富水地层中抽排能力设计技术小结.docx

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1、目录一、工程概况-1-1.1 工程O1S范围-1-12工期及造价-1-1.3 工程地质-2-1.4 水文地质-4-二、突涌水发生情况及影响-4-2.1隧洞突涌水情况-5-22突涌水影响-6-三、隧洞抽排能力设计-7-3.1 泵站选址-7-3.2 管路SS-8-3.3 水泵选型-8-3.3.1 选型原则-8-3.3.2 水泵扬程计算-8-3.4 电力-10-341通风、临时排水、照明负荷计算-10-5.4.2总负荷和总电流计算-11-343用电线路保护-11-3.7资d*-12-5.3.1人员配置-12-532材料设备配置-13-5.4效果评价-14-四、结论-14-一、工程概况1.1 工程位置

2、及范围引汉济渭工程秦岭隧洞TBM施工段岭南工程位于陕西省宁陕县四亩地镇境内，工程自3号支洞进入主洞下游1942m开始，标段全长18.275km,施工桩号为K28+085K46+360,主洞采用一台8.02m敞开式硬岩掘进机施工，为解决TBM长距离出渣、通风及TBM第二掘进段运输问题，标段中间设一座4号支洞，4号支洞采用无轨斜井施工，承担TBM检修洞施工与主洞TBM的钻爆接应工作，标段范围包括：(1)修建主洞工程18275m(K28M)85K46+360)。由TBM组装洞(405m)、钻爆接应段(2539.5m)和TBM掘进施工段(8521.5m+4050m)组成。(2)修建辅助施工支洞4号支洞

3、，水平距离长5784m,斜长5820.21m,支洞坡降1.96%,设计为城门洞型，成洞尺寸为6.7m*6.5m04号支洞主要解决中间TBM长距离施工通风、出渣及部分施工材料供应等问题，主支洞交叉口里程为K38+400。(3)支洞运行维护、封堵、弃渣场防护、预制场、料场等其它工程。具体段落划分见图11-a图11标段平面布置图IoH患1.2 工期及造价根据招标文件，标段计划开工日期为2012年3月1日，计划完工日期为2017年6月30日，总工期1947日历天。工程主合同签订日期为2013年7月10日，TBM设备采购合同签订日期为2013年8月22日，合同签订开工日期为2013年10月1日，相关节点

4、工期延后。标段合同总价为10.322亿元，其中主体工程（主洞、4号支洞、仰拱块预制等）由中铁隧洞集团负责施工，弃渣场防护（合同造价1170.7万元）由中国水电十五局负责施工。1.3 工程地质工程位于秦岭岭脊高中山区及岭南中低山区，地形起伏。高程范围10502420m,洞室最大埋深约2012m。工程范围内主要涉及地层为下元古界长角坝岩群黑龙潭岩组石英岩、印支期花岗岩、华力西期闪长岩以及断层碎裂岩、糜棱岩。其主要工程地质特征见表1-1。表11标段主要岩性特征表序号岩性岩性特征分布长度备注1石英岩灰白色，主要矿物成份为石英、长石等，细粒变晶结构，块状构造，岩体表层强风化，风化层厚度13m。K28+0

5、85K28+6305452花岗岩灰白色，主要矿物成份为斜长石、钾长石、石英、黑云母及角闪石，粒状变晶结构，块状结构。岩体表层强风化，风化层厚度13m。K28+630K42+380137503闪长岩灰色及灰白色，主要成份为斜长石、石英、普通角闪石、黑云母，中细粒、中粗粒结构，节理裂隙不发育，岩体完整，岩质坚硬，岩体表层强风化，风化层厚度13m。K42+380K46+36039804碎裂岩糜棱岩灰灰白色，原岩以花岗岩、闪长岩为主，块状构造，岩体较破碎，结构面较发育。K35+450K35+480K45+I80K45+370220断层标段围岩强度高、完整性好、石英含量高，其详细物理力学指标如下表12所

6、示。表12标段岩石物理力学指标统计表岩性石英岩花岗岩闪长岩矿物组成碎屑物()石英589725301018斜长石31926395070长石31-44521角闪石46绢云母胶结物或基质()黑云母I1436812物理性质颗粒密度(gcn)2.752.892.652.812.733.01重度(kNm3)自26.627.725.027.126.429.3吸水率Wa2(%)0.040.110.230.790.290.31饱和吸水率WSa(%)0.060.140.270.880.330.34孔隙率no(%)0-8.70.042.80.20.3抗压指标(MPa)干燥Ra86.121696.7242127.31

7、67饱和Rb74.918485.0193116.4138变形指标变形模量(x1(MPa)5.357.841.3110.603.195.20弹性模量(x1MPa)3.666.053.529.393.245.60泊松比0.180.190.130.250.170.31抗拉强度Ot(MPa)2.56.82.13.33.45.7抗剪强度内摩擦角9(。)58.562.635168.5351.567.02内聚力C(MPa)2.9816.211.4412.531.815.21波速弹性波速(m)392269502985725033906250完整系数0.550.830.59-0.890.410.70工程掘进主要

8、将穿越石英岩、花岗岩及闪长岩，石英岩呈灰白色，主要矿物质为石英、长石等，细粒变晶结构；花岗岩呈灰白色，主要矿物质成分为斜长石、钾长石、石英、黑云母和角闪石，粒状变晶结构，块状结构；闪长岩呈灰色及灰白色，主要矿物成分为石英、斜长石、普通角闪石、黑云母，中细粒结构。岩石石英含量高(石英岩最高达97%、花岗岩最高30%、闪长岩最高达18%）,岩石强度高（花岗岩最高达242MPa）,对施工进度影响大。1.4 水文地质主洞施工段地表水较发育。主要为萝卜峪沟、木河、东木河，为常年流水沟，水量较大，水量随季节性变化较大，夏季有山洪暴发，主要受大气降水补给，水质良好，对混凝土无侵蚀性。地下水为基岩裂隙水，水量

