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長大隧洞TBM施工排水優化施工技術

發布時間:2019-06-29所屬分類:科技論文瀏覽:1

[摘要]TBM施工排水由正常排水和突發涌水組成。文章介紹了吉林省中部城市引松供水工程總干線施工二標段TBM施工段排水系統的改進與加強,使之適應斜井排水的TBM施工,確保可靠排水,可供類似斜井工程參考。 [關鍵詞]TBM施工排水;優化應用;涌突水處理 TBM全斷面

  [摘要]TBM施工排水由正常排水和突發涌水組成。文章介紹了吉林省中部城市引松供水工程總干線施工二標段TBM施工段排水系統的改進與加強,使之適應斜井排水的TBM施工,確保可靠排水,可供類似斜井工程參考。

  [關鍵詞]TBM施工排水;優化應用;涌突水處理

施工技術

  TBM全斷面掘進機施工埋深大、線路長的隧道(洞)已成為國際上快速開挖隧道的主流,是國內外最先進的隧道施工方法之一[1]。隧道掘進機在隧道施工中的用水量相當大,并且刀盤噴水、刀盤驅動等冷卻水為開式循環系統,廢水排放量很大。在涌水量較大區域施工時,必須設置合理的排水系統,采用可靠的排水措施,才能保證設備和人員的安全[2]。

  吉林省中部城市引松供水工程總干線在隧道斷層處可能有大涌水,一旦在突、涌水情況下,排水系統的任何部位出現故障均可能導致TBM掘進施工無法正常進行。為杜絕因排水不力而導致停機的情況發生,必須改造、加強和優化排水系統,保證施工生產的正常進行。

  1工程概況

  吉林省中部城市引松供水工程總干線施工2標段位于吉林市豐滿水庫至溫德河左岸之間,線路樁號2+000m-24+600m,總長度22600m。工程主要內容包括長22600m引水隧洞、1#通風豎井(樁號15+510m處)、2個施工支洞(2#支洞、3#支洞)及其他臨時工程。引水隧洞按照施工方法可分為3部分,即TBM出口段、TBM段和過溫德河段,其中TBM段施工總長度為19797m。3#支洞投影長度413m,綜合坡度14.18%(為單一坡度),支洞進口底板與主洞高差為58.55m。

  本標段線路總體走向由北東向南西,地貌為中低山、低山、丘陵和相間溝谷。沿線山勢連綿起伏,植被發育,洞室最大埋深536.8m。除沿線分布的斷裂帶、巖性接觸帶地下水賦存條件最好,其它巖性段賦存條件較差。淺部巖體由于受構造作用的切割,促成構造裂隙與風化裂隙的連通,構成較強的含水介質,是地下水獲得滲水補給和賦存的場所。而深部巖體結構面多微張~閉合,透水性微弱,一般含水貧乏。地下水主要為基巖裂隙水(含風化裂隙水、構造裂隙水)。本段洞線穿越的巖體多以微風化為主,其透水性基本為微透水~弱透水。構造破碎帶和節理密集帶透水率相對較大,一般為弱透水~中等透水。

  2TBM施工排水措施

  2.1主洞施工排水

  本工程TBM施工段的施工環境和施工條件給施工排水提出了很高的要求。主洞坡度0.2326‰,且距離較長,無法實現自流排水。當發生涌水后,主機后部的排水泵將污水排至后配套,通過軟水管和隧洞內排水管進行連接,再通過支洞梯級排水排出洞外。根據施工條件,TBM主機后配套部位安裝2臺離心泵,吸水口通過排水管引到鋼枕鋪設區,出水口通過排水管引到后配套尾部。

  在后配套尾部安裝2套軟排水管滾筒,通過滾筒將TBM主機上排水管和隧洞排水管連接起來。隧洞內涌水較大位置設立排水泵站,污水泵與排水管連接將涌水排至洞口。主洞與各支洞交叉處設集水坑,利用集水坑處排水設備將污水梯級提升排至洞外。支洞坡度較大,在支洞中段設立多個集水坑將污水接力排至洞外。支洞自身污水、滲水通過重力作用順流匯至支洞交叉口的集水坑。本工程各施工段正常涌水較小,可能出現較大涌水量的斷層構造帶及影響帶位于四間房河段(樁號15+500-16+300)、低阻異常帶Fw9-1及Fw9-1段(樁號9+900-10+400),最大涌水量分別為85m3/(d·m)、82.9m3/(d·m)。TBM施工排水、襯砌施工排水合計在70m3/h左右。

  2.2支洞排水

  TBM第一階段施工段包含主洞8298m,正常段內基本無涌水。本段包含涌水量較大的洞段處于下穿四間房河段,長度500m,估計最大涌水量為82.9m3/(d·m)。根據生產進度安排,斷層帶每日進尺3m,開挖后進行防堵水施工,因此日最大涌水量為248.7m3/d(10.4m3/h);TBM施工、襯砌施工排水估計在70m3/h,總計排水量為80.4m3/h。支洞進口與主支洞交叉點高差為58.56m,主洞反坡高差1.93m。綜合以上數據,采用污水泵加排水管路的方式向外排水。主支洞交叉處設立集水坑,安裝接力泵站將水排至洞外。

  2.3原設計方案

  根據管徑流量流速對照表,采用200mm管徑的排水管,最大安全流速2.5m/s,應該可以滿足施工排水管道的要求。根據沿程阻力計算公式計算得出施工段該管道最大沿程阻力Δh為49m,主洞排水高差為49-1.93=47.07m。參考泵的流量和揚程,排水管路離心泵采取耐磨礦用多級泵100DL(DLR)100-20,流量120m3/h,揚程128m,功率55kW。

