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【摘 要】在山区引水工程中小断面隧洞的应用越来越广，施工过程中地下水处理量大，从设计环节优化方案，可降低安全风险，提高施工效率，节约成本。本文结合隧洞施工和现场试验主要针对施工排水存在的问题，提出解决思路，可为今后类似工程提供有价值的参考。
【关键词】水工隧洞；施工排水
1.问题的提出
伴随着社会的向前不断发展，人们对生活用水、农田灌溉、城市用水等需求的提高，山区水利工程也从过去以小型水利建设模式逐步向规模化迈进，跨中小流域跨地区引（输）水设施越来越多，其中采取直穿大山的引（输）水隧洞方式，正在以现有施工技术的支持下，大量取代传统的长距离绕山修渠之法，因此如何合理优化设计以降低安全风险，提高施工效率，降低施工成本，缩短工期，对水利工程引（输）水隧洞具有一定的现实意义。
2.影响水工隧洞施工的主要因素
山区水工隧洞多数穿越小流域间山体，一般途径山脉中部，埋深较大，洞身较长，建设期间隧洞中间经常难以开设施工支洞，多为进出口掘进，作业面少；即使有开设支洞的条件，受地形影响支洞多为反坡，且支洞长度出现数百米乃至上千米的情况。施工时除可能发生洞壁（顶）塌陷、出现有害气体外，一般均有地下水出露，当隧洞周围岩体遭遇溶洞、溶腔时，受到极为发育的裂隙影响，隧洞内涌水骤增，安全风险较大，且处理难度较大，尤其是反坡隧洞发生洞内涌水时，处理不好时，经常淹没工作面，严重影响施工进度，甚至造成工程停工。以黔中水利枢纽一期工程桂松干渠大山哨隧洞2#支洞为例，该支洞的洞脸上方一条断面1.5x1.5米灌溉水渠横跨隧洞，渠底至洞顶埋深9米，在当地农田进行灌溉时，水渠内水流高度约1米，因洞脸周围岩体裂隙极为发育，因此水渠多处渗漏的水流通过岩层裂隙往隧洞内汇流，由隧洞内一小型溶洞处骤然喷涌而出，因支洞为反坡隧洞，导致近300米支洞数小时内全面淹没，且水渠持续放水灌溉及受到雨季降雨影响，造成该支洞发生数次积水排除后未及增强排水设施又被淹没的情况，导致近两个月未能复工。
3.施工期洞内排水存在的问题
3.1排水困难
隧洞内输水管较长，扬程大，且一般为软管，沿程损失较大，输水效率低。如前文所述黔中水利枢纽一期工程桂松干渠大山哨隧洞，全长8570米，共设3个支洞辅助施工，整个隧洞洞身长、断面小，同时该隧洞整体埋深均处于地下水位10至110米，溶洞、裂隙、地下暗河发育，岩溶水文地质条件复杂属于典型的喀斯特地貌，支洞、主洞共上百个大小涌水点，日均涌水量达5万立方米。掘进初期采用分段、分点抽水，建立多级临时中转泵站，每个支洞内管道多达6至8条，当遭遇涌水量过大时根本无法施工，只能建立集中泵站，配备大功率、高扬程、大流量离心泵、布置大管径钢管输水。
3.2动力备置困难
随着工程的逐渐展开推进，隧洞内动力线路也不断延伸，照明、排水负荷增大，线损逐渐增高，供电质量愈发难以满足设备的要求，因此泵站排水能力逐渐下降，直至每个支洞与主洞交接的喇叭口附近增设了变压器后方保证正常施工。另因隧洞内涌水量大、持续时间长，需24小时不间断抽水，而进入雨季施工因恶劣天气导致停电情况，及大功率水泵较多总功率过大导致大电无法满足正常施工需要，因此施工现场需要配备一定相应的发电机来保证正常施工。
3.3设备配置难以与实际匹配
