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发布时间：2018-08-06 16:34所属平台：学报论文发表咨询网浏览： 次
由于隧洞工程距离长，断面和空间狭小，因此通风、排水、用电技术施工难度大。本文通过对7#大湾隧洞通风、排水和用电技术进行分析，对施工阶段和管理进行合理设计，取得了良好的社会和经济效果，为小断面的通风、排水和用电施工措施积累了宝贵的经验。 关键词
由于隧洞工程距离长，断面和空间狭小，因此通风、排水、用电技术施工难度大。本文通过对7#大湾隧洞通风、排水和用电技术进行分析，对施工阶段和管理进行合理设计，取得了良好的社会和经济效果，为小断面的通风、排水和用电施工措施积累了宝贵的经验。
关键词：小断断面引水隧洞,通风方案选择,排水,临时用电
一、工程概况
7#大湾隧洞是宁夏中南部水源工程中的控制性工程，隧洞全长10.710km，设计隧洞净高2.35m，洞底坡降为1/2250，设计引水流量3.75m3/s。中铁十六局集团承建7-2支洞(支洞长688m，坡度1/4)、7-3支洞(支洞长624m，坡度1/5),主洞长4040(K44+805-K46+845),采用钻爆法施工，7-2支洞采用有轨运输(提升绞车配合矿用斗车出碴)，7-3支洞与主洞采用无轨运输(矿用三轮车出碴)。
全洞段出水点较多，大部分为裂隙渗水，呈滴状，较大时形成水帘，少部分为股状水。主洞围岩以泥岩夹薄层泥灰岩为主，属软岩、较软岩，经洞内裂隙水长时间浸泡及车辆碾压破碎成泥浆，给洞内排水及行车、行人造成困难，增加施工难度。
二、施工通风技术、排水和临时用电技术的难点
该隧道通风、排水、用电技术难点主要表现为以下四个方面：一是隧洞设计开挖断面小，宽×高为3.2×3.4，洞内采用矿用三轮车出碴，加上其他设施的布置，剩余空间很少，在很大程度上限制了风机和通风筒的尺寸，即限制了通风量，同时场地狭小也限制了排水装置的设置;二是单口通风距离长，输送距离超过了1000m，要保证相应的掘进速度，对通风时间要严格限制，大坡度返坡排水对排水设备的设置和选择有较高的要求，所以具有很大技术难度。三是主洞每侧的开挖距离达到1000m，支洞长超过600m，隧洞下穿多个沟谷，易存水，裂隙水出水点较多。主洞仅依靠2条支洞进行排水，且主洞坡度为1/2750，引、排水困难，积水较多，有较大的安全风险。四是在长距离开挖时用电损耗比较大，但是在洞内进行高压进洞既不安全又不经济。
三、通风、排水、用电方案的确定
1.风机选择计算。
通风隧道狭长，内部作业产生有害烟气，因此在计算内部通风量时，要考虑有害气体的稀释问题，选择压入式的机械通风方式，采用风机配合风管的系统形式，计算步骤如下：(1)进行新风量和总风量的计算;(2)计算风系统的沿程阻力、局部阻力及所需要的总压;(3)根据总压及风量，选取一定的安全系数，选择风机。
2.排水方案的确定。
根据本工程主要区段划分，进行抽水作业部位划分。支洞排水采用返坡排水，支洞设置2~3个集水井，支洞底部车场设置一个集水井，利用水泵采用接力的方式排出洞外，经处理后排放。隧洞洞身施工时，每隔200~300米设置一个集水坑，集水坑内放置水泵，洞内积水汇入集水坑，通过多级水泵以接力的方式汇入支洞底部车场的集水井内，同时掌子面配备2～3台污水泵，防止掌子面出现涌水。
3.通风、排水和用电方案必须考虑的条件。
(1)在八字口的位置利用软式三通分散通风。(2)在长距离的通道中，采用增加风机台量、功率、短距离串联的方式来解决通风问题，因此，本项目施工中采用多台风机进行通风。(3)正常情况下，在长距离通风项目中，适合设计成直径较大的风筒，但由于本项目中的隧道狭长，限制了施工和风筒安装，通过计算，认为在该隧道中只能采用直径600mm以下的风道。这使得洞中通风系统的阻力较大，风压大，因此对风筒风阻及漏风率要求较严格，这样还能保证设计要求的通风效果。(4)长距离洞身开挖，导致电力损耗比较大，在主洞中间位置增设升压器，以满足长距离洞身开挖的施工需要。
