隧道施工排水方案设计.docx
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隧道施工排水方案设计
泰宁至建宁（闽赣界）高速公路A8合同段
K78+080~K80+310
全长2.23公里
广建隧道进口反坡施工排水专项方案
编制：
复核：
审核：
中铁十五局集团
建泰高速公路A8合同段项目经理部
2011年9月2日
广建隧道进口反坡施工排水专项方案
1广建隧道设计情况
1.1工程概况
广建隧道进口为泰宁至建宁（闽赣界）A8标段工程，位于建宁县黄埠乡桂阳村。
广建隧道全长4118.5米，为分离式隧道，我标段施工进口2230米。
右幅隧道起点桩号YK78+080，终点桩号YK80+310，长度2230米，左幅隧道起点ZK78+098，终点桩号ZK80+325，单幅全长2227米。
隧道纵坡坡率/坡长：
右洞为-1.95/1650M、-1.6/580m,左洞为-1.95/1632m、-1.6/595m，隧道口与隧道洞与交接处高差为40m，隧道综合坡度1.8%，隧道最大埋深约627.99米。
洞口段位于曲线围，曲线半径R=1210m左右，洞口处都设置拦水沟将路面水拦截，排入排水沟排除。
隧道洞口还设置两道横向涵洞及一道纵向涵洞，横向涵洞汇集两侧洞外挖方边沟水及高边坡急流槽水，再流向纵向涵洞排出，隧道外水已能通过涵洞排出，不会再影响隧道施工（后附洞口排水系统图）。
1.2水文地质情况
本隧道区地下水主要为风化带网状孔隙-裂隙水、基岩裂隙水，洞口位置裂隙水较发育，地下水较发育；洞身段构造裂隙水主要分布在隧址区的构造裂隙密集带处，断层带岩体较破碎，裂隙极发育，受大气降水的补给，岩性接触带两侧中风化基岩较完整，透水性较差，水量贫乏，断层带富水性较好，水量较丰富，在施工中易形成突水。
1.3不良地质
隧址区主要的裂隙构造带见下表，其它未见有断裂构造、褶皱等地质构造，地壳整体相对稳定。
断层带岩体较破碎，裂隙极发育，受大气降水的补给，岩性接触带两侧中风化基岩较完整，透水性较差，水量贫乏，断层带富水性较好，水量较丰富，在施工中易形成突水，施工至该里程桩号时特别需防预。
裂隙构造特征一览表
编号
位置
产状
长度m
宽度m
性质
特征及对隧道影响评价
走向
倾向
倾角
F801
YK78+684
43º
133º
78º
大于500
10左右
压扭性
根据大地电磁资料和钻探揭露表明：
该处电阻率低，破碎黄铁矿化，绿泥石化，有挤压现象，判断为断层。
对隧道围岩有影响。
F802
YK78+805
25º
115º
46º
大于500
5左右
压扭性
根据大地电磁资料和钻探揭露表明：
该处电阻率低，破碎，绿泥石化，有挤压现象，判断为断层。
对隧道围岩有影响。
F803
YK79+078
17º
107º
81º
大于500
5左右
压扭性
根据大地电磁资料和钻探揭露表明：
破碎岩，绿泥石化，有挤压现象，判断为断层。
对隧道围岩有影响。
F804
YK79+260
194º
284º
77º
大于500
-
压扭性
根据大地电磁资料和钻探揭露表明：
该处电阻率低，判断为断层。
对隧道围岩有影响。
F805
YK79+925
33º
123º
64º
大于500
30左右
压扭性
根据大地电磁资料和钻探揭露表明：
该处电阻率低，破碎岩，局部黄铁矿化发育，绿泥石化，有挤压现象，判断为断层。
对隧道围岩有影响。
1.4涌水量计算
根据我标段广建隧道施工图及工程地质勘察报告图，根据《水文地质手册》中地下水动学法的水文试验公式计算，估算隧道单洞涌水量4013.17m3/d、进口段涌水量约135.41m3/d，洞身地下水主要贮存在构造破碎带、岩性接触带中，估算涌水量约2910.99m3/d，水质较好，对混凝土无侵蚀性。
2总体方案
2.1隧道反坡排水的特点
反坡施工即向洞施工前进方向为下坡，洞水向工作面汇集，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。
2.2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，其余已施工地段隧道渗（涌）水经隧道侧沟自然汇集到临时集水坑或泵站水池，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，如此由固定式排水泵站接力将洞积水抽排至洞外，经污水处理池处理后排放，第一固定式排水泵站量153方（左右洞共用），第二固定式排水泵站量73方（左右洞各一个），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。
