水利水电工程隧洞排水处理

石有为

摘要：近年来，我国的核电能源开发已取得了空前的发展，相继兴建了一大批世界一流的核电站，其工程条件复杂、建设规模巨大、建设速度之快为世界所瞩目。由于地下输水隧洞易于布置、节省建筑材料、施工干扰少、环境破坏少等优点而被核电站广泛采用。特别是在一些地址条件十分复杂的地区，地下输水隧洞是唯一经济且可行的选择。地下隧洞的施工将不可避免地对地下围岩的原岩应力造成破坏，围岩应力重新分布进而导致围岩出现塑性破坏及过大的变形。当围岩变形较大时将影响地下工程的正常运行，严重的甚至会引起隧洞的坍塌，造成重大的生命财产损失，因此有必要对隧洞围岩进行支护，增强其强度，控制其变形。地下工程的规模、施工方法、支护结构、支护时机等同样会影响围岩的稳定性。

关键词：水利水电工程；隧洞；排水处理

引言

隧洞排水指的是从隧洞向外排水的一种水工隧洞，是水利工程的一项重要辅助建筑。加强对其小断面快速掘进施工工艺的探索，对于隧洞排水工程的整体发展有着积极的促进作用，施工团队应选择合理的施工设备、布设方式以及对应的施工技术，实现小断面的快速掘进。

1排水方案设计总体思路

在隧洞排水方案设计过程中，涌水值为估算值，实际施工时可能水量较大，若选择排水能力小则可能无法满足排水要求，也可能水量较小，若选择排水能力大则导致成本增加。斜井的抽排水组织是减少斜井施工干扰、提升斜井施工进度的关键因素。由于排水量具有不确定性，因此施工期排水设备配置主要根据施工作业面最大预测水量配置，并适当考虑预留备用。在支洞与主洞交叉口部位设置排水泵站，水泵扬程一级布置，流量逐级增加：基础流量为最大预测水量，并按现场实际情况调整，抽排能力不足时根据流量情况按照50m3/h、100m3/h、150m3/h一级逐级增加水泵。

2排水布置设计

隧洞施工支洞进入主洞后，作为交叉口上、下游主洞施工通道和排水通道。在交叉口部位设置排水泵站，上游侧和下游侧工作面渗水及施工用水及支洞渗水等通过泵站抽排至洞口污水处理系统，处理后排放或二次利用，洞内设置3趟排水管，在断层带及富水段前，先安装趟管路，预留1趟管路的位置，在开挖至断层带或岩溶富水段时，可根据现场情况安装第3趟管路。其中交叉口上游侧自流至交叉口水池，在主洞侧设宽50cm，深30cm排水沟，工作面潜水泵辅助集中水流；下游侧在衬砌段设潜水泵抽排掌子面附近渗水及施工用水至钢板水箱，未衬砌段根据现场施工场地设集水坑，利用潜水泵将水抽排至邻近水箱，距离1km设置1个长期集水箱，掌子面附近设置1个临时集水池（坑）。

3水利水电工程隧洞排水处理方法

根据水利水电工程施工活动特点，确定隧洞建设过程中隧洞排水处理方案，施工过程中应建立相应的环境保护管理体系并做好运行维护工作，为工程的顺利建设创造良好条件。(1)进行隧洞排水处理设计的前提是需要预估隧洞排水强度，而在环评及初步设计阶段，工程施工尚未开始，设计使用的隧洞排水强度均为预估强度。因此，施工过程中需做好隧洞排水强度的记录，从而验证前期设计的可靠性，同时也可为其他隧洞工程提供宝贵的经验。(2)隧洞排水处理方案选择较多，而最佳的处理方案需结合现场施工条件、自然环境条件等综合选择。(3)目前水利水电工程施工期隧洞排水处理没有相应的规程、规范可依，设计参数的选择只能参照类似工程或其它行业规范。因此，隧洞排水处理的设计需在工程实践中不断调整并积累经验，以寻求最佳的设计参数。(4)工程实施过程中，依然存在一些问题导致隧洞排水处理效果不稳定，如清淤不及时、加药系统运行不稳定等。因此，不仅需做好相关土建工程工作，同时仍需做好施工期运行管理维护工作。(5)隧洞排水处理过程中的清淤污泥含水量较高，工程设计及运行管理过程中需充分考虑清淤污泥的干化工艺及场地。

