李家店隧道反坡排水专项施工方案
1、编制依据和原则
反坡排水是长大隧道施工的重要工序之一,是隧道安全施工的关键;合理的排水系统是实现隧道快速施工、保障施工安全和施工人员身心健康的重要保证;根据以往隧道反坡排水经验,按照自成体系的原则,综合考虑施工过程中可能出现的情况,制定李家店隧道反坡排水方案; 编制依据
⑴新建北京至沈阳铁路客运专线河北段李家店隧道设计图； ⑵ 铁道部铁路隧道施工标准TB10204-2002； ⑶高速铁路隧道工程施工技术指南； ⑷高速铁路隧道工程施工安全技术规程；
⑸高速铁路隧道工程施工质量验收标准等有关规范、规程等; ⑹现场踏勘、调查、采集和咨询所获取的资料; 编制原则
⑴严格遵守招标文件明确的设计规范,施工规范和质量评定验收标准;
⑵坚持技术先进性,科学合理性,适用性,安全可靠性与实事求是相结合;
⑶对现场坚持“以人为本”、改善环境、确保安全、节约能源、节约投资的设计原则;
2、工程概况 工程概况
李家店隧道位于河北省承德市境内,进口位于兴隆县李家店村,穿越燕山山脉,出口位于承德县金厂村;隧道起讫里程：DK141+366～DK147+3,全长6023m,为单洞双线隧道,隧道内线间距为,隧道最大埋深为,隧道为单面坡,坡度为‰,隧道出口为反坡施工;1斜井作为紧急出口,全长468m,与线路交汇里程为DK143+150,与线路平面交角为45°,交汇处隧道正线轨面高程为,紧急出口内坡段最大坡度为12%,综合坡度为%; 地形、地貌
沿线地貌特征
李家店隧道位于承德市兴隆县、承德县境内,隧道位于燕山山脉中段,属低中山区;地貌形态复杂,多呈“V”字型,地形起伏较大,地势中高向两端降低海拔高程在~间,相对高差约;部分山坡为陡坡,地形陡峭;植被较发育,主要为松林、果树及密灌;隧道区内东南部、西北部交通较便利,G112国道从调查区西北部通过,各乡、自然村之间多有公路或简易公路相通,交通比较便利,中部为高山区;隧道出、入口经G112国道可通达;
工程地质 地层岩性
隧道范围穿越地层较复杂,进口基岩为正长岩,自然陡度20°～30°,出岩为震旦系高于庄组一段白云岩,有少量坡积粗角砾土覆盖,自然坡度10°～20°;
隧道区地层局部为第四系全新统坡残积层粗/细角砾土、碎石土；下伏燕山期正长岩,正长斑岩,中生届侏罗系中统后城组的砾岩,震旦系团子
组泥质白云岩,雾泥山组,大红峪组石英砂岩,高于庄组一段泥晶白云岩;
地质构造
本区断裂表现为脆性正断层、逆断层、平移断层,断裂规模大小不一,共计发现断裂6条,其中隧道动身穿越3条;
F6断裂,破碎带的物质成份为黄色构造角砾岩、碎裂岩,角砾岩成分正长岩,较松散或半固结;产状15°∠75°,为左行平移;
F2断裂,破碎带的成份构造角砾岩、碎裂岩,断层泥,角砾成分为你将白云岩,较松散或半固结;
F1断裂,破碎带的物质成分为灰色构造角砾岩、碎裂岩,角砾岩成分为石英砂浆,较松散或半固结;产状55°∠70°,性质为逆断层;断层通过处为一系列山脊鞍部或地形陡变带,断层三角面明显;
水文特征
隧道所在区水系不发育,地表水多为季节性流水,常年流水见于西北部二窝铺、南门口,南大洼、金厂一线,流向由南西向北东;以911高地-951高地-1060高地-1137高地-1162高地-1153高地-1214高地一线为分水岭,该线以北水系流向北东,以南水系流向南东,汇入柳河,均属滦河;
依据水质分析结果,根据铁建设〔2005〕157号文判定,该隧址区地下水无化学侵蚀性,仅根据氯离子含量判定,无氯盐侵蚀性;
不良地质