隧洞内涌水点位置、涌水大小随岩层情况、涌水时间变化，无法准确预计，难以储备合适的设备以供使用及调换，必须配备大量备用件以及配置备用水泵，否则一旦突遇新岩层大量涌水情况时，无法及时增设合适的设备或设备故障的情况下均将出现淹洞，通常会影响施工三至十天工期，严重的达到1至2个月的时间。
3.4设备损坏严重
隧洞内空间窄小无法安置合适数量的备用水泵，各处泵站持续运作，无法得到有效保养，极容易烧坏抽水设备。
3.5影响施工进度
隧洞内场地较为狭小，各项设备、管道难以布置，经常发生装载机、出渣车磕碰坏管道导致停工抢修的现象；遭遇涌水骤然增加的情况时，工作面几乎布满增设的中转排水的各种小型水泵、管道，无法进行正常施工，导致进度缓慢，同时造成大面积的窝工现象。
4.建议
中长小断面隧道设计时，目前较少考虑地下水对施工进度等的影响，大多数仅仅考虑了围岩稳定、有害气体等不利因素，对水害则采取出水就被动抽水，且对隧洞内涌水量亦未做过多考虑，未进行多方案比较分析。在实际工程应用时，设计断面的主要控制不仅考虑过水能力，也应多考虑施工操作断面。因此，设计时可将支洞设定于洞短、扬程小的合理位置，且支洞断面适当扩大，为施工排水、正常施工预留富余空间，论证分析采用建设工程措施后可能增加的工程投资和操作的可行性，根据地质情况进行详细分析，预估地下水可能造成的危害程度及各段涌水量，估算可能造成的工期延误、工程投资增大等因素，通过综合平衡，尽量改善施工条件，减轻可能在施工时由地下水造成的施工困难和避免大量工程成本发生。
5.排水机械、设备布置
5.1电源线路及控制箱布置
洞内电源主线路采用三相四线制防水电缆，必须经过各主配电箱和分配电箱，总体形成电源线路的串联方式布置，采取多级保护措施。 水泵用电必须遵循一机一闸用电要求，水泵均从配电箱接入，配电箱与电线、电缆设置在隧洞侧墙指定位置，按照相关要求安装和配置断电、漏电保护装置。
5.2水泵及排水管布置
竖井底部集水井配备两台大功率、高扬程水泵（功率40kW离心泵和功率55kW潜水泵），竖井下游其他各集水井水泵的标准可适当降低， 一般规格为14～18kW的离心泵和潜水泵。洞内各集水井之间的排水管采用橡胶软管，具体规格的大小根据各集水井所用水泵的规格大小而定，排水管沿洞壁底角顺直布设，防止施工车辆碾压和弯曲，与洞内用电线路布设在同一侧壁，但与用电线路距离约为0.80m。每一集水井在使用潜水泵时，泵悬吊于距离集水井井底约20cm左右，以避免集水井内杂物进入潜水泵，影响正常的抽排水。
6.管理措施
隧洞抽排水指定专人负责， 建立制度约束机制，根据洞内岩石裂隙水大小情况，采取定时不定时的检查水泵等抽排水设施、设备运行情况，及时发现问题并解决处理，并详细记录，对损坏的水泵由专人进行维修。通常条件下，为了最大程度的减少在抽排水过程中的人员配置，多采用在集水井内安装自动抽排水装置，当集水井内水量到达一定的水位时，水泵会自动向另一集水井抽排水，依次循环，再加上专职人员定时不定时的检查、维修和养护，可确保隧洞抽排水的正常进行，从而保证隧洞其他工序的施工。
【参考文献】
[1]汪海滨.山岭隧道地下水规律及防治方法研究[D].西南交通大学，2002.
[2]刘翠容，姚令侃.隧道工程地下水处理与生态环境保护[J].铁道建筑，2005，（3）：24-27.