2.3主要的排水系统方式
洞反坡排水方式，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。
根据隧道的实际情况，一般在施工中采用的反坡排水系统布置方式有两种：
2.3.1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
2.3.2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，再用大功率的泥浆泵通过排水管道将水排到洞外。
如下图：
洞平面布置示意图
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。
3本工程拟采用的主要排水方案
考虑隧道反坡施工较长、隧道坡度平均达1.8%、水泵扬程及施工方便等因素，采用长距离管道配合小集水泵收集反坡排水较好，每个泵站的设备按照一使用一备用一维修的原则配备。
隧道每小时渗水量：
4310/24=180m3/h，总体泵站设置如下：
3.1第一临时泵站
左右幅隧道各开挖500米（YK78+600、ZK78+600）位置，各设置一临时排水泵站，采用离心式渣浆泵GMZ150-182-90型泵，功率110KW，流量182m3/h，扬程90米，数量6台。
此时高差约10米，使用Φ150mm排水管的管路，在流量Q=180m3/h时，管路损失计算过程如下：
V=Q/F=180/（∏*0.0752^2*3600）=2.83m/s
V2/2g=2.83^2/（2*9.8）=0.4
H损失=λ*L/D*（V2/2g）=0.02*500/0.15*0.4=26.6m
其中V：
流速，Q：
流量，F：
管路截面积，λ：
系数，L：
管路长度，D：
管路直径
根据以上计算，水泵扬程应大于10+26.6=36.6米，每天抽水180m3/h*24=4320m3>4310m3,经计算所选设备符合要求，备用一台，此时安全系数达到2.0。
3.2第一固定泵站
开挖至1120米位置时，拟设置固定式排水泵站1座，即左幅隧道分别设置在ZK79+225.5集水池专用横洞，右幅隧道分别设置在YK79+200集水池专用横洞，采用离心式渣浆泵GMZ150-182-90型泵，功率110KW，流量182m3/h，扬程90米，数量6台。
同时取消前500米处排水泵站（设备下移）。
V=Q/F=180/（∏*0.0752^2*3600）=2.83m/s
V2/2g=2.83^2/（2*9.8）=0.4
H损失=λ*L/D*（V2/2g）=0.02*1120/0.15*0.4=59.7m
根据以上计算，水泵扬程应大于22+59.7=81.7米，每天抽水180m3/h*24=4320m3>4310m3,左右洞各3台，共6台。
经计算所选设备符合要求，加上备用一台，此时安全系数达到2.0。
3.3第二临时泵站
左右幅隧道各开挖1700米（YK79+780、ZK79+798）位置，各设置一临时排水泵站，采用离心式渣浆泵GMZ150-182-90型泵，功率110KW，流量182m3/h，扬程90米，数量6台。
与第一固定泵站相比，此时高差约12米，使用Φ150mm排水管的管路将水排至第一固定泵站，在流量Q=180m3/h时，管路损失计算过程如下：
V=Q/F=180/（∏*0.0752^2*3600）=2.83m/s
V2/2g=2.83^2/（2*9.8）=0.4
H损失=λ*L/D*（V2/2g）=0.02*580/0.15*0.4=40m
根据以上计算，水泵扬程应大于12+40=52米，每天抽水180m3/h*24=4320m3>4310m3,左右洞各3台，共6台。
经计算所选设备符合要求，加上备用一台，此时安全系数达到2.0。
3.4第二固定泵站
隧道开挖至与交界处，在YK80+100，ZK80+125.5临时水池（人行横洞），仍采用采用离心式渣浆泵GMZ150-182-90型泵，计算同上，能满足临时将水排至第一固定泵站。
开挖完后改移至交接处专用集水池（YK80+310，ZK80+325），拟设置固定式排水泵站1座，将水排至第一固定泵站。
同时取消第二临时排水泵站（设备下移）。
两固定泵站间距1110米。
V=Q/F=180/（∏*0.0752^2*3600）=2.83m/s
