青山隧道施工排水專項方案

1、二青山隧道施工排水專項方案1、二青山隧道工程概況1.1、工程簡介二青山隧道穿越呂梁山山脈北段，屬中山區(qū)，進(jìn)口位于嵐縣境內(nèi)，出口位于興縣境內(nèi)。隧道進(jìn)口里程DK132295，出口里程DK148146，隧道全長15.851km，屬單線特長隧道，也是本項目控制工期的工程。隧道中部最大埋深600m左右，出口端埋深較淺，約2560m。隧道區(qū)進(jìn)口段（嵐縣端）為山間黃土盆地，洞身段及出口段為褶皺斷裂中山區(qū)，“V”、 “U”字形溝谷發(fā)育。隧道穿越地層除進(jìn)、出口淺埋段為第四系黃土層外，其余均為太古界、元古界的變質(zhì)巖地層。隧道進(jìn)口17.47m直線段后接半徑R=1200m的曲線，曲線長度為1119.47m，中部為直線

2、，至DK146825.91接一半徑R2000m的曲線，曲線長899.44m，洞身線路縱坡為單面坡，自進(jìn)口至出口依次為4/1205m、5/13250m和3/1396m的下坡。二青山隧道設(shè)置4座斜井， 1#斜井830米，綜合坡度為7.8%的下坡，高差61.904米；2#斜井1725米，綜合坡度為11.2%的下坡，高差176.904米；3#斜井1830米，綜合坡度為11%的下坡，高差185.404；4#斜井1230米，綜合坡度為6%的下坡，高差71.000米，其中除3#斜井采用760588cm雙車道內(nèi)凈空斷面外其余3座斜井全部采用510580cm的單車道內(nèi)凈空斷面，斜井全部采用無軌運(yùn)輸。斜井總長度5

3、620m，相當(dāng)于正洞長度的35.4。1.2、地質(zhì)構(gòu)造二青山隧道位于呂梁山隆起的中部，主要受來自北西西向的壓應(yīng)力。區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場中，南北向均勻擠壓，東西方向的擠壓僅是在短暫時期起了主要作用，最主要的是東部相對向北，西部相對向南的直線扭動作用。因此，山西省東西構(gòu)造帶比較微弱，南北向構(gòu)造帶比較明顯，北東向、北北東向最為顯著。西部為呂梁山古褶皺帶，東部為寧武靜樂向斜西翼南部的轉(zhuǎn)折端，中部為新生代斷陷盆地。興縣境內(nèi)地層總體上表現(xiàn)為向西傾斜的單斜構(gòu)造，西部簡單而東部復(fù)雜。從清水河起直到離石附近，寒武、奧陶紀(jì)和石炭、二疊紀(jì)以上地層，一般沿走向較穩(wěn)定地由北向南延展，向西緩緩插入黃河之下，為平緩褶皺構(gòu)造。1.2

4、.1、褶皺測區(qū)構(gòu)造主要受一組走向N2535E向斜控制，即野雞山向斜控制，該向斜形成于前震旦紀(jì)，向斜兩翼對稱，向斜軸面近直立，向斜東西兩翼有北北東向伴生壓性斷裂。向斜軸線與隧道相交于DK140+350里程，交角55。1.2.2、斷裂受區(qū)域構(gòu)造壓應(yīng)力的影響，測區(qū)主要發(fā)育NNE走向斷裂，共有9條斷層與隧道正線或斜井相交，現(xiàn)分述如下：F1 正斷層斷層延展長度約9.5Km，總體走向N35E，傾向S，傾角約60，為測區(qū)主要斷裂。破碎帶寬約70m，DZK-4鉆孔揭露帶內(nèi)發(fā)育斷層角礫巖。該斷層與擬建隧道相交于DK137+225+295，與隧道走向夾角48。F2 逆斷層斷層延展長度約6Km，總體走向N59E，傾