4水利水电工程隧洞排水处理注意事项

4.1平流式自然沉淀法

高悬浮物的隧洞排水经隧洞口提升泵进入预沉池，以除去大颗粒悬浮物，然后进入两级平流式沉淀池进行自然沉淀，上清液排放，泥沙外运至附近渣场。该处理方案的特点是工艺流程简单，基建技术要求不高，运行操作简单，运行费用少，但为达到较好的处理效果，沉淀池的规模较大，占地大。

4.2引水隧洞开挖方法

首先在支洞边坡土石方进行明挖、支护以及支洞口的锁口，其后在施工支洞与引水隧洞交叉段开挖与支护，最后在引水隧洞上下游位置开挖。引水隧洞形状如城门洞型，开挖时高度与宽度皆可设定为2.7m，应用全断面光面的形式实施爆破，在开挖Ⅳ、Ⅴ级围岩地段时，遵循设计方案来布锚杆→钢筋网→钢拱架→喷射混凝土。开挖按照光面爆破要求进行，钻孔时选择YT-28气腿钻，以直线掏槽的形式掏槽孔，且在槽孔中心钻出42mm装药孔，在药孔周边10cm内再打5只直径为2mm孔，但不需要装药，达到改善掏槽效果的目的即可。在设计隧道爆破网络时主要应用孔内延的方式，孔外主要应用瞬发非电雷管分区簇联，每簇控制在20发内。隧道口段网路联接过程中由于与其他建筑物的距离有着一定差异，因此通过科学的计算来控制最大单响药量，使爆破震动在规定范围内，必要时进行试点爆破以确保安全。

4.3小转弯半径施工方案

抽水蓄能电站排水廊道隧洞一般围绕地下厂房修建，受线路布局等客观条件限制,需要设计合适的曲率,与引水隧洞普遍的直线线路或者大曲率半径线路不同,其曲线转弯半径要求极小,多为30~50m。TBM设计时需着重考虑超小转弯半径施工的整机适应性,TBM调向、设备通过能力、皮带机出渣等方面需特殊设计,以满足整机小半径转弯的性能要求。因抽水蓄能电站修建选址的特殊性,紧凑型TBM多应用在以Ⅱ、Ⅲ类围岩为主的隧洞中,岩石饱和抗压强度多为90~150MPa,岩石质量指标RQD值为80%~95%,围岩完整性好,石英质量分数高。TBM长距离掘进的情况下,对TBM的高效破岩能力、刀盘耐磨性要求较高。小半径转弯工况时,边缘滚刀刀圈内侧将承受较大的载荷且受力严重偏离了正压力方向,会加速边缘滚刀刀圈内侧的磨损,因此,需对边缘滚刀进行针对性设计以延长刀具使用寿命。排水廊道隧洞围绕地下厂房螺旋分层布置,每层受交通洞、排水洞线路交叉影响,相邻洞口间距为100~400m,连续开挖距离较短,过站频繁。同时,受洞内运输、组装场地空间限制,无法安装大型起重机械,TBM主机在扩大洞室组装完成顶推掘进至始发洞室后方可进行后配套组装。因此,应尽量缩短TBM主机、单机和整机长度,减小各部件的结构尺寸、质量,以方便洞内运输、吊运和组装,缩短整机组装时间。

结束语

隧洞施工，必须采取有效措施确保抽排水，以确保开挖正常进行。抽排水布置应充分考虑泥沙、排水量、电力、清淤、经济成本等诸多因素的影响，保证能有效、经济合理的将来水排除，其主要设施包括水管、泵站、机组、变压器等。抽排水工作在大倾角富水斜井施工中极其重要性，只有解决好抽排水工作才能加快隧道施工进度，为隧道各项工序的正常进行提供强有力的保障，才能为企业创造可观的经济效益，因此在大倾角富水斜井施工中，除采取合理的抽水设备配置外，抽水设备节能问题有待进一步研究和探讨。

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