某TBM施工隧洞排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

孟詩(shī)然

（新疆伊犁河流域開(kāi)發(fā)建設(shè)管理局，新疆 烏魯木齊 830000）

1 工程概況

某隧洞為主隧洞的施工支洞，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為2 583.5 m，縱坡為10.4%。隧洞采用鉆爆法與TBM開(kāi)挖相結(jié)合的施工方案，均為順坡掘進(jìn)、逆坡排水。鉆爆法施工長(zhǎng)度為965 m，TBM法施工長(zhǎng)度為1 614.5 m。

2 隧洞滲涌水量計(jì)算

根據(jù)預(yù)測(cè)的隧洞最大穩(wěn)定滲涌水量，計(jì)算如下：

隧洞全長(zhǎng)穩(wěn)定滲涌水量為8 005 m3/d（333.5 m3/h）。

最大滲涌水量分兩段計(jì)算，分別為施工至隧洞樁號(hào)1+961.00 m及2+583.56 m，經(jīng)過(guò)計(jì)算分別為 579.5 m3/h和717.1 m3/h。

隧洞最大滲涌水量=非斷層穩(wěn)定滲涌水量+穩(wěn)定斷層滲涌水量+前500 m斷層最大滲涌水量+施工斷層最大滲涌水量。

綜上所述，隧洞最大滲涌水量發(fā)生在隧洞樁號(hào)2+346～2+596 m段最大匯水量為717.1 m3/h。

3 隧洞排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 排水設(shè)計(jì)原則

1）排水系統(tǒng)能力。根據(jù)相關(guān)資料，隧洞最大出水量為720 m3/h，排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)在TBM處按照大于720 m3/h設(shè)計(jì)。

2）不同水質(zhì)的水泵選型。為提高排水效率，結(jié)合被排水水質(zhì)，TBM后配套水箱前配置6臺(tái)排污泵，后配套水箱之后水泵全部配置為礦用耐磨泵。

3）泵站的設(shè)置。隧洞開(kāi)挖后盡可能進(jìn)行堵水處理，隧洞沿線分級(jí)排水，設(shè)置接力泵站。

4）管道流速選擇。正常排水管道流速應(yīng)為1.5～2 m/s，應(yīng)急排水管道流速應(yīng)為3～3.5 m/s。

5）排水管選擇。根據(jù)管道的排水壓力，選取相應(yīng)經(jīng)濟(jì)壁厚，當(dāng)管路不大于200 mm時(shí)，管道壁厚為2種；當(dāng)管路直徑大于200 mm且不大于400 mm時(shí)，管道壁厚擬為3種。壁厚應(yīng)充分考慮水錘產(chǎn)生的壓力。

本組15例患者中，男7例，女8例；年齡1～60歲，平均（16±12）歲，其中頸部5例、腹腔腸系膜3例、肝臟1例、脾臟3例、胸部前縱隔2例、手腕骨1例。均以局部發(fā)現(xiàn)腫塊就診，除1例合并感染外，其余病例均無(wú)疼痛。1例手腕稍有不適。

6）洞壁管道布置。TBM后配套的排水管路延伸儲(chǔ)存裝置布置在右側(cè)，存在與集水井和集水箱不同側(cè)問(wèn)題，應(yīng)急排水管路設(shè)置在進(jìn)洞方向的左側(cè)，正常排水的管道設(shè)置在隧洞左側(cè)。直徑不大于200 mm的排水管路，延伸儲(chǔ)存裝置的型式采用卷筒式；當(dāng)管路直徑為400 mm時(shí)，TBM后配套部分采用DN250 mm的高壓軟管與DN426 mm的鋼管相連，高壓軟管采用S型收放儲(chǔ)存，收放儲(chǔ)存量不小于12 m，實(shí)現(xiàn)TBM掘進(jìn)管路不中斷功能。

7）洞體滲水組織。隧洞的滲水應(yīng)匯集到左側(cè)排水溝，沿隧洞路面應(yīng)設(shè)截水槽，根據(jù)隧洞路面滲水情況多切槽，切窄槽，以最大限度地保證路面的干燥。TBM掘進(jìn)期間應(yīng)及時(shí)統(tǒng)計(jì)排水量，統(tǒng)計(jì)間隔不應(yīng)大于5 m。

3.2 隧洞排水系統(tǒng)水量

根據(jù)隧洞滲涌水量計(jì)算成果，最大穩(wěn)定滲水量與最大滲涌水量之和為717.1 m3/h，確定隧洞排水系統(tǒng)的最大排水能力為720 m3/h。

3.3 隧洞泵站

3.3.1 泵站布置

隧洞泵站包括TBM后配套泵站和隧洞洞段各沿線泵站。TBM后配套污水箱前、后泵站（即TBM 1級(jí)泵站和TBM 2級(jí)泵站），隧洞洞段從主隧洞交叉口起，共設(shè)三級(jí)泵站，設(shè)置在隧0+930.0 m、隧1+965 m及主9+620 m處，分別稱(chēng)為隧1號(hào)、隧2號(hào)及隧3號(hào)泵站。

3.3.2 泵站水泵配置

1）TBM 1級(jí)泵站。該泵站將機(jī)頭架前的污水排至TBM后配套污水箱，1級(jí)泵站排水能力為1 184 m3/h，具體配置如下：

①少量裂隙水排污泵。主梁下側(cè)配置兩臺(tái)排污泵（1號(hào)和2號(hào)排污泵），排出掘進(jìn)機(jī)前端泥漿水，單臺(tái)水泵的排水量為30 m3/h，揚(yáng)程為46 m，排至TBM后配套正常排水污水箱內(nèi)（10號(hào)臺(tái)車(chē)水箱內(nèi)）。

