9016.4375.6827049.21127.0543#斜井9349.5389.628048.41168.754#斜井8084.3336.824252.91010.56出口4113.1171.412339.15、4514.12、排水方案2.1、总体排水方案斜井及正洞排水为反坡排水，采用机械排水，设置多级泵站接力排水。施工掌子面积水采用移动式潜水泵抽至就近泵站或移动水仓中。1#斜井每420m左右设1个水仓，井身和井底设2个水仓；2#斜井每430m左右设1个水仓，井身和井底设4个水仓；3#斜井每460m左右设1个水仓，井身和井底设4个水仓；4#斜井每620m左右设1个水仓，井身和井底设2个水仓；正洞每1000m设1个水仓，其中进口正洞设1个水仓；斜井正洞小里程方向正坡施工段采用自然流水方式将水汇集至斜井喇叭口集水仓中，大里程方向反坡施工段设1个水仓。2.2、水仓容量泵站水仓容量按10min两倍设计正常涌水16、量计算，各工区水仓设计尺寸见表5。表5：各洞口设计水仓设计容量及尺寸序号洞身名称设计涌水量（m3/min）10min设计涌水量（m3/min）水仓设计尺寸（长*宽*深m）水仓设计容量（m3）备注1进口171.8/60=2.8610*2*2.86=57.26*5*26021#斜井273/60=4.5510*2*4.55=918*4*39632#斜井375.7/60=6.2610*2*6.26=125.28*5*312043#斜井389.6/60=6.4910*2*6.49=129.88*5*312054#斜井336.8/60=5.6110*2*5.61=112.28*5*31206出口2.3、设17、备配置：2.3.1、高差计算1#斜井：每级泵站之间的高差为4207832.76m；2#斜井：每级泵站之间的高差为43011248.16m；3#斜井：每级泵站之间的高差为46011050.6m；4#斜井：每级泵站之间的高差为6206037.2m；正洞：每级泵站之间的高差为100055m。2.3.2、最大涌水量斜井进入正洞前每小时预测最大涌水量：1#斜井：59.07m3/h；2#斜井：118.61m3/h；3#斜井：106.78m3/h；4#斜井：75.83m3/h。斜井进入正洞后每小时预测最大涌水量：1#斜井：273.0m3/h；2#斜井：375.68m3/h；3#斜井：389.6m3/h；4#18、斜井：336.8m3/h。正洞反坡排水每小时预测最大涌水量：进口：171.81m3/h；1#斜井：171.38m3/h；2#斜井：171.38m3/h；3#斜井：179.95m3/h；4#斜井：89.63m3/h。2.3.3、抽水机配置按2倍涌水量考虑排水能力，设备分阶段投入。斜井水仓选择大流量、高扬程抽水机，分进入正洞前和进入正洞后两个阶段考虑，正洞选择大流量、低扬程抽水机（利用斜井第一阶段设备）。各水仓抽水配置表如下：表6：抽水机配置表序号位置水仓名称排水阶段抽水机参数数量（台）总流量（m3/h）备注参考型号功率（KW）流量（m3/h）扬程（m）小计合计11#斜井1#、2#进入正洞前55119、00801100200排水设备江苏亚梅泵业污水泵 ZW100-100-80型255100801100备用3进入正洞后751501102300600排水设备IHG离心泵125-315A型4751501102300备用52#斜井1#、2#、3#、4#进入正洞前55100801100200排水设备江苏亚梅泵业污水泵 ZW100-100-80型655100801100备用7进入正洞后901921192384768排水设备IHG离心泵125-315型8901921192384备用93#斜井1#、2#、3#、4#进入正洞前55100801100200排水设备江苏亚梅泵业污水泵ZW100-100-80型1020、55100801100备用11进入正洞后901921192384768排水设备IHG离心泵125-315型12901921192384备用134#斜井1#、2#进入正洞前55100801100200排水设备江苏亚梅泵业污水泵ZW100-100-80型1455100801100备用15进入正洞后75180104.62360720排水设备IHG离心泵125-315A型1675180104.62360备用17正洞/551008099001800排水设备江苏亚梅泵业污水泵ZW100-100-80型55100809900备用说明：正洞水泵进口集水仓4台；1#斜井正洞反向排水集水仓4台；2#斜井正洞反向排21、水集水仓4台；3#斜井正洞反向排水集水仓4台；4#斜井正洞反向排水集水仓2台，共计18台，一半正常抽水，一半备用，水泵采用从斜井更换出来的水泵。