CN113323722B - 特长隧道涌水处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种特长隧道涌水处理方法，属于隧道施工技术领域，包括前期准备‑第一阶段抽水‑第二阶段抽水‑一级泵站施工‑第三阶段抽水‑第四阶段抽水。本发明利用排风斜井与送风斜井分阶段抽水，能够在确保隧道安全的前提下，解决高压涌水问题，可有效缩短特长隧道的施工工期，节约工期成本；避免了另外开挖支洞，可有效降低施工成本。本发明尤其适用于喀斯特地貌区特长隧道主洞及斜井的涌水处理，主要针对涌水量极大、隧道存水量多、隧道主洞水压高的穿越富含岩溶水、裂隙水构造区的隧道施工涌水处置。
Description
技术领域
本发明属于隧道施工技术领域，尤其涉及一种特长隧道涌水处理方法。
背景技术
目前，随着我国基础设施建设的高速发展，在喀斯特地貌分布较广的地区进行隧道施工，由于其地形、地质环境条件特殊，节理裂隙水、岩溶水发育程度较高，隧道施工重难点多，技术难题十分复杂。在隧道施工中存在的暗河涌水情况，给隧道的施工造成不利影响。隧道涌水处置的传统工艺主要是将涌水引流抽排至泄水洞或隧道内排水系统，而该工艺适用于紧邻暗河的隧道涌水，对暗河水位有相对明确的判断，可以有效引流暗河水流，否则容易造成超长隧道洞内水压增高、持续存水和涌水突泥，造成隧道、斜井结构失稳。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种特长隧道涌水处理方法，能够解决穿越岩溶裂隙发育区的特长隧道斜井涌水的问题。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种特长隧道涌水处理方法，包括以下步骤：
S1：前期准备：
（1）对隧道周边围岩及掌子面进行检测：送风斜井朝向隧道右洞的施工方向停止施工，帷幕注浆；排风斜井与送风斜井的中部通过安全应急通道贯通；
（2）计算隧道及斜井洞内存水量并设计抽水泵站及抽水泵组：结合涌水量、水压设计两级泵站作业，分为多阶段抽水排水，利用排风斜井及送风斜井开展抽水排水作业；
S2：前期分阶段抽水：
第一阶段抽水：自排风斜井、送风斜井同时抽水至两个斜井内已施工二衬端部，抽水期间设置监测断面，用于对二衬进行监测；
第二阶段抽水：自排风斜井、送风斜井同时抽水至两个斜井中部的一级泵站位置；
S3：一级泵站施工：在排风斜井、送风斜井内分别设置一级泵站及二级泵站，高压线路进洞，清淤、泵站组建、降排水管路安装、线路敷设；
一级泵站分别设置在排风斜井及送风斜井的中部，排风斜井及送风斜井内的已施工二衬端处于一级泵站与井口之间；所述排风斜井与送风斜井中部通过安全应急通道贯通，一级泵站设置于排风斜井及送风斜井内安全应急通道贯通前；
S4：第三阶段抽水：在排风斜井接近隧道主洞端设置由移动泵组组成的二级泵站，二级泵站与排风斜井及送风斜井的一级泵站之间分别设置中转水仓，自排风斜井二级泵站集中抽水至中转水仓，再由中转水仓抽水至排风斜井及送风斜井的一级泵站，再利用排风斜井及送风斜井的一级泵站分别抽水至斜井的洞口外部；
S5：第四阶段抽水：抽水至隧道主洞出口段与排风斜井贯通后，停止排风斜井抽水；仰拱贯通后，抽水工作完成。
优选的，在步骤S1中，利用地质雷达检测对隧道围岩地质情况检测，通过超前钻孔探测掌子面的地质情况。
优选的，在步骤S2至步骤S5中，在排风斜井与送风斜井的洞口设置两台轴流风机，将轴流风机与软风管相连，利用斜井内前期安设的通风系统对排风斜井与送风斜井进行压入式通风。
优选的，在步骤S2中，利用移动泵组进行第一阶段抽水，抽水期间每10m设置一个监测断面，对二衬进行监测，频率为1次/d；当抽水泵组扬程不足时，在排风斜井及送风斜井内分别设置临时水仓。
