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1、渝黔隧道施工排水專項方案1、渝黔隧道工程概況1.1、工程簡介渝黔鐵路10 標段五分部施工起訖里程D1K282+735.787D1K290+554.27，總長度7.818km，包括特大橋 2 座（總長 2.755延長米）、大橋 5 座（總長 0.925km）、中小隧道 4座（總長 3.375km）、涵洞 2 座、路基 0.762km。重難點工程是大干溝雙線特大橋（高墩、大跨度連續梁）、安理寨隧道（采空區、巖溶、低瓦斯隧道）坪上雙線特大橋（多次跨越既有鐵路）。項目地處貴陽市息烽縣，線路穿越小寨壩鎮、永靖鎮，臨近210 國道及貴遵高速公路，交通較為便利。本段工程計劃 2013 年 6 月 20 日開2、工，2015 年 10 月 31 日達到竣工交付標準，總工期 30 個月。隧道包括新小干溝隧道（中心里程D1K283+865，全長 254m）、安理寨隧道（中線里程 D1K285+053.5，全長 1517m）、息烽一號隧道（中心里程 D1K286+883.5，全長 1463m）、息烽二號隧道（中心里程D1K288+092.5，全長 141m）；1.2、地質構造本標段隧道位于云貴高原黔中東緣息烽南山一帶，隧址區內地勢總體是東高西低，高程一般在10501160m。隧道區屬構造剝蝕到溶蝕地貌。隧道區覆蓋層為第四系松散堆積巖，下伏基巖為三疊系和二疊系泥巖，灰巖和煤層。息烽向斜：向斜軸軸向東北 20，3、地層傾角北西翼 1424，南東翼 4060，核部最新地層為侏羅紀系自流井群，翼部主要為三疊系及二疊系地層。隧道位于該向斜北西翼1.2.1、斷裂受區域構造壓應力的影響，測區主要發育NNE 走向斷裂，共有 2 條斷層與隧道正線或斜井相交，現分述如下：F4 正斷層為一壓扭性逆斷層，在D1K284+650m（洞身處相交于D1K284+677）與隧道線路交角為 68。斷層走向近東西，傾向向東，傾角為70左右，斷距約 30m，長約 0.4km。上盤地層向北東方向位移，下盤地層向南西方向位移，兩盤地層均為 T1y2P2L2，巖性主要為灰巖，其次為泥巖，鈣質泥巖夾粉砂巖及煤層。破碎帶寬510m，在斷層與線路交4、匯地帶發育一溶蝕洼地，降雨時部分地表水順斷層帶向下滲流，對隧道施工影響較大。F5 逆斷層為一壓扭性逆斷層，屬黑神廟背斜軸進一步受力破壞所形成。該斷層在D1K285+070m（洞身相交于 D1K285+080m 處）與隧道線路交角為59，斷層走向北東，傾向南東，傾角51左右，斷距大于50m，在隧址區出露長度大于 1km，向線路的左右兩側延出區外。上盤地層向北東方向位移，下盤地層向南西方向位移，兩盤地層均為 T1y1P2L，巖性主要為灰巖，其次為泥巖，鈣質泥巖夾粉砂巖及煤層。破碎帶寬 1020m，物探勘探成果資料對該斷層亦有一定的顯示，調查時地表見有斷層泉處露。斷層破碎帶大部分位于軟質巖地層中，其5、走向與線路走向呈小角度斜交，隧道通過破碎帶及影響帶的長度較大，對隧道的施工有影響1.2.3、節理測區巖體受構造及變質巖化作用影響，巖層產狀多變，節理發育，節理間距 0.55m 不等，巖體多被切割成碎裂狀或塊狀，大部分為微張 張開節理，部分膠結，少有充填物，并發育有節理密集帶。測區以走向為 N310320W、N340350W 及 N3040E 三組節理最為發育。1.3、水文地質1.3.1、地下水類型隧道穿越地層除進、出口淺埋段為第四系黃土層外，其余均為太古界、元古界的變質巖地層。根據各地層的巖性及其組合關系、地質構造條件、水理性質、地下水賦存條件和水力特征，可將隧址區地下水類型劃分為兩類：變質巖6、類基巖裂隙水和松散巖類孔隙水。1.3.1.1、變質巖類基巖裂隙水測區內的巖性為太古界和元古界的片麻巖、偉晶巖、片巖、石英巖、超基性巖、花崗巖和變粒巖等，巖石一般堅硬致密，透水性、含水性都較弱。