1、渝黔隧道施工排水专项方案1、渝黔隧道工程概况1.1、工程简介渝黔铁路10 标段五分部施工起讫里程D1K282+735.787D1K290+554.27，总长度7.818km，包括特大桥 2 座（总长 2.755延长米）、大桥 5 座（总长 0.925km）、中小隧道 4座（总长 3.375km）、涵洞 2 座、路基 0.762km。重难点工程是大干沟双线特大桥（高墩、大跨度连续梁）、安理寨隧道（采空区、岩溶、低瓦斯隧道）坪上双线特大桥（多次跨越既有铁路）。项目地处贵阳市息烽县，线路穿越小寨坝镇、永靖镇，临近210 国道及贵遵高速公路，交通较为便利。本段工程计划 2013 年 6 月 20 日开2、工，2015 年 10 月 31 日达到竣工交付标准，总工期 30 个月。隧道包括新小干沟隧道（中心里程D1K283+865，全长 254m）、安理寨隧道（中线里程 D1K285+053.5，全长 1517m）、息烽一号隧道（中心里程 D1K286+883.5，全长 1463m）、息烽二号隧道（中心里程D1K288+092.5，全长 141m）；1.2、地质构造本标段隧道位于云贵高原黔中东缘息烽南山一带，隧址区内地势总体是东高西低，高程一般在10501160m。隧道区属构造剥蚀到溶蚀地貌。隧道区覆盖层为第四系松散堆积岩，下伏基岩为三叠系和二叠系泥岩，灰岩和煤层。息烽向斜：向斜轴轴向东北 20，3、地层倾角北西翼 1424，南东翼 4060，核部最新地层为侏罗纪系自流井群，翼部主要为三叠系及二叠系地层。隧道位于该向斜北西翼1.2.1、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 2 条断层与隧道正线或斜井相交，现分述如下：F4 正断层为一压扭性逆断层，在D1K284+650m（洞身处相交于D1K284+677）与隧道线路交角为 68。断层走向近东西，倾向向东，倾角为70左右，断距约 30m，长约 0.4km。上盘地层向北东方向位移，下盘地层向南西方向位移，两盘地层均为 T1y2P2L2，岩性主要为灰岩，其次为泥岩，钙质泥岩夹粉砂岩及煤层。破碎带宽510m，在断层与线路交4、汇地带发育一溶蚀洼地，降雨时部分地表水顺断层带向下渗流，对隧道施工影响较大。F5 逆断层为一压扭性逆断层，属黑神庙背斜轴进一步受力破坏所形成。该断层在D1K285+070m（洞身相交于 D1K285+080m 处）与隧道线路交角为59，断层走向北东，倾向南东，倾角51左右，断距大于50m，在隧址区出露长度大于 1km，向线路的左右两侧延出区外。上盘地层向北东方向位移，下盘地层向南西方向位移，两盘地层均为 T1y1P2L，岩性主要为灰岩，其次为泥岩，钙质泥岩夹粉砂岩及煤层。破碎带宽 1020m，物探勘探成果资料对该断层亦有一定的显示，调查时地表见有断层泉处露。断层破碎带大部分位于软质岩地层中，其5、走向与线路走向呈小角度斜交，隧道通过破碎带及影响带的长度较大，对隧道的施工有影响1.2.3、节理测区岩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6、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、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7、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。1.3.2 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8、。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（PtYq）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：1.3.2.1、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9、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。2、排水方案2.1、总体排水方案洞口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。进洞口每 420m 左右设 1 个水仓；出洞口每430m左右设 1 个水仓2.2、水仓容量泵站水仓容量按10min 两倍设计正常涌水量计算，各工区水仓设计尺寸见表 5。2.3、设备配置：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10、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#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/h11、；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1 1#斜井1#、2#进入正洞前55 100 80 1 100 200 排水设备江苏亚梅泵业污水泵ZW100-100-80 型2 55 100 80 1 100 备用3 进入正洞后12、75 150 110 2 300 600 排水设备IHG 离心泵 125-315A 型4 75 150 110 2 300 备用5 2#斜井1#、2#、3#、4#进入正洞前55 100 80 1 100 200 排水设备江苏亚梅泵业污水泵ZW100-100-80 型6 55 100 80 1 100 备用7 进入正洞后90 192 119 2 384 768 排水设备IHG 离心泵 125-315 型8 90 192 119 2 384 备用9 3#斜井1#、2#、3#、4#进入正洞前55 100 80 1 100 200 排水设备江苏亚梅泵业污水泵ZW100-100-80 型10 55 1013、0 80 1 100 备用11 进入正洞后90 192 119 2 384 768 排水设备IHG 离心泵 125-315 型12 90 192 119 2 384 备用13 