自动抽排水系统在隧洞中的应用

引汉济渭工程秦岭隧洞7号洞工程位于西安市周至县陈河乡境内，主洞全长8.122483km。隧洞设计流量70m3/s，比降为1/2530，成洞断面尺寸为6.76×6.76m（宽×高）；7号斜井总长1877m，比降5.73%，成洞断面尺寸为7×6m。主洞K67+163.517～K70+500段位于弱富水区（Ⅲ），预测本段正常涌水量1168m3/d，可能出现的最大涌水量2336m3/d；主洞K70+500～K75+286段位于中等富水区（Ⅱ），QF2、f21、f22、f23、f25、f26断层破碎带及影响带，岩体破碎，节理裂隙贯通性强，预测本段正常涌水量5255m3/d，可能出现的最大涌水量10510m3/d。K67+163.517～K75+286段预测总正常涌水量6423m3/d，可能出现的总最大涌水量12846m3/d，突发涌水为本项目重大风险源。

2总体排水方案

斜井及下游正洞排水均为反坡排水，因比降较小，上游难以顺坡排水，全洞均采用机械排水，设置多级泵站接力方式排水。临时集水坑每200m设置一处，临时集水坑容水量为6～10m3；排水泵站容水量为90m3，每1000m设置一处；泵站在下游设置4处，上游设置3处，斜井中部设置1处，共计8处。掌子面积水采用移动式潜水泵抽至就近泵站或临时集水坑内，泵站间已施工地段出水经临时集水坑自然汇积到泵站水池内；泵站集水由工作泵将水经管路抽排至前一段泵站内，如此接力抽排到洞外经污水处理后排放。泵站水仓容量按最大涌水量10min进行设计，并考虑施工和清淤方便及具有应急能力综合确定；临时集水坑根据区域汇水段水量大小确定。工作水泵按使用1台、备用1台配备，并定期轮换。

3设备配套选型

在设备选择上，考虑到排水的水量及水的成份，同时各级泵站排水能力应充分配备，并有一定的储备能力。由于隧洞排水包括渗水及施工废水，水质除地下水本身成份外，主要还有石硝、泥浆以及喷射混凝土的回弹物、掺杂物，由此确定选用污水污物潜水泵。根据水量计算，排水管网采用覫300mm钢管，每个泵站需选用大扬程的120kW水泵。但因隧洞涌水数量的随机性，采用大功率水泵长期运行将造成大量电能浪费，增加施工成本投入，故每个泵站采用4台30kW水泵，利用自动控制系统根据水量大小自动调节水泵开启数量。自掌子面向洞外存在水量递增，考虑在管理、操作维修上的方便，泵站均选用同型号水泵，只是在水量较小的地段水泵数量上相应减少。掌子面的移动水泵，采用移动轻便的水泵，实际操作根据水量大小选用5kW和7.5kW两种型号，并根据水量变化在数量上予以增减。

4自动抽排水控制系统

4.1工作原理

本系统包括设置在泵站的两台以上水泵，每个水泵均由一个自复位开关控制该水泵的开启及关闭，每个水泵出水口均通过一个单向阀及分管道连接主管道，经主管道排至隧洞外；每个水泵的自复位开关均通过一根软绳与积水井中一个浮球连接，各浮球的设置高度不等，从低水位线至高水位线依次增加。泵站14中布置四个水泵（M0、M1、M2、M3），其每个水泵（如水泵M0）由一个自复位开关5控制该水泵的开启及关闭，其默认为关闭状态。每个水泵出水口通过分管道10采用法兰与单向阀12连接，单向阀12再通过分管道11与主管道13采用法兰连接，单向阀12控制水流仅向主管道13方向流动，主管道延伸至隧洞外。各水泵的自复位开关分别通过一根软绳4与泵站14中的不同高度的浮球连接，以控制水泵使用数量，浮球高度根据设计流速考虑，其高度可通过软绳长度调节。本系统的控制原理是，浮球3带有一定重量且能在水中自动浮起，水量在低水位线1以下时，浮球3因自重自然下垂，通过软绳4拉动自复位开关5，断开电路，水泵M0停止工作，水量超过低水位线1后，浮球3因浮力上浮，软绳4松动，自复位开关5自然闭合，启动水泵M0抽排水；水量继续增大时，浮球3-1上浮，自复位开关5-1自然闭合，启动水泵M1抽排水；水量再增加时，浮球3-2上浮，自复位开关5-2自然闭合，启动水泵M2抽排水；水量如再增加时，浮球3-3上浮，自复位开关5-3自然闭合，启动水泵M3抽排水。本自动抽排水系统可用于反坡隧洞中多个不同高度泵站的接力抽排水，简单的将低位泵站自动抽排水装置中的主管道13通入高位泵站即可，高位泵站自动抽排水装置的主管道出口延伸至下一个泵站或隧洞外，本隧洞主洞内的多级接力排水及斜井中高差排水均由此形式实现。

4.2运行管理

4.2.1正常运行后，由一名抽水队长负责，分两班，每班斜井及上游共1人，下游1人，共4人，人员仅作为日常巡检，无需参与抽水工作。

4.2.2巡查人员需检查通电线路状况，自动排水装置，水泵，启动箱，及泵站内淤泥淤积状况等，发现有隐患，及时处理、汇报。

4.2.3使用水泵虽然均为污水泵，但一旦在进水口处产生淤积将导致堵泵。为此，需要对坑内污水进行搅和。施工中采用在高压风管上安一Ф50mm出风口，利用高压风定期对进水口处进行冲搅，防止污泥的淤积。

4.2.4每隔一段时间，仍需安排施工人员对坑内污泥杂物进行清理。

4.2.5在进水口仓裹铁窗纱，同时把掌子面水泵或进水口安置在钻设小孔的铁桶内，可以防止污泥及杂物的进入而发生堵塞，铁桶可用工地费油桶加工，利用钉子打孔。

4.2.6为解决因某一泵站出现问题，暂时不能抽水而导致整个排水系统瘫痪，将管路接通，在泵站处开一个出水口和一个进水口，正常情况下，关闭闸阀①，打开闸阀②、③；泵站出现问题时，关闭闸阀②、③，打开闸阀①。

5总结

反坡排水是隧洞施工中的一项重要工作，也存在相当大的难度。国内长大隧洞反坡排水常规方式还处于利用人工操作机械的阶段，施工中如设置泵站数量较多，需安排大量劳动力参与排水，人力、财力耗费较多。秦岭隧洞7号洞自动抽排水控制系统重在体现“节能、安全和实用”的原则，与以往的常规排水系统相比，从人工和耗电方面，节约了施工成本，同时在管理上达到简约的目的，对同类工程具有一定的指导作用。