基巖中的地下水主要具有如下賦存規律：第一、受區域構造應力作用，巖體節理裂隙、斷層發育，為地下水賦存創造了條件，并決定了其富水程度的強弱。與隧道相交的 9 條斷層破碎帶、3 處節理密集帶都含有較多的地下水。第二、隧道進口段、出口段埋深較淺，基巖上覆幾十米厚的黃土，基巖全風化、強風化，破碎呈砂土狀、碎石土狀，透水性強，含水量大。第三、野雞山向斜是有利的儲水構造。1.3.1.2、松散巖類孔隙水第四系中、上更新統7、孔隙潛水含水層巖性以粉質黃土為主，多以披蓋式覆于基巖之上，厚度一般50-70m。以接受大氣降水垂直補給為主，局部亦有河流的側向補給，富水程度小。第四系全新統河谷沖積層孔隙潛水，主要分布于湫水河、嵐河水系的河谷、溝谷及其階地地帶，含水層由砂和砂礫組成，含水層厚度變化較大，透水性強，地下水位埋深淺。1.3.2 地質構造對地下水賦存的影響區內地層是以片巖、片麻巖、石英巖、變粒巖為主的變質巖類地層，局部分布各時代的侵入巖類，均屬于蓄水程度弱的裂隙含水巖組。從區域地質及構造情況分析，構造是地下水賦存主要影響因素。測區地層受多期構造運動的影響，形成了以元古界野雞山群白龍山組（PtYb）為核部地層的向斜構造8、。在其兩翼則發育多條與褶皺軸向近平行的區域性斷層，其中一條使得太古界界河口群奧家灘三段（ArJa3）與元古界野雞山群青楊樹灣組（PtYq）呈斷層接觸。上述褶皺與斷層構造的存在，以及各地層巖性的差異，從而使得地下水的賦存有著不同的賦存特征：1.3.2.1、在向斜核部地段呈現匯流型特征。從構造條件上看，位于向斜核部的白龍山組（PtYb）地層具有一定程度的富水性，但由于其巖層主要為斜長角閃巖、角閃片巖及角閃變粒巖等硬質巖，且多為塊狀結構，所以其富水部位主要為節理、裂隙密集帶。1.3.2.2、斷裂及其影響帶，巖體破碎，構造裂隙密集，為地下水的富集、運移創造了條件。測區內分布的兩條北東向斷裂與向斜構造復9、合聯合，從而形成了該區域近南北向的構造體系。該構造體系控制并制約著地下水的富集，從而形成了地下水不同的賦存條件與分布特征。2、排水方案2.1、總體排水方案洞口及正洞排水為反坡排水，采用機械排水，設置多級泵站接力排水。施工掌子面積水采用移動式潛水泵抽至就近泵站或移動水倉中。進洞口每 420m 左右設 1 個水倉；出洞口每430m左右設 1 個水倉2.2、水倉容量泵站水倉容量按10min 兩倍設計正常涌水量計算，各工區水倉設計尺寸見表 5。2.3、設備配置：2.3.1、高差計算1#斜井：每級泵站之間的高差為4207832.76m；2#斜井：每級泵站之間的高差為43011248.16m；3#斜井：每10、級泵站之間的高差為46011050.6m；4#斜井：每級泵站之間的高差為6206037.2m；正洞：每級泵站之間的高差為100055m。2.3.2、最大涌水量斜井進入正洞前每小時預測最大涌水量：1#斜井：59.07m3/h；2#斜井：118.61m3/h；3#斜井：106.78m3/h；4#斜井：75.83m3/h。斜井進入正洞后每小時預測最大涌水量：1#斜井：273.0m3/h；2#斜井：375.68m3/h；3#斜井：389.6m3/h；4#斜井：336.8m3/h。正洞反坡排水每小時預測最大涌水量：進口：171.81m3/h；1#斜井：171.38m3/h；2#斜井：171.38m3/h11、；3#斜井：179.95m3/h；4#斜井：89.63m3/h。2.3.3、抽水機配置按 2 倍涌水量考慮排水能力，設備分階段投入。斜井水倉選擇大流量、高揚程抽水機，分進入正洞前和進入正洞后兩個階段考慮，正洞選擇大流量、低揚程抽水機（利用斜井第一階段設備）。