洞内反坡排水计算实例

某隧道隧道总长4900m，隧道进口端施工为顺坡排水，隧道出口端施工为出口为反坡排水。隧道出口端施工长度2400m，隧道纵坡2.5%，出口端每天最大涌水量24000m3。每个施工洞口各设一座污水沉淀池，水质经检验合格后将水排放至自然沟渠。该隧道反坡排水采用集水坑接力式反坡排水，设置多级泵站接力排水，工作面积水采用移动式污水泵抽至就近小型泵站，再由小型泵站直接抽至就近主泵站，由主泵站接力式排至洞外；其余已施工地段隧道渗水经隧道内侧沟自然汇集到就近主泵站水池内，由主泵站排水泵接力式排至洞外污水沉淀池。隧道反坡排水示意图见图C.5-1。正洞段每500m设一座抽水主泵站抽水，掌子面与仰拱施工部位采用污水泵抽水至抽水主泵站，

图C.5-1　隧道反坡排水示意图

1.水量计算及设备选取。

（1）隧道排水主要为隧道渗水，同时考虑到施工用水。水质除地下水的本身成分外，还有岩石石硝、泥浆、喷射混凝土的回弹物。所以，除考虑到需排出的水量外，还应考虑到排水的成分组成。

（2）洞内水量是逐段递增的，在各级泵站的选型上，应按排水能力递增原则自下而上递增选配。

（3）各级泵站排水能力应充分配备，并有一定的储备能力。

（4）选用水泵特性要求：强耐磨、耐腐蚀，使用时间长。

（5）掌子面移动水泵选用较轻便的潜水泵，实际操作根据水量大小在数量上予以增减。

（6）排水系统及设备按照设计涌水参数进行选型排布，现场施工时应根据实际情况进行部分合理调整。

2.出口端排水方案：

（1）水泵必须的排水能力（m3/h）。

QB=1.2q

q——最大正常涌水量（m3/h）。

QB=1.2×24000/24=1000m3/h

（2）水泵扬程（m）。

HB=（HP+HX）/ηg

HP——排水高度（m），2400×2.5%=60。

HX——水泵吸水高度（m）。

ηg——管路效率，隧道坡度＜20°时取0.77。

HB=（60+4）/0.77=83.2m

（3）水泵级数。

i=HB/Hi

Hi——水泵的单级扬程（m），取80m。

i=HB/Hi=83.2/80=1.04

水泵级数取2级。

为避免因集水坑、泵站侵占隧道衬砌施工区域，方便隧道施工，故考虑泵站设置于横通道内较为合适，每两个横通道布置一处集水坑、泵站，间隔布置，则两相邻泵站间距约550m左右。经计算得，泵站级数为5级。

（4）排水设备选型及数量。

排水设备选型为WQN-150-80-64型水泵，参数如表C.5-1所示。

表C.5-1　WQN-150-80-64型水泵参数表

①工作泵数量。

正常排水工作泵数量（台）：(www.xing528.com)

n1=QB/Qe

QB——最大正常涌水水泵的排水能力（m3/h），经前面计算，QB=1000m3/h。

Qe——水泵额定流量（m3/h）。

n1=QB/Qe=1000/150=6.667≈7（台）

②备用泵数量。

排水备用泵数量（台）：

n2≥0.7n1=0.7×7=4.9≈5（台）

③检修泵数量。

排水检修泵（台）：

n3≥0.25n1=0.25×7=1.75≈2（台）

④水泵数量的确定。

工作泵数量7台，备用泵5台，检修泵2台；最大开启数12台。

（5）排水管路。

①排水管直径：

Dp——排水管内径（m），

vp——排水管经济流速，一般取1.5～2.2m/s，取1.8m/s。

②排水管布置：

为了能够保证排水的安全性和可靠性，主泵站中每组水泵按照每台一条主管道设置，同时备用水泵设置一条管道，检修水泵不单独配置管道。因此，为节约投资，每两台工作泵配备Φ450mm无缝钢管管路排水外，备用1道Φ450mm无缝钢管管路作为备用管路。

由于本隧道穿越区域地下水丰富，可能出现突水、涌水等突发事故。为此，在设计排水系统考虑将高压风管或高压水管临时改造为排水通道作为应急措施，即在每个泵站处在高压管上开口，与安装在泵站处的水泵接通，正常情况下把闸阀关闭。一旦遇到突水、涌水现象，即把进水闸阀关闭截断高压供水，打开排水阀进行应急抽排。

③排水管数量。

正常排水管路数量=工作泵数量=7道；备用排水管路数量5道。

（6）抽水泵站集水井。

抽水泵站集水井按15min汇水量设计，并考虑施工和清淤方便综合确定。集水井设置隧道排水管路侧向。为能正常维护管理及清淤操作，集水井在水位上方需留有一定工作空间，满足水泵安装和工作需求。

（7）抽水泵站。

每座抽水泵站考虑安放8台水泵设计，在水泵间及水泵与泵站墙壁间均预留30～50cm操作空间确定其宽度，工作高度为2～4m。发生大涌水须8台水泵同时开启时，临时将另外6台水泵安放在泵站外贴靠隧道洞壁位置。水泵站按水泵级数取5级，布置于隧道横通道内。

（8）排水系统布置。

①隧道内排水布置。

积水坑、抽水泵站及抽水管道位于隧道一侧，与施工用高压风、高压水同侧；隧道出口积水坑及抽水泵站位于隧道横通道内，故积水坑、抽水泵站及抽水管位于左幅隧道右侧、右幅隧道左侧，且与施工用高压风、高压水同侧。

②掌子面移动水泵。

掌子面移动水泵采用移动轻便的WQ40-30-7.5型水泵，掌子面与仰拱每工作面配备3台，备用3台移动水泵，实际操作根据水量大小在数量上予以增减，共计6个工作面。