表7各管径水头损失表（斜井施工）抽水机额定流量（m3/h）100100100100抽水机额定扬程（m）80808080管路长度（m）420430460620排水高差（m）32.7648.1650.637.2排水管直径（mm）100125150200100125150200100125150200100125150200管内流速（m/s）3.542.261.570.883.542.261.570.883.542.261.570.883.542.261.522、70.88管内沿程水头损失（m）53.7117.517.041.6654.9917.937.211.70 58.8219.187.711.8279.2825.8510.4 2.45管内弯道水头损失（m）1.190.480.230.071.190.480.230.071.190.480.230.071.190.480.230.07是否满足要求否是是是否是是是否是是是否是是是表7各管径水头损失表（进入正洞以后）抽水机额定流量（m3/h）200300384384360抽水机额定扬程（m）80110119119104.6管路长度（m）1000420430460620排水高差（m）532.7648.1623、50.637.2排水管直径（mm）100125150200100125150200100125150200100125150200100125150200管内流速（m/s）3.542.261.570.8810.66.794.712.6513.68.696.043.413.68.696.043.412.78.155.663.18管内沿程水头损失（m）127.941.716.73.95481.5158.163.415.1811.6265.1106.725.4868.2283.6114.227.11020336.2135.131.9管内弯道水头损失（m）1.190.480.230.0710.74.324、72.10.6717.67.173.461.117.67.173.461.115.36.33.040.96是否满足要求否是是是否否否是否否否是否否否是否否否是2.3.4、排水管直径选择根据水头损失计算公式：vQ/AQ/(r)；管道阻力水头损失：hf=L/dv2/（2g）弯道阻力水头损失：hf=v2/（2g）其中：v=流速，Q=流量，A=管路截面积，=系数（0.02），L=管路长度，d=管路直径，=系数（1.86）计算得出所选取的抽水机采用不同管径时流速和水头损失见表7根据表7计算结果显示，各洞口采用水管管径见表8表8：正洞及斜井井身排水管管径表正洞1#斜井2#斜井3#斜井4#斜井备注钢管直径（25、mm）1252002002002003、电源配置各洞口施工用电统计表及电源配置表见表9、表9：各洞口施工用电配置表洞外主要施工用电（KW）斜井主要施工用电（KW）正洞主要施工用电（KW）拌合站钢筋加工空压机通风机营区用电合计使用率施工用电排水合计使用率排水施工用电合计使用率进口1205044022020850595001101302401681#斜井3020550440201060742303003302311101702801962#斜井60550440201070749407207605321102203302313#斜井903066044020124086840720760532110226、203302314#斜井302055044020106074235300335234.5110220330231出口3020440220207305110013013091说明：洞内施工用电主要为输送泵、喷锚机、洞内支立拱架用电，正常用电按设备功率的0.7倍系数考虑。