4#斜井1#、2#进入正洞前55 100 80 1 100 200 排水设备江苏亚梅泵业污水泵ZW100-100-80 型14 55 100 80 1 100 备用15 进入正洞后75 180 104.6 2 360 720 排水设备IHG 离心泵 125-315A 型16 75 180 104.6 2 360 备用17 正洞/55 100 80 9 900 1800 排水设备江苏亚梅泵业污水泵ZW100-100-80 14、型55 100 80 9 900 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）100 100 100 100 抽水机额定扬程（m）80 80 80 80 管路长度（m）420 430 460 620 排水高差（m）32.76 48.16 50.6 37.2 排水管直径（mm）100 125 150 200 100 125 150 200 1015、0 125 150 200 100 125 150 200 管内流速（m/s）3.54 2.26 1.57 0.88 3.54 2.26 1.57 0.88 3.54 2.26 1.57 0.88 3.54 2.26 1.57 0.88 管内沿程水头损失（m）53.71 17.51 7.04 1.66 54.99 17.93 7.21 1.70 58.82 19.18 7.71 1.82 79.28 25.85 10.4 2.45 管内弯道水头损失（m）1.19 0.48 0.23 0.07 1.19 0.48 0.23 0.07 1.19 0.48 0.23 0.07 1.19 0.48 016、.23 0.07 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）200 300 384 384 360 抽水机额定扬程（m）80 110 119 119 104.6 管路长度（m）1000 420 430 460 620 排水高差（m）5 32.76 48.16 50.6 37.2 排水管直径（mm）100 125 150 200 100 125 150 200 100 125 150 200 100 125 150 200 100 125 150 200 管内流速（m/s）3.54 2.26 1.57 0.88 10.6 6.717、9 4.71 2.65 13.6 8.69 6.04 3.4 13.6 8.69 6.04 3.4 12.7 8.15 5.66 3.18 管内沿程水头损失（m）127.9 41.7 16.7 3.95 481.5 158.1 63.4 15.1 811.6 265.1 106.7 25.4 868.2 283.6 114.2 27.1 1020 336.2 135.1 31.9 管内弯道水头损失（m）1.19 0.48 0.23 0.07 10.7 4.37 2.1 0.67 17.6 7.17 3.46 1.1 17.6 7.17 3.46 1.1 15.3 6.3 3.04 0.96 是18、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/(r2)；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（mm）125 200 200 200 200 3、电源配置各洞口施工用电统计表及电源配置表见表919、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120 50 440 220 20 850 595 0 0 110 130 240 168 1#斜井30 20 550 440 20 1060 742 30 300 330 231 110 170 280 196 2#斜井60 550 440 20 1070 749 40 720 760 532 110 220 330 231 3#斜井90 30 660 440 20 1240 868 40 720 720、60 532 110 220 330 231 4#斜井30 20 550 440 20 1060 742 35 300 335 234.5 110 220 330 231 出口30 20 440 220 20 730 511 0 0 130 130 91 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21、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22、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23、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24、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。第二25、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125 1000 65230 1 12000 626、60000 2 120000 857230 1#斜井 125、200 1000、830 152930 2 196000 1 12000 315KVA 50000 2460000 6 360000 3230930 2#斜井 125、200 1000、1725 247498 4 444800 1 12000 630KVA 80000 4980000 10 600000 6364298 3#斜井 125、200 1000、1830 258593 4 444800 1 12000 630KVA 80000 4980000 10 600000 6375393 4#斜井 125、200 1000、1230 195195 2 196000 1 6000 315KVA 50000 2460000 6 360000 3267195 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。