坍塌：隧道DK146+～DK147+3段东北部金厂东为震旦系下统团山子组、大红峪组和高于庄组,其中大红峪组石英砂岩,产状较陡,悬崖陡壁较多,易发生岩石崩落;隧道东部中南部东道坑一带地形陡峭,节理发育,庙梁后成组二段岩石松散残积物较发育,为泥石流易发区;
岩溶：团山子组泥质白云岩,高于山组泥晶白云岩由碳酸盐组成,易受雨水、地下水溶蚀,并且有断层通过,有岩溶的可能性;
岩爆：DK144+020～DK146+140段为正长斑岩,岩体较完整,隧道洞身埋深超过200m,发生岩爆的可能性较大;
气象特征
隧址区系暖温带性季风气候,冬季长冷干燥,夏季短炎热多雨;年平均气温9～10℃,最高气温摄氏度,最低气温摄氏度；年平均降水量512mm,霜冻始于10月上旬,无霜期150天左右;7～8月为雨季即洪水期;按照对铁路工程影响气候分区为寒冷地区;
地震动参数
根据1：400万中国地震动参数区划分图GB18306-2001,沿线地震动参数划分如下：DK141+366～DK142+000段地震动峰值加速度为地震基本烈度为Ⅶ度, DK142+OOO～DK147+3段地震动峰值加速度为地震基本烈度为Ⅵ度;
本隧道位于冀北燕山山脉中段,是内蒙古高原于华北平原的过渡地带,属于低山丘陵区,山脉走向主要为东西向,地势北高南低,西高东低,山体植被覆盖率低,岩体多裸露,呈陡崖峭壁地貌,隧道区最高海拔1081米,相对高差一般200～400米;
气象特征
该地区最冷月平均气温摄氏度,土壤标准冻结深度,土壤最大冻结深度为;
地质构造
本区域位于构造单元中朝准地台,燕山沉降带中部,隧址区节理不发
育有两组节理较明显,分别为20°方向节理间距为30～40cm,320°方向,节理间距20～30cm;
水文地质条件
地表水流向近东西,在黄酒馆附近为地表分水岭,向东为柳河流向东北入滦河水系,向西为清水河流向西汇入密云水库;地下水主要为基岩裂隙水,局部较富水,地表水和地下水对混凝土均无侵蚀性;
根据设计资料计算预测,隧道出口DK146+340～DK143+950段估算最大涌水量为1100m3/d, 隧道出口DK147+3～DK146+340段估算最大涌水量为630m3/d; 3 排水方案
隧道反坡排水的特点
反坡施工即向洞内施工前进方向为下坡,洞内水向工作面汇集,需要及时抽排,以防止施工掌子面水积聚过深,影响隧道围岩的稳定和危及隧道施工的机械设备及施工人员的安全,影响正常的施工生产; 总体方案
反坡排水,需采用机械排水,设置多级泵站接力排水,工作面积水采用移动式潜水泵抽至就近泵站或临时集水坑内,其余已施工地段隧道渗涌水经隧道内侧沟自然汇集到临时集水坑内或泵站水池内,由固定排水泵站将积水经排水管路抽排至上一级排水泵站内,如此由固定式排水泵站接力将洞内积水抽排至洞外,经污水处理池处理后排放,固定式排水泵站水仓容量按5min涌水量设计,并考虑施工和清淤方便综合确定；临时集水坑根据汇水段汇水量大小确定;工作水泵按使用1台,备用1台,检修1台配备,针对隧道涌水量大时要适当增加工作水泵；同时为防止突水,设置利用高
压风管作为1套应急排水系统; 主要的排水系统方式
洞内反坡排水方式,根据坡度、水量和设备情况布置管路和排水泵站,一次或分段接力排出洞外;根据本隧道的实际情况,拟在施工中采用的反坡排水系统布置方式有两种：
3.3.1 集水坑接力式反坡排水
对坡度较大隧道施工对排水电机扬程要求相对较高,所以采用集水坑反坡道排水方式,在隧道施工过程中分段开挖反坡排水沟,在每一段的终点开挖集水坑,设抽水机一台,把积水抽至最后一段反坡,最后一个抽水机将积水排除洞外,采用接力的方式将水抽至洞外的污水沉淀处理池;如图：
