关于隧道TBM施工反坡排水专题

赵新明

摘要：本文针对隧道TBN施工反坡排水专题开展研究。首先，分析TBM施工段工程特点。其次，对案例项目概况进行简要分析。最后，针对案例项目TBM施工段开展反坡排水技术的应用研究，包括确认涌水量、第一掘进段排水技术等，从而基于TBM施工段反坡排水施工全过程，实现反坡排水技术的研究。进一本文供我国隧道施工单位借鉴与参考。

关键词：反坡排水；TBM施工；水管配置；支洞排水

隧道BTM施工段采用合理的反坡排水施工技术，可确保隧道内部排水畅通，避免浸水、涌水等情况出现，从而保证了TBM施工的安全性和持续性。同时，反坡排水技术可以缓解隧道深部施工时流体扰动作用对周边环境的影响，减少隧道开挖带来的地表沉降和地震等风险。因此，针对隧道TBM施工反坡排水技术开展研究，对于我国隧道工程的发展将起到显著的推动效应。

一、TBM施工段工程特点

TBM施工段工程的特点在于它需要通过土壳的钻掘来完成隧道的开挖，因此相较于传统的开挖方式，TBM施工方式具有如下特点。

第一，施工速度快。TBM可以不受地面交通和天气等因素的影响，可以24小时不间断进行施工，因此施工速度相较传统的开挖方式要快。

第二，施工质量高。TBM施工过程中，工作面的土体不会受到明显的扰动，因此能够降低地层沉降和地面表面的震动，从而保证了施工质量的高水平。

第三，涉及反坡排水。由于TBM施工过程中需要进行深挖，因此会涉及反坡排水的问题。故而，施工阶段需要在隧道内部设置一个斜坡，使得排水能够从隧道内流出。这种反坡排水系统需要经过仔细的设计和施工，以保证隧道内部的排水能力。

二、项目概况

陕西省引汉济渭工程秦岭隧洞项目是中国国家重点水利工程之一，它位于秦岭中段，是引汉济渭工程的重要组成部分。汉济渭工程秦岭隧洞部分包括7座隧洞，其中最长的隧洞为J5隧洞，长44.789公里，是目前中国最长的千米级引水隧洞。该隧洞采用了TBM（Tunnel Boring Machine）挖掘机进行施工，采用二次衬砌方式，以确保隧洞的安全和稳定。同时，在隧洞内部设置了管道、变电、通风设备等配套设施，以满足引水工程的需要。

J5隧洞TBM施工段岭南工程，位于引汉济渭秦岭隧洞量大TBM施工段中反坡施工标段，起点为3号支洞入主洞下游1942m，整个标段全长18275m，包括765m辅助洞室与17510m掘进施工段，设计正常用水量6113m³/d，最大12226m³/d涌水量。施工阶段，隧洞存在涌水频繁问题且用水量较大，曾在2016年2月出现掌子面单点用水量＞800m³/h，TBM施工段仅完成1890m掘进施工长度，整个终用水量已达到45000m³/d水平，不论对于施工人员安全或是TBM掘进设备安全均产生巨大安全隐患。

三、TBM施工反坡排水技术研究

（一）确认涌水量

基于隧道设计材料以及已掘进段实际涌水情况进行用水量估算。对已掘进段开展注浆堵水施工，在估算之下确认最大用水量为41212m³/d。故而，设计期间必须确保设备最大排水能力＞41212m³/d，同时施工单位需考虑余量。

（二）第一掘进段排水技术

针对TBM第一掘进段进行排水施工，对于主洞的排水措施，设计为TBM随机泵站结合5级永久泵站，每一个TBM随机泵站设计间距为2000m。应用期间，对于掌子面的涌水，利用各级泵站向大水仓进行抽排，随后利用3号支洞与3号支洞向洞外排放。