V2/2g=2.83^2/（2*9.8）=0.4
H损失=λ*L/D*（V2/2g）=0.02*1110/0.15*0.4=59.2m
根据以上计算，水泵扬程应大于（530*1.95+580*1.6）/100+59.2=78.9米，每天抽水180m3/h*24=4320m3>4310m3,左右洞各3台，共6台。
经计算所选设备符合要求，加上备用一台，此时洞有两固定排水泵站，安全系数达到4.0。
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Φ150mm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，对两个固定式排水泵站之间积水采用洞两侧设排水沟加横沟自然汇集至高程较低的集水泵站，由最后一级排水泵站传递-第一固定站-洞外污水处理池。
3.5排水管设置
在左幅隧道右侧及右幅隧道左侧分别设置1条Φ150钢管作为正常排水管，如遇断层涌水量较大则将施工用Φ200高压风管作为备用排水管供应急排水使用。
3.6其它集水坑设置
首先在掌子面处设一小型临时集水坑，然后在掌子面后部50～70m处设移动铁皮箱，采用小型潜水泵将水直接抽到铁皮箱；在离掌子面100米设一集水坑，拦截洞口至掌子面100米以外段渗漏水，同时保证在掌子面出碴过程中均可正常抽排水，以减轻掌子面集水坑排水压力，然后将集水坑水抽到铁皮箱，该水箱需配置较大型水泵（扬程根据洞口高差选定）将水箱水抽排至近的固定排水站或第一、第二临时排水泵站。
隧道局部遇到出水量较大时，可适当增加临时排水泵站，泵站设沉淀池、抽水池和大型水泵，在水量不大的情况下，可取消已开挖段的临时排水坑。
4排水方案
4.1隧道施工期间排水
①管路安装
在右洞左侧、左洞右侧分别安装1条Φ150钢管，正常水量时使用，将施工用Φ200高压风管作为备用排水管。
管路每200m设置一个减压阀，防止水锤对管路或水泵造成损坏。
排水管路接入污水处理池，经处理后排放。
②集水坑设置
首先在掌子面处设一小型临时集水坑，采用小型潜水泵将水直接抽到铁皮箱；在离掌子面100米设一小型集水坑，拦截洞口至掌子面外渗漏水，同时保证在掌子面出碴过程中均可正常抽排水，以减轻掌子面集水坑排水压力，然后将集水坑水抽到铁皮箱。
③移动泵站
在离掌子面50~70m的位置设置一个铁皮箱加工的水箱作为移动水箱、配备1台MD46-50/84*4型离心泵移动泵站作为移动泵站。
水箱、离心泵安装为整体，随着掌子面的前进向前推移。
铁皮箱尺寸为长2m、宽1.5m、高1.5m，水箱容量为4.5m3，采用潜水泵将集水坑积水汇入水箱，然后采用较大型水泵将水箱水抽排至临时排水泵站或两个固定排水泵站。
④特殊地段排水
根据超前地质预报的结果，显示富水的段落，或设计图纸中表明有异常的段落，特别是前面提到的5个断层段落。
到达该段的前10m，开挖班每次钻眼时，采用5m长长钎进行超前探测。
拱顶，两侧起拱线，共设3个探孔。
并对未安装的备用大功率水泵进行调试，如出水量超出了已配备潜水泵的工作能力，立即将大功率的水泵运至掌子面进行抽排；将备用的管路、各水仓处备用的水泵全部起用，以满足排水要求。
如5m长长钎探出前方有异常情况，有股状水从钻孔射出。
在已施做完成的探孔的四周向外侧增打探孔，如还有异常，应停止开挖作业。
改用超前地质钻机进行探测。
根据探测结果选择适当的施工方案。
5资源配备
设备配备表
序号
名称
型号
单位
数量
备注
1
离心式渣浆泵
GMZJ150-182-90
台
12
固定式排水泵站2座
2
离心泵
MD46-50/84*4
台
6
铁皮水箱使用
3
潜水泵
65WQ35-50-11
台
20
小型集水坑使用
4
钢管
Φ150
m
4500
5
减压阀
个
25
约每200米设置一个
6排水供电
为确保洞排水正常进行，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（1122121）。
7其它
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。
为确保洞道路无水干爽，必须修建好两侧排水沟，确保洞渗水通过侧沟引入集水坑，防止在洞道路上漫流。
8在洞外增加防水、防汛及防山洪措施
隧道洞口路基段设置有两横向涵洞、一纵向涵洞及线外涵洞将洞外及洞口两侧边仰坡汇水排至线外河沟。