优选的，在步骤S2中，第一阶段抽水处于在隧道未衬砌段，排水至临时水仓，再经临时水仓排至洞外；抽水期间经过隧道未衬砌段，采用加固组件对初期支护进行临时加固，加固组件间距1m，6榀为一组，间隔5米安装一组，边抽水边加固，加固期间水位保持稳定。
优选的，所述加固组件采用十六号工字钢制作。
优选的，在步骤S2中，利用移动泵组进行第二阶段抽水，降水过程每降水20米进行腹拱加固处理，加固后继续降水；期间每5m设置一个监测断面，对初支及临时腹拱进行监测，频率2次/d；当抽水泵组扬程不足时，在排风斜井及送风斜井内分别设置临时水仓，待一级泵站启动后取消临时水仓。
优选的，在步骤S3中，所述一级泵站包括水泵、蓄水池、清水池和沉淀池，所述一级泵站配备配电室；所述一级泵站的水泵由多级离心泵组成，且均为固定泵组。
优选的，在步骤S4中，所述中转水仓均设置于排风斜井内；所述移动泵组由大流量污水泵组成。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：与现有技术的传统施工工法相比，本发明能够在确保隧道安全的前提下，解决高压涌水问题，可有效缩短特长隧道的施工工期，节约工期成本；避免了另外开挖支洞，可有效降低施工成本。本发明尤其适用于喀斯特地貌区特长隧道主洞及斜井的涌水处理，主要针对涌水量极大（超1700万m³）、隧道存水量多（26万m³）、隧道主洞水压高（斜井135米高差的水压）的穿越富含岩溶水、裂隙水构造区的隧道施工涌水处置。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种特长隧道涌水处理方法中的降排水流程图；
图2是本发明中隧道与斜井的施工现状示意图；
图3本发明中第一阶段抽排水的平面图；
图4是本发明中第一阶段抽排水的纵截面图；
图5是本发明中第二阶段抽排水的平面图；
图6是本发明中第二阶段抽排水的纵截面图；
图7是本发明中第三阶段抽排水的平面图；
图8是本发明实施例中一级泵站的平面位置图；
图9是本发明实施例中排风斜井内加固组件的布置图；
图10是本发明实施例中排风斜井内加固组件的施工工艺流程图；
图11是本发明实施例中排风斜井内加固组件的安装结构示意图；
图12是本发明实施例中通风系统的结构示意图；
图中：1-排风斜井，2-送风斜井，3-安全应急通道，4-一级泵站，5-二级泵站，6-配电室，7-注浆帷幕，8-隧道主洞与斜井交叉口，9-轴流风机；10-隧道主洞，11-隧道左洞，12-隧道右洞；13-移动泵组，14-临时水仓，15-二衬端部，16-管路，17-中转水仓，18-水泵，19-蓄水池，20-清水池，21-沉淀池；22-加固组件，23-弧形构件，24-垂直构件，25-接头，26-锚固锁脚。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
众所周知，喀斯特地貌的中小型溶洞发育程度高，岩溶水、裂隙水含量大，山体岩溶裂隙成竖向脉络状，围岩以白云岩为主，节理裂隙发育，溶蚀发育，溶腔溶槽水丰富，岩层层间结合较差。隧道斜井的开挖将该段围岩极破碎，溶腔溶槽被切破，溶腔至斜井形成高水头压力，在隧道斜井施工过程中沿隧道仰拱、岩体裂隙等位置释放，形成涌水。
本发明中的隧道属于特长隧道，在以下具体实施例中，隧道全长11.28km，最大埋深883m。隧道与斜井的施工现状如图2所示，隧道主洞10包括并列的隧道左洞11和隧道右洞12，按照设计施工后期排风斜井1会与隧道左洞11贯通，送风斜井2会与隧道右洞12贯通。目前，排风斜井1已经与隧道左洞11贯通，送风斜井2还未与隧道右洞12贯通，即发生涌水情况。该实施例中隧道项目的地质情况如下：