四、通风和用电方案的实施及改进
1.通风方案的实施。
该工程开工，项目部购置了一台风机(2×45kW)，7-3支洞624m基本满足施工需要，进入大湾隧洞主洞后，项目部在喇叭口的位置增设了软式三通管，方便洞内排烟，在主洞施工过程中，由于洞内开挖距离加长，并且通风距离加长，通风时间过长，严重影响施工进度，故同时开设双功率的风机(2×45kW)，并且在进入主洞位置400m处，将通风管进行变径，由原来的覫600的通风管变覫400的通风管，通风管变径以后，增大了掌子面的通风压力，有助于通风排烟的循环。经过检验，每次爆破施工完毕后，通风排烟在35~45分钟之内，出碴完毕后，通风排烟在25~30分钟之内，基本不影响下道工序的施工，通风排烟效果较好。
2.排水方案的实施。
(1)抽水设备配置。
根据现场实际情况，抽水设备规划使用情况：7-2、7-3支洞设置2台22kW主水泵，其中洞底设置一台，支洞中间设置一台。7-2支洞两侧各设置3台水泵，前期为4kW，根据开挖距离及水量逐步更换成11kW及18.5kW。7-3支洞两侧各设置3台水泵，前期为4kW，根据开挖距离及水量逐步更换成11kW及18.5kW。
(2)支洞反坡排水。
在洞内每隔200～300m设一个集水池，在侧壁形成边沟将水集中汇集到该集水池，将洞内基坑渗水、雨水和施工用水同样集中到该集水池。在每个集水池设置一台抽水设备，将水逐级往上一个集水池里排，实现多级接力排水，并在洞外适当位置设专业化小型污水处理池，将集水池里的污水集中抽排到污水处理池里进行处理，处理后的水要经过检验，符合排放标准后才能排放到指定的位置。管路按两路(一用一备)、水泵按两台(一用一备)配备。
集水池扩挖到侧壁内部，平均长3m，宽2m，深3m。支洞底部车场集水井因承担着主洞汇水任务，需要扩大，支洞底部集水井长5m，宽3m，深3m。7-2支洞全长688m，承担着1950m的排水任务，每日最高抽水量估计1500m3。根据扬程配置3个抽水泵，一号水泵位于距支洞口220m处，二号水泵距离支洞口440m，三号水泵位于支洞底部。最大扬程58m，洞内采用分级抽水的方式，最终把水排出洞外。7-3支洞全长624m，承担着2050m的排水任务，每日最高抽水量估计2000m3。
根据扬程配置2个抽水泵，一号水泵位于距支洞口300m处，二号水泵位于支洞底部，最大扬程60m，洞内采用分级抽水的方式，最终把水排出洞外。根据7-2、7-3承担抽水总量及扬程进行水泵功率计算，选取合适水泵。P=ρ*g*Q*H/3600/(1000*η)P-功率(单位kW)ρ-水比重(1000kg/m3)g-重力加速度(9.8N/kg)Q-每小时最大涌水量(2000÷24=83.3m3)H-扬程(60m)η-功率损耗系数(取0.7)P1=1000*9.8*83.3*50/3600/(1000*0.7)=19.5kW
(3)主洞排水布置。
主洞每隔200～300m设一个集水井，在每个集水池设置一台水泵，施工期间水量较大处加密集水井或增加水泵。集水井设置在侧壁内，扩挖形成，平均长2m，宽2m，深2m。主洞支洞交接里程与合同竣工里程中部由于水量较大，集水井需要扩大，中部集水井长3m，宽2m，深3m。洞内基坑渗水、施工用水等汇入集水井内，将水逐级往前一个集水池里排，实现多级接力排水，最终排水至支洞底部车场集水井内。主洞分别在43+000、43+300、43+600、43+900、44+150、44+450、45+100、45+400、45+700、46+000、46+300、46+600处设置集水坑。
