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渝黔隧道施工排水专项方案1、渝黔隧道工程概况1.1、工程简介渝黔铁路10标段五分部施工起讫里程D1K282+735.787~D1K290+554.27，总长度7.818km，包括特大桥2座（总长2.755延长米）、大桥5座（总长0.925km）、中小隧道4座（总长3.375km）、涵洞2座、路基0.762km。重难点工程是大干沟双线特大桥（高墩、大跨度连续梁）、安理寨隧道（采空区、岩溶、低瓦斯隧道）坪上双线特大桥（多次跨越既有铁路）。项目地处贵阳市息烽县，线路穿越小寨坝镇、永靖镇，临近210国道及贵遵高速公路，交通较为便利。本段工程计划2013年6月20日开工，2015年10月31日达到竣工交付标准，总工期30个月。隧道包括新小干沟隧道（中心里程D1K283+865，全长254m）、安理寨隧道（中线里程D1K285+053.5，全长1517m）、息烽一号隧道（中心里程D1K286+883.5，全长1463m）、息烽二号隧道（中心里程D1K288+092.5，全长141m）；1.2、地质构造本标段隧道位于云贵高原黔中东缘息烽南山一带，隧址区内地势总体是东高西低，高程一般在1050～1160m。隧道区属构造剥蚀到溶蚀地貌。隧道区覆盖层为第四系松散堆积岩，下伏基岩为三叠系和二叠系泥岩，灰岩和煤层。息烽向斜：向斜轴轴向东北20°，地层倾角北西翼14～24°，南东翼40～60°，核部最新地层为侏罗纪系自流井群，翼部主要为三叠系及二叠系地层。隧道位于该向斜北西翼1.2.1、断裂受区域构造压应力的影响，测区主要发育NNE走向断裂，共有2条断层与隧道正线或斜井相交，现分述如下：F4正断层为一压扭性逆断层，在D1K284+650m（洞身处相交于D1K284+677）与隧道线路交角为68°。断层走向近东西，倾向向东，倾角为70°左右，断距约30m，长约0.4km。上盘地层向北东方向位移，下盘地层向南西方向位移，两盘地层均为T1y²～P2L²，岩性主要为灰岩，其次为泥岩，钙质泥岩夹粉砂岩及煤层。破碎带宽5～10m，在断层与线路交汇地带发育一溶蚀洼地，降雨时部分地表水顺断层带向下渗流，对隧道施工影响较大。F5逆断层为一压扭性逆断层，属黑神庙背斜轴进一步受力破坏所形成。该断层在D1K285+070m（洞身相交于D1K285+080m处）与隧道线路交角为59°，断层走向北东，倾向南东，倾角51°左右，断距大于50m，在隧址区出露长度大于1km，向线路的左右两侧延出区外。上盘地层向北东方向位移，下盘地层向南西方向位移，两盘地层均为T1y1～P2L，岩性主要为灰岩，其次为泥岩，钙质泥岩夹粉砂岩及煤层。破碎带宽10～20m，物探勘探成果资料对该断层亦有一定的显示，调查时地表见有断层泉处露。断层破碎带大部分位于软质岩地层中，其走向与线路走向呈小角度斜交，隧道通过破碎带及影响带的长度较大，对隧道的施工有影响1.2.3、节理测区岩体受构造及变质岩化作用影响，岩层产状多变，节理发育，节理间距0.5～5m不等，岩体多被切割成碎裂状或块状，大部分为微张~张开节理，部分胶结，少有充填物，并发育有节理密集带。测区以走向为N310°~320°W、N340°~350°W及N30°~40°E三组节理最为发育。1.3、水文地质1.3.1、地下水类型隧道穿越地层除进、出口浅埋段为第四系黄土层外，其余均为太古界、元古界的变质岩地层。根据各地层的岩性及其组合关系、地质构造条件、水理性质、地下水赋存条件和水力特征，可将隧址区地下水类型划分为两类：变质岩类基岩裂隙水和松散岩类孔隙水。1.3.1.1、变质岩类基岩裂隙水测区内的岩性为太古界和元古界的片麻岩、伟晶岩、片岩、石英岩、超基性岩、花岗岩和变粒岩等，岩石一般坚硬致密，透水性、含水性都较弱。基岩中的地下水主要具有如下赋存规律：第一、受区域构造应力作用，岩体节理裂隙、断层发育，为地下水赋存创造了条件，并决定了其富水程度的强弱。