秦幸运 冀新宇 高程梁 王海亮 吕方平

(1.青岛第一市政工程有限公司,山东 青岛 266000；2.山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地,山东 青岛 266590)

0 引言

排水是隧道施工中十分重要的一环，针对隧道排水技术前人进行了较多研究。肖建军[1]从设计和施工的角度论述了隧道防水设施和排水系统的设置,指出隧道防排水施工是保证隧道施工质量的重要环节。左玉杰[2]指出，在富水岩溶反坡隧道施工中，高效的排水系统和良好的排水管理可以提供相对安全的施工环境。张兆杰、田志宇等[3]总结出一套适用于隧道施工反坡排水的处理方案，并计算了排水设备相关参数。在实际施工过程中，排水技术需要与具体的工程背景结合，青岛地铁8号线工程观科区间施工过程中为保证工期，提高施工速度。在区间设置永久、临时横通道共10个，横通道的设置在提升施工效率的同时也造成了横通道垫土处积水、工作面处排水装置易失效等问题。结合前人研究成果，针对设置横通道带来的问题进行讨论并提出优化方案。

1 工程概况

青岛地铁8号线工程观涛站—科技馆站区间线路出观涛站，经观涛社区，下穿耕海路，经沟角社区西北侧向东敷设，后至岙东南路，沿岙东南路南行至科技馆站。区间设置永久横通道6个，临时横通道4个。其中4号永久横通道与区间泵房合建，区间于右DK33+812.852设置渡线明挖斜井，右DK35+055.813设置区间风井，右DK35+948.369设置1号斜井，DK34+580位置新增斜井一座，均采用矿山法施工。

2 施工排水方案

顺坡施工时，沿顺坡自然排水，在开挖面与仰拱之间设置高压潜水泵。施工污水通过高压潜水泵抽至水沟内，而后流入洞口处的污水处理池中。反坡施工时，主要采用多级泵站接力排水(如图1所示)的排水方式，利用移动式潜水泵将工作面积水抽至就近泵站或临时积水坑内，其余已施工完成地段，隧道渗水经隧道内汇水沟自然汇集到临时积水坑或泵站水池内(见图2)。临时积水坑及泵站内积水由固定式排水泵站接力抽排至洞外污水处理池，处理达标后再排放。

固定式排水泵站水仓容量按正常围岩渗水、施工废水及设计最大涌水量设计。为方便施工及清淤，不同地段的临时集水坑大小应根据其渗水情况进行确定。

为避免长时间空转以及人为误操作导致的水泵损坏，在设置排水泵站时采用电极式液位控制开关控制水泵启停。电极式液位控制开关的设置实现了潜水泵无人看守自动排水，在保证及时准确排水的同时也减少劳动力的投入。

3 原有方案存在的问题

综合现场施工经验，总结出原有方案存在如下问题。

3.1 数据误差

传统的涌水量预测技术综合了地质分析方法、地质数据的收集和分析、详细地表调查等方法。在隧道施工之前对比，验证，判断和预测工程和水文地质条件。这代表估计的涌水量可能与实际的掘进过程涌水量不同，如果误差太大，排水系统的容量就可能出现不足或太强的情况。如果涌水量大于排水系统容量和则可能导致洪水事故，对施工效率，质量和人身安全产生重大影响。如果涌水量小于估算数据，排水系统太强，则将导致能源和资本成本的巨大浪费，也不利于项目的经济利益和国家可持续发展战略的实施。

3.2 横通道处积水

为保证施工节点的顺利完成，根据现场施工进度，在区间正线设6个永久横通道、4个临时横通道，为后续施工提供便利，同时利用横通道，保证初支的安全高效进行。横通道处的垫土阻断了顺坡排水的排水通道，使横通道处常常存在积水(见图3)。

3.3 工作面处排水装置易失效

对于工作面处的积水，通常利用移动式潜水泵按照就近原则抽至附近的潜水泵站或临时积水坑内。因此潜水泵需要随着工作面向前推进而不断向前移动。频繁的移动容易造成排水泵铸铁件、电缆的损坏而且水管也容易因为长时间磨损、弯折而发生漏水，设备损坏后修复过程缓慢，这无疑将阻碍施工进度，降低施工效率。

4 排水方案优化

4.1 动态监测涌水量的抽排水设置

在隧道施工时，隧道内汇集的水源必须及时排出，以有效避免积水带来的安全隐患。然而在进行现场施工时，积水情况与抽排水设置不相符的问题时有发生，因此必须对其进行改善。针对以上问题，我们可以采用基于动态监测的抽排水设置，根据实时动态监测获得多大涌水量数据来确定设置抽排水设施的方案。具体操作如表1所示。

表1 基于动态监测的抽排水设置

4.2 横通道垫土处预设纵向排水管

针对此处积水问题，提出设置纵向排水管的解决方案。在垫土中部沿隧道纵向设置φ80钢管，连通原有顺坡排水通道(见图4)。

4.3 负压排水技术

4.3.1负压排水技术原理

压力容器内气体通过负压发生器排出压力容器外的同时，压力容器内逐渐形成气压值稳定的负压环境。此时取水管中的污水在大气压作用下开始逐步流入压力容器内。当污水充满压力容器，压力容器内气压值也趋近于标准大气压。而后打开潜水泵，压力容器内污水便可在潜水泵作用下排出[4]。设计见图5。

进行排水作业时操作流程如下：

首先关闭排水阀，而后依次开启取水阀、负压阀。此时负压发生装置开始运作，自动控制系统通过传感器时刻监测容器内负压值。容器内负压达到一定阀值后，排水设备将自动开启，开始抽取污水。负压阀值处于稳定状态后，负压发生装置自动停止运作，系统维持自平衡状态；容器内的污水水位达到设定值后，开启排水阀，通过排水管道将污水排出容器。

4.3.2负压排水技术优点

在处理反坡施工工作面处的积水时，原有方案须将排水泵随工作面不断移动，长此以往容易造成排水泵铸铁件、电缆的损坏而且水管也容易因为长时间磨损而发生漏水，设备损坏后修复过程缓慢阻碍施工进度。采用负压排水技术，可以避免这种情况的发生，将设备安装完毕后不须再移动，可随工作面的移动增减水管长度，避免因频繁移动造成的设备损坏。负压排水技术的应用可以将抽水设备的吸程有效延长，并且水泵、管道、电缆等设备也不再需要频繁移动。这一技术的使用在极大优化现场施工过程的同时也降低了工人的劳动强度。

5 结语

针对隧道正反坡施工中出现的数据误差、工作面处排水装置易失效、横通道垫土处存在的大量积水等问题，提出了预设纵向排水管、负压排水技术等解决措施，极大优化现场施工过程、降低工人劳动强度、提高施工效率，为工程按时高质量完成提供了有力保障。