LK-集水坑isLK排水管排至洞外积水处理池LK间距 is-线路坡度
图集水坑接力式反坡排水方式示意图
3.3.2 长距离管道配合小集水泵收集式反坡排水
对坡度较缓的隧道反坡道施工排水,适合采用较长距离开挖固定式集水坑作为泵站,用小集水泵将开挖面的积水抽到最近的集水坑内,再用大功率的自动排水系统泵站通过排水管道将水排到洞外;如图：
洞内平面布置示意图 图长距离采用的反坡排水方式
这种方式的优点是所需抽水机较少,需要开挖的集水坑较少,排水泵站较少,缺点是要安装水管较长,抽水机需要跟随坑道的掘进二次拆迁前移;
4 本工程拟采用的主要排水方案
李家店隧道坡度较缓,采用长距离管道配合小集水泵收集反坡排水,考虑隧道反坡施工较长以及水泵扬程等因素,根据设计估算最大涌水量在DK147+3～DK146+340段拟设置固定式排水泵站2座,分别设置在DK146+800,DK146+300处, DK146+340～DK144+380段拟设置固定式排水泵站3座,分别设置在DK145+800,DK145+300, DK144+800处;实际施工时如遇到涌水量较大时可根据具体情况加密,泵站之间采用Φ200mm排水管长距离输送,前方施工掌子面积水采用临时集水坑来收集积水,小集水泵用Φ80mm消防软管将积水收集并输送至最近的较大的集水泵站内,对两个固定式排水泵站之间积水采用洞内两侧设排水沟加横沟自然汇集至高程较低的集水泵站内,由最后一级排水泵站传递至洞外污水处理池; 5 设备选型配套 抽水设备型号选型原则
隧道排水主要为隧道渗水,同时需考虑到施工用水;水质除地下水的本身成分外,主要还有岩石、石屑、泥浆,同时还有喷射混凝土的回弹物掺杂物,所以除考虑到需排出的水量外,还应考虑到排水的成分组成;
洞内水量是逐段递增,在各级泵站的水泵选型上,应按照排水能力递增原则自下而上递增选配;
各级泵站排水能力应充分配备,并有一定的储备能力;
隧道施工后通过对洞内水的成分组成分析,其主要水质除地下水的本身成分外,主要还有岩石、石屑、泥浆等成分,泥浆泵考虑选用山西天波制泵公司生产的高效耐磨渣浆泵,扬程70m,流量120m3/h,功率37Kw;隧道内泵站间水量递增较大,为了考虑到在管理、操作维修上的方便,泵站间高差相近,选用型号相同水泵,只是在设备数量上相应增加;工作面移动水泵,采用移动轻便的水泵,实际操作根据水量大小在数量上予以增减; 需要配用的设备及位置表
范家山隧道出口设置泵站位置及选用设备一览表
施工工区 DK147+3～DK146+340段 DK146+340～DK143+950段 涌水量 泵站位置 DK146+800 0m3/d DK146+300 DK145+800 1100m3/d DK145+300 DK144+800 水泵型号 WQ70-40-15 WQ70-40-15 WQ70-40-15 WQ70-40-15 WQ70-40-15 水泵数量 1 1 1 1 1 备用数量 2 2 2 2 2 抽水能力 120m3/h 120m3/h 120m3/h 120m3/h 120m3/h 6 排水系统 管路
根据洞内水量情况,结合选配的抽水设备,正常施工排水采用3套管路可根据隧道施工后洞内涌水情况增加管路：2套为Φ200mm管材均为无缝钢管一套检修备用,一套日常使用；1套为Φ80mm消防软管工作面上移动积水; 集水坑设置
集水坑设于洞内中线处,每隔500m设置1处,同时根据隧道内出水量
情况予以适当加密;临时集水坑的容量按该段5min的汇水量加上施工用水量每工作面20-30m3/d合计确定,一般集水坑尺寸为：2m长×1m宽×1m深,容量2m3,可根据实际情况进行调整大小; 固定泵站设置
