输水隧洞施工中特大涌水排水方法探究

庞维

（辽宁辽东水务控股有限责任公司，辽宁 本溪 117000）

1 基本概况

辽宁省观音阁水库输水工程隧洞位于本溪市境内，工程主要为地下洞室施工，包括开挖、支护、衬砌、灌浆等，工程量较大、工期紧张、施工强度较高。

输水隧洞共有12个洞口，此次涌水出现在4号洞，在4 号洞爆破前钻设超前探水孔及炮孔均无出水现象，爆破开挖后，出渣施工过程中右侧顶拱开始出现突泥出水现象，开始出水为黄色，但是出水突泥越来越大，出水孔洞也是逐渐增大，在出水呈不断增大趋势时立即停止出渣作业。原有主洞内排水管路可能无法满足排水要求，立即组织人员开始增接排水管路、增加水泵，在增接排水管路过程中水位在不断上涨，水管接完后进行排水，但水位仍在上涨，在涌水点观察人员发现涌水处孔洞瞬间扩大，由原来的圆形孔洞扩大到长1.0 m左右、宽0.2 m 左右的出水带，大量水涌出。

2 地质情况

4 号洞下游洞室岩性为南芬组页岩及泥灰岩，岩体破碎，围岩不稳定，节理面大多呈平直光滑状，裂隙较发育，多数张开，洞室地下水为涌水状，出水部位在掌面右拱顶，水色为黄色，含有角砾夹泥。

3 紧急处理方式

原交叉口处的排水系统排水能力（理论排水能力160 m3/h)已远远不足，在水位上涨同时，组织所有人员力量在支洞内增加排水管路、增加水泵、增加用电线路以保证排水。启动新增排水系统4套（22 kW 水泵，扬程50 m，流量80 m3/h），由于洞内水位高与出水处压差减小及水泵开始排水，水位上涨情况已得到明显控制。据观察，水位每小时上涨5 cm左右，洞长2 700 m，洞宽平均4.0 m左右，每厘米高度水量为108 m3，水泵理论排水320 m3/h，扣除原洞内出水，根据排水及水位上涨情况初步预计此涌水点涌水量600 m3/h。排水系统、供电系统增加工作持续进行中。

在支洞已启动新增排水管路共计6 套的情况下，水位上涨基本控制在3 cm/h 左右。在洞内水量基本得到控制后，初步研究涌水原因及进一步排水措施。怀疑此次出水与地表水有联系，地表水与洞内涌水是连通的。随即组织人员对不同部位的水取样进行硬度分析，洞内水硬度值为178，地下水硬度值为196，地表水硬度值上中下游分别为106，182，133。根据数值分析，洞内出水与地表水有联系，但大部分涌水还是地下水，地表水占出水量的1/5 左右。

4 应急预案的启动

此次突泥涌水事件的发生较为突然，虽严格执行相关地质超前探孔进行预探，但仍未能预测出该涌水事件的发生。突泥涌水发生后，施工应急指挥小组第一时间反应，在最短的时间内尽可能地将工作面附近的所有人员、部分设备及材料撤至安全地带，保证人员生命安全，将损失降至最低。并迅速购买大功率排水设备进场，制定详细的排水方案，同时准备必要的安全用具，确保现场一线人员生命安全。

5 排水系统布置

4 号施工支洞工区地质条件复杂，洞口高程327.20 m，主、支洞交叉口高程207.09 m，支洞坡度为20%，支洞投影距离705 m，为逆坡施工、逆坡排水。反坡洞段长，形成洞内外最大120.11 m 高差，造成抽水扬程高，排水困难。

5.1 排水布置

采用分级排水结合增加大功率排水设备直接排除的方式。该工程施工日常排水采用分级排水的形式，即将主洞内工作面附近积水通过潜水泵引排至主支洞交叉口主集水井处，在施工支洞分级设置3 处集水井，通过多级潜水污水泵引排至洞外污水处理池处，经过处理符合标准后统一排放。

此次涌水的排除，主要依靠新增排水设备。新增排水设备分为分级抽取泵站和一次抽取泵站两部分。分级抽取泵站结合原有日常排水集水坑进行设置，增设大功率污水潜水泵及管路。一次抽取泵站设置在主支洞交叉口附近，增设大功率多级离心水泵，专用管路，一次排水至洞外，不同功率水泵均预留备用。

5.2 水泵选型及泵站布置

此次水泵选型是根据涌水量、扬程及工作条件的要求进行选择。涌水经估算约为600 m3/min，也有可能出水量要大于此数，加上原洞内涌水点及日常出水，另外考虑到水泵的实际排水能力最多为理论排水能力80%等，故增设排水泵站的理论总排水能力不应低于920 m3/h，才能有效控制水位的上涨并达到降水的目的。