与隧道相交的9条断层破碎带、3处节理密集带都含有较多的地下水。第二、隧道进口段、出口段埋深较浅，基岩上覆几十米厚的黄土，基岩全风化、强风化，破碎呈砂土状、碎石土状，透水性强，含水量大。第三、野鸡山向斜是有利的储水构造。1.3.1.2、松散岩类孔隙水第四系中、上更新统孔隙潜水含水层岩性以粉质黄土为主，多以披盖式覆于基岩之上，厚度一般50-70m。以接受大气降水垂直补给为主，局部亦有河流的侧向补给，富水程度小。第四系全新统河谷冲积层孔隙潜水，主要分布于湫水河、岚河水系的河谷、沟谷及其阶地地带，含水层由砂和砂砾组成，含水层厚度变化较大，透水性强，地下水位埋深浅。1.3.2地质构造对地下水赋存的影响区内地层是以片岩、片麻岩、石英岩、变粒岩为主的变质岩类地层，局部分布各时代的侵入岩类，均属于蓄水程度弱的裂隙含水岩组。从区域地质及构造情况分析，构造是地下水赋存主要影响因素。测区地层受多期构造运动的影响，形成了以元古界野鸡山群白龙山组（PtYb）为核部地层的向斜构造。在其两翼则发育多条与褶皱轴向近平行的区域性断层，其中一条使得太古界界河口群奥家滩三段（ArJa3）与元古界野鸡山群青杨树湾组（PtYq）呈断层接触。上述褶皱与断层构造的存在，以及各地层岩性的差异，从而使得地下水的赋存有着不同的赋存特征：1.3.2.1、在向斜核部地段呈现汇流型特征。从构造条件上看，位于向斜核部的白龙山组（PtYb）地层具有一定程度的富水性，但由于其岩层主要为斜长角闪岩、角闪片岩及角闪变粒岩等硬质岩，且多为块状结构，所以其富水部位主要为节理、裂隙密集带。1.3.2.2、断裂及其影响带，岩体破碎，构造裂隙密集，为地下水的富集、运移创造了条件。测区内分布的两条北东向断裂与向斜构造复合联合，从而形成了该区域近南北向的构造体系。该构造体系控制并制约着地下水的富集，从而形成了地下水不同的赋存条件与分布特征。2、排水方案2.1、总体排水方案洞口及正洞排水为反坡排水，采用机械排水，设置多级泵站接力排水。施工掌子面积水采用移动式潜水泵抽至就近泵站或移动水仓中。进洞口每420m左右设1个水仓；出洞口每430m左右设1个水仓2.2、水仓容量泵站水仓容量按10min两倍设计正常涌水量计算，各工区水仓设计尺寸见表5。2.3、设备配置：2.3.1、高差计算1#斜井：每级泵站之间的高差为420×78‰＝32.76m；2#斜井：每级泵站之间的高差为430×112‰＝48.16m；3#斜井：每级泵站之间的高差为460×110‰＝50.6m；4#斜井：每级泵站之间的高差为620×60‰＝37.2m；正洞：每级泵站之间的高差为1000×5‰＝5m。2.3.2、最大涌水量斜井进入正洞前每小时预测最大涌水量：1#斜井：59.07m3/h；2#斜井：118.61m3/h；3#斜井：106.78m3/h；4#斜井：75.83m3/h。斜井进入正洞后每小时预测最大涌水量：1#斜井：273.0m3/h；2#斜井：375.68m3/h；3#斜井：389.6m3/h；4#斜井：336.8m3/h。正洞反坡排水每小时预测最大涌水量：进口：171.81m3/h；1#斜井：171.38m3/h；2#斜井：171.38m3/h；3#斜井：179.95m3/h；4#斜井：89.63m3/h。2.3.3、抽水机配置按2倍涌水量考虑排水能力，设备分阶段投入。斜井水仓选择大流量、高扬程抽水机，分进入正洞前和进入正洞后两个阶段考虑，正洞选择大流量、低扬程抽水机（利用斜井第一阶段设备）。