[3]关宝树.隧道工程施工要点集[M].人民交通出版社，2003.
[4]王建宇.再谈隧道衬砌水压力[J].现代隧道技术，2003，40（3）：5-10.
【关键词】水工隧洞；施工排水
1.问题的提出
伴随着社会的向前不断发展，人们对生活用水、农田灌溉、城市用水等需求的提高，山区水利工程也从过去以小型水利建设模式逐步向规模化迈进，跨中小流域跨地区引（输）水设施越来越多，其中采取直穿大山的引（输）水隧洞方式，正在以现有施工技术的支持下，大量取代传统的长距离绕山修渠之法，因此如何合理优化设计以降低安全风险，提高施工效率，降低施工成本，缩短工期，对水利工程引（输）水隧洞具有一定的现实意义。
2.影响水工隧洞施工的主要因素
山区水工隧洞多数穿越小流域间山体，一般途径山脉中部，埋深较大，洞身较长，建设期间隧洞中间经常难以开设施工支洞，多为进出口掘进，作业面少；即使有开设支洞的条件，受地形影响支洞多为反坡，且支洞长度出现数百米乃至上千米的情况。施工时除可能发生洞壁（顶）塌陷、出现有害气体外，一般均有地下水出露，当隧洞周围岩体遭遇溶洞、溶腔时，受到极为发育的裂隙影响，隧洞内涌水骤增，安全风险较大，且处理难度较大，尤其是反坡隧洞发生洞内涌水时，处理不好时，经常淹没工作面，严重影响施工进度，甚至造成工程停工。以黔中水利枢纽一期工程桂松干渠大山哨隧洞2#支洞为例，该支洞的洞脸上方一条断面1.5x1.5米灌溉水渠横跨隧洞，渠底至洞顶埋深9米，在当地农田进行灌溉时，水渠内水流高度约1米，因洞脸周围岩体裂隙极为发育，因此水渠多处渗漏的水流通过岩层裂隙往隧洞内汇流，由隧洞内一小型溶洞处骤然喷涌而出，因支洞为反坡隧洞，导致近300米支洞数小时内全面淹没，且水渠持续放水灌溉及受到雨季降雨影响，造成该支洞发生数次积水排除后未及增强排水设施又被淹没的情况，导致近两个月未能复工。
3.施工期洞内排水存在的问题
3.1排水困难
隧洞内输水管较长，扬程大，且一般为软管，沿程损失较大，输水效率低。如前文所述黔中水利枢纽一期工程桂松干渠大山哨隧洞，全长8570米，共设3个支洞辅助施工，整个隧洞洞身长、断面小，同时该隧洞整体埋深均处于地下水位10至110米，溶洞、裂隙、地下暗河发育，岩溶水文地质条件复杂属于典型的喀斯特地貌，支洞、主洞共上百个大小涌水点，日均涌水量达5万立方米。掘进初期采用分段、分点抽水，建立多级临时中转泵站，每个支洞内管道多达6至8条，当遭遇涌水量过大时根本无法施工，只能建立集中泵站，配备大功率、高扬程、大流量离心泵、布置大管径钢管输水。
3.2动力备置困难
随着工程的逐渐展开推进，隧洞内动力线路也不断延伸，照明、排水负荷增大，线损逐渐增高，供电质量愈发难以满足设备的要求，因此泵站排水能力逐渐下降，直至每个支洞与主洞交接的喇叭口附近增设了变压器后方保证正常施工。另因隧洞内涌水量大、持续时间长，需24小时不间断抽水，而进入雨季施工因恶劣天气导致停电情况，及大功率水泵较多总功率过大导致大电无法满足正常施工需要，因此施工现场需要配备一定相应的发电机来保证正常施工。
3.3设备配置难以与实际匹配
隧洞内涌水点位置、涌水大小随岩层情况、涌水时间变化，无法准确预计，难以储备合适的设备以供使用及调换，必须配备大量备用件以及配置备用水泵，否则一旦突遇新岩层大量涌水情况时，无法及时增设合适的设备或设备故障的情况下均将出现淹洞，通常会影响施工三至十天工期，严重的达到1至2个月的时间。