从表9可以看出，进口工区洞外施工用电595KW，洞内施工用电168KW，大电设置在洞外设置630KVA变压器提供洞外施工用电，洞内施工进入1000m计划10KV高压进洞1台315KVA变压器供洞内施工及洞内排水供电；1#斜井工区洞外施工用电742KW，斜井施工用电231KW，正洞施工用电196KW，大电设置在洞外设置800KVA变27、压器提供洞外用电及斜井施工期间洞内施工排水供电，洞内施工进入正洞以后计划10KV高压进洞1台315KVA变压器供斜井泵站排水供电，一台315变压器供正洞内正反向施工及正洞泵站排水供电；2#斜井工区洞外施工用电749KW，斜井施工用电532KW，正洞施工用电231KW，大电设置：洞外设置800KVA变压器提供洞外用电及斜井施工期间洞内施工排水供电，洞内施工进入正洞以后计划10KV高压进洞1台630KVA变压器供斜井泵站排水供电，一台315变压器供正洞内正反向施工及正洞泵站排水供电；3#斜井工区洞外施工用电868KW，斜井施工用电532KW，正洞施工用电231KW，大电设置：洞外设置800KVA变28、压器提供洞外用电及斜井施工期间洞内施工排水供电，洞内施工进入正洞以后计划10KV高压进洞1台630KVA变压器供斜井泵站排水供电，一台315变压器供正洞内正反向施工及正洞泵站排水供电；4#斜井工区洞外施工用电742KW，斜井施工用电234KW，正洞施工用电231KW，大电设置：洞外设置800KVA变压器提供洞外用电及斜井施工期间洞内施工排水供电，洞内施工进入正洞以后计划10KV高压进洞1台315KVA变压器供斜井泵站排水供电，一台315变压器供正洞内正反向施工及正洞泵站排水供电。4、成本预算进口及斜井正洞内排水管采用壁厚4mm125钢管，其余四个斜井采用壁厚4mm200钢管，进口及斜井正洞内反29、坡排水采用一级泵站，泵站除4#斜井安装2台水泵以外（一用一备）其他各泵站都安装4台水泵（两用两备）（水泵采用从前期斜井施工时使用的ZW100-100-80型污水泵）。斜井内1#斜井、4#斜井设置2级泵站，每个泵站内设置4台水泵（两用两备），2#斜井、3#斜井设置4级泵站，每个泵站内设置4台水泵（两用两备）。斜井施工期间水泵采用ZW100-100-80型污水泵，施工进入正洞以后根据涌水量跟换成IHG离心泵125-315A型或IHG离心泵125-315型离心水泵。根据水泵功率要求，1#斜井、4#斜井需各增加一台315KVA变压器供斜井排水供电，2#斜井、3#斜井需各增加一台600KVA变压器供斜井30、排水供电。ZW100-100-80型污水泵参考价6000元/台，IHG离心泵125-315A型参考价24500元/台，IHG离心泵125-315型参考价27800元/台。变压器315KVA参考价50000元/台，630KVA参考价80000元/台，各工区排水主要成本详见表10。5、应急预案每个泵站均设置备用抽水机，第一预防工作水泵出现故障时启用备用抽水机工作。第二预防突水事件发生时采用备用水泵一起工作。高压风管和供水管经过水泵站是均应设置阀门和接口，遇突水事件时使用高压风管和供水管做排水管。6、结束语二青山隧道设计为高风险隧道，斜井长、坡度大，承担正洞施工任务量重，工期紧。施工排水成为制约工程31、进度的重点工序，如何采用正确的排水方案直接影响到整个隧道的工期，此方案主要依据设计院提供涌水量作为参考数据设计，实际施工过程中可根据施工现场实际涌水量做相应的调整。表10：各工区主要材料及工费成本表：排水管泵站增加变压器电费（元）人工费合计型号长（m）合价（元）斜井合价正洞合价（元）型号合计（元）人数工资（元）进口12510006523011200066000021200008572301#斜井125、2001000、8301529302196000112000315KVA500002460000636000032309302#斜井125、2001000、172524749844448001132、2000630KVA8000049800001060000063642983#斜井125、2001000、18302585934444800112000630KVA8000049800001060000063753934#斜井125、2001000、1230195195219600016000315KVA50000246000063600003267195出口说明：考虑加工及安装工费钢材价格按5500元/吨计算；泵站只考虑水泵的费用，未考虑安装费用；变压器按增加台数成本计算，不考虑线路费用；电费按1元/度计算，抽水时间每天按10各小时计算，折算抽水时间20个月，工人工资按3000元/月*人共20个月计算。