②正常排污泵。TBM主梁下側(cè)配置有2臺(tái)排量為162 m3/h，揚(yáng)程為66 m的排污泵（3號(hào)和4號(hào)），將水排至TBM后配套正常排水污水箱內(nèi)（10號(hào)臺(tái)車(chē)水箱內(nèi)）。

③大流量應(yīng)急排沙泵。TBM主梁下側(cè)配置有2臺(tái)排水量為400 m3/h，揚(yáng)程為27 m的排沙泵（5號(hào)和6號(hào)排沙泵，為變頻控制，流量可調(diào)），將水排至TBM后配套11號(hào)和12號(hào)臺(tái)車(chē)放置的應(yīng)急排水箱內(nèi)。

2）TBM 2級(jí)泵站。該泵站（2級(jí)泵站）將TBM后配套污水箱內(nèi)的水排至上一級(jí)泵站（共4級(jí)）或直接排出洞外，該級(jí)泵站總排水能力為1 080 m3/h，配置如下：

①在TBM后配套9號(hào)臺(tái)車(chē)放置2臺(tái)排量為最大110 m3/h，揚(yáng)程為102 m的礦用耐磨泵，將10號(hào)臺(tái)車(chē)放置的污水箱內(nèi)的水排至隧洞上一級(jí)泵站（共4級(jí)）。隧洞沿程共設(shè)兩處中轉(zhuǎn)泵站，中轉(zhuǎn)泵站配置水泵均為2臺(tái)最大排量為110 m3/h，揚(yáng)程為102 m的礦用耐磨泵，將水逐級(jí)排出洞外。該排水為正常排水（每處泵站放置兩臺(tái)水泵，為變頻控制，流量可調(diào)）。

②在TBM后配套11號(hào)臺(tái)車(chē)放置1臺(tái)最大排量為250 m3/h，揚(yáng)程為320 m（為變頻控制，流量可調(diào)）,12號(hào)臺(tái)車(chē)放置了1臺(tái)最大排量為660 m3/h，揚(yáng)程為300 m的礦用耐磨泵，將11號(hào)與12號(hào)臺(tái)車(chē)放置的污水箱內(nèi)的水一級(jí)排出洞外。該排水為應(yīng)急排水。

3）隧洞沿程滲水。隧洞沿程滲水，根據(jù)滲水量設(shè)置集水坑和水泵，將水排至正常排水中轉(zhuǎn)泵站，逐級(jí)排出洞外。

3.4 隧洞管道配置

隧洞配置1趟DN200 mm的TBM正常排水管，1趟DN426 mm的應(yīng)急排水管。

3.5 排水系統(tǒng)電氣及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

隧洞排水系統(tǒng)，沿程水泵采用常規(guī)400V電機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)，后配套尾部水箱處1臺(tái)大容量水泵630 kW/10 kV電機(jī)，采用高壓軟啟動(dòng)器控制，配置1臺(tái)400 V高揚(yáng)程水泵，采用變頻器控制來(lái)完成隧洞施工期間應(yīng)急排水任務(wù)。整體排水系統(tǒng)采用PLC程序控制，根據(jù)隧洞出水量工況，水泵具備自動(dòng)控制功能。光纖遠(yuǎn)程通訊技術(shù)可實(shí)現(xiàn)本地和遠(yuǎn)程多點(diǎn)操作、監(jiān)控，在洞外調(diào)度室設(shè)置監(jiān)控屏和操作觸摸屏，如隧洞發(fā)生大的涌水可從此處直接啟動(dòng)所有的水泵，監(jiān)視所有水泵的運(yùn)行參數(shù)，發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)報(bào)警并自動(dòng)保存故障報(bào)警信息，以便排查。供電線路采用雙回路電纜供電，保證在任何一條線纜出現(xiàn)故障后，另一條電纜可立即投入運(yùn)行，向水泵供電。后配套新增一節(jié)臺(tái)車(chē)，布置有一臺(tái)排水專(zhuān)用干式變壓器，為后配套拖車(chē)水泵的主梁下側(cè)水泵的為備用電源，保證掘進(jìn)機(jī)設(shè)備在20 kV電纜失電情況下排水系統(tǒng)仍能正常工作。

3.6 排水管道運(yùn)輸及安裝

隧洞施工期間，由于DN426鋼管管壁厚且隨著隧洞不斷掘進(jìn)延伸。排水管道采用雙頭膠輪車(chē)運(yùn)輸至安裝區(qū)域后，由膠輪車(chē)上配置的液壓懸臂吊機(jī)配合定位后再采用法蘭連接或焊接。TBM尾部新增一節(jié)拖車(chē)，放置DN250 mm 64bar橡膠軟管，在豎直方向呈S形狀布置，并用電動(dòng)葫蘆牽引，方便在TBM向前掘進(jìn)時(shí)水管的收放，同時(shí)在十七號(hào)臺(tái)車(chē)尾部放置有1 m、2 m、3 m長(zhǎng)DN250 mm 64bar膠管各2根，方便臺(tái)車(chē)的應(yīng)急排水管路與DN426水管路連接。

4 結(jié)論

某TBM施工隧洞目前已掘進(jìn)至樁號(hào)2+650，目前未遇突涌水，排水系統(tǒng)能滿(mǎn)足實(shí)際排水需求。