工程施工支洞最大高差为120 m，增设分级排水系统所需扬程小，故选取WQ 型污水潜水泵（22 kW，扬程50 m）即可满足。增设一次抽排系统泵站对扬程要求较高，宜选用扬程高、水量大的水泵，故选取 55 kW 污水潜水泵 2 台、75 kW 型多级离心泵2 台、132 kW 多级离心泵1 台，合计理论排水能力1 000 m3/h。上述水泵选用主要是根据出水量，其它还应考虑到现场场地，用电及水泵从购买到投产时间。如果涌水量稳定且所用配备水泵系统正常运行，洞内积水预计10 d 左右可以排出，达到人员抵达现场勘查的水平。由于此次出水量及出水情况已无法准确预计，所以，根据排水情况，参建各方对排水设备可随时进行调整。此次泵站布置位置及排水量见表1。

5.3 管道选型

抽排水管道结合水泵型号及种类进行选型，考虑到采购及安装难度，结合排水水量，分级污水潜水泵选取DN159 mm、DN108 mm 钢管，多级离心泵选取DN108 mm 、DN159 mm、DN200 mm 钢管。管路采用法兰连接，各级排水管道均设置排气减压阀、安全阀及逆止阀等设施，以免出现水锤现象，确保水泵在意外停止工作时检修人员及设备的安全，排气减压阀与安全闸阀安装于管路中，从水泵处向支洞口方向约每240 m 安装一个，具体位置根据现场实际情况调整，逆止阀安装于管路底部靠近水泵处。

5.4 电力设备配置

反坡排水的供电保障是重点，只有电力有了保障，抽水才有保障，一旦电力供应出现问题，水泵停止工作，如此长距离、大扬程的管道形成水锤现场，将对排水设备和过流部件形成冲击，后果严重。

考虑到原有洞内照明及供电系统负荷有限，若增设大功率排水设备，将无法满足要求，一旦出现用电事故，后果不堪设想。为确保用电安全，根据洞内排水设备的数量及功率，增设铝塑线及负荷电缆，确保排水设备的用电需要。

洞内各级水泵均采用三级配电，单独启动的方式，各级水泵均配置独立配电柜，确保水泵能够顺利启动及正常运转。重点是满足前一级设备被淹或发生短路时，不影响后期各级设备的正常运转。

5.5 污水处理措施

4 号施工支洞工区已按照相关单位要求及环境保护法律法规设置沉淀池，对施工、生活污水进行沉淀净化后排放。此次涌水事件的发生，使洞内集水急剧增加，原有污水沉淀池6.3 m×5.5 m×2.0 m（长×宽×高，下同），4个沉淀池四级沉淀及排放系统已不能满足环境保护要求，为确保大功率排水设备的排放满足环保要求，安排专门人员及设备，新修沉淀池两处：一处为三级沉淀，沉淀池尺寸分别为25.0 m×20.0 m×3.5 m，26.0 m×18.0 m×3.5 m，22.0 m×20.0 m×3.5 m；另一处为五级沉淀，沉淀池尺寸分别为13.0 m×5.0 m×2.3 m，18.0 m×7.0 m×2.3 m，18.0 m×7.0 m×2.3 m，19.0 m×7.0 m×2.3 m，17.0 m×7.0 m×2.3 m。增加防护设施，确保排水达标。修建专用排水沟，做到有组织地对洞内涌水进行排放。

5.6 专业技术人员调配

为满足此次涌水排除需要，特对原有4 号支洞工区技术工人进行了补充，主要补充电工、水泵工、电焊工、机修工等工种，均实行24 h 值班制，其余工区相关人员作为应急使用，一旦发生超大水量，可在第一时间到场，参与救援作业。

5.7 备用电源

为确保涌水控降水过程的顺利实施，排水设备的正常运行，特对柴油发电机组进行全面的检修和维护，保证在系统断电发生后，第一时间提供备用电力。为维持排水设备的运行，配备2 台400 kW·h 发电机，水泵工作时共计用电为647 kW·h，使用2 台发电机可以满足系统断电后的排水设备运行。

5.8 抽排水运行管理

现场抽排水安排3个工班轮班作业，每个班配备专职电工在各级泵站进行巡查管理。每级泵站均配备水泵工、管道工进行维护，每班设管理人员3 名，汇同电工、管道工及水泵工对供电线路、排水管路及集水坑进行巡检、维修和清理，保证整个排水系统的顺畅运行。

应急小组及项目部主要领导进行分工，主要管理人员到现场执行24 h 值班制。

6 质量与安全保证措施

成立应急小组及管理机构，对涌水抽排水施工进行控制。施工过程中实时监控，全方位管理施工全过程，项目部质检员跟踪监督，掌握施工动态。排水系统的机械设备和材料进场前，必须经过严格检查，进场前严格抽样检查，对不合格的不得进入工地。

凡需进入洞内深水区域者，需向应急小组相关人员表明意图，佩戴安全防护用具后方可进入。安全人员要定时巡视检查排水时的用电安全情况，并做好记录。巡查水泵工人开关水泵是否根据操作规程进行操作，以及排水期间涉及的所有安全问题，发现问题第一时间制止并要求整改，保证排水相关人员的人身安全。

7 结语

此次对隧洞工程洞内涌水的及时处理，保证了输水工程的顺利完工，有力地证明了此次降排水的可操作性及重大意义，为类似输水隧洞工程提供了借鉴。