离洞口最近一横向涵洞为15米，为防止地表水和施工排水倒灌进洞，在洞口再增加一截水横沟，并加上盖板，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队，每个队设队长一人，副队长一人，设备检修2人，排水工班2个班，每班组成：
工班长1人，泵站管理1人。
还制定严格的值班制度。
每个隧道作业面的隧道排水日常工作坚持队长、副队长轮流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安全技术保证措施
9.2.1隧道开工前，项目部组织对班组工人进行安全教育培训和安全技术交底，详细说明隧道施工反坡排水的安全的有关技术要求，规洞排水管理和落实洞施工安全排水措施。
9.2.2根据广建隧道反坡施工较长、隧道坡度平均达1.8%的特点，考虑水泵扬程及施工方便等因素，采用长距离管道配合小集水泵收集反坡排水的方案，每个泵站的设备按照一使用一备用一维修的原则配备，以有效应对隧道涌排水。
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，洞高压风管也可以改造利用上作为排水管道。
9.2.3对于排水系统的运转，明确责任人，机械队安排专人值班，发现异常情况及时进行协调解决，确保设备及人员的安全。
9.2.4在水箱、集水坑处挂设彩灯及警示牌，并对设备进行挡护。
防止车辆及人员触碰。
9.2.5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。
9.2.6加强设备的使用、保养、维修，注意用电安全，经常进行检查，杜绝漏电，并派专人操作和维修，非机电修理人员不得随意拆卸设备。
9.2.7所有用电设备必须采用“一机、一箱、一闸、一漏保”的接线方式，并做好接地保护，严禁用同一个开关、开关箱直接控制二台及二台以上用电设备（含插座）。
9.2.8各种电气设备用的闸刀、插头、插座、空气开关不得有裸露、漏电现象。
9.2.9设备的负荷线、保护零线和开关箱应定期检查，发现问题立即报告专职电工维修。
9.2.10隧道配备安全报警设施和足够长度的、可手动拆卸的逃生钢管，标准为壁厚10mm，管径600mm，每节管长为1500mm～2000mm。
9.2.11如掌子面发生涌水，水量超过了排水系统的工作能力。
调度应立即组织人员撤离掌子面。
如水量很大，淹隧道速度很快，应立即组织车辆拉碴回填。
9.2.12准备好抢险物资、材料，做好抢险准备工作，确保发生异常或险情时能够及时处理物资、设备能够提供到位，保证处理的及时性，防止事态的进一步扩大。
10应急预案
10.1成立应急救援领导小组
针对广建隧道反坡施工可能发生洞涌水的风险，项目部成立安全生产事故应急救援领导小组，部属各施工队建立安全生产事故灾难应急抢险队，实施在发生重大生产安全事故时的救援工作，尽量减少事故的危害，保障项目员工和洞作业的人身安全、洞机械设备的安全。
当安全生产事故发生时立即启动《安全生产事故应急预案》，在向上级报告事故的同时下达抢险命令，并负责组织实施抢险与协调工作。
项目部组织机构如下：
组长：
王令锁
副组长：
肖华建锋
组员：
栋梁申军郭春永志琦
10.2各类人员职责
10.2.1组长职责
负责应急救援工作的启动。
事故应急行动期间各单位的运作协调，按照应急救援预案合理部署应急工作，和事故现场指挥协调工作，保证事故应急救援工作的顺利完成。
同时负责把事故救援进展情况及时向上级主管部门汇报，同时接受新闻媒体的采访，必要时召开新闻发布会，向社会公布事故情况、并与安全人员和法律人员及其他事故应急者保持联系。
10.2.2副组长职责
负责对事故现场的控制，协调应急队员的救援工作，识别危险物及存在的潜在危险并对事故现场进行分析，执行有效的应急操作，保证应急行动队员的个人安全，并负责事故后的现场清除工作。
10.2.3组员职责
负责指挥应急队员对事故现场的救援工作，执行有效的应急操作，保证应急行动队员的个人安全。
10.3建立应急处理工作小组
以应急救援领导小组为基础，成立应急反应行动小组，下设应急处理工作技术小组、物资设备小组、保卫及联络小组、突击队、医疗救护队、义务消防队等。
应急处理工作必须24小时有人值班，当接到应急通知时必须在最短的时间通知各应急处理组，奔赴事故现场履行各职能部门的职责。
10.3.1管理小组
组长：
王令锁
副组长：
肖华建锋
成员：
栋梁商思远发金申军郭春永于建志
负责现场的应急处理工作的指导、协调。
10.3.2应急处理技术小组
组长：
