CN113482713A - 特长富水岩溶隧道斜井降排水施工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种特长富水岩溶隧道斜井降排水施工工艺，包括以下步骤，安装倒U型管道，倒U型管道的第一端伸入斜井的液面之下，第二端由斜井的外部向下延伸至低于第一端的高度位置，第二端设有截止阀；安装泵站，泵站的进水端伸入斜井的液面之下，排水端与倒U型管道连通；关闭截止阀，并开启泵站将倒U型管道内抽满水；开启截止阀，斜井内的水在虹吸效应下由第二端排出。本发明提供的特长富水岩溶隧道斜井降排水施工工艺，能够利用虹吸效应进行斜井排水，排水效率高，排水过程不受泵站功率的制约，能够降低设备成本和运行成本，且排水设施安装施工难度小、周期短。

Description

特长富水岩溶隧道斜井降排水施工工艺

技术领域

本发明属于隧道施工排水技术领域，具体涉及一种特长富水岩溶隧道斜井降排水施工工艺。

背景技术

在进行富水岩溶隧道施工过程中，经常遇到容腔突发涌水的情况，当涌水量较大时，主洞内的水会由斜井底部的贯通面涌入斜井内部，严重时会直接将斜井淹没，需要将涌水排出后才能继续进行掘进作业，而对于特长富水岩溶隧道而言，通常斜井的竖直高度都在一百米以上，当斜井内部充满涌水时，主洞内会产生极大的水压，因此采用常规的由主洞掌子面向贯通面打孔泄水的方式风险极高，对于这种情况，需要通过泵站对斜井进行排水，使斜井水位下降到能够进行安全作业的高度后，才能够进行主洞打孔泄水，但是由于斜井内水量大，保守估计也能够达到数十万方，且每天的持续涌水流量也能够达到数千方，因此常规功率的泵站根本无法满足斜井排水需求，而在斜井的入口安装超大型的泵站一方面是建设难度大、周期长，严重影响隧道施工进度，另一方面超大型泵站本身的成本、其运行所需的电力设施，以及运行耗电成本等均十分昂贵，经济性极差。

发明内容

本发明实施例提供一种特长富水岩溶隧道斜井降排水施工工艺，旨在降低特长富水岩溶隧道施工出现大量涌水时的排水成本、提高排水效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种特长富水岩溶隧道斜井降排水施工工艺，包括以下步骤：

步骤S101，安装倒U型管道，倒U型管道的第一端伸入斜井的液面之下，第二端由斜井的外部向下延伸至低于第一端的高度位置，第二端设有截止阀；

步骤S102，安装泵站，泵站的进水端伸入斜井的液面之下，排水端与倒U型管道连通；

步骤S103，关闭截止阀，并开启泵站将倒U型管道内抽满水；

步骤S104，开启截止阀，斜井内的水在虹吸效应下由第二端排出；

步骤S105，随着斜井内的液面高度下降，通过加长倒U型管道并对第一端和第二端的位置进行调整，使第一端始终处于斜井的即时液面之下，且第二端始终低于第一端的高度位置，直至将斜井内的水排放至第一目标液面高度。