隧址区属构造剥蚀低中山地貌区，地形起伏较大，山体自然坡度35°-45°，地表植被发育。隧道进、出口位于山前斜坡地带，自然山坡处于基本稳定状态。隧址区上覆地层为第四系更新统坡积（QPdl）粉质黏土、碎石，分布不均匀；下伏基岩为下元古界会理群片麻岩、混合岩，震旦系观音崖组泥岩、泥质砂岩、砂岩，震旦系灯影组白云岩、白云质灰岩，泥盆系中统灰岩、寒武系下统砂岩、三叠系上统干海子组泥质砂岩、砂岩、泥岩、煤层，三叠系舍资组砂岩、泥岩及早元古代晚期（δO2）石英闪长岩。
隧址区地表水主要为冲沟中溪流，多属季节性溪流；隧址区冲沟发育，汇水面积大，水位及流量受季节控制明显，旱季水量较小或干枯，雨季大量雨水沿两侧坡体汇入溪流，水量变化大，具暴涨暴落的特点；隧址区地下水主要为第四系松散覆盖层中孔隙水、基岩中的裂隙水及岩溶水。
本发明实施例提供的一种特长隧道涌水处理方法，具体降排水流程如图1所示，具体包括以下步骤：
S1：前期准备：
将送风斜井2朝向隧道右洞12的施工方向停止施工，帷幕注浆；排风斜井1与送风斜井2的中部通过安全应急通道3贯通；
（1）对隧道周边围岩及掌子面进行检测：利用地质雷达检测对隧道围岩地质情况检测，通过超前钻孔探测掌子面的地质情况。
在掌子面位置钻孔5个，钻孔深度17米，其中掌子面顶部钻孔出现压力水喷出，通过钻孔的情况探明隧道掌子面前方存在的空腔长度及松散渣体情况。
根据地质雷达检测报告显示该段围岩与掌子面情况类似，以白云岩为主，节理裂隙发育，溶蚀发育，岩层层间结合较差，岩体结构破碎；推断该段围岩极破碎，溶蚀发育，可能存在溶腔溶槽。
（2）计算隧道及斜井洞内存水量并设计抽水泵站及抽水泵组：结合涌水量、水压设计两级泵站作业，分为多阶段抽水排水，利用排风斜井及送风斜井开展抽水排水作业。
S2：前期分阶段抽水：
第一阶段抽水：如图3、4所示，自排风斜井1、送风斜井2同时抽水至两个斜井内已施工二衬端部15，抽水期间设置监测断面，用于对二衬进行监测。
利用移动泵组13进行第一阶段抽水，抽水期间每10m设置一个监测断面，对二衬进行监测，频率为1次/d；当抽水泵组扬程不足时，在排风斜井1及送风斜井2内分别设置临时水仓14。当第一阶段抽水处于在隧道未衬砌段，排水至临时水仓14，再经临时水仓14排至洞外；抽水期间经过隧道未衬砌段，采用加固组件22对初期支护进行临时加固，如图9所示，图中L即为每组加固组件的间距和宽度，加固组件22间距1m，6榀为一组，间隔5米安装一组，边抽水边加固，加固期间水位保持稳定。其中，所述加固组件22采用十六号工字钢制作，具体安装结构如图11所示，可将十六号工字钢预先折弯作为弧形构件23，直线段作为垂直构件24，利用角钢或折弯钢板作为接头25，采用如图10所示施工工艺进行钢架安装，锚固锁脚26作为定位锚杆实现钢架两侧拱脚部位的定位与固定，操作人员可在台架上进行焊接、施工。为确保腹拱钢拱架落脚稳固，腹拱采用混凝土垫块或钢靴穿插式落脚、钢架之间横向链接采用Φ20@1m钢筋连接，钢架须紧贴已施工初支面。
第二阶段抽水：如图5、6所示，自排风斜井1、送风斜井2同时抽水至两个斜井中部的一级泵站4位置。利用移动泵组13进行第二阶段抽水，降水过程每降水20米进行腹拱加固处理，加固后继续降水；期间每5m设置一个监测断面，对初支及临时腹拱进行监测，频率2次/d；当抽水泵组扬程不足时，在排风斜井1及送风斜井2内分别设置临时水仓14，待一级泵站4启动后取消临时水仓14。
S3：一级泵站施工：在排风斜井1、送风斜井2内分别设置一级泵站4及二级泵站5，高压线路进洞，清淤、泵站组建、降排水管路16安装、线路敷设。其中，在管路上均配置止回阀，以防止水锤现象，造成水泵损坏。
一级泵站4分别设置在排风斜井1及送风斜井2的中部，排风斜井1及送风斜井2内的已施工二衬端部15处于一级泵站4与井口之间；所述排风斜井1与送风斜井2中部通过安全应急通道3贯通，一级泵站4设置于排风斜井1及送风斜井2内安全应急通道3贯通前。
