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大型抽排水系统在富水反坡隧道施工中的应用

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大型抽排水系统在富水反坡隧道施工中的应用 冯 艺 (二滩水电开发责任有限公司,四川成都610051) 摘要:锦屏二级水电站辅引3#施工支洞穿越锦屏山系中部第五出水带,地下涌水非常丰富,单点稳定涌水 量达2.5万~4.5万m。/d,汇水稳定总量在支洞开挖期间达8.5万m。/d,在引水隧洞开挖期间达13万m。/ d。为保证支洞安全顺利贯通和主洞的正常施工,抽排水系统的设计非常关键,经过多方论证,引入了煤矿系 统的水仓抽排水设计和施工,现场取得了较好效果,确保了施工生产的正常进行。着重介绍大型抽排水系统 设计及针对现场实际而进行的优化设计、抽排水设备的选用,对类似工程有借鉴意义。 关键词:富水洞段;反坡隧道;抽排水系统;设计;优化 中图分类号:U453.5文献标识码:B文章编号:1672—3953(2011)05—0057—05 l 概况 施工支洞穿越锦屏山中部第五出水带,围岩为T2b 白山组大理岩,厚层或巨厚层状,岩石坚硬且较脆。 1.1 工程概况 从2010年1月17日开工,经历了K0+022~K0+ 锦屏二级水电站属于二滩公司在雅砻江干流锦 042段12万m。/d涌水(雨季稳定流量、顺排水); 屏大河湾上卡拉至江口河段规戈 的5个梯级电站之 KO+186处2.5万m。/d稳定涌水;K0+286~0+ 一,总装机容量4 800 MW,是雅砻江流域装机规模 293段4.5万m。/d稳定涌水;KO+510 ̄0-+-540段 最大的水电站。整座电站计划在2015年全面投产 的成片分散股状水稳定达2.5万m。/d;进入主洞施 发电,对于把四川丰富的水能资源优势转化为经济 工、能自然排水前稳定总汇集水量13万m。/d。 优势,具有重要而深远的意义。为了保证锦屏二级 本工程通过合理的抽排水设计、施工优化、管理 水电站2012年首台机组按期发电目标的实现,锦屏 运用,有效的保证了施工,共计投入两套大型抽排水 建设管理局决定在锦屏电站工程已贯通的A辅助 系统,正常抽排能力达到13万m。/d。目前抽排水 洞增设辅引3#支洞工程,解决引水隧洞主体工程 系统已经完成其任务,圆满的达到了预期效果。 的施工通道和排水问题。 辅引3#施工支洞全长1 108 m,最大纵坡为一 2 抽排水设计 13.0 ,支洞本身高差达80 m,洞段埋深在2 200 m 辅引3#施工支洞抽排水设计全面遵循的原则 以上,施工最大难点是地下水丰富、反坡施工,给工 是:充分掌握地质、环境条件资料作为设计的前提和 程进度造成影响,特别是涌水可能给施工造成不可 保障,根据工程实际合理设计以满足施工需要,结合 预见的后果。因此,施工前做好充分的抽排水规划 现场条件适时调整、优化设计,以实现最经济目标。 设计至关重要,在规划设计的基础上,根据现场条 辅引3#施工支洞的抽排水系统由一级排水系统、 件,及时优化,以达到满足需要又最为节约原则。 二级排水系统、施工工作面的排水系统组成。一级 1.2 水文地质情况 排水系统、二级排水系统设置临时固定水仓,用于聚 锦屏山属裸露型深切河间高山峡谷岩溶区,主 积涌水进行集中大型抽排水,每个水仓中设置3台 要接受大气降水补给。受NNE向主构造线与横向 大型潜水电泵并配置各自独立的排水管路;施工工 (NWW、NEE)扭~张扭性断裂交叉网络的影响,构 作面的排水系统主要解决施工过程中随工作面的推 成了河间地块地下水的集水和导水网络。辅引3# 进将不断涌出的水排至固定水仓或洞外,达到能够 正常施工并加快进度的目的。大型抽排水系统主要 收稿日期:2011-04—25 作者简介:冯艺(1978一),男,工程师,2004年毕业于天津大学 包括:水仓、水泵设备、管路、供电系统等,重点介绍 岩土工程专业,工学硕士,主要从事水电工程技术管理工作fengyi@ 水仓、水泵设备设计。 ehdc.corn.cn 2.1 水仓设计 国防交通工程与技术 囫 2011第5期 ・成果与应用・ 大型抽排水系统在富水反坡隧道施工中的应用 冯 艺 泵,方案二选用3台DFSS500—890B型卧式双蜗壳 双吸泵。 根据A辅助洞施工揭露的地质涌水情况:辅引 3#施工支洞设一、二级临时性单水仓,设计一级水仓 3个,各水仓高差约20 m,布置在辅引3#施工支洞斜 坡段前进方向右侧,长i00 m。