各水倉抽水配置表如下：表 6：抽水機配置表序號位置水倉名稱排水階段抽水機參數數量（臺）總流量（m3/h）備注參考型號功率（KW）流量（m3/h）揚程（m）小計合計1 1#斜井1#、2#進入正洞前55 100 80 1 100 200 排水設備江蘇亞梅泵業污水泵ZW100-100-80 型2 55 100 80 1 100 備用3 進入正洞后12、75 150 110 2 300 600 排水設備IHG 離心泵 125-315A 型4 75 150 110 2 300 備用5 2#斜井1#、2#、3#、4#進入正洞前55 100 80 1 100 200 排水設備江蘇亞梅泵業污水泵ZW100-100-80 型6 55 100 80 1 100 備用7 進入正洞后90 192 119 2 384 768 排水設備IHG 離心泵 125-315 型8 90 192 119 2 384 備用9 3#斜井1#、2#、3#、4#進入正洞前55 100 80 1 100 200 排水設備江蘇亞梅泵業污水泵ZW100-100-80 型10 55 1013、0 80 1 100 備用11 進入正洞后90 192 119 2 384 768 排水設備IHG 離心泵 125-315 型12 90 192 119 2 384 備用13 4#斜井1#、2#進入正洞前55 100 80 1 100 200 排水設備江蘇亞梅泵業污水泵ZW100-100-80 型14 55 100 80 1 100 備用15 進入正洞后75 180 104.6 2 360 720 排水設備IHG 離心泵 125-315A 型16 75 180 104.6 2 360 備用17 正洞/55 100 80 9 900 1800 排水設備江蘇亞梅泵業污水泵ZW100-100-80 14、型55 100 80 9 900 備用說明：正洞水泵進口集水倉4 臺；1#斜井正洞反向排水集水倉4 臺；2#斜井正洞反向排水集水倉4 臺；3#斜井正洞反向排水集水倉4 臺；4#斜井正洞反向排水集水倉2臺，共計18 臺，一半正常抽水，一半備用，水泵采用從斜井更換出來的水泵。表 7 各管徑水頭損失表（斜井施工）抽水機額定流量（m3/h）100 100 100 100 抽水機額定揚程（m）80 80 80 80 管路長度（m）420 430 460 620 排水高差（m）32.76 48.16 50.6 37.2 排水管直徑（mm）100 125 150 200 100 125 150 200 1015、0 125 150 200 100 125 150 200 管內流速（m/s）3.54 2.26 1.57 0.88 3.54 2.26 1.57 0.88 3.54 2.26 1.57 0.88 3.54 2.26 1.57 0.88 管內沿程水頭損失（m）53.71 17.51 7.04 1.66 54.99 17.93 7.21 1.70 58.82 19.18 7.71 1.82 79.28 25.85 10.4 2.45 管內彎道水頭損失（m）1.19 0.48 0.23 0.07 1.19 0.48 0.23 0.07 1.19 0.48 0.23 0.07 1.19 0.48 016、.23 0.07 是否滿足要求否是是是否是是是否是是是否是是是表 7 各管徑水頭損失表（進入正洞以后）抽水機額定流量（m3/h）200 300 384 384 360 抽水機額定揚程（m）80 110 119 119 104.6 管路長度（m）1000 420 430 460 620 排水高差（m）5 32.76 48.16 50.6 37.2 排水管直徑（mm）100 125 150 200 100 125 150 200 100 125 150 200 100 125 150 200 100 125 150 200 管內流速（m/s）3.54 