（三）水泵与泵站水管配置方案

1，水管配置原则

设计期间，对于水泵与泵站水管的配置，施工单位主要遵循如下原则：

第一，降低泵站的管道长度和阻力。合理规划泵站的位置，使泵站尽量靠近需要排水的区域，减少管道的长度和阻力，提高排水效率。

第二，确保足够的排水能力。根据工程的实际情况，合理选择水泵的数量和规格，以及管道的直径和材料，确保足够的排水能力，保持施工现场的干燥。

第三，考虑水泵和管道的安全性和可靠性：选择具有良好的耐腐蚀性和耐压能力的材料，并进行合理的安装和连接，确保水泵和管道的安全性和可靠性。

第四，考虑节能和经济性。选择具有较高能效的水泵设备，优化管道布局，减少能量损失和运行成本，提高施工过程的节能和经济性。

2.材质与流速与流量

表1为水管配置阶段各种材质、管径在经济流速范围之内的流量要求

序列	管材材质	管径	经济流量	经济流速
1	PE管	φ400mm	622~962m³/h	1.7~2.5m/s
2	PE管	Φ250mm	300~411m³/h
3	钢管	Φ300mm	432~636m³/h
4	钢管	Φ200mm	192~282m³/h

3.水泵扬程计算

案例项目设置永久水泵扬程，以表2参数 依据进行计算：

表2水泵扬程计算要求

序列	参数项	单位	备注
1	排水流量Qzmax	m³/h	以管径不同为依据选择经济流量
2	排水净高度-H	m	取值1
3	单条管路长度-L	m	取值2500
4	局部阻力损失-h2	m	--
5	管路沿程阻力损失-h1	m	--
6	流速-B	M/s	--
7	水泵扬程-H	m	--
8	管径-D	m	钢管-200mm、300mm PE管-250mm、400mm
9	常数-G	m/s2	9.80
10	常数-		0.03
11	阻力系数-		90°弯头=0.25；闸阀=0.10；底阀=6；止回阀=2；
12	局部管件数量-Z	个	--

本项目水泵扬程包含如下三部分呢，即排水净高度、管路沿程阻力损失以及局部阻力损失。式1为三者计算方式：

           （1）

本次项目水泵扬程要求≥h+h1+h2。最终通过计算，不同管径之下，经济流速内对应的水泵扬程如表3：

表3 水泵最终扬程

序列	管材材质	管径	经济流量	水泵扬程
1	PE管	φ400mm	622~962m³/h	29~62m
2	PE管	Φ250mm	300~411m³/h	87~187m
3	钢管	Φ300mm	432~636m³/h	40~84m
4	钢管	Φ200mm	192~282m³/h	56~123m

（四）泵站水仓设置方案

对项目泵站水仓进行设置，对应水泵扬程要求与所选水泵，1号泵站水仓利用步进洞纵断面V型底板形成，设计为400m³容量。2号、3号、4号、5号采用TBM设备，在后抬高轨道基础上设置小型拦水坝，水仓容量分别为400、350、300、300m³。TBM随机泵站则在TBM拖车上安装水箱，容量为100m³。各级泵站的抽排水，采用100kW-80m-250m³/h水泵，将涌水向泵站之间400mmPE管路内抽排。

（五）支洞排水技术

对于支洞排水，以2号支洞为例子。本项目对2号支洞在原有2条300mm排水管路基础上增加2条300mm排水管理，其中原有1、2号管理均为两极排水，将涌水向洞外抽排。新增2条管理则负责将洞底涌水直接向洞外抽排。1、2号管路分别配置一台MD280_215水泵，同时支洞水仓台配置一台MD280-172水泵。新增3、4号管路在洞底分别配置MD360-60×7水泵、QW725-397水泵，

结语：

综上分析，本文以陕西省引汉济渭工程秦岭隧洞项目J5隧洞TBM施工段为例，对隧道TBM施工反坡排水技术开展探讨。相关单位在借鉴J5隧洞TBM施工段施工经验，采取分级排抽排方案同时，还应重点灌注隧洞涌水的特性，同时掌握水泵性能以及同相邻标段的关系谨慎选择排水方案，最大化降低施工安全风险。

参考文献

[1]李绍平,李传松,吉阳.钻爆法铁路隧道施工反坡排水设计的工艺参数设置建议[J].铁路节能环保与安全卫生,2023,13(04):24-27.

[2]张栋.长大富水隧道反坡排水施工技术研究[J].价值工程,2022,41(29):68-70.