各水仓抽水配置表如下：表6：抽水机配置表序号位置水仓名称排水阶段抽水机参数数量（台）总流量（m3/h）备注参考型号功率（KW）流量（m3/h）扬程（m）小计合计11#斜井1#、2#进入正洞前55100801100200排水设备江苏亚梅泵业污水泵ZW100-100-80型255100801100备用3进入正洞后751501102300600排水设备IHG离心泵125-315A型4751501102300备用52#斜井1#、2#、3#、4#进入正洞前55100801100200排水设备江苏亚梅泵业污水泵ZW100-100-80型655100801100备用7进入正洞后901921192384768排水设备IHG离心泵125-315型8901921192384备用93#斜井1#、2#、3#、4#进入正洞前55100801100200排水设备江苏亚梅泵业污水泵ZW100-100-80型1055100801100备用11进入正洞后901921192384768排水设备IHG离心泵125-315型12901921192384备用134#斜井1#、2#进入正洞前55100801100200排水设备江苏亚梅泵业污水泵ZW100-100-80型1455100801100备用15进入正洞后75180104.62360720排水设备IHG离心泵125-315A型1675180104.62360备用17正洞//551008099001800排水设备江苏亚梅泵业污水泵ZW100-100-80型55100809900备用说明：正洞水泵进口集水仓4台；1#斜井正洞反向排水集水仓4台；2#斜井正洞反向排水集水仓4台；3#斜井正洞反向排水集水仓4台；4#斜井正洞反向排水集水仓2台，共计18台，一半正常抽水，一半备用，水泵采用从斜井更换出来的水泵。表7各管径水头损失表（斜井施工）抽水机额定流量（m3/h）100100100100抽水机额定扬程（m）80808080管路长度（m）420430460620排水高差（m）32.7648.1650.637.2排水管直径（mm）100125150200100125150200100125150200100125150200管内流速（m/s）3.542.261.570.883.542.261.570.883.542.261.570.883.542.261.570.88管内沿程水头损失（m）53.7117.517.041.6654.9917.937.211.7058.8219.187.711.8279.2825.8510.42.45管内弯道水头损失（m）1.190.480.230.071.190.480.230.071.190.480.230.071.190.480.230.07是否满足要求否是是是否是是是否是是是否是是是表7各管径水头损失表（进入正洞以后）抽水机额定流量（m3/h）200300384384360抽水机额定扬程（m）80110119119104.6管路长度（m）1000420430460620排水高差（m）532.7648.1650.637.2排水管直径（mm）100125150200100125150200100125150200100125150200100125150200管内流速（m/s）3.542.261.570.8810.66.794.712.6513.68.696.043.413.68.696.043.412.78.155.663.18管内沿程水头损失（m）127.941.716.73.95481.5158.163.415.1811.6265.1106.725.4868.2283.6114.227.11020336.2135.131.9管内弯道水头损失（m）1.190.480.230.0710.74.372.10.6717.67.173.461.117.67.173.461.115.36.33.040.96是否满足要求否是是是否否否是否否否是否否否是否否否是2.3.4、排水管直径选择根据水头损失计算公式：v＝Q/A＝Q/(лr²)；管道阻力水头损失：hf=λ×L/d×v2/（2g）弯道阻力水头损失：hf=ξ×v2/（2g）其中：v=流速，Q=流量，A=管路截面积，λ=系数（0.02），L=管路长度，d=管路直径，ξ=系数（1.86）计算得出所选取的抽水机采用不同管径时流速和水头损失见表7根据表7计算结果显示，各洞口采用水管管径见表8表8：正洞及斜井井身排水管管径表正洞1#斜井2#斜井3#斜井4#斜井备