2.26 1.57 0.88 10.6 6.717、9 4.71 2.65 13.6 8.69 6.04 3.4 13.6 8.69 6.04 3.4 12.7 8.15 5.66 3.18 管內沿程水頭損失（m）127.9 41.7 16.7 3.95 481.5 158.1 63.4 15.1 811.6 265.1 106.7 25.4 868.2 283.6 114.2 27.1 1020 336.2 135.1 31.9 管內彎道水頭損失（m）1.19 0.48 0.23 0.07 10.7 4.37 2.1 0.67 17.6 7.17 3.46 1.1 17.6 7.17 3.46 1.1 15.3 6.3 3.04 0.96 是18、否滿足要求否是是是否否否是否否否是否否否是否否否是2.3.4、排水管直徑選擇根據水頭損失計算公式：vQ/AQ/(r2)；管道阻力水頭損失：hf=L/dv2/（2g）彎道阻力水頭損失：hf=v2/（2g）其中：v=流速，Q=流量，A=管路截面積，=系數（0.02），L=管路長度，d=管路直徑，=系數（1.86）計算得出所選取的抽水機采用不同管徑時流速和水頭損失見表7 根據表 7 計算結果顯示，各洞口采用水管管徑見表8 表 8：正洞及斜井井身排水管管徑表正洞1#斜井2#斜井3#斜井4#斜井備注鋼管直徑（mm）125 200 200 200 200 3、電源配置各洞口施工用電統計表及電源配置表見表919、表 9：各洞口施工用電配置表洞外主要施工用電（KW）斜井主要施工用電（KW）正洞主要施工用電（KW）拌合站鋼筋加工空壓機通風機營區用電合計使用率施工用電排水合計使用率排水施工用電合計使用率進口120 50 440 220 20 850 595 0 0 110 130 240 168 1#斜井30 20 550 440 20 1060 742 30 300 330 231 110 170 280 196 2#斜井60 550 440 20 1070 749 40 720 760 532 110 220 330 231 3#斜井90 30 660 440 20 1240 868 40 720 720、60 532 110 220 330 231 4#斜井30 20 550 440 20 1060 742 35 300 335 234.5 110 220 330 231 出口30 20 440 220 20 730 511 0 0 130 130 91 說明：洞內施工用電主要為輸送泵、噴錨機、洞內支立拱架用電，正常用電按設備功率的0.7 倍系數考慮。從表 9 可以看出，進口工區洞外施工用電595KW，洞內施工用電 168KW，大電設置在洞外設置630KVA 變壓器提供洞外施工用電，洞內施工進入 1000m計劃 10KV 高壓進洞 1 臺 315KVA 變壓器供洞內施工及洞內排水供電；1#斜井21、工區洞外施工用電742KW，斜井施工用電 231KW，正洞施工用電 196KW，大電設置在洞外設置800KVA 變壓器提供洞外用電及斜井施工期間洞內施工排水供電，洞內施工進入正洞以后計劃10KV 高壓進洞 1 臺 315KVA 變壓器供斜井泵站排水供電，一臺315 變壓器供正洞內正反向施工及正洞泵站排水供電；2#斜井工區洞外施工用電749KW，斜井施工用電 532KW，正洞施工用電 231KW，大電設置：洞外設置800KVA 變壓器提供洞外用電及斜井施工期間洞內施工排水供電，洞內施工進入正洞以后計劃10KV 高壓進洞1 臺630KVA 變壓器供斜井泵站排水供電，一臺 315變壓器供正洞內正反向22、施工及正洞泵站排水供電；3#斜井工區洞外施工用電868KW，斜井施工用電 532KW，正洞施工用電 231KW，大電設置：洞外設置800KVA 