5、向N，傾角約80，破碎帶寬約110m，斷層破碎帶內(nèi)發(fā)育斷層角礫巖及石英巖脈，該斷層與擬建隧道相交于DK140+430+540，與隧道走向夾角24。與2#斜井相交于 IIXJK1+610 +690。F3 逆斷層測區(qū)向斜西翼伴生斷裂，為測區(qū)主要斷裂，太古界界河口群奧家灘組與元古界野雞山群青楊樹灣組地層以F3斷層接觸。斷層延展長度9.6Km，總體走向N33E，傾向NW，傾角約65，破碎帶寬約260m，DZK-7鉆孔揭露斷層破碎帶內(nèi)發(fā)育斷層角礫巖和斷層泥。該斷層與擬建隧道相交于DK141+630+890，與隧道走向夾角51。與3#斜井相交于IIIXJK0+480 +590。F4 逆斷層該斷層主要據(jù)物探

6、解譯推斷，斷層延展長度約9Km，總體走向N36E，傾向NW，傾角約60，破碎帶寬約50m，斷層破碎帶內(nèi)發(fā)育斷層角礫巖。該斷層與擬建隧道相交于DK143+710+760，與隧道走向夾角約50。F5 逆斷層該斷層延展長度約5Km，總體走向N36E，傾向NW，傾角約75，破碎帶寬約50m，DZK-9鉆孔揭露斷層破碎帶內(nèi)發(fā)育斷層角礫巖。該斷層與擬建隧道相交于DK145+470+520，與隧道走向夾角約50。F6 逆斷層斷層延展長度約4Km，總體走向N31E，傾向N，傾角約70，破碎帶寬約70m，帶內(nèi)發(fā)育斷層角礫巖，DZK-12鉆孔揭露該斷層。該斷層與擬建隧道相交于DK147+140+210，與隧道走向

7、夾角約50。F7 逆斷層斷層延展長度約2.5Km，總體走向N38E，傾向NW，傾角5080，DZK-13鉆孔揭示表明，斷層帶內(nèi)斷層角礫發(fā)育。該斷層與擬建隧道相交于DK147+910+950，與隧道走向夾角約50。F8逆斷層該斷層為物探推測斷層，總體走向N36E，傾向NW，傾角約70，破碎帶寬約45m。該斷層與擬建隧道相交于DK143+260+305，與隧道走向夾角約50。F9斷層該斷層是F1斷層的次級斷層，總體走向N33E，傾向S，傾角約55，破碎帶寬約80m，XJZK-3鉆孔揭示表明，斷層帶內(nèi)斷層角礫巖、斷層泥發(fā)育。該斷層與擬建2#斜井相交于XJK0+170+250段。1.2.3、節(jié)理測區(qū)巖

8、體受構(gòu)造及變質(zhì)巖化作用影響，巖層產(chǎn)狀多變，節(jié)理發(fā)育，節(jié)理間距0.55m不等，巖體多被切割成碎裂狀或塊狀，大部分為微張張開節(jié)理，部分膠結(jié)，少有充填物，并發(fā)育有節(jié)理密集帶。測區(qū)以走向?yàn)镹310320W、N340350W及N3040E三組節(jié)理最為發(fā)育。1.3、水文地質(zhì)1.3.1、地下水類型隧道穿越地層除進(jìn)、出口淺埋段為第四系黃土層外，其余均為太古界、元古界的變質(zhì)巖地層。根據(jù)各地層的巖性及其組合關(guān)系、地質(zhì)構(gòu)造條件、水理性質(zhì)、地下水賦存條件和水力特征，可將隧址區(qū)地下水類型劃分為兩類：變質(zhì)巖類基巖裂隙水和松散巖類孔隙水。1.3.1.1、變質(zhì)巖類基巖裂隙水測區(qū)內(nèi)的巖性為太古界和元古界的片麻巖、偉晶巖、片巖、