如图8所示，一级泵站4包括水泵18、蓄水池19、清水池20和沉淀池21，所述一级泵站4配备配电室6；所述一级泵站4的水泵18由多级离心泵组成，且均为固定泵组。采用开挖横洞作为一级泵站，工字钢架支撑，喷锚支护；支护完成后，在洞室底部开挖5米深基坑作为蓄水池19，中间设隔墙，分别为沉淀池21和清水池20；各池内采用工字钢支架，上铺钢板或钢筋网。
S4：第三阶段抽水：如图7所示，在排风斜井1接近隧道主洞10端设置由移动泵组13组成的二级泵站5，二级泵站5与排风斜井1及送风斜井2的一级泵站4之间分别设置中转水仓17，自排风斜井1二级泵站5集中抽水至中转水仓17，再由中转水仓17抽水至排风斜井1及送风斜井2的一级泵站4，再利用排风斜井1及送风斜井2的一级泵站4分别抽水至斜井的洞口外部。其中，中转水仓17均设置于排风斜井1内；所述移动泵组13由大流量污水泵组成。根据抽水量设计污水泵的数量。该实施例中移动泵组采用2组泵，每组10台污水泵（4台工作，6台备用）。
持续抽水至距离隧道主洞30米处，移动泵组13合并组成二级泵站5，利用斜井进行反坡分级降排水：首先由二级泵站5将排风斜井1转隧道主洞10涌水抽排至中转水仓17，中转水仓17内的水再经一级泵站4抽排至斜井洞外。其中，每处中转水仓放置10台泵（5台工作，5台检修）接力抽水，当有水泵故障时检修水泵及开启可以满足水位稳定。
具体抽水施工时，出口端隧道左洞11先行，隧道左右洞错开不小于50米的安全距离。为保证隧道主洞10安全贯通，隧道主洞10离贯通面60米岩柱时，水位须降至隧道主洞10上台阶底（拱顶以下7m），减少贯通面水头压力，然后集中力量进行掘进直至贯通。待隧道主洞10贯通后停止斜井抽水，改为沿主洞顺坡自然排水。
S5：第四阶段抽水：抽水至隧道主洞10出口段与排风斜井1贯通后，停止排风斜井1抽水；仰拱贯通后，抽水工作完成。
在步骤S2至步骤S5中的抽水降水过程中需要注意通风，排风系统如图12所示，在排风斜井1与送风斜井2的洞口设置两台轴流风机9，将轴流风机9与软风管相连，利用斜井内前期安设的通风系统对排风斜井1与送风斜井2进行压入式通风。
综上所述，本发明与传统施工工法相比，在确保解决高压涌水问题和隧道安全的前提下，可有效缩短特长隧道的施工工期，节约工期成本；避免了另外开挖支洞，可有效降低施工成本。采用传统的降排水施工方案施工工期约为250天，而利用本发明工期仅需180天，节约工期达70天。本发明通过对隧道周边进行地质雷达检测和超前钻孔探测，结合涌水量、水压设计两级抽水泵站作业，分为四个阶段抽水排水，利用斜井开展抽水排水作业，降低隧道主洞水压，达成隧道主洞贯通泄放存水，完成隧道上方溶腔溶槽的排水，从而从施工到运营阶段永久解决隧道涌水问题。
由于隧道受涌水长时间浸泡，初期支护稳定性受到很大程度上的影响，本发明采用从斜井开展逐步阶段性降水，以可见方式实时观察到隧道情况，极大的降低了施工风险。利用本发明无需再另外开挖泄水洞，采用原来的斜井逐步推进降水，可节约资金620万元；同时，具有人员机械设备投入少，操作简易快捷，排水效果明显等特点，本发明在国内外处置高压涌水具有强的推广和借鉴意义，具有广阔的应用前景。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (6)
1.一种特长隧道涌水处理方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：前期准备：
（1）对隧道周边围岩及掌子面进行检测：送风斜井朝向隧道右洞的施工方向停止施工，帷幕注浆；排风斜井与送风斜井的中部通过安全应急通道贯通；