其1、2、3号水仓分别 布置在辅引3#施工支洞K0+212.979、K0+394.797 设计依据:①正常涌水量为1 In。/s(3 600 m。/ h,86 400 IT1。/d)。②最大涌水量为1.5 m。/s(5 400 in。/h,129 600 m。/d)。③扬程为90 m。 方案一排正常涌水时1用2备,排最大涌水时 2用1备。 (1)水泵排水能力计算:水泵选取时,考虑留有 约1O ~20 的富余能力,排正常涌水时的能力为 和K0+616.616处,入口坡度一15 ,断面宽×高一 8.5 mX 6.0 1TI,水仓有效容量1 350 m3;二级水仓布 置在辅引3#施工支洞落平段拐弯处,长200 m。起 点在KO+802.975处,入口坡度一15 ,断面宽×高 一13.0 mX 6.13 m,水仓有效容量9 000 m3。 3 960 in。/h,排最大涌水时的能力为5 940 ITI。/h。 2.2 排水设备设计[】I2] (2)排水管路的选择:根据水泵的抽排水能力计 2.2.1 设备方案 算选择管径,再根据管径、扬程计算选择管壁厚度。 锦屏二级水电站辅引3#施工支洞排水工程是 排水管选用G920×10(ram)的焊接钢管,满足要求, 针对施工过程中的涌水,其具有涌水量大、泥沙较 管路设置3趟,正常涌水1趟工作,最大涌水2趟工 重、扬程不太高、排水设施使用期短等特点,因此,排 作,特殊情况3趟同时工作,每趟管路长度为1 000 水设备选取时主要考虑排水量大、施工安装方便的 m。根据排水能力计算管路流速为1.75 m/s,根据 水泵。根据厂家提供的资料,目前现有的潜水电泵、 流速计算管路阻力为4.22 m。 双吸双蜗壳水泵、多级离心泵、渣浆泵(排沙泵)等水 (3)水泵工况点:根据管路阻力、水泵抽排水能 泵技术性能均能够满足排水工程的需要,但考虑到 力计算管网阻力系数,新管为2.637 5×10一,旧管 水文地质的不确定性、施工安装的方便快捷性等因 为4.483 8×10_。。 素,排水设备确定为在潜水泵方案与离心泵方案之 水泵运行工况点:新管排水量Q一4 338 m。/h, 间进行选择比较。 扬程H一94.9 m,工况效率 :75.5 ;旧管排水 一级排水系统设备比较方案为500QXG2000— 量Q一4 150 m。/h,扬程H===97.7m,工况效率刁一 40-355型单级双吸双蜗壳高压潜水电泵与DF— 76 。 SS350-430B型卧式蜗壳双吸泵。 (4)根据工矿点计算排水时间:排正常涌水(1 二级排水系统排水设备比较方案为 台泵)新管时间为20 h,旧管时间为20.9 h;排最大 700SLDB4O00/100—1800型单级双吸双蜗壳潜水电 涌水(2台泵)新管时间为15 h,旧管时间为15.6 h。 泵与DFSS500-890B型卧式蜗壳双吸泵。 (5)根据新管工况点计算电机功率为1 734 kW。 2.2.2 方案比较 (6)电动机配置:每台700SLDB4000/100-1800型 结合现场实际,对设备流量、扬程、功率、电动机 水泵配置一台1 800 kW、1O kV、1 470 r/min的电动机。 启动、泵房、洞室、吸水高度、设备投资、固定泵房等 (7)其它:排水系统分别采用软起动控制系统、 进行综合比较。以二级水仓为例,方案一选用3台 液位自动控制系统、远程自动控制系统。 700SLDB4O0O/1o0—1800型单级双吸双蜗壳潜水电 方案一与方案二的技术性能比较见表1。 表1 排水设备方案比较表 国防交通工程与技术 固 20ll第5期 ・成果与应用・ 大型抽排水系统在富水反坡隧道施工中的应用 冯 艺 根据辅引3#施工支洞工程位于第五出水带、 涌水量大等特点,并考虑水文情况不确定等因素,结 合施工周期短、施工安装方便性等,设计选用方案 一:3台700SLDB40OO/lOO-18oo型单级双吸双蜗 壳潜水电泵;正常涌水时1台水泵工作、2台水泵备 用;最大涌水时2台水泵工作、1台水泵备用;如施 工过程中出现较大涌水(超过最大涌水时),采用3 台水泵同时工作(排水能力为12 450 1TI。/h)。考虑 在辅引3#施工支洞洞口设10 kV变电所1 座,主要担负一级1号、2号、3号水仓排水系统和二 级排水系统形成前施工期排水等用电;在二级排水 泵站附近设1O kV变电所1座,主要担负二级排水 泵和施工二级水仓时临时排水等设备用电。 