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某TBM施工隧洞排水系统设计

更新时间:2016-07-05

1 工程概况

某隧洞为主隧洞的施工支洞,设计长度为2 583.5 m,纵坡为10.4%。隧洞采用钻爆法与TBM开挖相结合的施工方案,均为顺坡掘进、逆坡排水。钻爆法施工长度为965 m,TBM法施工长度为1 614.5 m。

2 隧洞渗涌水量计算

根据预测的隧洞最大稳定渗涌水量,计算如下:

隧洞全长稳定渗涌水量为8 005 m3/d(333.5 m3/h)。

最大渗涌水量分两段计算,分别为施工至隧洞桩号1+961.00 m及2+583.56 m,经过计算分别为 579.5 m3/h和717.1 m3/h。

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

综上所述,隧洞最大渗涌水量发生在隧洞桩号2+346~2+596 m段最大汇水量为717.1 m3/h。

3 隧洞排水系统设计

3.1 排水设计原则

7)洞体渗水组织。隧洞的渗水应汇集到左侧排水沟,沿隧洞路面应设截水槽,根据隧洞路面渗水情况多切槽,切窄槽,以最大限度地保证路面的干燥。TBM掘进期间应及时统计排水量,统计间隔不应大于5 m。

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。

3.3.2 泵站水泵配置

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

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5)排水管选择。根据管道的排水压力,选取相应经济壁厚,当管路不大于200 mm时,管道壁厚为2种;当管路直径大于200 mm且不大于400 mm时,管道壁厚拟为3种。壁厚应充分考虑水锤产生的压力。

6)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,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。直径不大于200 mm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400 mm时,TBM后配套部分采用DN250 mm的高压软管与DN426 mm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12 m,实现TBM掘进管路不中断功能。

1)排水系统能力。根据相关资料,隧洞最大出水量为720 m3/h,排水系统设计在TBM处按照大于720 m3/h设计。

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3.2 隧洞排水系统水量

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3.3 隧洞泵站

3.3.1 泵站布置

①在TBM后配套9号台车放置2台排量为最大110 m3/h,扬程为102 m的矿用耐磨泵,将10号台车放置的污水箱内的水排至隧洞上一级泵站(共4级)。隧洞沿程共设两处中转泵站,中转泵站配置水泵均为2台最大排量为110 m3/h,扬程为102 m的矿用耐磨泵,将水逐级排出洞外。该排水为正常排水(每处泵站放置两台水泵,为变频控制,流量可调)。

3)泵站的设置。隧洞开挖后尽可能进行堵水处理,隧洞沿线分级排水,设置接力泵站。

1)TBM 1级泵站。该泵站将机头架前的污水排至TBM后配套污水箱,1级泵站排水能力为1 184 m3/h,具体配置如下:

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2)TBM 2级泵站。该泵站(2级泵站)将TBM后配套污水箱内的水排至上一级泵站(共4级)或直接排出洞外,该级泵站总排水能力为1 080 m3/h,配置如下:

根据隧洞渗涌水量计算成果,最大稳定渗水量与最大渗涌水量之和为717.1 m3/h,确定隧洞排水系统的最大排水能力为720 m3/h。

②正常排污泵。TBM主梁下侧配置有2台排量为162 m3/h,扬程为66 m的排污泵(3号和4号),将水排至TBM后配套正常排水污水箱内(10号台车水箱内)。

③大流量应急排沙泵。TBM主梁下侧配置有2台排水量为400 m3/h,扬程为27 m的排沙泵(5号和6号排沙泵,为变频控制,流量可调),将水排至TBM后配套11号和12号台车放置的应急排水箱内。

①少量裂隙水排污泵。主梁下侧配置两台排污泵(1号和2号排污泵),排出掘进机前端泥浆水,单台水泵的排水量为30 m3/h,扬程为46 m,排至TBM后配套正常排水污水箱内(10号台车水箱内)。

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隧洞泵站包括TBM后配套泵站和隧洞洞段各沿线泵站。TBM后配套污水箱前、后泵站(即TBM 1级泵站和TBM 2级泵站),隧洞洞段从主隧洞交叉口起,共设三级泵站,设置在隧0+930.0 m、隧1+965 m及主9+620 m处,分别称为隧1号、隧2号及隧3号泵站。

②在TBM后配套11号台车放置1台最大排量为250 m3/h,扬程为320 m(为变频控制,流量可调),12号台车放置了1台最大排量为660 m3/h,扬程为300 m的矿用耐磨泵,将11号与12号台车放置的污水箱内的水一级排出洞外。该排水为应急排水。

3)隧洞沿程渗水。隧洞沿程渗水,根据渗水量设置集水坑和水泵,将水排至正常排水中转泵站,逐级排出洞外。

3.4 隧洞管道配置

隧洞配置1趟DN200 mm的TBM正常排水管,1趟DN426 mm的应急排水管。

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3.5 排水系统电气及控制系统的设计

隧洞排水系统,沿程水泵采用常规400V电机变频驱动,后配套尾部水箱处1台大容量水泵630 kW/10 kV电机,采用高压软启动器控制,配置1台400 V高扬程水泵,采用变频器控制来完成隧洞施工期间应急排水任务。整体排水系统采用PLC程序控制,根据隧洞出水量工况,水泵具备自动控制功能。光纤远程通讯技术可实现本地和远程多点操作、监控,在洞外调度室设置监控屏和操作触摸屏,如隧洞发生大的涌水可从此处直接启动所有的水泵,监视所有水泵的运行参数,发生故障时自动报警并自动保存故障报警信息,以便排查。供电线路采用双回路电缆供电,保证在任何一条线缆出现故障后,另一条电缆可立即投入运行,向水泵供电。后配套新增一节台车,布置有一台排水专用干式变压器,为后配套拖车水泵的主梁下侧水泵的为备用电源,保证掘进机设备在20 kV电缆失电情况下排水系统仍能正常工作。

1976年震后对桩号 0+350、0+500、0+700、0+900 坝轴线位置坝基砂土顶层所进行的标准贯入试验所得锤击数分别为 19、13、40、15。 由此推断坝基砂土发生7度地震时不发生液化;当发生8度地震时,部分坝段坝基砂层开始液化;当发生9度以上地震时,坝基浅部砂土基本全部液化。

3.6 排水管道运输及安装

隧洞施工期间,由于DN426钢管管壁厚且随着隧洞不断掘进延伸。排水管道采用双头胶轮车运输至安装区域后,由胶轮车上配置的液压悬臂吊机配合定位后再采用法兰连接或焊接。TBM尾部新增一节拖车,放置DN250 mm 64bar橡胶软管,在竖直方向呈S形状布置,并用电动葫芦牵引,方便在TBM向前掘进时水管的收放,同时在十七号台车尾部放置有1 m、2 m、3 m长DN250 mm 64bar胶管各2根,方便台车的应急排水管路与DN426水管路连接。

(3)“地平线欧洲”将进一步加大国际科技合作力度,探索与不同国家的合作方式,鼓励国家成为该计划协约国(直接向“地平线欧洲”出资的国家)出资参与计划,加大同第三国(欧盟成员国和协约国以外的国家)的合作力度 。

4 结论

某TBM施工隧洞目前已掘进至桩号2+650,目前未遇突涌水,排水系统能满足实际排水需求。

孟诗然
《东北水利水电》 2018年第05期
《东北水利水电》2018年第05期文献

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