负压排水技术在长大隧道反坡排水施工中的应用

负压排水技术在长大隧道反坡排水施工中的应用

李生虎

中交一公局海威工程建设有限公司汶马高速 15标项目，四川 610000

摘要：在长大隧道尤其是高海拔长大隧道的施工过程中，常常会设置反坡。施工过程中可能因为挖掘而产生大量的地下水涌出，一般的隧道施工中，排水往往借助水泵等排水设备，不过由于长大隧道的施工距离较长，工作面较广，排水设备随着施工地点频繁移动很容易造成排水设备的损坏，维修排水设备一般效率并不高，这样就容易对工程进度造成一定的影响。本文结合实际工作经验，讲解了负压排水技术在长大隧道反坡排水中的优势和施工要点。希望通过本文的阅读，能够给长大隧道反坡排水相关领域的研究工作者提供一定的帮助和启发。

关键词：负压排水技术 长大隧道 反坡排

1 引言

随着我国经济的发展和社会的进步，道路交通运输行业也得到了一定的发展，隧道和桥梁一样，都是道路交通运输应对特殊地形的重要环节，在高海拔多山地区进行公路的架设工作，往往需要借助隧道来实现道路的畅通并缩短实际运输距离，不过一些地形的施工中，隧道的长度很长，再加上当地的其他地理和水文因素影响，常常会出现很长一段的反坡排水段，常规的排水手段对于反坡排水段的排水效果都不甚理想，引入负压排水技术是一个不错的解决问题的思路。

2 工程概况

本次研究案例是以汶马高速15标合同段承建的狮子坪隧道4.766公里特长隧道，围岩主要由中生界三叠系侏倭组（T_3zh）板岩夹变质砂岩及千枚岩组成，受构造影响，岩体褶曲变形强烈，次级断层发育，节理、裂隙发育，含小型断裂或节理密集带。隧道位于大型泥石流冲沟右岸，其走向与冲沟平行，距冲沟沟心约250m，沟内常年流水，两岸植被极为发育，隧道开挖后，地下水呈淋雨状、股状，局部段可能呈大股状流出，易出现集中涌水现象，对板岩及千枚岩软化影响较大，根据设计图纸，狮子坪隧道开挖时地下水大多以渗滴水、线状出水，局部可能有淋雨状或股状涌水产生，杂谷脑组含水层位于背斜核部，隧道围岩裂隙较发育，有利于大气降水雨和地表水入渗补给和贮集，加拉沟倒转向斜转折端，形成向斜储水构造，地下水可能富集，隧道开挖可能形成集中涌水。狮子坪隧道地下水较为发育，综合正常涌水量为13946m³/d，最大涌水量27893 m³/d，且狮子坪隧道反坡段纵坡为2%，长度约1320米，围岩结构面张开度较大，含泥质夹层较多，利用中央排水沟排放过程中沿程阻力较大，排水极为困难，由于施工长度很大，水泵在进行搬抬挪移的过程中，出现了几次损坏，整体上对工期造成了一定的影响。为了解决这一问题，查阅相关资料后，在现有的反坡排水技术基础上，结合高海拔长大隧道的反坡特点，建议采用负压排水解决大量的涌水和积水问题，其优势在于排水过程中只需挪动取水管，而不用频繁搬抬水泵和电缆，不仅节约了人力物力，还保证了机械设备的安全可靠。避免了影响工期。

3 负压排水技术的工艺原理措施

负压排水装置的组成如下图所示：

其工作原理如上，负压传感发生器将内部气压由正转负，压缩压力容器内部的气体，气体排出后，容器内部的气压变负，此时联通取水管道，则取水管道内部的水受压强推动，逐步进入压力容器，当水位上升到一定程度的时候，内外压强基本平衡后，取水停止，由潜水泵将压力容器内部的水取出，重复上述过程，可以实现排水工作。

4 负压排水技术的工艺流程及操作要点

具体的负压排水施工流程如上方程序框图所示，首先需要做施工前的准备工作，结合现有的排水设备和负压发生器，选择合适的电缆，并将后续所需的安装附件、电气设备、底座等，一并采购齐全。除此之外，也要寻找具有丰富工作经验的施工人员进行设备的安装、焊接和操作工作。