在一种可能的实现方式中，倒U型管道包括：

入水段，一端作为第一端伸入斜井的液面之下，另一端延伸至斜井的顶端口部；

排水段，一端作为第二端固定在岩壁上，另一端向上延伸至斜井的顶端口部；

过渡段，为中部向上弯曲的弧形，过渡段固定在斜井的顶端口部侧方的岩壁上，一端与入水段的延伸端对接，另一端与排水段的延伸端对接；

其中，过渡段的管壁上设有泄压阀，在泵站向倒U型管道内抽水时，泄压阀开启，在第二端排水时，泄压阀关闭。

一些实施例中，步骤S105包括以下步骤：

步骤S1051，在即时液面下降至露出第一端时，在入水段与过渡段之间加装入水延长段，使第一端伸入即时液面之下；

步骤S1052，在排水段与过渡段之间或第二端加装排水延长段，使第二端的高度位置低于第一端的高度位置；

步骤S1053，关闭截止阀并开启泄压阀，通过泵站将倒U型管道内重新抽满水；

步骤S1054，关闭泄压阀并开启截止阀由第二端进行排水；

步骤S1055，重复步骤S1051至步骤S1054，直至斜井内的水排放至第一目标液面高度。

示例性的，排水段为多个并联的管体，每个管体的底端均安装有截止阀。

在一种可能的实现方式中，在步骤S101之前，还包括以下步骤：

步骤S100，将主洞掘进至距贯通面100～120米处，在主洞的掌子面向贯通面方向钻多个50～60米深的泄水孔进行排水。

一些实施例中，在泄水孔内无水排出时，步骤S105之后还包括以下步骤：

步骤S106，将步骤S105中的第一目标液面高度调整为低于第一目标液面高度的第二目标液面高度；

步骤S107，将泄水孔钻至距贯通面20～30米处进行排水；

步骤S108，在泄水孔内无水排出时，将泄水孔钻至贯通面进行排水。

示例性的，第一目标液面高度为距斜井与主洞的贯通位置60～70米高度位置，第二目标液面高度低于第一目标液面高度25～30米。

一些实施例中，步骤S100包括以下步骤：

步骤S1001，将主洞掘进至距贯通面100～120米处，对掌子面进行喷浆封固；

步骤S1002，在掌子面前方1.5～2米处设置挡水墙，并在挡水墙上预留多个导孔；

步骤S1003，靠近主洞的两侧洞壁分别设置排水沟槽；

步骤S1004，钻杆依次穿过各个导孔由掌子面向贯通面钻泄水孔。

进一步地，在本实施例中，导孔内嵌装有适于引导钻杆穿行的导向管，导向管的轴向与主洞的轴线方向之间具有1～3°的仰角。

一些实施例中，在第二端开始排水时，泵站停止工作。

本发明提供的特长富水岩溶隧道斜井降排水施工工艺的有益效果在于：与现有技术相比，本发明特长富水岩溶隧道斜井降排水施工工艺，通过将倒U型管道的第一端伸入斜井内的液面之下，第二端设置为低于第一端的位置高度，从而形成一条虹吸通道，关闭截止阀后能够通过泵站从斜井向倒U型管道内抽满水，然后开启截止阀，利用虹吸效应将斜井内的水从第二端排出，排水过程不受泵站功率的制约，排水效率高，同时随着斜井内的即时液面的下降，在第一端露出后通过加长倒U型管道以使第一端能够重新伸入即时液面之下，且第二端保持低于第一端的状态，直至将斜井内的水排放至达到第一目标液面高度，从而使主洞内的水压达到安全泄水作业标准，即可通过主洞打孔泄水或其它方式进行排水，由于泵站的作用仅在于将倒U型管道内排满水后形成虹吸效应，因此对于泵站的功率要求低，无需安装大型的泵站及额外的电力设施，从而能够大大降低设备成本和运行成本，且排水设施安装施工难度小，因此安装周期短，从而能够降低隧道涌水现象对于施工周期的影响。

附图说明

图1为本发明实施例提供的特长富水岩溶隧道斜井降排水施工工艺的流程框图一；

图2为本发明实施例提供的特长富水岩溶隧道斜井降排水施工工艺的流程框图二；

图3为本发明实施例提供的特长富水岩溶隧道斜井降排水施工工艺的流程框图三；

图4为本发明实施例提供的特长富水岩溶隧道斜井降排水施工工艺的流程框图四；

图5为本发明实施例提供的特长富水岩溶隧道斜井降排水施工工艺的施工结构示意图；

图6为本发明实施例所采用的倒U型管道的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的特长富水岩溶隧道斜井降排水施工工艺的主洞钻孔排水施工结构的示意图。