2.3.2 管路配置 为保证施工,避免交叉干扰,采用单泵单管配 置,避免出现故障造成相互干扰。 到使用现场泥沙含量较重,排水中对泵的叶片或涡 轮磨损较大,因此,在采购水泵时,要求水泵生产厂 家生产的叶片或涡轮部件采用高强度耐磨材料,以 适用排涌水含泥沙较重的需要。 其它各水仓设备方案比较同二级水仓。2#水 3 施工过程中的设计优化 为了保证工程进度、合理投资,根据现场揭露的 地质涌水、走向情况,通过线路改移、低压小型抽排 水灵活机动补充等措施,在原设计的基础上进行满 足现场的合理的方案优化。针对辅引3#施工支洞 进洞就遇大涌水情况,进行顺排,大大减少了洞内汇 仓选用3台450SLDB2000/40—355型单级双吸双蜗 壳潜水电泵;排正常涌水时1台水泵工作、2台水泵 备用,在结垢的情况下,16 h可以排完24 h的正常 涌水。排最大涌水时2台水泵工作、1台水泵备用, 在结垢的情况下,13.3 h可以排完24 h的最大涌 水。如施工过程中出现较大涌水(超过最大涌水时), 采用3台水泵同时工作(排水能力为4 875 m3/h,即 约1.35 In。/s)。 集水量。在K0+186线路调整后,避开了一集中出 水点,后续施工中针对地质分析、实际涌水分布状 况,结合施工进度,对一、二级排水系统进行了优化。 根据实际现场数据分析、计算,取消一级1号、3 号大型抽排水系统,由低压普通水泵代替保证抽排 水,加强、加快一级2号水仓及二级水仓建设,保证 工程进展。辅引3#施工支洞及排水系统优化后最 终平面布置如图1所示。 3.1 水仓优化 2.3 管路及供配电系统设计 2.3.1 供配电系统设计 辅引3#施工支洞处于富涌水洞段,且反坡施 工,必须有可靠的电源,保证抽排水。通过有关建设 投资费用、线路运行费用技术经济比较,根据电气设 根据现场施工判断涌水量情况,结合现场条件、 设备启动、人员撤离时间综合考虑,优化水仓容积按 下式计算[3 :V—Q正X t o式中:Q正为正常涌水量, 据现场资料,一级2号水仓以上正常稳定涌水量为 备负荷分级、负荷容量,结合实际,采取满足施工、便 于调整的双回路供电方案。 国防交通工程与技术_20ll第5期 成 1#7l水隧洞 2#7I水隧洞 图1 辅引3#施工支洞及排水系统平面布置图 0.3 m。/s,最大涌水量0.5 m。/s;一级2号水仓以下 正常涌水量0.75 m。/s,最大涌水量1.2 m。/s;t为 正常涌水时间(h)。 一3.3 管路优化 富水地段反坡隧道施工中,抽排水系统提前形成 排水能力是保证工程顺利施工的关键,道路交通保障 也是前提之一。为此根据辅引3#施工支洞交通量 大、空间受限、工期紧的实际情况,在二级水仓施工过 程中,通过增加竖井、直接安装水管把水抽排引入A 级水仓(临时水仓,汇水面积小,取1 h正常涌 水量):V1一O.3 m3/sX 3 600 sX1/0.8—1 350 m3。 二级水仓(一级水仓以下涌水,临时水仓,汇水面 积较小,取2 h正常涌水量):Vz—O.75 m3/s×3 600 sX 2/o.8—7 000 m。。 考虑水仓装满系数为0.8,一级水仓容积取1 350 m3;二级水仓容积取7 000 m3。 施工过程中综合以上计算:二级水仓的长度减 洞顺排,节约管路安装2 000余m,节约投资200余万 元,并且使二级水仓抽排水设备提前半个月投入使用。 4 结束语 充分应用大型抽排水系统的抽排水能力,辅引3 #施工支洞提前48 d完成施工任务。整个工程建设 中,通过预先设计、结合实际的不断优化、过程中管理 小到150 m,只保留一级2号水仓,有效的保证了水 仓尽快形成排水能力,减少潜在的前方涌水风险,节 约资金500余万元。 3.2 设备优化 总结,有效的节约了投资、保证了进度、提前了工期。 参考文献 [1]国家安全生产监督管理总局,国家煤矿安全监察局.煤矿 安全规程[M].北京:煤炭工业出版社,2004 根据水仓优化计算,结合水泵选型计算,施工过 程中根据情况,首先购入不得不投入使用的2号水 仓和二级水仓排水系统设备。如果出现与判断不相 符涌水条件,需要施工1号或3号水仓时,可以随时 利用2号水仓设备提前投入用于1号水仓,二级水 仓设备提前投入用于3号水仓,以有效保证施工。 [2]李亚峰,尹士君,蒋白懿.水泵及泵站设计计算[M].北 京:化学工业出版社,2010 [3]中国煤炭建设协会.GB 50451--2008煤矿井下排水泵站 及排水管路设计规范Es].