9、石英巖、超基性巖、花崗巖和變粒巖等，巖石一般堅硬致密，透水性、含水性都較弱。基巖中的地下水主要具有如下賦存規(guī)律：第一、受區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力作用，巖體節(jié)理裂隙、斷層發(fā)育，為地下水賦存創(chuàng)造了條件，并決定了其富水程度的強(qiáng)弱。與隧道相交的9條斷層破碎帶、3處節(jié)理密集帶都含有較多的地下水。第二、隧道進(jìn)口段、出口段埋深較淺，基巖上覆幾十米厚的黃土，基巖全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化，破碎呈砂土狀、碎石土狀，透水性強(qiáng)，含水量大。第三、野雞山向斜是有利的儲水構(gòu)造。1.3.1.2、松散巖類孔隙水第四系中、上更新統(tǒng)孔隙潛水含水層巖性以粉質(zhì)黃土為主，多以披蓋式覆于基巖之上，厚度一般50-70m。以接受大氣降水垂直補(bǔ)給為主，局部亦有河流的

10、側(cè)向補(bǔ)給，富水程度小。 第四系全新統(tǒng)河谷沖積層孔隙潛水，主要分布于湫水河、嵐河水系的河谷、溝谷及其階地地帶，含水層由砂和砂礫組成，含水層厚度變化較大，透水性強(qiáng)，地下水位埋深淺。地質(zhì)構(gòu)造對地下水賦存的影響區(qū)內(nèi)地層是以片巖、片麻巖、石英巖、變粒巖為主的變質(zhì)巖類地層，局部分布各時代的侵入巖類，均屬于蓄水程度弱的裂隙含水巖組。從區(qū)域地質(zhì)及構(gòu)造情況分析，構(gòu)造是地下水賦存主要影響因素。測區(qū)地層受多期構(gòu)造運(yùn)動的影響，形成了以元古界野雞山群白龍山組（PtYb）為核部地層的向斜構(gòu)造。在其兩翼則發(fā)育多條與褶皺軸向近平行的區(qū)域性斷層，其中一條使得太古界界河口群奧家灘三段（ArJa3）與元古界野雞山群青楊樹灣組（Pt

11、Yq）呈斷層接觸。上述褶皺與斷層構(gòu)造的存在，以及各地層巖性的差異，從而使得地下水的賦存有著不同的賦存特征：、在向斜核部地段呈現(xiàn)匯流型特征。從構(gòu)造條件上看，位于向斜核部的白龍山組（PtYb）地層具有一定程度的富水性，但由于其巖層主要為斜長角閃巖、角閃片巖及角閃變粒巖等硬質(zhì)巖，且多為塊狀結(jié)構(gòu)，所以其富水部位主要為節(jié)理、裂隙密集帶。1.3.2.2、斷裂及其影響帶，巖體破碎，構(gòu)造裂隙密集，為地下水的富集、運(yùn)移創(chuàng)造了條件。測區(qū)內(nèi)分布的兩條北東向斷裂與向斜構(gòu)造復(fù)合聯(lián)合，從而形成了該區(qū)域近南北向的構(gòu)造體系。該構(gòu)造體系控制并制約著地下水的富集，從而形成了地下水不同的賦存條件與分布特征。二青山隧道設(shè)計涌水量見表

12、1至表4：表1：二青山隧道涌水量統(tǒng)計表序號洞身名稱斜井設(shè)計涌水量（m3/d）正洞設(shè)計涌水量（m3/d）備注正坡排水反坡排水正常最大正常最大正常最大1進(jìn)口4123.412370.221#斜井1417.784253.341028.33084.84113.112339.432#斜井2846.70 8540.10 2056.66169.74113.112339.443#斜井2562.817688.432467.97403.64318.812956.454#斜井1820.00 5460.00 4113.112339.42151.26453.56出口4113.112339.4表2：二青山隧道斜井井身涌水量

13、合計表序號洞身名稱設(shè)計涌水量最大涌水量備注m3/dm3/hm3/dm3/h11#斜井1417.7859.07 4253.34177.22 22#斜井2846.70 118.61 8540.10 355.84 33#斜井2562.81106.78 7688.43320.35 44#斜井1820.00 75.83 5460.00 227.50 56表3：二青山隧道斜井承擔(dān)正洞施工反坡排水涌水量合計表序號洞身名稱設(shè)計涌水量最大涌水量備注m3/dm3/hm3/dm3/h1進(jìn)口4123.4171.81 12370.2515.43 21#斜井4113.1171.38 12339.4514.14 32#斜井

14、4113.1171.38 12339.4514.14 43#斜井4318.8179.95 12956.4539.85 54#斜井2151.289.63 6453.5268.90 6表4：二青山隧道涌水量合計表序號洞身名稱設(shè)計涌水量最大涌水量備注m3/dm3/hm3/dm3/h1進(jìn)口4123.4171.812370.2515.421#斜井6559.227319677.54819.932#斜井9016.4375.6827049.21127.0543#斜井9349.5389.628048.41168.754#斜井8084.3336.824252.91010.56出口4113.1171.412339.

