隧洞TBM施工排水及突涌水专项施工措施分析

张研

【摘要】目前TBM施工在国内已经广泛应用于水利、交通等行业，施工环境越来越趋于复杂，但在TBM施工过程中也存在诸多安全隐患，现场实际排水能力和理论计算排水能力往往相差较大，一旦发生瞬时大流量突涌水，极有可能导致施工暂停且易引发安全事故；因此，需要对隧洞的实际排水能力进行准确的计算分析，以便根据预测的最大突涌水量采取相应的工程措施，避免突涌水状况下TBM设备被淹受损，影响施工。

【关键词】隧洞TBM；施工排水；突涌水技术

一、前言

从目前的现状来看，TBM施工在国内已经广泛应用于水利、交通等行业，施工环境越来越趋于复杂，本文结合TBM施工工法对施工过程中排水存在的问题进行解决，并且加强采取相应的技术措施解决施工突涌水。

二、工程概况

新疆某水利工程T3标段1#施工支洞为某工程主洞的施工支洞，支洞设计长度为2583.56m，纵坡为10.4%。

支洞采用钻爆法与TBM开挖相结合的施工方案，均为顺坡掘进、逆坡排水。钻爆法设计施工长度为1002m，实际施工长度为965m，TBM法设计施工长度为1581.56m，实际施工长度为1614.493m。

三、TBM施工排水技术方案

1、排水量估算

（1）稳定渗涌水量计算：

支洞全长稳定渗涌水量=非断层稳定渗涌水量+断层稳定渗涌水量

=（494+384）+（561+2463+1001+3012+90）

=333.5m3/h

（2）最大渗涌水量计算：

支洞最大渗涌水量=非断层稳定渗涌水量+稳定断层渗涌水量+前500m断层最大 渗涌水量 +施工断层最大渗涌水量

=[494×（1038-110）/1038+384×（804-168）/804]+（561+2463+1001+3012）+（9137）+（291）

=717.1 m3/h

注：1.稳定断层渗涌水量为开挖完成时间超过1个月后的断层渗涌水量；

2.计算假设在施工本断层时，掌子面后500m范围洞段为最大渗涌水，500m后已达到稳定渗涌水量。

综上所述，支洞最大渗涌水量发生在支洞桩号2+146m～2+396m段最大汇水量为717.1m3/h。

2、排水方案

（1）排水系统能力

根据相关要求，支洞最大出水量为720m3/h，排水系统设计在TBM处按照大于720m3/h设计。

（2） 不同水质的水泵选型

为提高排水效率，结合被排水水质，TBM后配套水箱前配置6台排污泵，后配套水箱之后水泵全部配置为矿用耐磨泵。

（3）泵站的设置

主、支洞交叉口地面与支洞洞口底板高差高达251m，为减少排水运行费用，应：

1）支洞开挖后尽可能进行堵水处理。

2）支洞沿线分级排水，设置接力泵站。

（4） 管道流速选择

正常排水管道流速应为1.5m/s～2m/s，应急排水管道流速应为3m/s～3.5m/s。

（5） 排水管壁厚选择

为降低成本，根据管道的排水压力，选取相应经济壁厚，当管路≤200mm时，管道壁厚为2种；当管路直径>200mm且≤400mm时，管道壁厚拟为3种。壁厚应充分考虑水锤产生的压力。

（6） 清、污水分别排放

为减少污水处理量，污、清分别排放，正常排水管道（污水）应排入洞外沉淀池，处理后排放；应急排水及洞体渗水（清水）应直接排放，特别注意洞体渗水及突涌水的排水系统应独立设计，不应与正常排水混合。

（7） 延伸排水管道闸阀设置

TBM掘进段的排水管路沿线设置闸阀，其间距应不小于300m。

（8） 洞壁管道布置

TBM后配套的排水管路延伸储存装置布置在右侧，存在与集水井和集水箱不同侧问题，在主支洞交叉口存在与中转服务区交叉，支洞施工期间应急排水管路设置在进洞方向的左侧，正常排水的管道设置在隧洞左侧。

（9） 管道延伸方式

直径不大于200mm的排水管路，延伸储存装置的型式采用卷筒式；当管路直径为400mm时，TBM后配套部分采用DN250mm的高压软管与DN426mm的钢管相连，高压软管采用S型收放储存，收放储存量不小于12m，实现TBM掘进管路不中断功能。

（10） 泵站布置

支洞泵站包括TBM后配套泵站和支洞洞段各沿线泵站。TBM后配套污水箱前、后泵站，支洞洞段从主支洞交叉口起，共设三级泵站，设置在支0+930.0m、支1+965m及主9+620m处，分级接力抽排。

四、加强突涌水技术的措施

为避免隧道出现突泥涌水情况，必须加强隧道的超前地质预报。隧道施工前，对全隧道采用长距离的TRT2000地震反射法地质预报，宏观掌握掌子面前方的地质情况，采用红外探水在富水带30米左右处进行一次中长距离的探测，对围岩的地质情况及富水程度再次进行预测和验证。如有异常对异常处采用钻孔进行验证，并指导施工，最后探明情况后施工利用TBM设备上配备的1台COP1838HD钻机进行施打50米的超前探孔，进行每个开挖循环的跟踪预报和探测。超前探孔的布置在二圈眼的位置，拱顶1个、两边各1个，根据情况再增加，保证有3个以上的探孔，并及时进行信息收集、处理、反馈，并根据预报结果，及时报相关单位，调整设计，改变施工方案及施工方法。根据超前地质预报所揭示地质断层及地下水的水量情况，结合以往施工经验和结构设计要求，视地质情况采取超前预注浆、超前小导管注浆等支护方式对破碎围岩进行超前支护。 TBM掘进期间应做好地质超前预报工作，重点做好超前探水工作。

现场地质工程师根据物探资料和设计地质资料，对前方围岩状况及时作出判断，并对作业人员进行告知，采取合理的掘进与支护参数，做好各项应急准备。

五、结束语

综上所述，在施工过程中的排水及涌水是影响TBM设备安全和工程进度的重要问题，排水不利不僅会导致TBM设备的损毁，也会严重影响施工工期和参建各方的经济效益，更会影响TBM隧洞掘进这一先进施工方法的推广应用。TBM隧洞施工具有操作性强，工作效率高，解决了施工中排水问题，保证了TBM设备的正常运行，因此得到了非常广泛的应用。

参考文献：

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