北京:中国计划出版社,2009 The Application of the Heavy-Duty Draining System to the Construction of the Rich-Watered.Adverse Grade Tunnel Feng Yi (The Ertan Hydraulic Power Development Co.Ltd.,Chengdu 610051,China) Abstract:0wing to the fact that the No.3 construction supplementary shaft for the 2nd-stage hydraulic power station at Jin— ping g。es through the N。.5 water_gushing belt。f the mid-secti。n。f the Jinping Mountain System,where(上转第49页) 国防交通工程与技术 囫 20l1第5期 ・实例分析・ 单柱式连续刚构铁路桥结构不对称性地震响应分析 罗 辉 要更明显。 2#桥墩面外弯矩增大,两者变化对l#墩的轴力和 4 结论 面内弯矩影响不大;而边跨长度差增大又引起远离 (1)随着左右边跨长度差的增大,各关键截面位 长边跨一侧的1#桥墩面内弯矩增大,桥墩高差增 大引起1#低墩面内弯矩增大,两者变化对2#墩的 置处纵桥向位移变化不明显;随着墩高高差的增大, 各关键截面位置处纵桥向位移都明显的增大,左右 面内弯矩影响不大:所以在设计不对称连续刚构桥 边跨长度差和墩高高差的增大,对长边跨及与其相 时两桥墩的设计都不应该放松。 参考文献 连的2#桥墩和2#高墩及与其相连边跨横桥向位 Eli陈丽丽.不对称连续刚构桥梁地震响应分析[D].大连: 移影响较大,对短边跨与矮墩横桥向位移影响较小。 大连理工大学,2010 (2)边跨长度和桥墩高度引起结构不对称对主 E2J杜红劲.连续刚构桥梁抗震性能分析ED3.哈尔滨:哈尔 梁内力变化幅度相对较小,且两者变化引起结构的 滨工业大学,2008 地震响应趋势基本一致,但位移和内力值的变化幅 E3]庞元志.大跨铁路连续刚构桥地震力分析[J].铁道建筑 度不相等,其中边跨长度和桥墩高差变化同样幅度, 技术,2010(增):41—43 相比边跨长度不对称,桥墩的不对称性引起各关键 [4]中华人民共和国建设部.GB 50111—2O06铁路工程抗震 截面地震作用下结构地震响应更明显,所以在进行此 设计规范Es].北京:中国计划出版社,2006 类刚构桥不对称设计时应尽量使桥墩高度相差较小。 [5]罗松涛,黄才良,荆友漳.对称与不对称连续刚构桥动力 (3)当设计不对称结构时,桥墩高差引起2#高 特性对比分析[J].科技信息,2011(1):307—308 墩轴力明显增大,边跨长度差和桥墩高差增大引起 Analysis of the Unsymmetrical Earthquake Response of the Single-Post Continuous Rigid-Structured Railway Bridge Luo Hui (The Haixi Coal Co.Ltd.of the Resources Group of the Railway Building Corporation of China,Haixi 817200,China) Abstract:With the continuous rigid—structured mega bridge across the Yellow River in Inner Mongolia of the 2nd Added Line of the Dazhun Railway as a practical example,a model is established with the help of the finite element program of Midas/Civil in the paper.The anti—earthquake performance of the continuous rigid—structured bridge is studied both when the length of the left and right