固定泵站为整个施工过程结束前所使用的接力排水水仓位置,其具体位置详见上面,泵站水仓容量计算按该段5min的汇水量加上施工用水合计确定,其结构尺寸为3m长×2m宽×2m深,容量12m3,可根据隧道开挖后的实际情况进行调整,泵站统一设置在洞内左侧; 排水供电
为确保洞内排水正常进行,不因电路问题导致抽排工作的间断,设置一条专用供电线路;由于水泵功率较大,新用电源电压为380V,所以泵站用电引入380V稳定电源; 其他
工作面排水采用移动式水泵,管路为Φ80mm消防软管,抽排至就近泵站或临时集水坑内;
为确保洞内道路无水干爽,必须修建好两侧排水沟,确保洞内渗水通过侧沟引入集水坑内,防止在洞内道路上漫流; 7反坡隧道排水灵活处理的要点
在隧道双侧设置的排水沟,排水沟的大小要依据隧道的坡度和涌水量的大小确定;
抽水设备要依据隧道洞内涌水量的大小及集水坑汇水的情况而定,同时水泵的扬程要参考隧道的坡度和起始点的高差,要尽量做到有一定的富余量;
8 在洞外增加防水、防汛及防山洪措施
在隧道进口处做好排水措施,做到排水畅通,并在洞口增加截水横沟,防止地表水和施工排水倒灌进洞,根据洞口水量情况可适当加大横沟断面,并在沟顶加盖铁板,做到排水和行车互不影响, 9 各项保证措施 组织管理保证
在排水施工上不仅需要一套完善、合理的排水系统,还需在管理上予以加强,才能达到预期的效果;为此不仅成立了专业排水班,设班长1人,副班长1人,设备检修2人,水泵站管理人员2人;制定严格的值班制度;隧道作业面的隧道排水日常工作坚持班长、副班长轮流24h值班制,并制定抽水记录表进行统一管理,发现问题及时处理,汇总问题进行总结分析; 安全技术保障措施
对施工技术人员进行技术和操作培训,针对一些技术特点和操作要领作重点讲解和现场示范;
对用电的排水设备要确保电路安装的正确,检查转向是否正确,设置接地装置及标志,要严格按照安全用电方案办理,做到一机一闸一漏;
水泵的冷却采用下一个泵站抽上来的水直接浇至排水泵上进行冷却; 由于洞内均为渗水,虽然使用水泵为污水泵,一旦在进水口处产生淤积将导致堵泵;为此,需要对坑内污水进行搅合,施工中采用在水泵与管路的接口处安一处出水口并安装阀门,利用抽水的高压水不断对进水口处进行冲搅,同时利用高压风进行冲吹,防止淤泥的淤积;
针对隧道施工的特点,施工人员对隧道内排水沟及集水坑内污泥杂物要及时进行清理,对管路要定期检查维修,定期用清水进行冲洗;
在集水泵进水口包裹铁窗纱,同时把水泵或进水口放在竹筐内,可以防止污泥及杂物进入而发生堵塞;
当水位下降超过底座,间隙出水时,应立即停机检查,运行一段时间后,须进行维护保养;及时地进行保养和维修确保设备正常运转的必要措施;
对隧道内的抽水设备要定期进行安全检查,并派专人负责管理,做到24小时轮流值班,建立严格的值班管理制度;
对易损的排水设备及管理配件要有必要的储备和供应上的保障; 10应急预案
为应对可能出现突水、涌水等突发事故;为此,在现有排水系统上增设了1套设备和管路作为应急措施;管路利用高压进水管路,即在每个泵站处在高压水管上开口,与安装在泵站处的水泵接通,正常情况下把闸阀关闭;一旦遇到突水、涌水现象,即把进水闸阀关闭,截断高压供水,打开排水阀进行应急抽排,在特殊情况下,洞内高压风管也可以改造利用上作为排水管道;
针对隧道反坡施工排水的困难的特点,对隧道内突发涌水事故,抽水设备损害,水位突然升高,建立必要的应急系统,在掌子面及隧道内设置应急灯,并保持隧道内通信畅通,发生突发事故后及时上报项目部应急预案领导小组,启动突发事件的应急预案;