3.4设备损坏严重
隧洞内空间窄小无法安置合适数量的备用水泵，各处泵站持续运作，无法得到有效保养，极容易烧坏抽水设备。
3.5影响施工进度
隧洞内场地较为狭小，各项设备、管道难以布置，经常发生装载机、出渣车磕碰坏管道导致停工抢修的现象；遭遇涌水骤然增加的情况时，工作面几乎布满增设的中转排水的各种小型水泵、管道，无法进行正常施工，导致进度缓慢，同时造成大面积的窝工现象。
4.建议
中长小断面隧道设计时，目前较少考虑地下水对施工进度等的影响，大多数仅仅考虑了围岩稳定、有害气体等不利因素，对水害则采取出水就被动抽水，且对隧洞内涌水量亦未做过多考虑，未进行多方案比较分析。在实际工程应用时，设计断面的主要控制不仅考虑过水能力，也应多考虑施工操作断面。因此，设计时可将支洞设定于洞短、扬程小的合理位置，且支洞断面适当扩大，为施工排水、正常施工预留富余空间，论证分析采用建设工程措施后可能增加的工程投资和操作的可行性，根据地质情况进行详细分析，预估地下水可能造成的危害程度及各段涌水量，估算可能造成的工期延误、工程投资增大等因素，通过综合平衡，尽量改善施工条件，减轻可能在施工时由地下水造成的施工困难和避免大量工程成本发生。
5.排水机械、设备布置
5.1电源线路及控制箱布置
洞内电源主线路采用三相四线制防水电缆，必须经过各主配电箱和分配电箱，总体形成电源线路的串联方式布置，采取多级保护措施。 水泵用电必须遵循一机一闸用电要求，水泵均从配电箱接入，配电箱与电线、电缆设置在隧洞侧墙指定位置，按照相关要求安装和配置断电、漏电保护装置。
5.2水泵及排水管布置
竖井底部集水井配备两台大功率、高扬程水泵（功率40kW离心泵和功率55kW潜水泵），竖井下游其他各集水井水泵的标准可适当降低， 一般规格为14～18kW的离心泵和潜水泵。洞内各集水井之间的排水管采用橡胶软管，具体规格的大小根据各集水井所用水泵的规格大小而定，排水管沿洞壁底角顺直布设，防止施工车辆碾压和弯曲，与洞内用电线路布设在同一侧壁，但与用电线路距离约为0.80m。每一集水井在使用潜水泵时，泵悬吊于距离集水井井底约20cm左右，以避免集水井内杂物进入潜水泵，影响正常的抽排水。
6.管理措施
隧洞抽排水指定专人负责， 建立制度约束机制，根据洞内岩石裂隙水大小情况，采取定时不定时的检查水泵等抽排水设施、设备运行情况，及时发现问题并解决处理，并详细记录，对损坏的水泵由专人进行维修。通常条件下，为了最大程度的减少在抽排水过程中的人员配置，多采用在集水井内安装自动抽排水装置，当集水井内水量到达一定的水位时，水泵会自动向另一集水井抽排水，依次循环，再加上专职人员定时不定时的检查、维修和养护，可确保隧洞抽排水的正常进行，从而保证隧洞其他工序的施工。
【参考文献】
[1]汪海滨.山岭隧道地下水规律及防治方法研究[D].西南交通大学，2002.
[2]刘翠容，姚令侃.隧道工程地下水处理与生态环境保护[J].铁道建筑，2005，（3）：24-27.
[3]关宝树.隧道工程施工要点集[M].人民交通出版社，2003.
[4]王建宇.再谈隧道衬砌水压力[J].现代隧道技术，2003，40（3）：5-10.