（2）计算隧道及斜井洞内存水量并设计抽水泵站及抽水泵组：结合涌水量、水压设计两级泵站作业，分为多阶段抽水排水，利用排风斜井及送风斜井开展抽水排水作业；
S2：前期分阶段抽水：
第一阶段抽水：自排风斜井、送风斜井同时抽水至两个斜井内已施工二衬端部，抽水期间设置监测断面，用于对二衬进行监测；
利用移动泵组进行第一阶段抽水，抽水期间每10m设置一个监测断面，对二衬进行监测，频率为1次/d；当抽水泵组扬程不足时，在排风斜井及送风斜井内分别设置临时水仓；第一阶段抽水处于隧道未衬砌段，排水至临时水仓，再经临时水仓排至洞外；抽水期间经过隧道未衬砌段，采用加固组件对初期支护进行临时加固，加固组件间距1m，6榀为一组，间隔5米安装一组，边抽水边加固，加固期间水位保持稳定；
第二阶段抽水：自排风斜井、送风斜井同时抽水至两个斜井中部的一级泵站位置；
利用移动泵组进行第二阶段抽水，降水过程每降水20米进行腹拱加固处理，加固后继续降水；期间每5m设置一个监测断面，对初支及临时腹拱进行监测，频率2次/d；当抽水泵组扬程不足时，在排风斜井及送风斜井内分别设置临时水仓，待一级泵站启动后取消临时水仓；
S3：一级泵站施工：在排风斜井、送风斜井内分别设置一级泵站及二级泵站，高压线路进洞，清淤、泵站组建、降排水管路安装、线路敷设；
一级泵站分别设置在排风斜井及送风斜井的中部，排风斜井及送风斜井内的已施工二衬端处于一级泵站与井口之间；所述排风斜井与送风斜井中部通过安全应急通道贯通，一级泵站设置于排风斜井及送风斜井内安全应急通道贯通前；
S4：第三阶段抽水：在排风斜井接近隧道主洞端设置由移动泵组组成的二级泵站，二级泵站与排风斜井及送风斜井的一级泵站之间分别设置中转水仓，自排风斜井二级泵站集中抽水至中转水仓，再由中转水仓抽水至排风斜井及送风斜井的一级泵站，再利用排风斜井及送风斜井的一级泵站分别抽水至斜井的洞口外部；
持续抽水至距离隧道主洞30米处，移动泵组合并组成二级泵站，利用斜井进行反坡分级降排水：首先由二级泵站将排风斜井转隧道主洞涌水抽排至中转水仓，中转水仓内的水再经一级泵站抽排至斜井洞外；其中，每处中转水仓放置10台泵，5台检修，5台工作接力抽水，当有水泵故障时检修水泵开启满足水位稳定；
具体抽水施工时，出口端隧道左洞先行，隧道左右洞错开不小于50米的安全距离；为保证隧道主洞安全贯通，隧道主洞离贯通面60米岩柱时，水位须降至隧道主洞上台阶底、拱顶以下7m，减少贯通面水头压力，然后集中力量进行掘进直至贯通；待隧道主洞贯通后停止斜井抽水，改为沿主洞顺坡自然排水；
S5：第四阶段抽水：抽水至隧道主洞出口段与排风斜井贯通后，停止排风斜井抽水；仰拱贯通后，抽水工作完成。
2.根据权利要求1所述的特长隧道涌水处理方法，其特征在于：在步骤S1中，利用地质雷达检测对隧道围岩地质情况检测，通过超前钻孔探测掌子面的地质情况。
3.根据权利要求1所述的特长隧道涌水处理方法，其特征在于：在步骤S2至步骤S5中，在排风斜井与送风斜井的洞口设置两台轴流风机，将轴流风机与软风管相连，利用斜井内前期安设的通风系统对排风斜井与送风斜井进行压入式通风。
4.根据权利要求1所述的特长隧道涌水处理方法，其特征在于：所述加固组件采用十六号工字钢制作。
5.根据权利要求1所述的特长隧道涌水处理方法，其特征在于：在步骤S4中，所述中转水仓均设置于排风斜井内；所述移动泵组由大流量污水泵组成。
6.根据权利要求1-5任一项所述的特长隧道涌水处理方法，其特征在于：在步骤S3中，所述一级泵站包括水泵、蓄水池、清水池和沉淀池，所述一级泵站配备配电室；所述一级泵站的水泵由多级离心泵组成，且均为固定泵组。
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