安装压力容器之前，需要先安装具有固定和保护作用的底座，由于压力容器本身质量很大，所以一般底座需要使用钢筋混凝土进行固定，浇筑钢筋混凝土之前，要结合实际情况对尺寸和用料进行合理的设计和选择。当底座的混凝土干固之后，开始着手压力容器的安装工作，由于压力容器的重量很大，需要借助机械进行吊装，吊装过程中需要保证压力容器平衡，吊装结束之后，使用地脚螺丝将压力容器固定在底座上。

接下来安装进出水管和其他附件，也可先安装排水设备，排水设备为潜水泵，型号根据实际情况进行合理的选择，主要考虑的因素是水流量的大小，如果涌水量很大，则需要选择更大流量的潜水泵。

安装进水管的时候需要注意，进水管原理压力容器的一端，由于抽水的过程中可能会有一些石砂混合在水中，因此需要水管有一定的抗冲击能力，而另一端则使用钢管与压力容器相连，由于要求保证压力容器的密闭性，所以在钢管和压力容器之间，需要垫法兰环并采用满焊的方式焊接。

同理，出水管道也采用法兰环和满焊的焊接方式，这样就能避免压力容器漏气，保证压力容器内是负压状态。需要注意的是，出水管道一般需要使用支架固定，以保证其稳定。

需要安装的附件主要有阀门、传感器和控制器等装置，具体包括前级过滤阀，用以过滤掉混在水中的砂石；止回阀主要用以防止仪器故障时负压消失，容器内的水回流；负压装置负责抽气，使装置内的压力保持负压；负压传感器是检测容器内的压力的，与水位探测器共同负责检测容器内部的情况。

而其余的电气设备主要包括各种电线、数据传输线以及控制电路、控制器等。

当主体设备安装完毕之后，需要对设备进行密封工作，密封工作主要有两部分组成。一部分是对设备的各个部位的连接部位的密封效果的检测，包括法兰环的安装以及焊点的质量检查，以此来确保部位的连接密闭。第二部分则是在确认了各个部分的连接密闭不漏气的情况下，最后关闭工作门并安装密封门，为了确保密封门的密封效果，需要确保安装处无污损，之后紧固螺丝并做压力测试。

所有设备安装完毕并确保密封性良好之后，开始进行排水工作，并在排水工作过程中做好监控、检修和维护工作，确保设备安全稳定的运行。

5 注意事项

排水设备在施工区域排水工作结束之后，在进行其他区域的排水工作时，需要对设备进行重启，这样能够保证设备处于正常的工作状态，避免施工区域积水。

设备之所以进行固定，包括出水管道的支架固定和负压容器的混凝土底座固定，是因为设备在运行的过程中会伴有高频率的振动，这种高频率的振动工作方式，对设备的稳定性产生了巨大的挑战，这就需要在设备的固定设施进行安装的过程中，保证其强度和韧性足够，能够抵抗住工作过程中的振动。在进行底座施工过程中，要等到混凝土完全干固之后在进行容器的吊装工作，这样能够保证整个工作过程中，设备不会因为振动而产生脱落。

压力容器是负压排水设备的核心装置，也是最为重要的部分，需要正规渠道进行采购，若使用二手设备或者陈旧设备，需要反复对其密封性和工作能力进行确认，这样才能保证整个负压排水设备的工作状态和工作效率。

进出水管与压力容器之间的连接，需要法兰圈，法兰圈的主要目的是防水和密封，而真正确保进出水管连接部分密封可靠的办法，还是需要通过焊接的方式，焊接时要使用满焊的焊接方式，之后需要对焊接点的质量进行检查，并对焊接处的密闭性进行反复确认。

由于施工现场情况十分混乱而且复杂，需要加强施工现场的管理工作，制定相应的规章制度，尤其是在进行负压排水施工的时候，往往环境较为潮湿，这样的环境下，加上较为复杂的用电线路连接，如果不能很好的对用电器和电线电缆进行保护和管理，就很可能因为漏电造成设备短路和不必要的人员伤亡，十分影响工期和施工效果。

6 结语

总之，就目前的研究和工作情况进行综合分析，应对高海拔长大隧道的反坡排水不理想的问题，使用负压排水技术是十分不错的选择。负压排水技术仅需一次安装，后期的施工就仅移动取水管就能够实现整个隧道施工掌子面的积水处理，施工效率高，稳定性强，且不需要频繁的对设备进行搬抬，设备的损害较小，正是因为这样的优势，建议在高海拔长大隧道施工中，反坡排水问题可用负压排水技术来解决，值得推广使用。

参考文献

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