图中：1、倒U型管道；11、入水段；110、第一端；111、入水延长段；12、排水段；120、第二端；121、排水延长段；122、截止阀；13、过渡段；131、泄压阀；3、斜井；4、主洞；5、挡水墙；6、泄水孔；7、导孔；70、导向管；8、排水沟槽。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。

请一并参阅图1、图5及图7，现对本发明提供的特长富水岩溶隧道斜井降排水施工工艺进行说明。特长富水岩溶隧道斜井降排水施工工艺，包括以下步骤：

步骤S101，安装倒U型管道1，倒U型管道1的第一端110伸入斜井3的液面之下，第二端120由斜井3的外部向下延伸至低于第一端110的高度位置，第二端120设有截止阀122；

步骤S102，安装泵站，泵站的进水端伸入斜井3的液面之下，排水端与倒U型管道1连通；

步骤S103，关闭截止阀122，并开启泵站将倒U型管道1内抽满水；

步骤S104，开启截止阀122，斜井3内的水在虹吸效应下由第二端120排出；

步骤S105，随着斜井3内的液面高度下降，通过加长倒U型管道1并对第一端110和第二端120的位置进行调整，使第一端110始终处于斜井3的即时液面之下，且第二端120始终低于第一端110的高度位置，直至将斜井3内的水排放至第一目标液面高度。

应当说明的是，倒U型管道1具体可以是多段对接而成，每段端部设置法兰盘或者其它接头形式进行连接，考虑到实际施工情况，倒U型管道1可以采用PE钢带波纹管或者聚氯乙烯管，一方面重量较轻，能够降低施工难度，另一方面具有较大的管径，能够提高排水效率；在步骤S101中可以直接将倒U型管道1的第一端110伸入至第一目标液面高度位置，既可在不加长和调整倒U型管道1的情况下便能够将斜井3内的水位排放至第一目标液面高度，当然，考虑到伸入斜井3内斜面下方的长度越大，第一端110受到的水压也越大，为了避免水压将第一端110压扁或者直接压坏的情况，优先选择逐渐加长倒U型管道1进行分阶段排水的方式，在此以第一端110伸入斜井3内液面下方的竖直高度值在20米左右为宜，当然，应当理解，在每次进行倒U型管道1的加长时，排水处于停止状态，加长完成后再重新通过泵站向U型管道内抽满水形成虹吸效应，另外，泵站的进水端(水管)也应当相应的深入斜井3内保持在液面之下，而由于泵站本身并不需要具备较大的排量，因此第二端120在虹吸效应下开始排水后，可以将泵站关停，从而能够进一步降低耗电，节约成本。

本实施例提供的特长富水岩溶隧道斜井降排水施工工艺，与现有技术相比，通过将倒U型管道1的第一端110伸入斜井3内的液面之下，第二端120设置为低于第一端110的位置高度，从而形成一条虹吸通道，关闭截止阀122后能够通过泵站从斜井3向倒U型管道1内抽满水，然后开启截止阀122，利用虹吸效应将斜井3内的水从第二端120排出，排水过程不受泵站功率的制约，排水效率高，同时随着斜井3内的即时液面的下降，在第一端110露出后通过加长倒U型管道1以使第一端110能够重新伸入即时液面之下，且第二端120保持低于第一端110的状态，直至将斜井3内的水排放至达到第一目标液面高度，从而使主洞4内的水压达到安全泄水作业标准，即可通过主洞4打孔泄水或其它方式进行排水，由于泵站的作用仅在于将倒U型管道1内排满水后形成虹吸效应，因此对于泵站的功率要求低，无需安装大型的泵站及额外的电力设施，从而能够大大降低设备成本和运行成本，且排水设施安装施工难度小，因此安装周期短，从而能够降低隧道涌水现象对于施工周期的影响。