side spans of its upper structure is unsymmetrical and when the height of the piers of the lower structure is unsym— metrica1.The result of our research shows that the structural earthquake—caused response resulting from the unsymmetricality of the height difference between two piers is more obvious than that resulting from the unsymmetricality of the side spans,owing to which the smaller height difference between two piers should be chosen and meanwhile much attention should also be paid to the design of the two piers when an anti—earthquake bridge is designed. Key words:continuous rigid structure;unsymmetrical structure;analysis of the response spectrum;earthquake response (下接第60页)the underground water is very rich,the steady water-gushing amount at a single-point is as much as 25000— 45000 m。/d.and the steady collected amount of water-gushing is as much as 85000 m。/d during the excavation of the branch shafts and 130000 m。/d during the excavation of the water-leading tunne1.To ensure the safe and successful cutting-through of the branch shafts and the normal construction of the main tunnel,the design of the draining system is of the greatest impor- tance.Upon the basis of lots of investigation and studies,the design and construction methods of the dibhole draining system commonly used in coal mines are introduced,achieving a very good result at the site and thus ensuring the normal progress of the construction.The optimized design of the heavy-duty draining system specifically for the practical situation of the site and the correct choice of the proper draining equipment are elaborated in greater detail in the paper,which may provide a useful ref— erence for other similar projects. Key words:rich—watered section of the tunnel;adverse grade;draining system;design;optimize 国防交通工程与技术 _201l第5期 

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