建锋
成员：
商思远、祁冠辉、丁振坤
职责：
担负施工生产安全事故发生后的技术处理及监测工作，从技术方面为抢险救援领导小组提供正确的处理意见。
10.3.3应急处理物资设备组
组长：
郭春永
成员：
于建志远军
职责：
担负重大生产安全事故发生后的物资设备供应。
10.3.4应急处理保卫及联络小组
组长：
申军
成员：
于建志何兴普
职责：
负责对受安全威胁的人员进行疏散到安全地带，确保无受安全威胁的人员后，再对受安全威胁的财产实施转移，转移至安全地带。
10.3.5应急处理突击队
队长：
作业队队长担任
突击队员：
各工区班组长、突击队、义务消防队队员组成
职责是：
担负施工现场各类重大事故的处置任务
10.3.6医疗救护队
队长：
办公室主任担任。
成员：
由具有相关医疗救护及项目部司机等组成。
职责：
负责紧急情况下受伤人员的初步救护工作。
10.3.7义务消防队
队长：
负责安全的副经理肖华担任。
成员：
由经过消防相关知识、灭火器材使用相关知识培训的人员组成。
10.4、应急救援行动程序与实施
10.4.1一旦事故发生时，应及时调动并合理利用应急资源，包括人力资源和物质资源。
在事故现场，针对事故的具体情况选择应急对策和行动方案，从而能及时有效地使伤害和损失降至最低程度和最小围。
10.4.2如遇掌子面发生涌水，水量超过了排水系统的工作能力，调度应立即组织人员撤离掌子面同时调用应急水泵进行抽排水，以减少涌水对隧道的危害，同时掌子面附近配备40套救生衣。
10.4.3如果涌水量很大，淹没隧道速度很快，抽水不及，应立即组织车辆拉碴回填，以避免大面积塌方。
10.4.4如果隧道涌水造成洞电力设施损坏，应启动应急用电方案，用发电机发电或从洞口再向洞接电，以保证水泵抽水工作和救援工作的进行。
10.4.5如果涌水造成人员被困，应用皮划艇组织救援，首先保证人员生命安全，若造成塌方，则利用逃生管道进行人员救援。
10.4.6当遇险人员全部得救，项目事故现场抢险指挥部经认真检查分析，确认事故经抢险、险情已完全排除，事故现场得以控制，事故灾害链已彻底切断，便可宣布抢险结束。
10.5应急抢险队伍设备与物资
10.5.1应急设备清单
序号
名称
规格
数量
备注
1
逃生钢管
1cm*60cm
m
配备60m
2
发电机
175kw
4台
可增加设备或从九华山及三集中调用
3
抽水机
40台
根据施工进度可增加设备
4
救援车辆
7辆
2台
项目部车辆，出现险情时专用
5
指挥车辆
4辆
2台
领导用车，出现险情时专用
6
对讲机
4台
用于平时的工程测量，应急时调用
7
急救床
2
临时急救躺卧，根据需要增加
8
担架
2
备用，根据需要增加
9
急救药箱
1
常用急救药品
10
挖掘机
4台
应急时调用
10.5.2应急设施物资
日常配备应急可充电灯、防爆电筒、危险区域隔离警戒带、各种类安全禁止警告、指令、指示标志牌、安全带、安全绳、逃生钢管、气体测试仪器等专用应急设备和设施。
隧道每隔200m配置一盏照明灯。
各现场除配备必要的防排水物资外，其它应急物资根据施工进度需要，与相关单位签订救援物资的供应，应无条件满足抢险救援。
部分救援物资设备可放置在现场，挂放标识牌使现场人员都知道。
急救箱、担架等物品统一由办公室负责保管。
应急物资、设备和设施的维护保养由物资设备部负责，确保应急设备和设施始终处于完好状态，保证能在应急状态下的有效使用。
10.5.3抢险队伍与物资、机具保障
施工成立应急救援抢险队，具体负责现场抢险的实施工作。
抢险物资储备：
编制袋500个，方木5m3，钢管2吨，砂石料需用时由混凝土拌合站运送，皮划艇3个。
抢险机具储备：
铁锹50把、十字镐50把、50t千斤顶4个，挖掘机、装载机利用现场施工机械。
10.6教育培训和预案演练
10.6.1教育
项目经理部及所属各施工队要定期组织员工进行应急法律法规和事故预防、避险、避灾、自救、互救常识的教育，使员工了解、熟悉、掌握相关应急知识。
10.6.2宣传
经常性利用工地宣传栏，进行应急法律法规和事故预防、避险、避灾、自救、互救常识的宣传，提高员工的危机意识。
10.6.3培训
项目经理部负责组织安全管理人员、抢险队专业人员进行上岗前培训和业务培训。
10.6.4演练
项目安全生产领导小组设定演练抢险课题，按应急救援预案组织安全生产事故抢险演练。
安全生产事故抢险演练结
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