在一些可能的实现方式中，请参阅图5，倒U型管道1包括入水段11、排水段12，以及过渡段13；入水段11的一端作为第一端110伸入斜井3的液面之下，另一端延伸至斜井3的顶端口部；排水段12的一端作为第二端120固定在岩壁上，另一端向上延伸至斜井3的顶端口部；过渡段13为中部向上弯曲的弧形，过渡段13固定在斜井3的顶端口部侧方的岩壁上，一端与入水段11的延伸端对接，另一端与排水段12的延伸端对接；其中，过渡段13的管壁上设有泄压阀131，在泵站向倒U型管道1内抽水时，泄压阀131开启，在第二端120排水时，泄压阀131关闭。

倒U型管道1采用分段式结构，过渡段13能够始终处于固定状态，需要加长入水段11和排水段12时，只需将两者与过渡段13之间的连接关系拆除，并分别加长入水段11和排水段12后重新进行连接即可，操作简单高效；当通过泵站向倒U型管道1内排水时，通过开启泄压阀131，能够使倒U型管道1内的空气随着水量的增加而排出，且由于泄压阀131位于过渡段13(位于整个倒U型管道1的最高点)上，因此，能够在倒U型管道1内充满水前一直处于常压状态，确保小功率的泵站即可满足需求，从而能够降低设备成本、缩短安装周期，在倒U型管道1内充满水后关闭泄压阀131即可确保在虹吸效应下进行稳定排水。

一些实施例中，请参阅图2及图5，步骤S105包括以下步骤：

步骤S1051，在即时液面下降至露出第一端110时，在入水段11与过渡段13之间加装入水延长段111，使第一端110伸入即时液面之下；

步骤S1052，在排水段12与过渡段13之间或第二端120加装排水延长段121，使第二端120的高度位置低于第一端110的高度位置；

步骤S1053，关闭截止阀122并开启泄压阀131，通过泵站将倒U型管道1内重新抽满水；

步骤S1054，关闭泄压阀131并开启截止阀122由第二端120进行排水；

步骤S1055，重复步骤S1051至步骤S1054，直至斜井3内的水排放至第一目标液面高度。

入水延长段111和排水延长段121可以根据实际情况进行多次加装，直至将斜井3内的水排放至第一目标液面高度，在加装入水延长段111和排水延长段121时具体可以在拆开过渡段13两端的连接后，采用普通的下管机进行操作，而由于排水延长段121整体处于斜井3外，操作比较方便，因此可以直接在第二端120的端口处进行加装(加装后排水延长段121的下端作为新的的第二端120)，当然，为了实现加长后的倒U型管道1的虹吸效应，需要将截止阀122移装在排水延长段121的底端的位置上。

示例性的，请参阅图6，排水段12为多个并联的管体，每个管体的底端均安装有截止阀122。由于管径较大时操作不便，因此可以采用多个较小管径的管体并联形成排水段12，从而实现与一条大管径的排水段12的排水效率相同的前提下降低作业难度，提高安装效率。

在一种可能的实现方式中，请参阅图3及图7，在步骤S101之前，还包括以下步骤：

步骤S100，将主洞4掘进至距贯通面100～120米处，在主洞4的掌子面向贯通面方向钻多个50～60米深的泄水孔6进行排水。

由于斜井3内涌水的存在，在主洞4的已开挖段内具有极高的水压，主洞4掘进至距贯通面100～120米处时停止掘进能够确保岩体的稳定性，避免岩体被水压冲垮，而泄水孔6的深度设置在50～60米的深度范围内，能够使涌水渗透泄水孔6前方的岩体后由泄水孔6排出，从而与倒U型管道1配合进行同时排水，能够提高排水效率，在此利用剩余岩体的缓冲作用能够降低排入泄水孔6内的水流压力，避免水压过高而造成人身伤害，当然，应当强调的是，泄水孔6打至这个深度时可能并不能形成有效排水，或者再排水一段时间后便不再有水排出，此时需等待倒U型管道1将斜井3内的水位排放至第一目标液面高度后，再加深泄水孔6进行排水。

