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长大隧洞TBM施工排水优化施工技术

发布时间:2019-06-29 12:05所属分类:科技论文浏览:1

[摘要]TBM施工排水由正常排水和突发涌水组成。文章介绍了吉林省中部城市引松供水工程总干线施工二标段TBM施工段排水系统的改进与加强,使之适应斜井排水的TBM施工,确保可靠排水,可供类似斜井工程参考。 [关键词]TBM施工排水;优化应用;涌突水处理 TBM全断面

  [摘要]TBM施工排水由正常排水和突发涌水组成。文章介绍了吉林省中部城市引松供水工程总干线施工二标段TBM施工段排水系统的改进与加强,使之适应斜井排水的TBM施工,确保可靠排水,可供类似斜井工程参考。

  [关键词]TBM施工排水;优化应用;涌突水处理

施工技术

  TBM全断面掘进机施工埋深大、线路长的隧道(洞)已成为国际上快速开挖隧道的主流,是国内外最先进的隧道施工方法之一[1]。隧道掘进机在隧道施工中的用水量相当大,并且刀盘喷水、刀盘驱动等冷却水为开式循环系统,废水排放量很大。在涌水量较大区域施工时,必须设置合理的排水系统,采用可靠的排水措施,才能保证设备和人员的安全[2]。

  吉林省中部城市引松供水工程总干线在隧道断层处可能有大涌水,一旦在突、涌水情况下,排水系统的任何部位出现故障均可能导致TBM掘进施工无法正常进行。为杜绝因排水不力而导致停机的情况发生,必须改造、加强和优化排水系统,保证施工生产的正常进行。

  1工程概况

  吉林省中部城市引松供水工程总干线施工2标段位于吉林市丰满水库至温德河左岸之间,线路桩号2+000m-24+600m,总长度22600m。工程主要内容包括长22600m引水隧洞、1#通风竖井(桩号15+510m处)、2个施工支洞(2#支洞、3#支洞)及其他临时工程。引水隧洞按照施工方法可分为3部分,即TBM出口段、TBM段和过温德河段,其中TBM段施工总长度为19797m。3#支洞投影长度413m,综合坡度14.18%(为单一坡度),支洞进口底板与主洞高差为58.55m。

  本标段线路总体走向由北东向南西,地貌为中低山、低山、丘陵和相间沟谷。沿线山势连绵起伏,植被发育,洞室最大埋深536.8m。除沿线分布的断裂带、岩性接触带地下水赋存条件最好,其它岩性段赋存条件较差。浅部岩体由于受构造作用的切割,促成构造裂隙与风化裂隙的连通,构成较强的含水介质,是地下水获得渗水补给和赋存的场所。而深部岩体结构面多微张~闭合,透水性微弱,一般含水贫乏。地下水主要为基岩裂隙水(含风化裂隙水、构造裂隙水)。本段洞线穿越的岩体多以微风化为主,其透水性基本为微透水~弱透水。构造破碎带和节理密集带透水率相对较大,一般为弱透水~中等透水。

  2TBM施工排水措施

  2.1主洞施工排水

  本工程TBM施工段的施工环境和施工条件给施工排水提出了很高的要求。主洞坡度0.2326‰,且距离较长,无法实现自流排水。当发生涌水后,主机后部的排水泵将污水排至后配套,通过软水管和隧洞内排水管进行连接,再通过支洞梯级排水排出洞外。根据施工条件,TBM主机后配套部位安装2台离心泵,吸水口通过排水管引到钢枕铺设区,出水口通过排水管引到后配套尾部。

  在后配套尾部安装2套软排水管滚筒,通过滚筒将TBM主机上排水管和隧洞排水管连接起来。隧洞内涌水较大位置设立排水泵站,污水泵与排水管连接将涌水排至洞口。主洞与各支洞交叉处设集水坑,利用集水坑处排水设备将污水梯级提升排至洞外。支洞坡度较大,在支洞中段设立多个集水坑将污水接力排至洞外。支洞自身污水、渗水通过重力作用顺流汇至支洞交叉口的集水坑。本工程各施工段正常涌水较小,可能出现较大涌水量的断层构造带及影响带位于四间房河段(桩号15+500-16+300)、低阻异常带Fw9-1及Fw9-1段(桩号9+900-10+400),最大涌水量分别为85m3/(d·m)、82.9m3/(d·m)。TBM施工排水、衬砌施工排水合计在70m3/h左右。

  2.2支洞排水

  TBM第一阶段施工段包含主洞8298m,正常段内基本无涌水。本段包含涌水量较大的洞段处于下穿四间房河段,长度500m,估计最大涌水量为82.9m3/(d·m)。根据生产进度安排,断层带每日进尺3m,开挖后进行防堵水施工,因此日最大涌水量为248.7m3/d(10.4m3/h);TBM施工、衬砌施工排水估计在70m3/h,总计排水量为80.4m3/h。支洞进口与主支洞交叉点高差为58.56m,主洞反坡高差1.93m。综合以上数据,采用污水泵加排水管路的方式向外排水。主支洞交叉处设立集水坑,安装接力泵站将水排至洞外。

  2.3原设计方案

  根据管径流量流速对照表,采用200mm管径的排水管,最大安全流速2.5m/s,应该可以满足施工排水管道的要求。根据沿程阻力计算公式计算得出施工段该管道最大沿程阻力Δh为49m,主洞排水高差为49-1.93=47.07m。参考泵的流量和扬程,排水管路离心泵采取耐磨矿用多级泵100DL(DLR)100-20,流量120m3/h,扬程128m,功率55kW。