15、4514.12、排水方案2.1、總體排水方案斜井及正洞排水為反坡排水，采用機(jī)械排水，設(shè)置多級泵站接力排水。施工掌子面積水采用移動式潛水泵抽至就近泵站或移動水倉中。1#斜井每420m左右設(shè)1個水倉，井身和井底設(shè)2個水倉；2#斜井每430m左右設(shè)1個水倉，井身和井底設(shè)4個水倉；3#斜井每460m左右設(shè)1個水倉，井身和井底設(shè)4個水倉；4#斜井每620m左右設(shè)1個水倉，井身和井底設(shè)2個水倉；正洞每1000m設(shè)1個水倉，其中進(jìn)口正洞設(shè)1個水倉；斜井正洞小里程方向正坡施工段采用自然流水方式將水匯集至斜井喇叭口集水倉中，大里程方向反坡施工段設(shè)1個水倉。2.2、水倉容量泵站水倉容量按10min兩倍設(shè)計正常涌水

16、量計算，各工區(qū)水倉設(shè)計尺寸見表5。表5：各洞口設(shè)計水倉設(shè)計容量及尺寸序號洞身名稱設(shè)計涌水量（m3/min）10min設(shè)計涌水量（m3/min）水倉設(shè)計尺寸（長*寬*深m）水倉設(shè)計容量（m3）備注1進(jìn)口171.8/60=2.8610*2*2.86=57.26*5*26021#斜井273/60=4.5510*2*4.55=918*4*39632#斜井375.7/60=6.2610*2*6.26=125.28*5*312043#斜井389.6/60=6.4910*2*6.49=129.88*5*312054#斜井336.8/60=5.6110*2*5.61=112.28*5*31206出口2.3、設(shè)

17、備配置：2.3.1、高差計算1#斜井：每級泵站之間的高差為4207832.76m；2#斜井：每級泵站之間的高差為43011248.16m；3#斜井：每級泵站之間的高差為46011050.6m；4#斜井：每級泵站之間的高差為6206037.2m；正洞：每級泵站之間的高差為100055m。2.3.2、最大涌水量斜井進(jìn)入正洞前每小時預(yù)測最大涌水量：1#斜井：59.07m3/h；2#斜井：118.61m3/h；3#斜井：106.78m3/h；4#斜井：75.83m3/h。斜井進(jìn)入正洞后每小時預(yù)測最大涌水量：1#斜井：273.0m3/h；2#斜井：375.68m3/h；3#斜井：389.6m3/h；4#

18、斜井：336.8m3/h。正洞反坡排水每小時預(yù)測最大涌水量：進(jìn)口：171.81m3/h；1#斜井：171.38m3/h；2#斜井：171.38m3/h；3#斜井：179.95m3/h；4#斜井：89.63m3/h。2.3.3、抽水機(jī)配置按2倍涌水量考慮排水能力，設(shè)備分階段投入。斜井水倉選擇大流量、高揚(yáng)程抽水機(jī)，分進(jìn)入正洞前和進(jìn)入正洞后兩個階段考慮，正洞選擇大流量、低揚(yáng)程抽水機(jī)（利用斜井第一階段設(shè)備）。各水倉抽水配置表如下：表6：抽水機(jī)配置表序號位置水倉名稱排水階段抽水機(jī)參數(shù)數(shù)量（臺）總流量（m3/h）備注參考型號功率（KW）流量（m3/h）揚(yáng)程（m）小計合計11#斜井1#、2#進(jìn)入正洞前551

