1 工程概况
赣瑞龙铁路中复隧道，全隧沿线路方向为10.9‰的单面上坡，出口段承担1470m正洞施工任务，全部为反坡施工。该段经过F[3]断层破碎带，属于强富水断层；DK188+600～DK189+060段设计属灰岩且岩溶发育，属于强富水区；出口500m范围内为碎石土5～50m浅埋，地表水下渗流量大，雨季排水量陡增。该段隧道设计单位长度最大综合涌水量q为598.6m3/d·m，出口日总涌水量设计估算最大为11058.5m3/d，属于富水、大流量反坡抽排。
中复隧道设有一处斜井，斜长1240m，综合纵坡6.61%。该斜井承担了1650m正洞施工任务，斜井井口与正洞施工面最大高差达95.6m。根据设计资料估算斜井日总涌水量最大为5741.7m3/d，在正洞贯通前，所有洞内排水均需通过斜井口排出，属于大深度反坡抽排。
针对隧道出口段（DK188+030～DK189+500）特点，考虑布置固定式排水泵站时排水功率要适当加大，每300m设置固定泵站一个，即DK189+250、DK188+950、DK189+650、DK188+350各设置固定泵站一个，另外在固定泵站之间根据涌水量大小设置临时泵站。如图1所示为出口泵站设置平面示意图。
图1 出口泵站设置平面示意图
针对斜井井身坡度大、高差大的特点，在斜井井身设置3处固定排水泵站，约460m一处，固定泵站之间设临时泵站，4处临时泵站约230m一处。斜井内固定式排水泵站在选择排水设备时需考虑正洞DK186+780～DK188+030段影响，该段穿过2处强富水断层，在整体贯通之前，仍需经斜井反坡排水泵站排至洞外。当斜井进入正洞施工后，在斜井与正洞交叉口DK186+760靠正洞侧设置一固定泵站。正洞DK186+380～DK186+760段反坡施工，采用长距离管道排水配合小集水泵收集式反坡排水，设置泵站1座，设置在DK186+520处，如图2所示为斜井泵站设置平面示意图。
图2 斜井泵站设置平面示意图
2 抽水设备型号选择分析
在抽水设备型号选择上，除了要考虑隧道渗水、施工用水量，还应考虑到排水的成分组成，如岩石、石屑、泥浆，同时还有喷射混凝土的回弹物掺杂物等，必要时采用污水污物潜水泵。为考虑到在管理、操作维修上的方便，泵站间高差相近时应选用型号相同水泵，只是在设备数量上相应增加。洞内水量是逐段递增的，因此在各级泵站的水泵选型上，应按照排水能力递增原则自下而上递增选配。
在水泵扬程的选择上，要注意以下两方面：
（1）沿程水头损失计算。隧道排水管路以钢管为主，根据《给水排水设计手册》水泵的沿程水头损失与管径、壁厚、管道长度及水的流速等参数有关，经查表计算沿程水头损失，见式（1）：
hf =9.8iK1l（1）
式中，hf为沿程水头损失；i为水力坡降；K1为修正系数；l为管路长度。
（2）高差水头损失计算。在排水系统中除沿程水头损失外，还有高差对水头的损失和局部水头损失，因为整个排水系统多为直线，弯头和变径很少，本方案中局部水头损失予以忽略，只在选择水泵扬程时适当加大。高差对水头的损失见式（2）：
Δh=l’i’（2）
式中，Δh为高差；l’为管路长度；i’为坡度。
3 泵站设备选择以及泵站集水井设置分析
3.1 临时泵站的选择（以1#临时泵站为例计算）
3.1.1 泵站设置参数
本泵站设置3台水泵，3套管路，管长l=150m，坡上管长l’=150m，坡度i’=0.0109，管径d=100mm，壁厚δ=5mm。
3.1.2 流量计算
按最大的渗水量300×11.16=3348m3计算，流量Q=3348÷20÷3=55.8m3/h＜80m3/h；
3.1.3 扬程计算
查表，当管径为100mm，壁厚为5mm时，修正系数K1=0.62；当Q=80m3/h时，1000i=132；沿程水头损失hf =9.8iK1l=9.8×132/1000×0.62×150=120.3kPa=12.03mH2O；高差损失Δh=l’i’+h吸+h末=150×0.0109+2+1=4.64mH2O；考虑到局部水头损失和一定的安全余量，安全系数取0.1；总水头损失h=1.1（hf +Δh）=1.1×（12.03+4.64）=18.3≈18mH2O。