  2.4现场优化应用

  最初设计排水泵有2个,都是55kW排水泵,一用一备。在TBM施工初期尚可满足施工要求,但随着施工距离的延长,出水点不断增多,TBM原有排水系统已不能满足施工需要。原有2台55kW供水水泵因使用时间较长,集水池内积淤严重,经常造成水泵损坏,并多次进水底阀损坏、电机轴承损坏、电机底座磨损、电机烧坏等情况。为解决排水问题,利用原有高压风管做排水管路,另外调拨2台37kW水泵、新购买1台45kW潜水泵和1台55kW卧式离心泵,但2台新购水泵均未能正常使用。

  1台55kW排水泵和2台37kW水泵使用2套排水管路日夜不停的抽水,主洞内水位仍在上涨,最严重时水位上涨120cm,即将淹到变压器及连续皮带机的主驱动,并且洞内轨道完全淹没,机车运输时看不到轨道多次掉道。在特殊时期甚至使用TBM支洞皮带机出渣系统排水,在主洞内放置22kW污水泵直接排放到支洞皮带机上面,然后运出洞外。为解决排水问题,经与水泵厂家进行现场考察、分析,用不到2天时间安装2台90kW多级泵,并增加1条超1700m的DN150mm排水管路。如此暂时将排水系统更改为如下的方式:

  (1)最早的1条排水管路直径150mm,从集水池延伸到洞外沉淀池,装有4台水泵,2台55kW水泵,1台55kW水泵,1台90kW水泵。(2)第2条排水管直径200mm,但两头使用直径100mm的软管连接,装有3台水泵,1台45kW潜水泵,2台37kW水泵,在洞口使用DN80mm软管延伸至洞外沉淀池。(3)第3条水管DN150mm,1台90kW水泵,在支洞口排水。

  但是水泵及管路没有达到最大工作效率,进行调整如下:(1)第1条管路使用3台55kW水泵,一用两备。(2)第2条管路使用90kW水泵,并将水管两头软管去掉,更换成DN200mm钢管。(3)第3条管路使用90kW水泵,使用钢管将管路延伸至洞外沉淀池。排水系统经过改进以后暂时控制住了水位,但排水系统仍在日夜不停的运转,不但浪费了大量的电能损耗,而且水泵一旦发生损坏,水位将立刻上涨。为了彻底解决排水问题,项目部组织人力、物力将2km富水区的漏水点进行灌浆封堵处理。经过1个多月的处理,排水问题终于彻底解决,仅使用1台水泵即可满足施工。

  3TBM施工中突涌水处理

  3.1涌水的危害

  具体危害如下:(1)涌水冲淋、浸泡TBM设备,损伤TBM液压和电气设施,特别是威胁轴承部件和电气装置的运行安全和使用寿命。(2)出水冲积渣料堆积于TBM下方,影响轨道铺设。(3)出水流向TBM后部,淹及TBM后配套及材料运输通道,破坏TBM正常的施工条件。(4)部分突涌水威胁人员的安全和隧洞稳定。

  3.2突涌水的处理方案与措施

  针对不同情况,采取排堵相结合的处理措施。(1)排水。在TBM施工过程中遇突涌水情况使TBM无法继续掘进时,可依靠自流(上坡掘进)及施工排水系统将水排出洞外。待TBM刀盘附近水位降低时,TBM继续向前掘进。(2)堵水。采取超前封堵的办法封堵地下水。封堵地下水主要办法是掌子面超前钻孔预注浆。掌子面超前钻孔预注浆的目的是在隧洞围岩周围形成足够体积的水泥结石止水层,最终达到切断通道、封闭水路、固结围岩。对掌子面前方存在的一般富水区、富水区、强富水区采用超前注浆处理。根据富水区的水量不同情况,分3种处理方式:对高压、大涌水量的富水区进行全断面超前帷幕预注浆堵水施工;对低压、较大涌水量的富水区进行全周边超前帷幕预注浆堵水施工;对较小地下水量进行局部超前预注浆堵水施工。

  4质量控制与安全措施

  (1)定期检修排水系统的所有设备,强制保养,按需保养,及时发现隐患。(2)依照工艺流程作业,严格遵守操作要点。(3)安全用电,经常检查配电柜、电机、水泵,防止接地及电气设备受潮。(4)定员定岗,确保排水工作顺利进行,杜绝因排水系统而影响施工。

  5结束语

  在TBM施工中一定要提前预测地质条件,做好出现大涌水的应对措施。不但要做好TBM设备的防水工作,同时对于斜井排水的TBM施工也要做好排水系统的加强与改进,水泵数量要充足,排水管路要满足排量,做到有备无患。从TBM结构设计,到现场排水方案的规划以及对具体问题采取行之有效的措施等方面开展工作,则TBM排水工作一定会顺利进行。

  [参考文献]

  [1]游龙飞.TBM施工煤矿斜井防排水设计研究[J].施工技术,2016,45(22):42-45.

  [2]毛本庆.西康铁路秦岭隧道Ⅰ线TBM施工反坡排水方案设计与实施[J].公路隧道,2013(04):50-52.

  相关刊物推荐:《施工技术》系中华人民共和国住房和城乡建设部主管,亚太建设科技信息研究院、中国建筑设计研究院、中国建筑工程总公司、中国土木工程学会主办,是国内建设系统唯一的国家级专业科技期刊。《施工技术》创刊于1958年,多年来,及时追踪报道建设领域的最新技术,以其实用性强、内容丰富的特色,深受工程技术人员的欢迎和好评,发行量在国内建筑领域遥遥领先。

  

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