山西中南部铁路通道(瓦塘至汤阴东
段)ZNTJ-10标
DK416+250～DK447+220
范家山隧道出口
(DK426+836～DK430+010) 反坡施工排水专项方案
编制:
复核:
审核:
中铁五局(集团)公司
山西中南部铁路通道ZNTJ-10标项目经理部隧道三队
2010年9月4日
范家山隧道隧道出口
反坡施工排水专项方案
1 工程概况
范家山隧道出口位于泗水河边的东上寨村附近,交通便利,洞身有少量的小村落,有乡村便道通行,交通较为便利。隧道采用单洞双线方案，隧道进口里程为DK419+820，隧道出口里程为DK430+010，隧道全长10190m，最大埋深约260m，最小埋深约55m。隧道平面为直线。隧道纵坡为单面上坡，坡率为：5.1‰。隧道出口施工为下坡。
2 自然地理概况
2.1地理位置以及地形、地貌
隧道处于中低山区，地势起伏较大，地面标高950-1250m，相对高差约200m，隧道进口端位于直接裸露的基岩陡坎上，出口处坡度较缓；隧道洞身部位冲沟较发育，且有常年流水，各冲沟内均可见基岩直接裸露。
2.2气候
线路通过地区属中温带干旱、半干旱气候区。以寒冷干燥，大陆型气候为特征。昼夜温差变化较大，表现为降雨量小，蒸发量大，空气干燥，春秋季节多风，夏季短促而炎热，冬季漫长且严寒。平均气
温9.9℃，极端最高气温38.7℃，极端最低气温-12.6℃；年最大降水量810.0mm，年平均蒸发量1506.3mm；瞬间最大风速13.7m/s，主导风向南风；土壤冰冻期从当年10月下旬到次年的3月下旬，季节最大冻土深度75cm。
2.3水文地质
地表水范家山隧道进口段为下郭都河，隧道出口段为泗水河，河内均常年流水，主要受大气降水补给，水量受季节性降水影响变化较大。地下水主要为基岩裂隙水，由于刘家沟组的泥岩且两组垂直节理发育较发育且能形成贯通的水力通道，因此，在刘家沟组内中厚泥岩段时有泉出露，多为下降泉，且流量较大，勘察期间埋深大于50m，地下水主要依靠大气降水补给。
2.4涌水量计算
涌水量计算：根据Q=2.74*a*W*A A=L*B
式中Q-隧道涌水量（m3/d）；a-降水入渗系数；W-区域多年年降雨量(mm)；A-隧道通过含水体的地下积水面积（Km2）；B-L长度内对隧道两侧的影响宽度（Km）。
根据设计资料计算预测，隧道出口DK430+010～DK428+300段估算最大涌水量为1836m3/d, 隧道出口DK428+300～DK426+800段估算最大涌水量为4900m3/d。
3 排水方案
3.1 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。
3.2 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。
3.3 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。如下图：
LK-集水坑间距is-线路坡度
图（一）：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
洞内平面布置示意图
图（二）：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
范家山隧道坡度较缓，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DK430+010～DK428+300段拟设置固定式排水泵站2座，分别设置在DK429+300，DK428+700处, DK428+300～DK426+800段拟设置固定式排水泵站4座，分别设置在DK428+100，DK427+700, DK427+300 ,DK426+900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
5.1 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。
5.2 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
6 排水系统
6.1 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）。
6.2 集水坑设置
集水坑设于洞内中线处，每隔200m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）*3m（深），容量6m3，可根据实际情况进行调整大小。
6.3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）*3m（宽）*3m（深），容量27m3，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右侧。
6.4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。
6.5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
9.1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。还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。
9.2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。
隧道施工反坡排水费用估算
1、泥浆泵设备费：泥浆泵规格型号：GM2100-30-80，单价：12000元/台，数量：18台，共计设备费：216000元；
2、Φ200mm无缝钢管材料费：长度3200m，总重量101T；单价：4000元/T，共计材料费：404000元；
3、电线线路材料费：长度8400m,单价：10元/m，共计材料费：84000元；
4、工人工资：工人共计6人，3000元/人.月,施工时间：20个月，共计人工费：360000元；
5、电费：每台泥浆泵功率37KW，平均每天有4台工作，每天工作时间24小时，施工时间20个月，电费1元/KW.h，共计电费：2131200元。
6、其他费用（包括小型水泵、泥浆池、集水坑、设备安装维修等）暂估400000元。
以上费用合计：3231600元。