在一些实施例中，请参阅图3及图7，在泄水孔6内无水排出时，步骤S105之后还包括以下步骤：

步骤S106，将步骤S105中的第一目标液面高度调整为低于第一目标液面高度的第二目标液面高度；

步骤S107，将泄水孔6钻至距贯通面20～30米处进行排水；

步骤S108，在泄水孔6内无水排出时，将泄水孔6钻至贯通面进行排水。

随着斜井3内的水在第一目标液面高度的基础上再下降25～30米，从而能够使主洞4内的水压下降，此时将泄水孔6在原来基础上加深至距贯通面20～30米处，然后进行排水，若无水排出或者排水一段时间后便不再有水排出，此时再次将泄水孔6进行加深，直至到达贯通面，实现排水，应当理解的是，此时由于斜井3内的水位已下降至安全高度，因此单独采用泄水孔6进行排水的方式即可，而不需要再加长倒U型管道1进行斜井3排水，从而能够降低成本。

示例性的，第一目标液面高度为距斜井3与主洞4的贯通位置60～70米高度位置，第二目标液面高度低于第一目标液面高度25～30米。在斜井3内的液面处于60～70米时，利用泄水孔6前方的岩体缓冲作用，能够确保泄水孔6排水时水压处于安全范围内，当斜井3内的液面下降25～30米到达40米左右时，即可进一步减少用于缓冲作用的岩体厚度(即能够加深泄水孔6的深度)，甚至直接将泄水孔6钻至贯通面进行直接排水。

一些实施例中，请参阅图4及图7，步骤S100包括以下步骤：

步骤S1001，将主洞4掘进至距贯通面100～120米处，对掌子面进行喷浆封固；

步骤S1002，在掌子面前方1.5～2米处设置挡水墙5，并在挡水墙5上预留多个导孔7；

步骤S1003，靠近主洞4的两侧洞壁分别设置排水沟槽8；

步骤S1004，钻杆依次穿过各个导孔7由掌子面向贯通面钻泄水孔6。

保留距贯通面100～120米的岩体并对掌子面进行喷浆封固，以确保能够稳定抵挡主洞4内的涌水压力，通过设置挡水墙5，钻杆(钻机的)穿过导孔7在掌子面上钻取泄水孔6，能够避免泄水孔6内排出的具有压力的水流直接打到施工人员身上，确保作业安全，水流排出后能够通过两个排水沟槽8排出主洞4，开放式排水效率高。

进一步地，在本实施例中，请参阅图7，导孔7内嵌装有适于引导钻杆穿行的导向管70，导向管70的轴向与主洞4的轴线方向之间具有1～3°的仰角。由于泄水孔6的深度较大，在钻孔过程中由于钻杆的自重、围岩裂隙、岩性不均等原因，容易导致孔位偏移、下坠等现象，在此通过设置导向管70引导钻杆以1～3°的仰角进行钻孔，从而抵消上述不利因素的影响，确保泄水孔6最终能够打通至贯通面上，提高钻孔成功率，确保排水顺畅。

一些实施例中，在第二端120开始排水时，泵站停止工作。降低泵站功耗，节约运行成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.特长富水岩溶隧道斜井降排水施工工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S101，安装倒U型管道，所述倒U型管道的第一端伸入斜井的液面之下，第二端由所述斜井的外部向下延伸至低于所述第一端的高度位置，所述第二端设有截止阀；

步骤S102，安装泵站，所述泵站的进水端伸入所述斜井的液面之下，排水端与所述倒U型管道连通；

步骤S103，关闭所述截止阀，并开启所述泵站将所述倒U型管道内抽满水；

步骤S104，开启所述截止阀，所述斜井内的水在虹吸效应下由所述第二端排出；

步骤S105，随着所述斜井内的液面高度下降，通过加长所述倒U型管道并对所述第一端和所述第二端的位置进行调整，使所述第一端始终处于所述斜井的即时液面之下，且所述第二端始终低于所述第一端的高度位置，直至将所述斜井内的水排放至第一目标液面高度。