3.1.4 水泵比选
经比选本级泵站选100QW80-20-7.5（流量80m3/h，扬程20m，功率7.5ｋW）的水泵。
3.2 固定泵站的选择，以1#固定泵站为例计算
3.2.1 泵站设置参数
本泵站设置4台水泵，4套管路，管长l=500m，坡上管长l’=300m，坡度i’=0.0109，管径d=150mm，壁厚δ=5mm。
3.2.2 流量计算
出口日总涌水量估算为11058.5 m3/d，流量Q=11058.5÷20÷4=138.3m3/h＜172m3/h。
3.2.3 扬程计算
查表，当管径为150mm，壁厚为5mm时，修正系数K1=0.7；当Q=172m3/h时，1000i=103；沿程水头损失hf =9.8iK1l=9.8×103/1000×0.7×500=353.3kPa=35.33mH2O；高差损失Δh=l’i’+h吸+h末+h坡=300×0.0109+2+1+5=11.27mH2O；考虑到局部水头损失和一定的安全余量，安全系数取0.1；总水头损失h=1.1（hf +Δh）=1.1×（35.33+11.27）=51.3≈51mH2O。
3.2.4 水泵比选
经比选本级泵站选IS125-100-250B（流量172m3/h，扬程60m，功率45kW）的水泵。
3.3 移动水泵的选择
3.3.1 泵站设置参数
本泵站设置3台水泵，3套管路，管长l=190m，坡度i’=0.0109，管径d=100mm。
3.3.2 流量计算
按最大的渗水量计算，190×21.16=4020m3，流量Q=4020÷20÷3=67m3/h≈65m3/h；
3.3.3 扬程计算
对于移动水泵，流量Q=65m3/h，管路长度按L=190计，管径d=100mm，水温t=10℃，坡度i’=0.0109。
3.3.4 水泵比选
经比选本级泵站选100CNQW65-15-5.5（流量65m3/h，扬程15m，功率5.5ｋW）的水泵。
3.4 泵站集水井的设置
出口临时泵站设于洞内单侧，原则上每隔200m设置1处，同时根据隧道内出水量情况予以适当加密。临时集水井的容量按该段15min的汇水量加上施工用水量（每工作面20～30m3／d）合计确定,出口较长范围内处于富水区，其容水量为（11.16×400+30）/24×0.25≯47m3，泵站尺寸初步确定为：6m（长）×4.5m（宽）×2m（深），容量54m3，可根据实际情况进行调整大小。
出口固定泵站设于洞内单侧，原则上每隔300 m设置1处，同时根据隧道内出水量情况予以适当加密。固定集水井的容量按该段15min的汇水量加上其下级泵站送水量合计确定,其容水量为11058.5/24×0.25≯115m3，出口4个泵站分别确定为：1#固定泵站为10m（长）×6m（宽）×2.5m（深），容量150m3；2#固定泵站为10m（长）×6m（宽）×2m（深），容量120m3；3#固定泵站为为6m（长）×5m（宽）×2.5m（深），容量75m3；4#固定泵站为6m（长）×5m（宽）×2m（深），容量60m3。为不影响正常交通，在泵站集水井顶面铺设工字钢、钢板等覆盖。
4 结语
综上所述，隧道反坡排水系统的设置应综合考虑隧道地下水发育、岩溶段突泥突水等不确定因素影响，结合排水的距离、高差以及水质情况。在水泵的选型上，应综合考虑沿程水头损失和高差水头损失，泵站的水泵选型要自下而上递增选配，并有一定的储备能力。水泵、管路以及供电设备必须要有备份，以有效应对突发情况。现场实际实施前，需经过多方案比选，形成最有效的反坡排水系统。
参考文献
[1]冯艺．大型抽排水系统在富水反坡隧道施工中的应用[J]．国防交通工程与技术，2011，（5）.
[2]左玉杰．反坡富水岩溶隧道抽排水系统的设置和应用[J]．铁道建筑技术，2007，（4）.
收稿日期：2017-11-09
作者简介：赵耀（1982-），男，重庆人，中铁十二局集团第二工程有限公司工程师，研究方向：设施管理。