19、00801100200排水設(shè)備江蘇亞梅泵業(yè)污水泵 ZW100-100-80型255100801100備用3進(jìn)入正洞后751501102300600排水設(shè)備IHG離心泵125-315A型4751501102300備用52#斜井1#、2#、3#、4#進(jìn)入正洞前55100801100200排水設(shè)備江蘇亞梅泵業(yè)污水泵 ZW100-100-80型655100801100備用7進(jìn)入正洞后901921192384768排水設(shè)備IHG離心泵125-315型8901921192384備用93#斜井1#、2#、3#、4#進(jìn)入正洞前55100801100200排水設(shè)備江蘇亞梅泵業(yè)污水泵ZW100-100-80型10

20、55100801100備用11進(jìn)入正洞后901921192384768排水設(shè)備IHG離心泵125-315型12901921192384備用134#斜井1#、2#進(jìn)入正洞前55100801100200排水設(shè)備江蘇亞梅泵業(yè)污水泵ZW100-100-80型1455100801100備用15進(jìn)入正洞后75180104.62360720排水設(shè)備IHG離心泵125-315A型1675180104.62360備用17正洞/551008099001800排水設(shè)備江蘇亞梅泵業(yè)污水泵ZW100-100-80型55100809900備用說明：正洞水泵進(jìn)口集水倉4臺；1#斜井正洞反向排水集水倉4臺；2#斜井正洞反向排

21、水集水倉4臺；3#斜井正洞反向排水集水倉4臺；4#斜井正洞反向排水集水倉2臺，共計18臺，一半正常抽水，一半備用，水泵采用從斜井更換出來的水泵。表7各管徑水頭損失表（斜井施工）抽水機(jī)額定流量（m3/h）100100100100抽水機(jī)額定揚(yáng)程（m）80808080管路長度（m）420430460620排水高差（m）32.7648.1650.637.2排水管直徑（mm）100125150200100125150200100125150200100125150200管內(nèi)流速（m/s）3.542.261.570.883.542.261.570.883.542.261.570.883.542.261.5

22、70.88管內(nèi)沿程水頭損失（m）53.7117.517.041.6654.9917.937.211.70 58.8219.187.711.8279.2825.8510.4 2.45管內(nèi)彎道水頭損失（m）1.190.480.230.071.190.480.230.071.190.480.230.071.190.480.230.07是否滿足要求否是是是否是是是否是是是否是是是表7各管徑水頭損失表（進(jìn)入正洞以后）抽水機(jī)額定流量（m3/h）200300384384360抽水機(jī)額定揚(yáng)程（m）80110119119104.6管路長度（m）1000420430460620排水高差（m）532.7648.16

23、50.637.2排水管直徑（mm）100125150200100125150200100125150200100125150200100125150200管內(nèi)流速（m/s）3.542.261.570.8810.66.794.712.6513.68.696.043.413.68.696.043.412.78.155.663.18管內(nèi)沿程水頭損失（m）127.941.716.73.95481.5158.163.415.1811.6265.1106.725.4868.2283.6114.227.11020336.2135.131.9管內(nèi)彎道水頭損失（m）1.190.480.230.0710.74.3

24、72.10.6717.67.173.461.117.67.173.461.115.36.33.040.96是否滿足要求否是是是否否否是否否否是否否否是否否否是2.3.4、排水管直徑選擇根據(jù)水頭損失計算公式：vQ/AQ/(r)；管道阻力水頭損失：hf=L/dv2/（2g）彎道阻力水頭損失：hf=v2/（2g）其中：v=流速，Q=流量，A=管路截面積，=系數(shù)（0.02），L=管路長度，d=管路直徑，=系數(shù)（1.86）計算得出所選取的抽水機(jī)采用不同管徑時流速和水頭損失見表7根據(jù)表7計算結(jié)果顯示，各洞口采用水管管徑見表8表8：正洞及斜井井身排水管管徑表正洞1#斜井2#斜井3#斜井4#斜井備注鋼管直徑（