2.如权利要求1所述的特长富水岩溶隧道斜井降排水施工工艺，其特征在于，所述倒U型管道包括：

入水段，一端作为所述第一端伸入所述斜井的液面之下，另一端延伸至所述斜井的顶端口部；

排水段，一端作为所述第二端固定在岩壁上，另一端向上延伸至所述斜井的顶端口部；

过渡段，为中部向上弯曲的弧形，所述过渡段固定在所述斜井的顶端口部侧方的岩壁上，一端与所述入水段的延伸端对接，另一端与所述排水段的延伸端对接；

其中，所述过渡段的管壁上设有泄压阀，在所述泵站向所述倒U型管道内抽水时，所述泄压阀开启，在所述第二端排水时，所述泄压阀关闭。

3.如权利要求2所述的特长富水岩溶隧道斜井降排水施工工艺，其特征在于，所述步骤S105包括以下步骤：

步骤S1051，在所述即时液面下降至露出所述第一端时，在所述入水段与所述过渡段之间加装入水延长段，使所述第一端伸入所述即时液面之下；

步骤S1052，在所述排水段与所述过渡段之间或所述第二端加装排水延长段，使所述第二端的高度位置低于所述第一端的高度位置；

步骤S1053，关闭所述截止阀并开启所述泄压阀，通过所述泵站将所述倒U型管道内重新抽满水；

步骤S1054，关闭所述泄压阀并开启所述截止阀由所述第二端进行排水；

步骤S1055，重复所述步骤S1051至所述步骤S1054，直至所述斜井内的水排放至第一目标液面高度。

4.如权利要求2所述的特长富水岩溶隧道斜井降排水施工工艺，其特征在于，所述排水段为多个并联的管体，每个所述管体的底端均安装有所述截止阀。

5.如权利要求1所述的特长富水岩溶隧道斜井降排水施工工艺，其特征在于，在所述步骤S101之前，还包括以下步骤：

步骤S100，将主洞掘进至距贯通面100～120米处，在所述主洞的掌子面向所述贯通面方向钻多个50～60米深的泄水孔进行排水。

6.如权利要求5所述的特长富水岩溶隧道斜井降排水施工工艺，其特征在于，在所述泄水孔内无水排出时，所述步骤S105之后还包括以下步骤：

步骤S106，将所述步骤S105中的所述第一目标液面高度调整为低于所述第一目标液面高度的第二目标液面高度；

步骤S107，将所述泄水孔钻至距所述贯通面20～30米处进行排水；

步骤S108，在所述泄水孔内无水排出时，将所述泄水孔钻至所述贯通面进行排水。

7.如权利要求6所述的特长富水岩溶隧道斜井降排水施工工艺，其特征在于，所述第一目标液面高度为距所述斜井与所述主洞的贯通位置60～70米高度位置，所述第二目标液面高度低于所述第一目标液面高度25～30米。

8.如权利要求5所述的特长富水岩溶隧道斜井降排水施工工艺，其特征在于，所述步骤S100包括以下步骤：

步骤S1001，将所述主洞掘进至距所述贯通面100～120米处，对所述掌子面进行喷浆封固；

步骤S1002，在所述掌子面前方1.5～2米处设置挡水墙，并在所述挡水墙上预留多个导孔；

步骤S1003，靠近所述主洞的两侧洞壁分别设置排水沟槽；

步骤S1004，钻杆依次穿过各个所述导孔由所述掌子面向所述贯通面钻所述泄水孔。

9.如权利要求8所述的特长富水岩溶隧道斜井降排水施工工艺，其特征在于，所述导孔内嵌装有适于引导所述钻杆穿行的导向管，所述导向管的轴向与所述主洞的轴线方向之间具有1～3°的仰角。

10.如权利要求1-9任一项所述的特长富水岩溶隧道斜井降排水施工工艺，其特征在于，在所述第二端开始排水时，所述泵站停止工作。

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