  2.4現場優化應用

  最初設計排水泵有2個,都是55kW排水泵,一用一備。在TBM施工初期尚可滿足施工要求,但隨著施工距離的延長,出水點不斷增多,TBM原有排水系統已不能滿足施工需要。原有2臺55kW供水水泵因使用時間較長,集水池內積淤嚴重,經常造成水泵損壞,并多次進水底閥損壞、電機軸承損壞、電機底座磨損、電機燒壞等情況。為解決排水問題,利用原有高壓風管做排水管路,另外調撥2臺37kW水泵、新購買1臺45kW潛水泵和1臺55kW臥式離心泵,但2臺新購水泵均未能正常使用。

  1臺55kW排水泵和2臺37kW水泵使用2套排水管路日夜不停的抽水,主洞內水位仍在上漲,最嚴重時水位上漲120cm,即將淹到變壓器及連續皮帶機的主驅動,并且洞內軌道完全淹沒,機車運輸時看不到軌道多次掉道。在特殊時期甚至使用TBM支洞皮帶機出渣系統排水,在主洞內放置22kW污水泵直接排放到支洞皮帶機上面,然后運出洞外。為解決排水問題,經與水泵廠家進行現場考察、分析,用不到2天時間安裝2臺90kW多級泵,并增加1條超1700m的DN150mm排水管路。如此暫時將排水系統更改為如下的方式:

  (1)最早的1條排水管路直徑150mm,從集水池延伸到洞外沉淀池,裝有4臺水泵,2臺55kW水泵,1臺55kW水泵,1臺90kW水泵。(2)第2條排水管直徑200mm,但兩頭使用直徑100mm的軟管連接,裝有3臺水泵,1臺45kW潛水泵,2臺37kW水泵,在洞口使用DN80mm軟管延伸至洞外沉淀池。(3)第3條水管DN150mm,1臺90kW水泵,在支洞口排水。

  但是水泵及管路沒有達到最大工作效率,進行調整如下:(1)第1條管路使用3臺55kW水泵,一用兩備。(2)第2條管路使用90kW水泵,并將水管兩頭軟管去掉,更換成DN200mm鋼管。(3)第3條管路使用90kW水泵,使用鋼管將管路延伸至洞外沉淀池。排水系統經過改進以后暫時控制住了水位,但排水系統仍在日夜不停的運轉,不但浪費了大量的電能損耗,而且水泵一旦發生損壞,水位將立刻上漲。為了徹底解決排水問題,項目部組織人力、物力將2km富水區的漏水點進行灌漿封堵處理。經過1個多月的處理,排水問題終于徹底解決,僅使用1臺水泵即可滿足施工。

  3TBM施工中突涌水處理

  3.1涌水的危害

  具體危害如下:(1)涌水沖淋、浸泡TBM設備,損傷TBM液壓和電氣設施,特別是威脅軸承部件和電氣裝置的運行安全和使用壽命。(2)出水沖積渣料堆積于TBM下方,影響軌道鋪設。(3)出水流向TBM后部,淹及TBM后配套及材料運輸通道,破壞TBM正常的施工條件。(4)部分突涌水威脅人員的安全和隧洞穩定。

  3.2突涌水的處理方案與措施

  針對不同情況,采取排堵相結合的處理措施。(1)排水。在TBM施工過程中遇突涌水情況使TBM無法繼續掘進時,可依靠自流(上坡掘進)及施工排水系統將水排出洞外。待TBM刀盤附近水位降低時,TBM繼續向前掘進。(2)堵水。采取超前封堵的辦法封堵地下水。封堵地下水主要辦法是掌子面超前鉆孔預注漿。掌子面超前鉆孔預注漿的目的是在隧洞圍巖周圍形成足夠體積的水泥結石止水層,最終達到切斷通道、封閉水路、固結圍巖。對掌子面前方存在的一般富水區、富水區、強富水區采用超前注漿處理。根據富水區的水量不同情況,分3種處理方式:對高壓、大涌水量的富水區進行全斷面超前帷幕預注漿堵水施工;對低壓、較大涌水量的富水區進行全周邊超前帷幕預注漿堵水施工;對較小地下水量進行局部超前預注漿堵水施工。

  4質量控制與安全措施

  (1)定期檢修排水系統的所有設備,強制保養,按需保養,及時發現隱患。(2)依照工藝流程作業,嚴格遵守操作要點。(3)安全用電,經常檢查配電柜、電機、水泵,防止接地及電氣設備受潮。(4)定員定崗,確保排水工作順利進行,杜絕因排水系統而影響施工。

  5結束語

  在TBM施工中一定要提前預測地質條件,做好出現大涌水的應對措施。不但要做好TBM設備的防水工作,同時對于斜井排水的TBM施工也要做好排水系統的加強與改進,水泵數量要充足,排水管路要滿足排量,做到有備無患。從TBM結構設計,到現場排水方案的規劃以及對具體問題采取行之有效的措施等方面開展工作,則TBM排水工作一定會順利進行。

  [參考文獻]

  [1]游龍飛.TBM施工煤礦斜井防排水設計研究[J].施工技術,2016,45(22):42-45.

  [2]毛本慶.西康鐵路秦嶺隧道Ⅰ線TBM施工反坡排水方案設計與實施[J].公路隧道,2013(04):50-52.

  相關刊物推薦:《施工技術》系中華人民共和國住房和城鄉建設部主管,亞太建設科技信息研究院、中國建筑設計研究院、中國建筑工程總公司、中國土木工程學會主辦,是國內建設系統唯一的國家級專業科技期刊。《施工技術》創刊于1958年,多年來,及時追蹤報道建設領域的最新技術,以其實用性強、內容豐富的特色,深受工程技術人員的歡迎和好評,發行量在國內建筑領域遙遙領先。

  

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