變壓器提供洞外用電及斜井施工期間洞內施工排水供電，洞內施工進入正洞以后計劃10KV 高壓進洞 1 臺 630KVA 變壓器供斜井泵站排水供電，一臺315 變壓器供正洞內正反向施工及正洞泵站排水供電；4#斜井工區洞外施工用電742KW，斜井施工用電 234KW，正洞施工用電 231KW，大電設置：洞外設置 800KVA 變壓器提供洞外用電及斜井施工期間洞內施工排水供電，洞內施工進入正洞以后計劃10KV 高壓進洞 1 臺 315KVA 變壓器供斜井泵站排水23、供電，一臺 315變壓器供正洞內正反向施工及正洞泵站排水供電。4、成本預算進口及斜井正洞內排水管采用壁厚4mm125 鋼管，其余四個斜井采用壁厚 4mm200 鋼管，進口及斜井正洞內反坡排水采用一級泵站，泵站除4#斜井安裝 2 臺水泵以外（一用一備）其他各泵站都安裝4 臺水泵（兩用兩備）（水泵采用從前期斜井施工時使用的ZW100-100-80型污水泵）。斜井內 1#斜井、4#斜井設置 2 級泵站，每個泵站內設置4 臺水泵（兩用兩備），2#斜井、3#斜井設置 4 級泵站，每個泵站內設置4 臺水泵（兩用兩備）。斜井施工期間水泵采用 ZW100-100-80型污水泵，施工進入正洞以后根據涌水量跟換成24、IHG離心泵 125-315A 型或 IHG離心泵 125-315 型離心水泵。根據水泵功率要求，1#斜井、4#斜井需各增加一臺315KVA變壓器供斜井排水供電，2#斜井、3#斜井需各增加一臺 600KVA變壓器供斜井排水供電。ZW100-100-80型污水泵參考價 6000元/臺，IHG離心泵 125-315A型參考價 24500元/臺，IHG離心泵 125-315型參考價 27800 元/臺。變壓器315KVA參考價 50000 元/臺，630KVA參考價80000元/臺，各工區排水主要成本詳見表10。5、應急預案每個泵站均設置備用抽水機，第一預防工作水泵出現故障時啟用備用抽水機工作。第二25、預防突水事件發生時采用備用水泵一起工作。高壓風管和供水管經過水泵站是均應設置閥門和接口，遇突水事件時使用高壓風管和供水管做排水管。6、結束語二青山隧道設計為高風險隧道，斜井長、坡度大，承擔正洞施工任務量重，工期緊。施工排水成為制約工程進度的重點工序，如何采用正確的排水方案直接影響到整個隧道的工期，此方案主要依據設計院提供涌水量作為參考數據設計，實際施工過程中可根據施工現場實際涌水量做相應的調整。表 10：各工區主要材料及工費成本表：排水管泵站增加變壓器電費（元）人工費合計型號長（m）合價（元）斜井合價正洞合價（元）型號合計（元）人數工資（元）進口125 1000 65230 1 12000 626、60000 2 120000 857230 1#斜井 125、200 1000、830 152930 2 196000 1 12000 315KVA 50000 2460000 6 360000 3230930 2#斜井 125、200 1000、1725 247498 4 444800 1 12000 630KVA 80000 4980000 10 600000 6364298 3#斜井 125、200 1000、1830 258593 4 444800 1 12000 630KVA 80000 4980000 10 600000 6375393 4#斜井 125、200 1000、1230 195195 2 196000 1 6000 315KVA 50000 2460000 6 360000 3267195 出口說明：考慮加工及安裝工費鋼材價格按5500 元/噸計算；泵站只考慮水泵的費用，未考慮安裝費用；變壓器按增加臺數成本計算，不考慮線路費用；電費按1 元/度計算，抽水時間每天按10 各小時計算，折算抽水時間20 個月，工人工資按3000 元/月*人共 20 個月計算。