25、mm）1252002002002003、電源配置各洞口施工用電統(tǒng)計表及電源配置表見表9、表9：各洞口施工用電配置表洞外主要施工用電（KW）斜井主要施工用電（KW）正洞主要施工用電（KW）拌合站鋼筋加工空壓機(jī)通風(fēng)機(jī)營區(qū)用電合計使用率施工用電排水合計使用率排水施工用電合計使用率進(jìn)口1205044022020850595001101302401681#斜井3020550440201060742303003302311101702801962#斜井60550440201070749407207605321102203302313#斜井9030660440201240868407207605321102

26、203302314#斜井302055044020106074235300335234.5110220330231出口3020440220207305110013013091說明：洞內(nèi)施工用電主要為輸送泵、噴錨機(jī)、洞內(nèi)支立拱架用電，正常用電按設(shè)備功率的0.7倍系數(shù)考慮。從表9可以看出，進(jìn)口工區(qū)洞外施工用電595KW，洞內(nèi)施工用電168KW，大電設(shè)置在洞外設(shè)置630KVA變壓器提供洞外施工用電，洞內(nèi)施工進(jìn)入1000m計劃10KV高壓進(jìn)洞1臺315KVA變壓器供洞內(nèi)施工及洞內(nèi)排水供電；1#斜井工區(qū)洞外施工用電742KW，斜井施工用電231KW，正洞施工用電196KW，大電設(shè)置在洞外設(shè)置800KVA變

27、壓器提供洞外用電及斜井施工期間洞內(nèi)施工排水供電，洞內(nèi)施工進(jìn)入正洞以后計劃10KV高壓進(jìn)洞1臺315KVA變壓器供斜井泵站排水供電，一臺315變壓器供正洞內(nèi)正反向施工及正洞泵站排水供電；2#斜井工區(qū)洞外施工用電749KW，斜井施工用電532KW，正洞施工用電231KW，大電設(shè)置：洞外設(shè)置800KVA變壓器提供洞外用電及斜井施工期間洞內(nèi)施工排水供電，洞內(nèi)施工進(jìn)入正洞以后計劃10KV高壓進(jìn)洞1臺630KVA變壓器供斜井泵站排水供電，一臺315變壓器供正洞內(nèi)正反向施工及正洞泵站排水供電；3#斜井工區(qū)洞外施工用電868KW，斜井施工用電532KW，正洞施工用電231KW，大電設(shè)置：洞外設(shè)置800KVA變

28、壓器提供洞外用電及斜井施工期間洞內(nèi)施工排水供電，洞內(nèi)施工進(jìn)入正洞以后計劃10KV高壓進(jìn)洞1臺630KVA變壓器供斜井泵站排水供電，一臺315變壓器供正洞內(nèi)正反向施工及正洞泵站排水供電；4#斜井工區(qū)洞外施工用電742KW，斜井施工用電234KW，正洞施工用電231KW，大電設(shè)置：洞外設(shè)置800KVA變壓器提供洞外用電及斜井施工期間洞內(nèi)施工排水供電，洞內(nèi)施工進(jìn)入正洞以后計劃10KV高壓進(jìn)洞1臺315KVA變壓器供斜井泵站排水供電，一臺315變壓器供正洞內(nèi)正反向施工及正洞泵站排水供電。4、成本預(yù)算進(jìn)口及斜井正洞內(nèi)排水管采用壁厚4mm125鋼管，其余四個斜井采用壁厚4mm200鋼管，進(jìn)口及斜井正洞內(nèi)反坡排水采用一級泵站，泵站除4#斜井安裝2臺水泵以外（一用一備）其他各泵站都安裝4臺水泵（兩用兩備）（水泵采用從前期斜井施工時使用的ZW100-100-80型污水泵）。斜井內(nèi)1#斜井、4#斜井設(shè)置2級泵站，每個泵站內(nèi)設(shè)置4臺水泵（兩用兩備），2#斜井、3#斜井設(shè)置4級泵站，每個泵站內(nèi)設(shè)置4臺水泵（兩用兩備）。斜井施工期間水泵采用ZW100-100-80型污水泵，施工進(jìn)入正洞以后根據(jù)涌水量跟換成IHG離心泵125-315A型或IHG離心泵125-315型離心水泵。根據(jù)水泵功率要求，1#斜井、