施工前期根据水量布置4kW水泵(备用一台，根据渗水情况可以增加水泵数量)，施工中根据施工距离及水量逐步更换为11kW及18.5kW水泵。集水坑之间排水管采用φ80mm软管，软管长度4200m(不含支洞)。排水管挂在离底板50cm的岩壁锚杆(Φ25螺纹钢筋，L=1.5m，入岩1m)上。主洞两侧汇入支洞底部集水井采用φ150mm钢管，每条支洞需要排水钢管长度30m，总长度60m。
(4)抽水方式。
隧洞抽水采用人工抽水及自动抽水相结合的方式进行，有效地避免水量大造成积水过多的情况。人工抽水为每个支洞配置专职抽水人员5名，其中洞外监测水量1人，洞内水泵控制、维修人员4人。抽水人员轮流洞内值班，对洞内水泵工作情况及洞内水量进行监控。抽水设备故障时，专职抽水人员负责简单维修或报修。后期洞内水量大，积水多，水量平均上涨速度为3cm/h。为及时排水，控制洞内积水，设置水感应自动抽水装置进行抽水。水感应自动抽水装置与水泵相连，当积水碰触感应器时，自动进行抽水。
(5)抽水电力供应。
由支洞口进入掌子面最大1.6km，洞内电压无法满足大功率水泵工作要求，需要在距离支洞口1km处设置增压器。增压器设置在距离洞底80cm高度处，防止水漫入，向侧壁内挖长2m宽2m高1m的槽放置增压器。为了防止停电对排水造成影响，只拟定对于隧洞和5#支洞排水系统专门备用一台柴油发电机，7-2支洞内现有3台22kW潜水泵，7-2支洞承担主洞设置1台18.5kW、3台11kW、2台7.5kW水泵，照明5kW，备用一台150kW的发电机。7-3支洞内现有2台22kW潜水泵，7-3支洞承担主洞设置3台18.5kW、3台11kW水泵，照明5kW，备用一台150kW的发电机。
3.临时用电方案的实施。
工程施工初期，项目部在洞口位置安装了一台630kW的变压器，在开工初期基本上能满足施工需要，但是随着施工的逐步进展，隧洞洞身加长，电力损耗比较严重，在主洞两侧各400m左右的位置(K46+255,K45+455)，变压器的电压从400V损耗到330V,大型的机械设备已无法运转，项目部原方案是在洞内增加一台高压变压器(高压进洞)，后经过项目部工程部和物资部的多方研讨和论证，最终决定在主洞两侧洞身段中部各增设一台升压器(K46+255,K45+455)，将电压从330V升压到380V,满足洞内动力机械设备如扒渣机、抽水机、洞内照明的正常运转，经过实践,主洞洞身各增设的一台升压器基本满足了施工需要。
五、结论
经过半年多的实际应用，7#大湾隧洞主洞通风效果达到预期标准，主洞进入800m后空气质量良好，洞内排水难题得到彻底解决。通过7#大湾引水隧洞小断面，长距离地用电、排水和通风技术的研究实践，有下列几点体会：
(1)前期针对具体的工程，对施工设计中所应用的理论进行系统研究，是保证后期施工质量和系统良好运行的基础。
(2)对系统中所应用的通风、排水和用电设施、工程材料及附件进行实际调研，了解新材料及新设备，选用优质材料，保证施工成果。
(3)升压器和变压器的比选要求考虑施工中用电的实际需求，在满足施工需要的情况下，选择经济的设备，将大大节省施工成本。
参考文献：
[1]黄志全，王晓睿.软弱隧道塌方机理及治理技术研究[M].北京：科学出版社，2012.
[2]刘学增，俞文生.隧道稳定性评价与塌方预警[M].上海：同济大学出版社，2010.
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地下水突涌是困扰隧道施工的常见问题，在涌水后处理方案的选择过程中经常延误工期或是盲目决策造成巨大损失，通过建立溃坝模型来模拟分析涌水规律，通过曲线定性分析排水规律，明晰涌水处理方案的决策思路，并介绍几种辅助坑道施工条件下的强制排水方法。
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《大湾引水工程长距离隧洞施工技术难点及创新方案》