9、较丰富，受大气降水补给，水质良好，对混凝土无侵蚀性。(1) K28+085K28+880段(795m)为弱富水区(III),无区域性断裂通过。石英片岩、花岗岩、石英岩多为中厚层状或巨块状，岩质坚硬而脆。原生层理、浅层风化节理、裂隙较发育，次生构造节理裂隙不发育，节理、裂隙的充填性较好，地下水主要储存于层理、风化节理、裂隙中，泉水不发育。地下水化学类型为HeCkS0一Ca或HCo3Ca型水，矿化硬度0.28350.3255g1,对混凝土无侵蚀性。采用大气降水入渗法预测该段隧洞正常涌水量164m7do(2) K28+880K44+000段(15120m)为贫水区(IV)：分布f7断层破碎带及影响带

10、，受构造影响轻微，岩体完整性好，浅层风化裂隙较发育，在断层接触带、侵入接触带中发育一些节理、裂隙，致使地下水储水空间很少，地下水相对贫乏，地下水天然露头(泉)出露很少，受大气降水影响较大，渗透系数0.007245md,经地表测流，地下径流模数M=86nd.km20地下水均呈短距离运移，主要接受大气降水及冰雪融水补给，径流排泄条件良好，动态变化大。近岭脊区域水化学类型为HCO1Ca或HCCXSa-Ca水，矿化度0.0690.142g1对混凝土无侵蚀性。采用大气降水入渗法预测该段隧洞正常涌水量3358m1二、突涌水发生情况及影响TBM掘进施工中，全隧突涌水现象频繁，出水点多、水量大，经统计最大涌水

11、量高达46000md,制约施工进度同时存在极大淹井风险。2.1 隧洞突涌水情况原设计全隧最大涌水量12226m7d,实际施工过程中隧洞左右侧边墙及拱腰多出露高压股状水并伴有大范围散水，拱顶出露集中股状水、线状水、大范围散水，如下图2.12.4所示。图2.1高压集中裂隙水图22集中小股状出水图2.3大面积散状出水图2.4集中大股状出水TBM掘进中先后发生69次围岩突涌水，详见附表1。2016年2月28日出现的掌子面突涌水，单点单次涌水量就超过了20000md,全隧涌水量达到了46000m7d,达到设计最大涌水量的3.76倍。由于涌水量远超设计标准,现场抽排水能力无法满足要求，被迫开展突涌水抢险工

12、作，如下图2.52.8所示。图2.5TBM主电机被淹图2.6TBM设备一层平台被淹图2.7水中抢接排水管路图2.8大水仓坝体堵漏2.2 突涌水影响由于隧洞突涌水量大、涌水点多，对TBM施工造成较大影响，其主要表现在以下几个方面：(1)由于地下水的长期浸泡，局部洞段岩体软化甚至破碎，造成开挖过程中围岩剥落、掉块、坍塌等失稳现象。同时含水层在掘进机持续长期振动下，将加剧岩体失稳范围，严重者将造成刀盘被卡，砸坏配套设备，从而制约施工进度，甚至出现停工。(2)由于受隧洞突涌水量大，涌水点多，TBM施工段大范围强淋水环境下作业，锚网施工、喷护作业及仰拱预制块安装作业难度加大，有水环境和无水环境施工相比，

13、人员劳动效率与机械工效下降、施工材料损耗大，机械设备长期处于有水环境下作业，使用寿命缩短，设备故障频繁，最为-6-明显的仰拱预制块安装工序有水环境比无水环境用时超出约3040min,有时甚至长达一两个小时，占用TBM有效掘进时间，导致工序循环时间加长，施工进度指标降低。（3）因隧洞围岩岩性以花岗岩为主，岩石硬度大、强度高、石英含量高，在水的作用下，加快了TBM刀具的磨损，缩短了刀具的维修周期，演唱了工序作业时间，加剧了成本亏损。（4）长期在水的浸泡和潮湿的环境中，加快了机械设备的锈蚀，降低部件的寿命，缩短了机械的保养周期。三、隧洞抽排能力设计富水地层反坡排水主要是根据隧洞的长度和坡率，结合隧洞

14、内渗涌水量的大小合理设置储水仓，并选择最佳水泵，确定水泵数量、排水管径和排水管趟数，通过分级接力的方式将隧洞内施工排水及渗涌地下水抽排出隧洞外。同时在此基础上适当考虑一定的富余能力（富余系数取1.2）,以避免淹井风险。3.1 泵站选址泵站宜选在围岩级别低、岩体坚硬稳定地段，同时要有利于隧洞水外排。泵站设置应尽量避开软弱围岩段，因软弱围岩段本身稳定性就较差，节理裂隙极发育、雨水软化、抗剪强度降低，遇水后岩体胶结作用降低，加上岩体自重容易产生坍塌等地质灾害。泵站设置为永久泵站+TBM随机泵站，永久性泵站为整个施工过程结束前所使用的接力排水水仓位置，一般按照200Om间距进行泵站的布置。TBM随机泵站设置方式为：在TBM拖车上部安装一定容量的水箱，水泵与电机设在下一节拖车下部两侧平台上，考虑到拖车受力增加，在水箱投入使用前须先对当节拖车支架进行加固，通过在当节拖车中部加设一根132工字钢横梁、两根132工字钢竖梁，以及两幅轮对，达到拖车结构加固的目的。3.2 管路配置按照大管配小管、永临结合、方便现场施工的原则进行设置，应充分利用现有排水资源，在此基础上进行优化调整。抽排水经济流速按照1.7